虻粪二次堆肥生化特性的动态变化趋势及其微生物演替规律

【目的】通过培养试验动态观察了虻粪在后续二次堆肥过程中生化特性的动态变化趋势,研究了堆体微生物生态的动态演替规律,讨论了虻粪二次堆肥的稳定化机理。【方法】采取盛有虻粪的圆桶埋入大条垛发酵堆体的动态培养试验,在为期49 d的测试期内间隔7 d动态采样,采用16S rRNA高通量测序开展虻粪堆体样品的微生物多样性与群落结构分析以及代谢功能预测。【结果】虻粪堆体经历2周快速升温至68.7℃后,逐步降温至第49天的37.7℃,总有机碳、溶解性有机质(DOM)、pH分别达到67.3%、18.4g/kg、8.0。在堆体熟腐过程中,Shannon指数、Simpson指数和Chao1指数等微生物多样性水平均随堆肥进程而快速增加,而后缓慢下降至结束时的7.45、0.98和985。16SrRNA测序发现,Bacteroidetes (拟杆菌门)、Firmicutes (厚壁菌门)、Proteobacteria (变形菌门)与Actinobacteria (放线菌门)等是堆体微生物群落的主要菌群。与此同时,Corynebacteriaceae (棒状杆菌科)从初始的35.7%下降至结束时的6.5%,Flavobacteriaceae (黄杆菌科)则从3.22%逐步增长至12.6%,Porphyromonadaceae (单胞菌科)快速增加至11.5%之后缓慢下降至与初始水平相当的5.1%。PICRUSt预测发现,在整个虻粪堆肥过程中,氨基糖和核苷酸糖代谢、碳固定通路、甲烷代谢等功能平均相对丰度保持较强水平,且均在堆肥中期(第15–35天)出现峰值,后续均呈现下降态势。脂肪代谢、不饱和脂肪酸生物合成代谢、多环芳烃降解以及硫代谢等平均相对丰度较弱的代谢功能呈现先降后升的特征。【结论】虻粪二次堆肥过程中,物料含水量与DOM快速下降、有机质降解逐步完成以及物料微生物结构与功能趋于稳定等,堆制腐熟后的虻粪生化性质稳定,有利于虻粪有机肥农田再利用。

黑水虻生物转化残留物二次堆肥物料生化及溶解性有机质动态演化特征

餐厨垃圾黑水虻转化技术因其周期短、转化效率高、昆虫制品价值潜力大等优点而受到重视,但对黑水虻生物转化后的残留物的再处理鲜见报道.结合生化测试和波谱分析,在为期49 d的残留物条垛式二次堆肥过程中,研究物料的生化特征及其溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)的动态变化特征.结果显示:堆体物料温度在7 d内快速升至63.8℃,之后缓慢降低至结束时的27.7℃,物料含水量从初始的65.4%逐步下降至38.6%,处理后物料DOM、速效磷、总氮和铵态氮含量分别降低了69.1%、41.7%、11.8%和22.6%,而硝态氮含量提高了18.7倍.三维荧光光谱、傅里叶变换红外光谱以及核磁共振分析发现:(1)物料DOM组分中酚类、醇类、脂肪、蛋白质以及乳酸类等物质逐步降解;(2)碳水化合物烷基链烃类物质含量逐渐下降,且链烃支链逐渐变短,烯烃类、芳香组类以及多糖类等物质被降解的同时又生成新的同类物质;(3)β-木糖、β-半乳糖、β-阿拉伯糖、α-半乳糖、α-阿拉伯糖以及α-葡萄糖等溶解性单糖相对增加,有机胺、含甲基有机质以及有强抗病毒功能的肌苷三磷酸类等物质相对增加.随着二次堆肥的进行,物料DOM化学组分多样性增加,结构复杂性下降,稳定性和芳香性组分相对增加.本研究表明黑水虻生物转化残留物经二次堆肥后,腐殖化程度加深,产品质量得到提升.该结果可为残留物资源化再利用以及餐厨垃圾黑水虻生物转化技术提供理论依据.