论文部分内容阅读
畜牧业会产生大量的畜禽粪便,如果不能将其无害化处理会对环境产生巨大威胁。通过堆肥将畜禽粪便无害化处理为有机肥,既可以减轻环境压力,又能够回收其中的氮磷钾等养分元素,有助于减少化肥投入。生物炭由于其优异的理化性质可以促进堆肥的腐殖化过程并提高堆肥质量,近年来作为一种堆肥添加剂受到广泛研究。但有关不同种类的生物炭对堆肥腐殖化过程、微生物群落演替及其堆肥产品对土壤磷素转化影响的研究较少。因此,本文构建了一种生物炭基堆肥体系,选取了两种不同生物质来源的生物炭—秸秆生物炭(JG)和木屑生物炭(MX),分别与牛粪共同堆肥。首先,探究不同生物炭对堆肥温度、p H值等理化因素和腐熟程度的影响。其次,运用高通量测序技术,探究不同生物炭对堆肥过程微生物群落演替的影响。最后,根据堆肥产品养分含量和腐熟程度的差异,选取秸秆生物炭基堆肥与羟基磷灰石(HAP)联合施用,以传统磷肥过磷酸钙(SSP)作为对照,玉米作为供试植物,宁夏碱性风沙土作为供试土壤,进行了为期60天的盆栽实验,探究生物炭基堆肥在碱性风沙土有效磷提升方面的应用。主要结论包括有:1.两种生物炭都可以提高堆肥高温阶段的最高温度,与对照组(不添加生物炭堆肥)相比较,JG和MX处理组将堆肥最高温度分别提高了4.2℃和4.3℃。两种生物炭都提高了生物炭基堆肥产品的有机质含量,与对照组相比较,JG和MX处理组的有机质含量分别提高了10.7%和6.5%。两种生物炭都有助于堆肥的腐殖化进程,与对照组相比较,JG和MX处理组的堆肥聚合度分别提高了5.5%和4.3%。2.所有处理组中细菌群落门水平的优势物种为:变形菌门、放线菌门、厚壁菌门、绿弯菌门和奇异球菌门。其中,放线菌门相对丰度随时间显著增加,厚壁菌门和奇异球菌门相对丰度随时间显著降低,其他菌门相对丰度随时间没有发生显著变化。与对照组相比较,JG处理组显著降低了堆肥中期绿弯菌门相对丰度以及堆肥后期厚壁菌门相对丰度;MX处理组显著降低了堆肥后期变形菌门相对丰度。细菌群落α多样性分析表明,两种生物炭的添加对于细菌群落物种丰度都没有显著影响,但显著降低了细菌群落的均匀度。细菌群落β多样性随时间变化差异显著;与对照组相比较,JG和MX处理组对不同时期细菌群落β多样性都产生了显著影响。细菌群落一共注释到22种功能种群,都与碳源分解和氮素转化有关,其中相对丰度较高(>10%)的功能类群有:化学异养、好氧化学异养和发酵。两种生物炭对细菌群落功能的影响主要集中在堆肥中期和后期,与对照组相比较,JG和MX处理组显著增加了堆肥中期和后期与发酵有关的细菌功能种群;并显著降低堆肥后期与硝酸盐呼吸、硝酸盐还原和氮呼吸有关的细菌功能种群。p H值、有机质含量、富里酸含量和种子发芽指数与细菌群落呈显著正相关。3.所有处理组中真菌群落门水平的优势物种为:子囊菌门、担子菌门和被孢菌门。其中,子囊菌门的相对丰度随时间显著增加,担子菌门的丰相对度随时间递减,其他菌门相对丰度随时间没有发生显著变化。与对照组相比较,JG和MX处理组对堆肥真菌门水平物种相对丰度没有显著影响。但在目水平上两种生物炭对真菌物种相对丰度产生了显著影响。与对照组相比较,JG和MX处理组都显著增加了堆肥中、后期微囊菌目相对丰度,并降低了堆肥中期盘菌目相对丰度以及堆肥后期肉座菌目相对丰度。真菌群落α多样性分析表明,两种生物炭的添加都有助于真菌群落丰度和多样性中的增加。时间因素对真菌群落β多样性没有显著影响;与对照组相比较,JG和MX处理组在堆肥中期和后期对真菌群落β多样性产生了显著影响,而对于堆肥前期真菌群落β多样性影响不大。真菌群落共注释到4种不同的真菌营养类型,分别为:病原-腐生-共生营养型、病原-共生营养型、腐生营养型和腐生-共生营养型。两种生物炭对堆肥真菌群落功能的影响主要集中在堆肥的中和后期,与对照组相比较,JG处理组显著提高了堆肥中期和后期病原-腐生-共生营养型真菌的相对丰度,但显著降低了腐生营养型真菌的相对丰度显著降低,并在MX处理中也发现了相似变化。有机质含量、总磷含量和种子发芽指数与真菌群落呈显著正相关。4.生物炭基堆肥与两种磷肥联合施用都可以促进玉米植株生物量的积累。相对于对照组处理(仅添加生物炭基堆肥),SSPH(高浓度过磷酸钙+生物炭基堆肥)、SSPL(低浓度过磷酸钙+生物炭基堆肥)、HAPH(高浓度羟基磷灰石+生物炭基堆肥)和HAPL处理组(低浓度羟基磷灰石+生物炭基堆肥)将玉米植株的地上部分干重分别增加了:79.9%、41.3%、41.5%和54.0%。相对于对照组,SSPH和HAPH处理组玉米植株地上部分的全磷含量分别提高了32.7%和34.3%。相对于土壤本底有效磷含量,添加生物炭基堆肥将风沙土的有效磷含量提高了68.4-79.5 mg/kg。综上所述,两种不同的生物炭都可以促进堆肥的腐殖化过程,并提高了堆肥的有机质含量。在促进堆肥腐熟和提高有机质含量方面,秸秆生物炭要优于木屑生物炭。两种生物炭对于堆肥的细菌和真菌群落组成都产生了影响,其中细菌群落在门水平发生了显著变化,而真菌则在目水平发生了显著变化。两种生物炭都提高了微生物群落的物种多样性并且改变了微生物群落的结构,其中时间因素对细菌群落的结构影响显著,而对真菌群落结构没有显著影响。两种生物炭都显著该变了堆肥细菌群落与碳氮循环功能有关的微生物,有助于促进堆肥有机质腐解和氮素转化,但生物炭添加对于堆肥真菌腐生营养型真菌有一定抑制作用。最后,生物炭基堆肥与磷肥联合施用有助于玉米植株生物量的积累,生物炭基堆肥可以大幅提高风沙土的有效磷含量。