堆肥过程中有机质和微生物群落的动态变化

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1、生态环境学报2011,20(11):1745-1752http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com堆肥过程中有机质和微生物群落的动态变化12,341*张园，耿春女，何承文，蔡超1.中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室，福建厦门361021；2.上海市环境科学研究院，上海200233；3.中国科学院南京土壤研究所//土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏南京210008；4.北京科技大学，北京100083摘要：利用3个容积约为50L的平行生物反应装置研究堆肥过程中温度、湿度

2、(水分含量)、pH值和有机质的动态变化情况。按照VanSoest方法根据有机质不同的溶解特性将其分为：溶于沸水的有机质H2O、溶于中性试剂的有机质SOLU、半纤维素(HEMI)、纤维素(CELL)和木质素(LIGN)。结果表明：反应装置内环境湿度调控在60%左右时，堆肥系统内借助生化反应，温度最高可达到约50℃。堆肥材料在反应初期呈现偏酸性(pH=6.5)，而随着反应的发生，pH逐渐变为中性或弱碱性(pH=7.4)。经过20d的堆肥实验，有机质总量降解了约47%。在微生物作用下的各类有机质的降解率不同，按大小排序为H2O>HEMI>CELL>SOLU>LIGN，其降解率分别是85%、56%、

3、36%、32%和27%。为了深入理解堆肥过程中有机质的降解机制，文章采用磷脂脂肪酸(PLFAs)技术对体系中的微生物群落变化进行了初步分析，发现微生物优势群落随反应温度的改变发生明显变化，在堆肥初期和堆肥中期，细菌占优势，而堆肥末期时真菌比例较高。在堆肥的过程中，革兰氏阴性菌的比例呈下降趋势，而革兰氏阳性菌的比例呈上升趋势。关键词：堆肥；有机质；VanSoest方法；磷脂脂肪酸(PLFAs)；主成分分析法(PCA)中图分类号：X799.3文献标志码：A文章编号：1674-5906(2011)11-1745-08堆肥过程是一个利用微生物降解有机物的生杂多变性而未有明确的答案，也因此成为本实验拟

4、化过程，在这样一个生化反应中，有机质是微生物探讨的主要问题。赖以生存和繁殖的重要因素。由于堆肥原料来源广1实验材料和方法泛，堆肥中有机质的成份复杂多样且可变，因此有本实验在中法联合赞助下完成，其中堆肥实验机物含量的多少、成份的变化等均会对堆肥过程产主要在中科院生态环境研究中心完成，而使用Van[6]生一定的影响。例如，有机质中可溶性部分的含量Soest方法测定有机质组分的实验则在法国国家在堆肥初期会迅速下降，这主要是因为水溶性物质农业研究院完成(INRA-EGC)。的快速降解，其是有机质中最不稳定的部分，也是1.1反应装置[1]本实验采用容积为50L的圆筒形铁质反应装最容易矿化的部分。另一方

5、面，木质素和纤维素[2]置(图1)，高60cm，直径为27cm。装置外围使用间的高比例保证了堆肥最终产物的稳定性，而这2mm厚度的中空层，填充石英棉以绝热。反应装又与堆肥的矿化过程中大量的碳元素损失相关联。置内靠近底部放置一个孔径为5mm(6%的孔隙度)除了有机质自身的性质外，一些环境因素也会直接[3]的带孔平板，便于装置内的堆肥材料均匀曝气。反影响它们在堆肥过程中的降解：首先是温度，它应装置底部有两个出口，均与硅胶管相连，一个为直接决定了微生物的活动；其次是曝气量，良好的直径5mm的渗滤出口，用于回收渗滤液，回收的通风保证了微生物代谢所需的足够氧气；再次湿度渗滤液称重后用于计算质量损失。另

6、外一个直径10直接影响到通风效果的好坏，研究表明最佳湿度(水mm的出口用于连接气泵，对反应装置内部进行曝[4][5]分含量)应控制在50%~80%；此外C/N比例也很气，曝气量控制在100L·h-1(反应初期)至25L·h-1(反重要，因为C和N是微生物生长必需的营养物质。应后期)，以保证整个过程处于好氧反应。反应装置[3]除此之外，pH值也会在一定程度上影响堆肥过程顶端使用可移动的密封盖密封。盖上打有4个孔，中有机质的降解。然而微生物在堆肥体系中，群落分别用于安装两个温度传感器(直径20mm)、一个结构随着温度变化有怎样的演替，对于有机质的分湿度传感器(直径25mm)和一个二氧化碳传感器(

7、直解又有着怎样的作用，一直以来都因堆肥系统的复径5mm)。基金项目：中国科学院知识创新工程重大项目(kzcx1-yw-06-03)；厦门市科技计划项目（3502Z20111049）；上海市自然科学基金（10ZR1425300）；土壤与农业可持续发展国家重点实验室基金（Y052010026）作者简介：张园（1982年生），女，中法联合培养博士研究生，主要从事环境毒理学和环境治理研究。E-mail:yuanzha