【摘要】：纖維素是自然界中含量最豐富的可再生碳源,年產(chǎn)量超過1500億t,廣泛存在于農(nóng)林等有機(jī)固體廢物中,尤其以農(nóng)業(yè)廢物為主。僅我國(guó)每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量就高達(dá)7億t左右,其中稻草秸稈產(chǎn)量最大。堆肥化是一種自然加熱、好氧、無(wú)二次污染的生物降解技術(shù),適用于將農(nóng)業(yè)廢物降解轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的可用資源。含有GH6家族基因的微生物是堆肥化中參與纖維素前期降解的重要微生物,對(duì)堆肥化的順利實(shí)施利用具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)采用稻草秸稈等農(nóng)業(yè)廢物進(jìn)行好氧堆肥,分析了堆肥化過程中pH、C/N、堆體溫度、環(huán)境溫度、含水率、WSC(Water soluble carbohydrates)、TN(total nitrogen)和 TOM(total organic matters)理化參數(shù)的變化情況。采用 PCR-DGGE(denaturing gradient gel electrophoresis of polymerase chain reaction)技術(shù),研究了農(nóng)業(yè)廢物稻草秸稈堆肥化過程中參與纖維素降解的糖苷水解酶GH6家族基因動(dòng)態(tài)變化情況,使用冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)、蒙特卡羅置換檢驗(yàn)(Monte Carlo permutation test)研究獲得的生物信息矩陣與環(huán)境因子矩陣間的相關(guān)性。堆肥化結(jié)果表明,堆體pH在前4天迅速上升,并在第4天達(dá)到最大值8.96。C/N由最初的30.19逐漸下降到17.72,滿足堆肥達(dá)到腐熟的C/N條件。堆體溫度在第2天便達(dá)到最大值61.4℃,并維持在50℃以上達(dá)6天,足以殺死堆體中的動(dòng)植物病原菌。WSC在最初4天內(nèi)迅速下降,并在4至8天內(nèi)上升,然后逐漸下降至1.48 g.kg-1。堆體TOM含量從初始的447.75 g.kg-1逐漸下降到308.6 g.kg-1并趨于穩(wěn)定。TN含量呈現(xiàn)出相對(duì)增加的趨勢(shì)。GH6家族基因的多樣性整體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)、基因豐度呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。堆肥化后期微生物種類數(shù)量明顯少于堆肥前期。其中編號(hào)24、25所代表的纖維素降解優(yōu)勢(shì)菌主要集中在堆肥高溫期和腐熟期,并且兩個(gè)時(shí)期的優(yōu)勢(shì)菌種類不同。冗余分析和蒙特卡羅置換檢驗(yàn)結(jié)果表明,pH、堆體溫度和TN是影響GH6家族基因變化的顯著因子(p0.05),三者對(duì)GH6家族基因變化的解釋率分別是24.92%、15.57%和15.04%�；谌哂喾治龅膖-value分析結(jié)果表明,微生物對(duì)環(huán)境因子具有不同偏好,按微生物與不同環(huán)境因子的正負(fù)相關(guān)性,大體可分為5類,即編號(hào)4～10、編號(hào)11～14、編號(hào)15～19、編號(hào)20～23、編號(hào)24～27。
【圖文】：

圖２．１堆肥化過程中ｐＨ和Ｃ／Ｎ變化逡逑２．４．２堆體溫度和環(huán)境溫度逡逑圖２．２為堆肥化過程中堆體溫度和環(huán)境溫度變化情況。堆肥化過程中，溫度逡逑是影響微生物活性的重要因素之一，同時(shí)也是微生物生命活動(dòng)的反映，適宜的溫逡逑度能加快微生物降解物料的速率，，縮短堆腐時(shí)間，滿足堆肥產(chǎn)品無(wú)害化要求逡逑本次實(shí)驗(yàn)中堆體溫度呈現(xiàn)出明顯的４個(gè)時(shí)期，包括升溫期（０？１邋ｄ）、高溫期（２？７邋ｄ，逡逑溫度高于５０°Ｃ）、降溫期（８？３０邋ｄ）和腐熟期（３１？５０邋ｄ）。前７天，由于各種微生物新逡逑陳代謝迅速，堆體中的易降解有機(jī)物被快速分解從而釋放出大量熱量，使得堆體逡逑溫度迅速上升，在第２天便達(dá)到最大值６１．４°Ｃ，并維持在５０°Ｃ以上達(dá)６天，足己逡逑殺死堆體中的動(dòng)植物病原菌，滿足了堆肥的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)和腐熟條件％。環(huán)境溫度逡逑由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間為２０１５年１１月左右

圖２．２堆肥化過程中堆體溫度和環(huán)境溫度變化逡逑２．４．３含水率和ＷＳＣ逡逑圖２．３為堆肥化過程中含水率和ＷＳＣ的變化情況。為了給堆體中的微生物提逡逑供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境，滿足微生物生命活動(dòng)的需求，每次取樣后通過恒重法測(cè)逡逑定堆體含水率，通過添加滅菌去離子水使得堆體含水率大約維持在５０％？６０％左右，逡逑在堆肥化過程中，堆體含水率整體呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，這是由于微生物新陳代謝過逡逑程中產(chǎn)生的部分Ｈ２０以氣體形式揮發(fā)到環(huán)境中，同時(shí)高溫期的溫度也會(huì)加劇水分逡逑的蒸發(fā)。ＷＳＣ在最初４天內(nèi)迅速下降，并在４至８天內(nèi)上升，然后逐漸下降至逡逑１．４８邋ｇ．ｋｇ＇這可能是由于堆肥化初期，微生物大量的生長(zhǎng)代謝，導(dǎo)致堆體ＷＳＣ逡逑迅速下降，當(dāng)易降解有機(jī)物被分解利用完后，微生物開始降解利用堆體中的稻草逡逑秸桿
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S141.4;X71

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳耀寧;譚雪斌;黎媛萍;馬

本文編號(hào)：2684916