有机肥矿化过程中的微生物种群特征

作     者：王赛男 

作者单位：南京农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈标

授予年度：2021年

学科分类：090101[农学-作物栽培学与耕作学] 09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：猪粪有机肥 真菌种群 细菌种群 微生物多样性 有机肥矿化 

摘      要：随着我国现代化农业的深入发展,大量且不合理地施用化肥已严重制约了我国农业的可持续发展,因此,国家正在大力提倡使用有机肥。有机肥中含有丰富的有机质,能够改良土壤理化性质并促进作物生长,但有机肥中的有机质需要在微生物的作用下才能释放养分。研究有机肥矿化过程中的微生物种群特征以及不同微生物种群对有机肥矿化的贡献,这对阐明有机肥矿化的生物学机制具有重要意义。本研究以猪粪有机肥为原料,通过室内培养试验探究了有机肥矿化过程中养分释放规律和微生物种群的演替规律,明确了细菌和真菌种群对有机肥矿化的贡献率大小和微生物多样性的不同对有机肥矿化的影响。结果如下。在室内有机肥培养试验中,分别添加真菌及细菌抑制剂来探究细菌、真菌群落对有机肥矿化的影响。试验结果表明,有机肥的矿化率随着培养时间的延长而增加,但矿化速率在培养初期较快,后期逐渐下降。没有添加真菌及细菌抑制剂的对照组（CK）猪粪有机肥的降解量显著高于添加真菌抑制剂（ZY）、添加细菌抑制剂（XY）处理组,培养结束时CK、ZY、XY三个处理猪粪降解率分别为19.5%、9.75%和9.69%,表明细菌和真菌的联合作用有利于有机肥的矿化。而添加真菌抑制剂的ZY处理组和添加细菌抑制剂的XY处理组之间猪粪有机肥的降解量差别不大,表明细菌群落和真菌群落对有机肥的矿化具有几乎相同的贡献。有机肥矿化过程中,各处理的无机N及速效磷的含量逐渐增加,铵态氮含量逐渐下降,同时硝态氮含量逐渐增加;纤维素酶及β-葡萄糖苷酶和FDA水解酶活性在培养初期活性较高,随着培养时间的增加而逐渐降低。有机肥矿化过程中,在细菌门水平上,拟杆菌门（Bacteroidete）、变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度呈逐渐减小趋势,而异常球菌-栖热菌门（Deinococcus-Thermus）、Ignavibacteriae的相对丰度呈增加趋势;在真菌门水平上,子囊菌门（Ascomycota）和接合菌门（Zygomycota）的相对丰度都呈减小趋势。在细菌属水平上,Lysobacter、Salinimicrobium、Parapedobacter的相对丰度随培养时间的增加呈减小趋势,而Tureapera呈增加趋势;在真菌属水平上,Penicillium、Ramcandelaber的相对丰度随培养时间的增加呈减小趋势,而Pulchromyces的呈现增加趋势。通过室内培养试验研究了微生物量相同的条件下土壤微生物多样性对有机肥矿化的影响。试验结果表明,培养结束时P0（加入稀释度为10～0土壤悬液）,P1(加入稀释度为10土壤悬液)和P2(加入稀释度为10土壤悬液)三个处理猪粪有机肥的降解率分别为17.3%、14.8%和15%,表明一定条件下微生物多样性显著影响猪粪有机肥的降解,但微生物多样性下降到一定程度后对猪粪有机肥矿化的影响减弱。由于有机肥中有机C矿化为CO而挥发,培养过程中各处理总氮、总磷、总钾及速效磷的相对含量比初始均有所增加;各处理在培养初期硝态氮含量较低,随着培养时间的增加,硝态氮含量逐渐增加,相反地,铵态氮含量逐渐下降,但最终保持稳定;纤维素酶、β-葡萄糖苷酶及FDA水解酶活性随培养时间的增加呈降低趋势。矿化过程中细菌群落变化表现如下:三个处理的拟杆菌门（Bacteroidetes）随培养时间的增加而呈减小趋势;相反地,异常球菌-栖热菌门（Deinococcus-Thermus）随时间的的变化呈增加趋势。真菌群落的变化主要是三个处理中的担子菌门（Basidiomycota）、子囊菌门（Ascomycota）的相对丰度呈增加的变化趋势,而接合菌门（Zygomycota）、壶菌门（Chytridiomycota）呈减小的变化趋势。在细菌属水平下,Salinimicrobium、Lysobacter的相对丰度减小趋势,Tureapera的相对丰度呈增大趋势;在真菌属水平下,在P0处理中,Spizellomyces的相对丰度呈先增加后减小的趋势,三个处理中Synchytrium的相对丰度呈减小趋势;Mortierella在P0处理中呈现减小趋势,在P2处理中呈先增加后减小的变化趋势。总氮磷钾含量、硝态氮含量与在细菌群落中的Tureapera、Ohtaekwangia的丰度呈正相关,铵态氮含量、β-葡萄糖苷酶与纤维素酶活性与Salinimicrobium、Lysobacter、Galbibacter的丰度呈正相关。在真菌群落中,总氮磷钾含量、硝态氮含量与Mortierella、Chytridiomycota、Fungiunidentified的丰度呈正相关;铵态氮含量、β-葡萄糖苷酶与纤维素酶活性与Synchytrium、Spizellomyces的丰度呈正相关。