農(nóng)業(yè)廢物好氧堆肥中反硝化功能基因及其分布特征的研究.pdf

1、堆肥化用于處理農(nóng)業(yè)廢物已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但由于堆肥化過程中氮素的損失會產(chǎn)生臭氣并導(dǎo)致堆肥產(chǎn)品質(zhì)量的下降，研究堆肥過程中氮素的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化規(guī)律具有重要的實際意義。反硝化作用是反硝化微生物在厭氧條件下，通過一系列的酶催化還原反應(yīng)將氮氧化合物NO3-，NO2-轉(zhuǎn)化成氣態(tài)氮(NO、N2O、N2)，在氮素循環(huán)過程中起著重要的作用。在農(nóng)業(yè)廢物好氧堆肥過程中，將反硝化作用作為切入點，通過對堆肥體系中環(huán)境因子的檢測以及利用分子生物學(xué)的方法對反硝化作用基

2、因進(jìn)行研究，分析他們之間存在的關(guān)系，可以為減少氮素?fù)p失、堆肥工藝的優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。
　　 本研究模擬農(nóng)業(yè)廢物好氧堆肥過程，原料采用稻草秸稈等，堆肥期間取樣的時間和位置不同，對堆體含水率、pH、堆體溫度、NH4+-N、NO3--N、WSC等環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)測。從堆體溫度來看，堆體上中下三層達(dá)到最高溫度分別為55℃、62℃和60℃，高溫期持續(xù)10d，保證了堆肥的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)和堆肥腐熟條件。此次堆肥過程pH整體在6.5～8.5范圍內(nèi)波動

3、，至堆肥結(jié)束時呈堿性，有利于微生物有效的發(fā)揮作用。含水率在人工調(diào)節(jié)下在40％～60％的最適合的范圍之內(nèi)。堆肥前期NH4+-N含量波動上升，在第5d達(dá)到最大值2268 mg·kg-1（以干樣計）之后含量呈下降趨勢;在堆肥初期NO3--N含量經(jīng)歷了短暫的上升過程，在中后期NO3--N逐漸增加，上中下三層在結(jié)束堆肥時分別達(dá)到了549.0 mg·kg-1、468.3mg·kg-1和445.6 mg·kg-1。WSC在堆肥的初期進(jìn)行短暫的上升之后

4、持續(xù)下降，結(jié)束時含量約是初期含量的30％。從以上環(huán)境因子的監(jiān)測情況來看，我們在實驗室成功地模擬了農(nóng)業(yè)廢物好氧堆肥的過程。
　　 應(yīng)用定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(real-time PCR)技術(shù)對農(nóng)業(yè)廢物好氧堆肥過程中不同位置處的反硝化功能基因數(shù)量隨著堆肥時間的變化情況進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，三種反硝化還原酶基因在農(nóng)業(yè)廢物好氧堆肥過程中均存在，被成功擴(kuò)增并定量，定量結(jié)果顯示nirS和nirK基因在堆肥的整個周期中都存在，而nosZ基因在堆肥

5、初期不存在，對著堆肥的進(jìn)程出現(xiàn)并且數(shù)量比另外兩種基因的多。三種基因的數(shù)目均呈現(xiàn)出一種先增加后減少的趨勢。單因子方差分析用于檢驗堆體不同位置處的基因數(shù)目之間的差異性，檢驗結(jié)果表明三種基因在堆體上中下三層之間的確存在著顯著的差異性，與nirK和nirS基因相比，nosZ基因數(shù)目的差異整體不顯著。
　　 使用Canoco4.5軟件對獲得的反硝化功能基因豐度數(shù)據(jù)與不同時期不同層次堆體溫度、pH、含水率、NH4+-N、NO3--N和水溶性

6、有機碳(WSC)等環(huán)境因子的相關(guān)性進(jìn)行冗余分析(redundancy analysis，RDA)?；谑謩舆x擇的RDA分析結(jié)果表明，WSC、NH4+-N和堆體溫度對反硝化基因豐度有著顯著的影響(p＜0.05)，且前2個因子達(dá)到了極顯著水平(p＜0.01)。應(yīng)用t-value回歸分析方法單獨分析每種環(huán)境因子與三種基因的相關(guān)性，其中nirK與溫度和pH顯著正相關(guān)(p＜0.05)，nirS與溫度顯著正相關(guān)(p＜0.05)，nosZ與NH4+-