發(fā)布時間：2017-10-07 18:25

  本文關(guān)鍵詞：通風量對牛糞堆肥化過程中微生物菌群及氨氧化活性的影響

  更多相關(guān)文章： 通風量 堆肥 氨氧化細菌 氨氧化古菌 amoA

【摘要】：畜禽糞便堆肥化過程是一個以微生物為主要驅(qū)動力的生化過程,通風量是影響堆肥化過程的重要因素之一。氨氧化細菌、氨氧化古菌和反硝化細菌等是參與堆肥氮循環(huán)的重要微生物類群,通風量的變化可以影響它們的多樣性和豐度而影響堆肥化過程中的氮循環(huán)過程及氮素損失。本試驗以牛糞和草坪草為原料,設(shè)置不同通風量處理和變量通風處理兩個堆肥實驗。不同通風量處理試驗設(shè)置為:對照CK:0 L·min-1·kg-1 TS,處理TF1:0.05 L·min-1·kg-1 TS和處理TF4:0.2 L·min-1·kg-1 TS。變量通風試驗處理設(shè)置為:處理A,整個過程不通風;處理B,通風量為0.2 L·min-1·kg-1 TS;處理C,前14d不通風,15-56 d通風量0.2 L·min-1·kg-1 TS;處理D,前14 d通風量為0.2 L·min-1·kg-1 TS,15-56 d不通風。探討通風量對堆肥過程中微生物多樣性、amoA和nirK基因及氮素轉(zhuǎn)化的影響,揭示氨氧化菌群對氧濃度變化的響應(yīng)機制。結(jié)果表明,TF4、TF1和CK處理≥50℃的高溫期分別維持了5d、9d和0d,最高溫度分別為60℃、63.5℃和42℃,通風處理顯著提高溫度和高溫持續(xù)時間。高溫期,通風處理中的氧氣含量氧氣濃度差異顯著。通風能提高氨氧化潛力。高溫期,氨氣的揮發(fā)隨通風量增大而增加。通風處理顯著提高硝態(tài)氮和總氮的含量,但TF4與TF1處理間差異不顯著。氮素損失與通風量大小呈正相關(guān)。不同處理間的微生物多樣性顯著差異。在所有樣品序列中優(yōu)勢細菌及比例為Bacteroidetes 31.5%、Proteobacteria 25.6%、Firmicutes 13.8%等。高溫期,通風處理的Bacteroidetes豐度顯著低于對照,Proteobacteria在CK樣品中的豐度高于其他樣品;優(yōu)勢真菌類群為Ascomycota;在高溫期、降溫期中,Ascomycota豐度隨著通氣量增大而增大。在不同通風量處理的堆肥化過程中的環(huán)境因子中,與細菌菌群結(jié)構(gòu)變化相關(guān)性最大的因素是銨態(tài)氮,其次是溫度;與真菌菌群結(jié)構(gòu)變化相關(guān)性最大的因素是通風量,其次是總有機碳。在堆肥樣品中AOA優(yōu)勢的類群為Crenarchaeota,在通風處理中Crenarchaeota豐度隨通風量增加而增大。AOB優(yōu)勢的類群為Nitrosomonas和Nitrosospira,在通風處理中,Nitrosospira的豐度始終大于Nitrosomonas。與AOA菌群結(jié)構(gòu)變化相關(guān)性最大的因素是通風量,其次是含水率;與AOB菌群結(jié)構(gòu)變化相關(guān)性最大的因素是含水率,其次是氧氣。通風處理顯著地降低樣品中nirK基因多樣性和數(shù)量,減少反硝化作用造成的氮素損失。TF1處理的amoA基因的數(shù)量增加顯著,但在高溫期、降溫期和腐熟期,由于高濃度氧氣抑制,TF4處理的AOA amoA基因數(shù)量較CK低。TF4處理的AOB amoA基因數(shù)量,在腐熟期數(shù)量也較低。AOB amoA基因數(shù)量與環(huán)境因子銨態(tài)氮相關(guān)性最大,其次是堆體溫度。AOA amoA基因數(shù)量與堆體溫度相關(guān)性最大,其次是銨態(tài)氮。在變量通風堆肥化過程中,A、B、C和D各處理≥50℃的高溫期分別維持了8d、9d、8d和9d,處理B和D首先進入高溫期,并且最高溫度高于處理A和C,通風處理有助于提高溫度和高溫持續(xù)時間,但14d后通風卻加快降溫。前14d,通風處理B和D與不通風處理A和C中O2含量差異顯著,14d后,通風量顯著地影響氧氣濃度。高溫期,通風處理B和D的氨氣揮發(fā)速率較不通風處理A和C高。通風能提高總氮含量,但通風處理間差異不顯著。通風能提高氨氧化潛力。氮素損失與通風時間和通風量呈正相關(guān),通風時間越長或通風量越大則氮素損失越多。堆肥前期,由于高溫抑制amoA基因數(shù)量變化不顯著。變通風后,處理C的AOA amoA基因數(shù)量增長。28d后,AOB amoA基因數(shù)量:處理B處理C處理D,與通風時間呈正相關(guān)。在所有樣品中AOA amoA基因數(shù)量總數(shù)大于AOB,說明AOA對氧氣的需求小于AOB。適當?shù)耐L能提高amoA基因數(shù)量。氨氧化潛力與AOA和AOB amoA基因數(shù)量呈正相關(guān);氧氣是影響AOB amoA基因數(shù)量的最顯著因素,其次是總氮;硝態(tài)氮是影響AOA amoA基因數(shù)量的最顯著因素,其次是氧氣。綜上所述,通風量越大或通風時間越長,氮素損失越多;不同通風量對堆肥化過程中的氨氧化細菌、氨氧化古菌和反硝化細菌等多樣性和amoA和nirK基因的數(shù)量變化有顯著的影響;通過研究通風量對堆肥化過程中微生物菌群及氨氧化活性的影響,能為增加堆肥氮素含量,減少氮素損失,提高堆肥品質(zhì)等提供理論指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：通風量 堆肥 氨氧化細菌 氨氧化古菌 amoA
【學(xué)位授予單位】：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S141.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-18
• 第一章 文獻綜述18-26
• 1.1 引言18
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析綜述18-24
• 1.2.1 堆肥與堆肥化18-19
• 1.2.2 影響堆肥進程及微生物的主要因素19-20
• 1.2.2.1 溫度19
• 1.2.2.2 pH19
• 1.2.2.3 含水率19
• 1.2.2.4 通風供氧（通風量）19-20
• 1.2.2.5 碳氮比（C/N）20
• 1.2.3 堆肥化過程中細菌和真菌20-21
• 1.2.4 氮循環(huán)中的反硝化細菌21
• 1.2.5 氨氧化菌的多樣性和功能研究21-22
• 1.2.6 氨氧化菌群的主要影響因素22-24
• 1.2.6.1 溫度22-23
• 1.2.6.2 pH23
• 1.2.6.3 銨濃度23
• 1.2.6.4 鹽度23
• 1.2.6.5 氧氣23-24
• 1.2.7 堆肥化過程中氨氧化菌的多樣性及功能研究進展24
• 1.3 研究意義24-26
• 第二章 通風量對牛糞堆肥化過程中細菌和真菌群落的影響26-62
• 2.1 材料與方法26-32
• 2.1.1 堆肥試驗材料與處理26-27
• 2.1.2 堆肥理化參數(shù)的測定27-28
• 2.1.3 總DNA的提取28
• 2.1.4 細菌 16S V4區(qū)rRNA和真菌 18S V4區(qū)rRNA基因PCR擴增28-30
• 2.1.5 高通量測序30-31
• 2.1.6 微生物多樣性分析31-32
• 2.1.7 統(tǒng)計分析32
• 2.2 結(jié)果32-59
• 2.2.1 堆肥過程中理化參數(shù)的變化32-41
• 2.2.1.1 堆體溫度與環(huán)境溫度32-33
• 2.2.1.2 堆體O2含量33-34
• 2.2.1.3 堆體pH與含水率34-36
• 2.2.1.4 銨態(tài)氮與硝態(tài)氮含量36-38
• 2.2.1.5 堆體氨氣釋放速率38-39
• 2.2.1.6 總氮含量39-40
• 2.2.1.7 總有機碳含量40-41
• 2.2.2 不同通風處理堆肥樣品總DNA提取和PCR擴增41-42
• 2.2.3 高通量測序序列數(shù)據(jù)統(tǒng)計42-45
• 2.2.4 堆肥樣品中細菌和真菌群落組成分析45-49
• 2.2.5 不同通風處理堆肥樣品中細菌和真菌的聚類分析49-54
• 2.2.6 堆肥過程中環(huán)境因子與細菌和真菌多樣性的相關(guān)性分析54-59
• 2.3 討論59-62
• 第三章 通風量對牛糞堆肥化過程中AOA和AOB群落及amoA基因數(shù)量的影響62-88
• 3.1 材料與方法62-67
• 3.1.1 堆肥試驗材料與處理62
• 3.1.2 堆肥理化參數(shù)的測定62-63
• 3.1.3 總DNA的提取63
• 3.1.4 功能基因AOA amoA基因和AOB amoA基因PCR擴增63-65
• 3.1.5 高通量測序65
• 3.1.6 微生物多樣性分析65-66
• 3.1.7 實時熒光定量PCR66
• 3.1.8 統(tǒng)計分析66-67
• 3.2 結(jié)果67-85
• 3.2.1 堆肥過程中理化參數(shù)的變化67-68
• 3.2.1.8 氨氧化潛勢（PAOR）67
• 3.2.1.9 不同堆肥處理氮素的損失67-68
• 3.2.2 堆肥樣品總DNA提取、PCR擴增68-69
• 3.2.3 高通量測序序列數(shù)據(jù)統(tǒng)計69-73
• 3.2.4 堆肥樣品中氨氧化菌群落組成分析73-74
• 3.2.5 堆肥樣品中氨氧化菌群落Alpha多樣性分析74-75
• 3.2.6 不同通風量處理的堆肥過程中環(huán)境因子與AOA和AOB多樣性的相關(guān)性分析75-79
• 3.2.7 堆肥樣品中AOA和AOB amoA基因數(shù)量的變化79-84
• 3.2.8 堆肥化過程中amoA基因數(shù)量與環(huán)境因子的冗余分析（RDA）84-85
• 3.3 討論85-88
• 第四章 通風量對牛糞堆肥化過程中反硝化細菌多樣性及nirK基因豐度的影響88-98
• 4.1 材料與方法88-90
• 4.1.1 堆肥試驗材料與處理88
• 4.1.2 堆肥理化參數(shù)的測定88
• 4.1.3 克隆文庫構(gòu)建88-89
• 4.1.3.1 總DNA的提取88-89
• 4.1.3.2 細菌nirK基因擴增89
• 4.1.3.3 nirK基因克隆文庫的構(gòu)建89
• 4.1.3.4 核苷酸序列接受號89
• 4.1.4 實時熒光定量PCR89
• 4.1.5 數(shù)據(jù)處理89-90
• 4.2 結(jié)果90-95
• 4.2.1 堆肥過程中理化參數(shù)的變化及氮素損失90
• 4.2.2 通風處理對于堆體中對nirK基因多樣性的影響90-91
• 4.2.3 通風處理對于堆體中對nirK基因豐度的影響91-94
• 4.2.4 通風處理對堆肥化過程中nirK基因豐度與環(huán)境因子之間的冗余分析94-95
• 4.3 討論95-98
• 第五章 變通風處理對牛糞堆肥化過程中理化性質(zhì)和amoA基因數(shù)量的影響98-116
• 5.1 材料與方法98-99
• 5.1.1 堆肥試驗材料與處理98
• 5.1.2 測定指標與方法98-99
• 5.1.3 實時熒光定量PCR99
• 5.1.4 數(shù)據(jù)處理99
• 5.2 結(jié)果99-113
• 5.2.1 堆肥過程中理化參數(shù)的變化99-106
• 5.2.1.1 堆體溫度、氧氣、pH和含水率99-101
• 5.2.1.2 堆體銨態(tài)氮和硝態(tài)氮101-103
• 5.2.1.3 堆體總氮和氨氣釋放速率103-104
• 5.2.1.4 堆體總有機碳（TOC）104-105
• 5.2.1.5 堆體氨氧化潛勢（PAOR）105-106
• 5.2.1.6 堆肥過程的氮素損失106
• 5.2.2 變量通風對牛糞堆肥過程中氨氧化細菌和氨氧化古菌amoA數(shù)量的影響106-112
• 5.2.3 變通風量處理時環(huán)境因子與AOB和AOA菌群數(shù)量的相關(guān)性分析112-113
• 5.3 討論113-116
• 第六章 全文結(jié)論116-117
• 參考文獻117-127
• 致謝127-128
• 個人簡歷128-129

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孫萱;宋金明;于穎;孫玲玲;;元素分析儀快速測定海洋沉積物TOC和TN的條件優(yōu)化[J];海洋科學(xué);2014年07期

2 趙莉;郭晶晶;楊虹;;TOC/TN分析儀法測定水質(zhì)總氮的不確定度評定[J];綠色科技;2013年07期

3 仇煥廣;廖紹攀;井月;欒江;;我國畜禽糞便污染的區(qū)域差異與發(fā)展趨勢分析[J];環(huán)境科學(xué);2013年07期

4 劉寧;趙義武;史春梅;;覆蓋、翻堆對堆肥過程中N_2O、NH_3排放規(guī)律的研究[J];環(huán)境衛(wèi)生工程;2013年01期

5 吳偉祥;李麗R，

本文編號：989388