關(guān)鍵詞:核桃青皮;堆肥;理化性質(zhì);微生物群落多樣性
核桃青皮,是核桃Juglansregia果實(shí)最外層的綠色果皮。在核桃果實(shí)成熟后青皮被剝離,大量的青皮作為廢料被堆放在田地里,既造成資源浪費(fèi),又會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。核桃青皮中的成分具有一定的藥用價(jià)值和農(nóng)用價(jià)值[1-3],但核桃青皮中有效成分的提取工藝目前尚未市場(chǎng)化和工業(yè)化。目前,核桃青皮用于制備有機(jī)肥仍然是其較好的處理方式,具有操作方便、節(jié)約成本的特點(diǎn)。前人已經(jīng)探索了核桃青皮與其他原料混合后制備有機(jī)肥的方式及其肥效,證明可以利用堆肥發(fā)酵后的核桃青皮制備有機(jī)肥[4-7]。了解堆肥過(guò)程中微生物群落的變化對(duì)于優(yōu)化堆肥過(guò)程、提升堆肥質(zhì)量具有重要意義,但是目前關(guān)于核桃青皮發(fā)酵過(guò)程中微生物群落的變化情況的研究報(bào)道較為鮮見(jiàn)。本研究中擬通過(guò)采用核桃青皮作為單一原料進(jìn)行堆肥發(fā)酵,并且分析發(fā)酵過(guò)程中的養(yǎng)分變化和微生物群落變化情況,探討微生物群落變化對(duì)青皮理化指標(biāo)的影響,旨在為挖掘和篩選較好的核桃青皮堆肥菌劑提供一定的理論參考。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)材料
2022年,在貴州省正安縣瑞溪鎮(zhèn)王大巖核桃園收集供試核桃青皮,用粉碎機(jī)對(duì)晾干的青皮(含水量8.52%)進(jìn)行粉碎,將粉碎的青皮過(guò)篩(孔徑0.25mm)后在室溫條件下保存,待用。在8—9月份進(jìn)行發(fā)酵,環(huán)境溫度22~30℃,環(huán)境濕度35%~55%。將粉碎后的核桃青皮粉末按照C、N質(zhì)量比25∶1加入尿素,混合均勻后裝入長(zhǎng)方形泡沫盒里進(jìn)行堆肥發(fā)酵。堆肥后每天記錄堆肥的溫度,根據(jù)溫度的升降情況,在堆肥第1、4、11、17、21天對(duì)堆肥進(jìn)行取樣,各階段分別標(biāo)記為A、B、C、D、E。
1.2試驗(yàn)方法
1.2.1樣品理化指標(biāo)測(cè)定
采用文獻(xiàn)[8]中的方法測(cè)定堆肥的pH值、全氮含量、全磷含量、有效磷含量、有機(jī)質(zhì)含量、全鉀含量、速效鉀含量,采用文獻(xiàn)[9]中的方法測(cè)定堆肥的水解氮含量,采用文獻(xiàn)[10]中的方法測(cè)定堆肥的腐殖酸含量、含水率和電導(dǎo)率(EC值)。
1.2.2樣品掃描電鏡觀察
將樣品在干燥器中干燥48h后,用庫(kù)賽姆(COXEM)EM-30臺(tái)式掃描電鏡對(duì)樣品進(jìn)行觀察,記錄樣品的降解情況。
1.2.3樣品微生物群落多樣性分析
用細(xì)菌16srRNA通用引物338F(5′-ACTCCTACGGGAGGCAGGAG-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)對(duì)樣品中細(xì)菌的保守區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)增。使用真菌18srRNA通用引物ssu0817F(5′-TTAGCATGGAATAATRRAATAGGA-3′)和1196R(5′-TCTGGACCTGGTGAGTTTCC-3′)對(duì)樣品中真菌的保守區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)增。用上海美吉生物公司的IlluminaMiSeq/NovaSeq平臺(tái)對(duì)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行雙端測(cè)序。過(guò)濾處理測(cè)序結(jié)果后得到優(yōu)化序列,對(duì)序列進(jìn)行去嵌合體處理,在97%的相似度水平上將序列進(jìn)行OTU聚類,利用R語(yǔ)言分析不同階段的樣品在不同分類水平上的群落組成及相對(duì)豐度。
采用Chao、Shannon、Ace、Simpson指數(shù)進(jìn)行Alpha多樣性分析,來(lái)反映樣本中微生物群落的豐富度和多樣性[8]。采用主成分分析(PCA)法解釋Beta多樣性指數(shù),來(lái)反映樣品間物種群落構(gòu)成的差異性。
1.2.4數(shù)據(jù)分析
將試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel2007軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì),用SPSS19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析,用R語(yǔ)言繪圖;采用Spearman法分析堆肥的理化指標(biāo)與微生物多樣性的相關(guān)性;利用KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)[11]和MetaCyc數(shù)據(jù)庫(kù)[12]分別對(duì)堆肥過(guò)程中的細(xì)菌群落和真菌群落進(jìn)行富集和功能注釋。
2結(jié)果與分析
2.1堆肥過(guò)程中核桃青皮理化指標(biāo)的變化
2.1.1基本理化指標(biāo)的變化
核桃青皮堆肥過(guò)程中基本理化指標(biāo)變化如圖1所示。由圖1可以看出,堆肥3d后溫度高于50℃,堆肥4d后溫度達(dá)峰值62.3℃,50℃以上的溫度可以維持6d,持續(xù)高溫可以殺滅病原微生物,且能更好地腐熟肥料。堆肥的溫度也是堆體中微生物活性的體現(xiàn),微生物的活動(dòng)越劇烈,產(chǎn)生的熱量越大,堆肥的溫度峰值越高,高溫持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)。由圖1可以看出,堆肥的水分含量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸下降,是溫度升高導(dǎo)致了部分水分蒸發(fā),且堆肥中微生物的活動(dòng)也消耗了部分水分。由圖1可以看出,核桃青皮初始的pH值在中性偏酸范圍,但經(jīng)堆肥后逐漸變?yōu)槠珘A性,說(shuō)明核桃青皮被降解后,其中的偏堿性物質(zhì)被釋放出來(lái)。由圖1可以看出,隨著時(shí)間延長(zhǎng),堆肥的腐殖酸含量逐漸增加,在堆肥21d后達(dá)到10.38%。由圖1可以看出,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),堆肥的EC值先升高后降低,在堆肥21d后為57S/m。
2.1.2養(yǎng)分含量的變化
核桃青皮堆肥過(guò)程中其養(yǎng)分含量變化情況如表1所示。由表1可以看出,全氮、全鉀、水解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)的含量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)升高趨勢(shì),全磷含量逐漸降低。這可能與堆肥里面的微生物對(duì)磷的代謝有關(guān),微生物將青皮中難溶解的磷元素降解成了易溶的離子形式,因此全磷含量降低而有效磷的含量增高。
2.2核桃青皮堆肥降解過(guò)程
掃描電鏡下不同階段核桃青皮的降解情況如圖2所示。隨著時(shí)間的延長(zhǎng),塊狀的青皮顆粒在微生物的作用下逐漸被降解為更為細(xì)小的顆粒,在堆肥21d后大部分塊狀青皮顆粒已經(jīng)被降解,說(shuō)明青皮的發(fā)酵較為成功。
2.3堆肥過(guò)程中核桃青皮微生物群落多樣性分析
2.3.1Alpha多樣性和Beta多樣性
樣品的Alpha多樣性分析結(jié)果如表2所示。已知Shannon指數(shù)、Ace指數(shù)、Chao指數(shù)的值與物種多樣性為正相關(guān)關(guān)系,而Simpson指數(shù)的值與物種多樣性為負(fù)相關(guān)關(guān)系[13]。由表2可知:隨著堆肥過(guò)程的進(jìn)行,堆體中細(xì)菌群落的Shannon指數(shù)、Ace指數(shù)、Chao指數(shù)均是先降低,在堆肥11d后達(dá)最低值,然后隨著時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增大;Simpson指數(shù)則是在堆肥11d后達(dá)最高值,然后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而減小。由表2可知:隨著堆肥過(guò)程的進(jìn)行,堆體的真菌群落的Shannon指數(shù)、Ace指數(shù)、Chao指數(shù)先降低后升高,在堆肥4d后達(dá)最低值,然后隨著時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增大;Simpson指數(shù)則是在堆肥4d后達(dá)最高值,然后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而減小。由此可知,在堆體升溫過(guò)程中,隨著溫度的上升,微生物多樣性逐漸減少,說(shuō)明溫度上升有助于殺滅大部分病原菌。在堆肥初期,嗜溫微生物通常是主導(dǎo)群落,群落多樣性較豐富,但隨著堆體溫度的升高,嗜溫微生物的活性受到嚴(yán)重影響,大部分不耐高溫的微生物死亡,群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化,嗜熱微生物取代嗜溫微生物成為主導(dǎo)物種,導(dǎo)致堆體內(nèi)物種多樣性降低。經(jīng)歷過(guò)高溫后,隨著堆體溫度的下降,嗜熱微生物活動(dòng)減弱,嗜溫微生物再次活躍起來(lái),微生物多樣性和豐富度得到恢復(fù)。
在不同堆肥階段核桃青皮的細(xì)菌和真菌Beta多樣性的PCA聚類如圖3所示。由圖3可知:A階段由于是堆肥初期,其細(xì)菌多樣性單獨(dú)為一組;在B階段堆肥高溫期,堆肥細(xì)菌群落以嗜熱細(xì)菌為主,因此B階段也單獨(dú)為一組;C階段為群落恢復(fù)期,細(xì)菌多樣性單獨(dú)為一組;E階段和D階段由于溫度起伏較小,細(xì)菌多樣性更為接近,群落組成也更為相似。由圖3可知,A階段的真菌多樣性單獨(dú)為一組,D階段的真菌多樣性單獨(dú)為一組,B、C、E3個(gè)階段的真菌多樣性聚集在一起,形成一組。Beta多樣性分析結(jié)果表明,在不同的堆肥階段微生物群落多樣性不同,且堆肥初期與高溫期的微生物多樣性的差異較大,而溫度較為穩(wěn)定階段的群落微生物的多樣性較為相似。
2.3.2各階段屬水平物種數(shù)量的比較
對(duì)堆肥不同階段的微生物在屬水平進(jìn)行聚類,來(lái)反映不同階段核桃青皮堆肥的微生物群落物種數(shù)量的變化。細(xì)菌和真菌的聚類結(jié)果如圖4所示。由圖4可知,不同階段的細(xì)菌在屬水平上的物種數(shù)量有所不同,各階段細(xì)菌共有的屬有5個(gè),其中芽孢桿菌屬Bacillus占23.74%,葡萄球菌屬Staphylococcus占74.90%,白細(xì)菌屬Leucobacter、短桿菌屬Brachybacterium和鏈霉菌屬Streptomyces3個(gè)屬共占1.37%。由圖4可知,不同階段的真菌在屬水平上的物種數(shù)量有所不同,各階段真菌共有的屬為10個(gè),其中念珠菌屬Candida占40.04%,unclassified_f__Dipodascaceae占25.27%,青霉屬Penicillium占9.04%,曲霉屬Aspergillus占8.63%,Gibellulopsis占6.95%,地霉屬Geotrichum占5.59%,毛白毛孢霉菌屬Cutaneotrichosporon占1.96%,絲衣霉屬Byssochlamys占1.43%,節(jié)擔(dān)菌屬Wallemia和枝孢屬Cladosporium占1.09%。
2.3.3各階段細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及其優(yōu)勢(shì)菌群的變化
在堆肥不同階段,在屬水平上的核桃青皮細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)如圖5所示。由圖5可知:在A階段升溫期,優(yōu)勢(shì)菌群為葡萄球菌屬(占42.76%)和沙雷氏菌屬Serratia(占45.83%);在B階段高溫期,優(yōu)勢(shì)菌群為擬諾卡氏屬Nocardiopsis(占60.86%),已知擬諾卡氏屬能夠分解和降解大量的有機(jī)化合物,包括脂肪、碳水化合物和蛋白質(zhì)等,因此此類菌可能在高溫期對(duì)核桃青皮中的有機(jī)物起到重要的降解作用[14];在C階段降溫期,優(yōu)勢(shì)菌群為葡萄球菌屬(占50.55%)、擬諾卡氏屬(占14.59%)和黃單胞菌屬Xanthomonadaceae(占16.02%);在D階段溫度波動(dòng)期,優(yōu)勢(shì)菌群為黃單胞菌屬(占23.99%)、海洋芽孢桿菌屬Oceanobacillus(占12.73%)和芽孢桿菌屬Bacillus(占9.58%);在E階段穩(wěn)定期,優(yōu)勢(shì)菌群為海洋芽孢桿菌屬(占44.25%)、葡萄球菌屬(占19.54%)、華夏芽孢桿菌屬Sinibacillus(占11.46%)和芽孢桿菌屬(占7.48%)。經(jīng)過(guò)一系列的溫度和理化性質(zhì)變化后,最終芽孢桿菌成為了主要的核桃青皮堆肥菌群。芽孢桿菌是廣泛存在于糞便堆肥中的微生物,可以降解有機(jī)物,具有一定的木質(zhì)纖維素降解活性[15-16]。
不同堆肥階段屬水平上的細(xì)菌群落優(yōu)勢(shì)菌群豐度的變化如圖6所示,結(jié)果表明,A階段與C階段的細(xì)菌多樣性更為相似,B階段、D階段和E階段的細(xì)菌群落組成更加相似。
2.3.4各階段真菌群落結(jié)構(gòu)及其優(yōu)勢(shì)菌群的變化
在堆肥不同階段,在屬水平上核桃青皮真菌群落結(jié)構(gòu)如圖7所示。由圖7可知,在堆肥前期,微生物群落數(shù)量較多,在屬水平上分布較為均勻,優(yōu)勢(shì)菌群為念珠菌屬(占18.47%)、青霉屬(占21.46%)、曲霉菌屬(占21.39%)和Gibellulopsis(占18.62%),均是在環(huán)境中常見(jiàn)的菌群。在B階段溫度升高后,群落數(shù)量下降,優(yōu)勢(shì)菌群為Sodiomyces(96.83%);在C階段,隨著溫度降低,真菌群落數(shù)量又逐漸增加,但優(yōu)勢(shì)菌群仍是Sodiomyces(92.63%);D階段屬于堆肥后期,但是堆肥溫度仍有一定起伏,優(yōu)勢(shì)菌群轉(zhuǎn)化為念珠菌屬(89.21%);E階段為堆肥完成期,其優(yōu)勢(shì)菌群轉(zhuǎn)變成unclassified_f__Dipodascaceae(65.82%)、雙足囊菌屬Dipodascus(17.09%)和Sodiomyces(15.03%)。
不同堆肥階段屬水平上的真菌群落優(yōu)勢(shì)菌群豐度的變化如圖8所示,結(jié)果表明A階段與D階段、B階段與C階段的優(yōu)勢(shì)屬組成更加相似,這4個(gè)階段與E階段堆肥優(yōu)勢(shì)屬組成存在差異。
2.3.5各階段微生物代謝功能的變化
微生物群落多樣性能夠在一定程度上揭示微生物群落的演替規(guī)律,但無(wú)法解釋堆肥過(guò)程中菌群發(fā)揮的功能。為了明確微生物群落的代謝功能,將檢測(cè)到的微生物序列與相關(guān)的代謝數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì),并對(duì)微生物群落的相關(guān)代謝通路進(jìn)行分析。各階段核桃青皮細(xì)菌群落相對(duì)豐度排前10位的KEGG代謝通路見(jiàn)表3。由表3可知,在整個(gè)堆肥過(guò)程中,細(xì)菌菌群的代謝通路顯示出較高的豐富性。其中,菌群的代謝過(guò)程主要體現(xiàn)在碳水化合物代謝、氨基酸代謝、輔酶因子和維生素代謝、能量代謝及核酸代謝等方面,細(xì)菌群落的膜轉(zhuǎn)運(yùn)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、核酸的翻譯及復(fù)制和修復(fù)過(guò)程在5個(gè)階段中的相對(duì)豐度也較高,說(shuō)明在堆肥過(guò)程中細(xì)菌菌群的生命活動(dòng)活躍,對(duì)核桃青皮中的物質(zhì)進(jìn)行了重復(fù)的利用和降解。
各階段核桃青皮真菌群落相對(duì)豐度排前10位的MetaCyc代謝通路見(jiàn)表4。由表4可知,真菌菌群在5個(gè)階段中呼吸作用(Ⅰ和Ⅱ)的相對(duì)豐度最大,說(shuō)明在堆肥過(guò)程中,真菌充分吸收了氧氣,生命活動(dòng)活躍,對(duì)青皮堆肥進(jìn)行了有氧發(fā)酵。良好的通氣性有助于維持微生物的活動(dòng)和代謝,促進(jìn)有益菌群的繁殖,提高分解有機(jī)物的效率。5個(gè)階段的真菌群落在脂肪酸代謝相關(guān)通路上的相對(duì)豐度也較高,例如脂肪酸β-氧化的通路和TCA循環(huán)Ⅱ通路對(duì)生物體有效地將脂肪酸轉(zhuǎn)化為能量具有重要作用。在B、C、D、E4個(gè)階段中,維持真菌生命活動(dòng)相關(guān)的通路有甘酰乙酸循環(huán)、GDP-甘露糖生物合成途徑、D-肌肌醇(1,4,5)-三磷酸生物合成通路、tRNA激活途徑、腺苷核苷酸的新合成途徑和丙酮酸轉(zhuǎn)異丁醇途徑等,與群落生命活動(dòng)相關(guān)途徑的相對(duì)豐度較高,可能是堆肥真菌群落在生存和繁殖過(guò)程中活躍的生命活動(dòng)所導(dǎo)致。
2.4堆肥過(guò)程中核桃青皮理化指標(biāo)與微生物豐度的相關(guān)性
將堆肥過(guò)程中核桃青皮的溫度、pH值、全鉀含量、水分含量、EC值、全氮含量、全磷含量、有機(jī)質(zhì)含量、腐殖酸含量、速效鉀含量、水解氮含量、有效磷含量與細(xì)菌屬水平物種豐度進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果如圖9所示。結(jié)果表明:堆肥的溫度與unclassified_f__Thermomonosporaceae、norank_f__Sphingobacteriaceae、Moheibacter等12個(gè)屬的豐度顯著負(fù)相關(guān);pH值與細(xì)菌屬水平的相關(guān)性和EC值與細(xì)菌屬水平的相關(guān)性趨勢(shì)表現(xiàn)一致,即與unclassified_o__Micrococcales、棒狀桿菌屬Corynebacterium、Weissella的豐度極顯著正相關(guān),與微桿菌屬M(fèi)icrobacterium、短桿菌屬Brevibacterium、葡萄球菌屬、短狀桿菌屬的豐度顯著正相關(guān),與norank_f__Sphingobacteriaceae、Moheibacter、norank_f__Limnochordaceae、類芽孢桿菌Paenibacillus等12個(gè)屬的豐度顯著負(fù)相關(guān),與norank_f__Bacillaceae和耐熱芽孢桿菌屬Thermobacillus的豐度極顯著負(fù)相關(guān);堆肥的其余指標(biāo)與細(xì)菌屬水平上物種豐度無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。
將堆肥過(guò)程中核桃青皮的溫度、pH值、全鉀含量、水分含量、EC值、全氮含量、全磷含量、有機(jī)質(zhì)含量、腐殖酸含量、速效鉀含量、水解氮含量、有效磷含量與真菌屬水平物種豐度進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果如圖10所示。結(jié)果表明:堆肥的速效鉀含量與絲衣霉屬、雙足囊菌屬、unclassified_o__Xylariales的豐度顯著負(fù)相關(guān);堆肥的腐殖酸含量、有機(jī)質(zhì)含量、有效磷含量、全鉀含量、全氮含量與芽生葡萄孢酵母屬Blastobotrys的豐度顯著正相關(guān),與小不整球殼屬Plectosphaerella和地霉屬的豐度顯著負(fù)相關(guān),與unclassified_f__Dipodascaceae、unclassified_o__Xylariales的豐度極顯著負(fù)相關(guān);堆肥的水分含量、全磷含量與芽生葡萄孢酵母屬的豐度顯著負(fù)相關(guān),與小不整球殼屬和地霉屬的豐度顯著正相關(guān),與unclassified_f__Dipodascaceae、unclassified_o__Xylariales的豐度極顯著正相關(guān);堆肥的溫度與柱霉屬Scytalidium、節(jié)擔(dān)菌屬、unclassified_k__Fungi等8個(gè)屬的豐度顯著正相關(guān);堆肥的pH值和EC值與念珠菌屬、Chordomyces、Tausonia的豐度顯著正相關(guān),與柱霉屬、unclassified_k__Fungi、節(jié)擔(dān)菌屬等5個(gè)屬的豐度極顯著正相關(guān)。
3討論與結(jié)論
已知核桃青皮中含有較多的多酚類物質(zhì),多酚類物質(zhì)具有一定的抗菌活性[17],僅用核桃青皮作為主要原料發(fā)酵時(shí)微生物的生命活動(dòng)可能會(huì)被其抑制,且有報(bào)道用鮮核桃青皮堆肥時(shí)溫度僅能達(dá)到30~40℃[18],可能無(wú)法達(dá)到物料腐熟溫度,所以較多試驗(yàn)中將核桃青皮與其他輔料進(jìn)行配比堆肥[4-5]。本研究中,通過(guò)對(duì)干燥后的核桃青皮進(jìn)行堆肥處理,證明了僅以核桃青皮為主要原材料進(jìn)行堆肥,在堆肥4d后溫度可達(dá)60℃以上,且50℃以上的溫度可以維持6d,達(dá)到了殺滅多數(shù)病原菌的溫度要求。理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果表明,在堆肥過(guò)程中,核桃青皮的全氮和全磷的含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),可能是由于微生物的活動(dòng)消耗了部分氮元素和磷元素,而其全鉀、水解氮、有效磷、速效鉀、腐殖酸、有機(jī)質(zhì)等的含量逐漸升高,說(shuō)明堆肥中微生物的活動(dòng)既消耗了一定量的養(yǎng)分,又轉(zhuǎn)化了青皮中的部分養(yǎng)分,將難溶的物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化成了生物體易吸收的形式。掃描電鏡下觀察結(jié)果表明,在微生物的降解作用下,大顆粒的青皮被降解成了小顆粒的物質(zhì)。核桃青皮堆肥的養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果顯示,其氮含量、磷含量、鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量、腐殖酸含量等指標(biāo)均符合文獻(xiàn)[19]中的相關(guān)要求,且其中鉀含量較高,與之前的報(bào)道一致[4],因此,核桃青皮可被單獨(dú)作為原料用來(lái)生產(chǎn)有機(jī)肥。
堆肥過(guò)程一般被劃分為4個(gè)時(shí)期(嗜溫期、嗜熱期、降溫期和腐熟期),4個(gè)時(shí)期優(yōu)勢(shì)菌群的演替與堆肥發(fā)酵效率和堆肥質(zhì)量密切相關(guān)[18]。在核桃青皮堆肥過(guò)程中,由于不同階段其溫度的變化,細(xì)菌和真菌的群落多樣性均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。在核桃青皮堆肥的嗜溫期,主要的細(xì)菌群落為葡萄球菌屬和沙雷氏菌屬,真菌優(yōu)勢(shì)菌群為念珠菌屬、青霉屬、曲霉菌屬和Gibellulopsis;在嗜熱期,細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌群為擬諾卡氏屬,真菌的優(yōu)勢(shì)菌群為Sodiomyces;在降溫期,細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)菌群為葡萄球菌屬、擬諾卡氏屬和黃單胞菌屬,真菌的優(yōu)勢(shì)菌群為Sodiomyces和念珠菌屬;在腐熟期,細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)菌群為海洋芽孢桿菌屬Oceanobacillus、葡萄球菌屬、華夏芽孢桿菌屬和芽孢桿菌屬,真菌的優(yōu)勢(shì)菌群為unclassified_f__Dipodascaceae、雙足囊菌屬和Sodiomyces。核桃青皮中的化合物影響了堆肥的pH值,使其偏堿性,部分菌群由于能夠在偏堿的環(huán)境下生存繁殖,得以發(fā)展為優(yōu)勢(shì)菌群,這些菌群能夠在高溫堿性環(huán)境下生存繁殖并且對(duì)青皮起到一定的降解作用。
通過(guò)對(duì)微生物進(jìn)行KEGG和MetaCyc功能分析,結(jié)果表明微生物在代謝過(guò)程和生命活動(dòng)相關(guān)途徑上相對(duì)豐度較高,說(shuō)明微生物通過(guò)活躍的代謝活動(dòng)對(duì)核桃青皮進(jìn)行了有效降解[20]。
堆肥的養(yǎng)分指標(biāo)與微生物群落的相關(guān)性分析結(jié)果表明,溫度、pH值和EC值對(duì)微生物屬水平上物種的相對(duì)豐度影響較大,真菌屬水平上物種的相對(duì)豐度與堆肥的養(yǎng)分指標(biāo)(全磷含量、全鉀含量、速效鉀含量、有效磷含量、水解氮含量、有機(jī)質(zhì)含量)有一定的相關(guān)性,而細(xì)菌屬水平上物種的相對(duì)豐度與堆肥的養(yǎng)分指標(biāo)的相關(guān)性不強(qiáng)。目前,相關(guān)研究主要聚焦在農(nóng)業(yè)廢棄物還田對(duì)土壤養(yǎng)分與微生物群落的影響[21],有關(guān)堆肥過(guò)程中微生物群落與養(yǎng)分變化的關(guān)系的研究報(bào)道較為鮮見(jiàn),本研究結(jié)果可以為該領(lǐng)域提供一定的思路。
本研究中對(duì)核桃青皮堆肥的優(yōu)勢(shì)菌群進(jìn)行了分析,研究結(jié)果可為明確微生物的降解功能特性提供參考,可為解決核桃青皮等固體廢物的資源化處理問(wèn)題提供思路。為給高效降解核桃青皮微生物菌劑的研制提供參考,下一步將研究分離各堆肥階段的優(yōu)勢(shì)菌種。