發(fā)布時間：2018-04-12 10:07

  本文選題：高溫堆肥 + 生物有機肥　； 參考：《南京農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：人類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在促進(jìn)經(jīng)濟快速發(fā)展的同時也產(chǎn)生大量的固體有機廢棄物。這些廢棄物一旦不能被及時有效地處理,不僅會造成資源浪費,還可能引發(fā)環(huán)境污染甚至威脅人類自身。另一方面,在集約化農(nóng)業(yè)種植模式下,連續(xù)單一種植導(dǎo)致的土傳病害已嚴(yán)重威脅到經(jīng)濟作物的可持續(xù)生產(chǎn)。本論文1)首先基于不同稻殼添加量與不同堆肥添加物,探究一種以雞糞為原料的高效高溫堆肥工藝,并通過光譜學(xué)技術(shù)、高通量測序技術(shù)等研究其高溫堆肥過程中物質(zhì)結(jié)構(gòu)和微生物區(qū)系的動態(tài)變化;2 )在研制的腐熟雞糞產(chǎn)品基礎(chǔ)上,外源添加藍(lán)藻、菜粕、羽毛粉等蛋白類固體有機廢棄物,研制高質(zhì)量有機肥和生物有機肥,同時對其發(fā)酵過程中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化和促生效應(yīng)進(jìn)行研究;3)通過田間試驗研究了在設(shè)施番茄連作下,使用生物基質(zhì)育苗與田間施用生物有機肥防控番茄土傳青枯病的效應(yīng)與作用機制。主要研究結(jié)果如下:1.初始碳氮比為17.25的堆體B (稻殼添加量為50% )比初始碳氮比為9.63的堆體A (稻殼添加量為15%)腐熟化進(jìn)程更快,主要表現(xiàn)為升溫速率快,纖維素、半纖維素的降解速率快,最先形成胡敏酸類物質(zhì)。腐熟化進(jìn)程的快慢主要是由于堆體起始碳氮比差異導(dǎo)致的堆肥進(jìn)程中微生物群落的不同而引起。升溫期堆體B中細(xì)菌屬:Tissierella、Natronincola、Anaerosalibacter、Enterococcus、Exiguobacterium、Eggerthia和真菌Piciha屬的相對豐度顯著高于堆體A中的相對豐度。相關(guān)性分析(Spearman)顯示細(xì)菌Dietzi Nocardiopsis、Thermobifida、Elizabethkingia、Haliscomenobacter、Saccharococcus 屬和真菌Aspergills屬可能與胡敏酸類物質(zhì)形成有關(guān)。方差變量分析(VPA)表明堆體中細(xì)菌群落的演化受溫度、含水量、水溶性有機碳和硝態(tài)氮含量等關(guān)鍵性理化(25.2%)與堆肥時間的交互作用(8.7%)所影響;而真菌群落的演化則受含水量、水溶性有機碳和總磷含量等關(guān)鍵性理化(11.4%)與堆肥時間交互作用(10.5%)的影響。2.在堆肥起始添加起爆劑(堆體B )和腐熟肥料(堆體C )均可加速堆肥初始溫度的升高,且堆體B效果更優(yōu),主要表現(xiàn)為升溫速率快,發(fā)芽指數(shù)大于80%的時間早,胡敏酸類物質(zhì)形成早。腐熟化進(jìn)程的快慢主要是由于堆肥初始加入的堆肥添加物不同造成堆肥起始動力的差異而引起。與對照堆體相比,堆體B和堆體C在堆肥初始的微生物群落多樣性高于對照堆體,升溫期的微生物總量多且升溫期堆體中Alkaliphilus、Halalkalibacillus、Cerasibacillus、Tepidimicrobium 的相對豐度和高溫期堆體中Bacillus、Fontibacillus、Psychrobacilus屬的相對豐度顯著高于對照;這些細(xì)菌具有產(chǎn)孢和嗜熱的特點,從而推動了堆肥進(jìn)程,提高了堆肥效率,縮短了堆肥周期。3.與普通腐熟雞糞堆肥相比,在二次固體發(fā)酵過程中添加7%干重比例的藍(lán)藻藻泥的堆肥產(chǎn)品對植物具有更加顯著的促生作用。堆肥盆栽試驗表明,與對照(不添加藍(lán)藻藻泥)相比,黃瓜、辣椒、香蕉和玉米的株高分別提高了 77.1%、54.3%、40.8%和25.4%;莖粗分別提高了 13.1%、46.8%、43.5%和48.2%;地上部分鮮重分別增加了 53.5%、97.2%、178%和142%;地下部分鮮重分別增加了 12.0%、52.4%、165%和38.9%。促生作用的提升可能是由于在二次固體發(fā)酵過程中添加7%干重比例的藍(lán)藻藻泥顯著提高堆肥產(chǎn)品中的可溶性有機態(tài)氮、常見游離氨基酸和總氨基酸含量導(dǎo)致的。此外,添加藍(lán)藻藻泥的堆體在二次發(fā)酵過程中微囊藻毒素-LR和微囊藻毒素-RR被快速降解,并獲得較高的發(fā)芽指數(shù),實現(xiàn)了藍(lán)藻藻泥資源無害化利用的目標(biāo)。4.通過響應(yīng)曲面方法對固體發(fā)酵的原料配比進(jìn)行優(yōu)化,并通過擴大驗證試驗獲得最優(yōu)的固體發(fā)酵原料配比為:7.61(DW)菜粕:8.85(DW)羽毛粉:6.47(DW)藍(lán)藻藻泥:77.07 (DW)腐熟雞糞堆肥。與普通腐熟雞糞堆肥相比,配方優(yōu)化后的發(fā)酵原料在經(jīng)過7天二次固體發(fā)酵后獲得一種新型生物有機肥,SQR9菌株數(shù)量和脂肽含量分別增加23.27倍和5.44倍。該新型生物有機肥對茄子植株有顯著的促生效果。盆栽試驗中,優(yōu)化后的生物有機肥處理的茄子株高較化肥處理、普通有機肥處理分別提高了 33.4%、15.5% (兩季結(jié)果平均值),莖粗分別提高8.4%、5.2% (兩季結(jié)果平均值)。田間試驗中,與化肥處理、普通有機肥處理和新型有機肥處理相比,施用優(yōu)化后的生物有機肥的茄子的株高分別增加了 16.7%、10.3%和5.1% (第一季),莖粗分別提高了 17.4%、1.6%和1.3% (第一季),茄子果實中的Vc含量分別提高了195%、41.1%和28.2% (第二季),可溶性糖含量分別提高了 72.9%、36.1%和27.8%(第二季),增產(chǎn)幅度在8.6%至57.2%之間(兩季)。5.相比施用化肥和有機肥,設(shè)施番茄連作下施用生物有機肥顯著提高番茄產(chǎn)量,降低土傳青枯病發(fā)病率;而使用生物基質(zhì)育苗與田間施用生物有機肥可進(jìn)一步提升產(chǎn)量和降低發(fā)病率。連續(xù)三季施用生物有機肥在番茄產(chǎn)量上比化肥對照和普通有機肥處理分別提高了 198%和67.4%,發(fā)病率上分別降低了 49.2%和34.0%,而使用生物基質(zhì)育苗與田間施用生物有機肥處理比化肥對照和普通有機肥處理分別增產(chǎn)314%和132%,發(fā)病率分別降低了 76.9%和70.0%;連續(xù)五季種植后,處理間的差異進(jìn)一步擴大,施用生物有機肥在番茄產(chǎn)量上比化肥處理和普通有機肥處理分別提高了 220%和80.1%,發(fā)病率上分別降低了 43.3%和29.6%,而使用生物基質(zhì)育苗與田間施用生物有機肥處理比化肥對照和普通有機肥處理分別增產(chǎn)330%和143%,發(fā)病率分別降低了 64.2%和55.6%。6.連作會導(dǎo)致病原菌和真菌數(shù)量的增加。與普通有機肥處理相比,施用生物有機肥和使用生物基質(zhì)育苗與田間施用生物有機肥可以增加土壤細(xì)菌數(shù)量,減少真菌及病原菌數(shù)量。Miseq高通量測序結(jié)果表明,連續(xù)三季種植設(shè)施番茄的土體和根際土壤中,相比于普通有機肥處理,施用生物有機肥顯著增加了根際細(xì)菌中Chryseobacterium、Lysobacter、Luteimonas、 Sphingobacterium 和 Shinella 屬,土體細(xì)菌 中 Lysobactei、Limnobacter、Burkholderia、Sphingorhabdus、Marinithermus 和Succinipira屬。使用生物基質(zhì)育苗與田間施用生物有機肥較普通有機肥處理顯著增加了土體細(xì)菌中 Limnbacter、Thalassolituus 、 Sphingomonas 、 Burkholderria 、Lysobacter、Luleimonas、Rhodanobacter、Acetitomaculum 和 Rhodovibrio 屬的相對豐度。對不同施肥處理的微生物群落進(jìn)行維恩分析,發(fā)現(xiàn)不同施肥構(gòu)建了不同的土體土壤微生物區(qū)系,而土體土壤微生物區(qū)系又進(jìn)一步影響了根際土壤微生物區(qū)系,這可能是不同施肥造成番茄土傳青枯病防控效應(yīng)差異的原因之一。土體土壤和根際土壤中病原菌的相對豐度均和發(fā)病率之間存在顯著線性擬合關(guān)系(R2分別為0.651和0.688 ),但是根際土壤中病原菌的相對豐度遠(yuǎn)高于土體土壤病原菌的相對豐度,說明根際土壤病原菌的聚集有可能是番茄土傳青枯病的主要原因。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),土體土壤中病原菌的相對豐度和土體土壤中硝態(tài)氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(p0.05),和碳氮比呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p0.05);而根際土壤中病原菌的相對豐度和土體土壤的pH呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p0.05),和電導(dǎo)率(p0.01)、總磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(p0.05)。7. Miseq高通量測序發(fā)現(xiàn),連續(xù)五季施用生物有機肥改變了土體土壤和根際土壤的微生物群落結(jié)構(gòu),而連續(xù)使用生物基質(zhì)育苗與田間施用生物有機肥進(jìn)一步加強該變化趨勢,體現(xiàn)在根際細(xì)菌中Bacteroidetes門(擬桿菌門)的相對豐度,土體細(xì)菌中Gemmatimonadetes門(芽單胞菌門)的相對豐度和根際真菌中Ascomycota門(子囊菌門)的相對豐度上。相比于有機肥處理,連續(xù)五季施用生物有機肥和使用生物基質(zhì)育苗與田間施用生物有機肥均顯著降低了土體土壤和根際土壤中病原菌的相對豐度,土體土壤的病原菌相對豐度分別降低了 67.0%和67.8%,而在對應(yīng)根際土壤中分別降低了 18.7%和71.0%。連續(xù)五季使用生物基質(zhì)育苗與田間施用生物有機肥提高了Bacillus屬的相對豐度(根際土壤和土體土壤)以及Pseudomonas屬的相對豐度(根際土壤)。基于隨機矩陣構(gòu)建的群體網(wǎng)絡(luò)結(jié)果顯示,連續(xù)五季施用生物有機肥提高了土體土壤真菌群落及細(xì)菌群落的有序化程度(模塊性分別為0.480和0.625),增強了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性;而使用生物基質(zhì)育苗與田間施用生物有機肥有效增強了根際土壤細(xì)菌群落組織有序化程度(模塊性為0.859),提高其網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。結(jié)論:合適的碳氮比與堆肥起始添加起爆菌種或腐熟肥料可以提高堆肥效率。在腐熟雞糞堆肥中添加藍(lán)藻藻泥、菜粕、羽毛粉等含氮固體有機廢棄物可以實現(xiàn)廢棄物資源無害化利用,提高肥料品質(zhì),且其具有良好的促生、增產(chǎn)功效。該(生物)有機肥料中氨基酸含量、脂肽含量和功能菌的數(shù)量是其具有促生增產(chǎn)效應(yīng)的原因之一。連續(xù)使用生物基質(zhì)育苗與田間施用生物有機肥可以有效提高番茄產(chǎn)量、改善果實品質(zhì)、降低土傳青枯病的發(fā)病率。造成防控效率差異的原因之一是有效降低了根際土壤和土體土壤中病原菌的含量與相對豐度;第二是有效增加了土體土壤和根際土壤中芽孢桿菌屬的相對豐度和根際土壤中假單胞菌屬的相對豐度;第三是有效提高了微生物群落的有序化程度,增強了微生物群體網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。所以本研究獲得了一種高效、高質(zhì)、可持續(xù)發(fā)展農(nóng)事模式。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ446;S436.412.15

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1739283