摘要
我国果枝残余物数量逐年递增，处理不当既污染环境又导致资源浪费。堆肥是作为残余物资源化利用的有效方式之一。微生物在堆肥过程中扮演着至关重要的角色，单一菌株或者几种微生物混合物被广泛用于加速残余物中木质素等顽固组分的降解。目前关于微生物菌剂的研究多集中在农作物秸秆残余物等方面，果园剪枝残余物的研究相对较少。果枝残余物在含有大量营养元素的同时也含有大量的纤维素、半纤维素和木质素等难降解物质，制约果枝残余物高效利用。而微生物可将木质素降解为低聚体或单体化合物，具备低能耗和环境友好性的优势。因此，亟待开展木质纤维素高效降解菌的筛选，促进果枝残余物的有效利用。 本研究广泛收集植物凋落物，采用愈创木酚显色法和苯胺蓝褪色法，筛选高效降解木质素菌株，研究其产木质素降解酶活性和对果枝（葡萄枝条）材料中木质纤维素降解特性;分析和比较接种该菌和外来商业菌对果枝残余物堆肥过程的影响和差异，探讨微生物群落变化及木质纤维素降解的影响机制;最后将堆肥成熟后的产品施加于果园土壤，监测堆肥还田后土壤物理性状、土壤养分、微生物生物量及酶活性的变化。旨在丰富高效降解木质素的微生物资源库，阐明接种菌剂对果枝残余物堆肥中木质纤维素降解的作用，评估果枝残余物堆肥产品施用对土壤养分的影响，为形成一项有益于果枝残余物高效降解的堆肥技术提供实践依据。主要研究结果如下: （1）木质素降解菌的筛选:通过愈创木酚显色法和苯胺蓝褪色法，从植物凋落物中筛选到一株具有木质素分解性能的菌株HUA。结合形态和分子生物学方法，菌株被鉴定为厚壁隔孢伏革菌（Peniophora crassitunicata）。菌株HUA的漆酶、锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶活性最大值分别为53.18 U/L、174.01 U/L和9.51 U/L。该菌能有效降解木质纤维素成分，葡萄枝条液态发酵20天后，纤维素、半纤维素和木质素降解率分别达到17.50％、36.55％和10.33％。 （2）木质素降解菌对果枝残余物的堆肥研究:研究接种厚壁隔孢伏革菌与商业菌对果枝残余物堆肥过程的影响。与未接种的对照组相比，接种微生物菌剂的实验组提高了堆肥温度并延长了高温期，改善了 pH、碳氮比、种子发芽指数等其他指标。其中厚壁隔孢伏革菌与商业菌的复合接种（HS组）的方法表现出最佳的有机物降解效果，提高了纤维素酶、木聚糖酶、漆酶等关键酶活性，使纤维素、半纤维素和木质素的含量分别降低了 16.57％、49.54％和10.30％。整个堆肥过程中Firmicutes、Proteobacteria和Ascomycota为优势门。接种微生物菌剂的处理改变了细菌和真菌群落结构，丰富了 Bacillus、Ureibacillus、Mycothermus、Saccharomyces和Aspergillus等微生物菌属。与对照组相比，接种微生物菌剂的处理增加了更多参与木质纤维素降解的微生物群落，细菌中的Ureibacillus和Paenibacillus以及真菌中的Thermomyces和Mycothermus在木质纤维素降解中发挥重要作用。另外，pH、NH4+-N、NO3--N、GI、细菌Shannon指数、细菌Chao指数、细菌Ace指数和真菌Shannon指数显著影响木质纤维素降解。进一步通过路径分析，接种微生物菌剂的处理通过显著改变主要理化性质和微生物丰度及多样性，进而显著降低木质纤维素含量。 (3)堆肥产品还田对果园土壤养分的影响:与未施肥土壤相比，施肥处理(堆肥还田)的土壤对土壤养分、微生物生物量和酶活性有显著影响。施肥处理后的土壤铵态氮和硝态氮含量较未施肥的土壤分别显著提高了 36.45％-109.63％和25.71％-66.86％。土壤微生物生物量碳和氮含量分别提高了 20.15％-194.91％和61.40％-347.81％。土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶、亮氨酸酶和过氧化物酶活性分别提高了 52.38％-64.70％、121.05％-246.88％、81.38％-121.03％、17.10％-65.22％、11.14％-28.37％。此外，施肥处理对土壤有机质、全氮和全磷含量有增加的趋势，其中有机质提高了1.56％-16.47％,全氮提高了 1.25％-5.08％,全磷提高了 26.44％-26.97％。这些结果表明，堆肥还田提高了土壤养分，为土壤微生物生长提供了碳源和氮源，刺激了微生物分泌更多酶，有利于提高土壤酶活性。 综上所述，本研究从植物凋落物中分离出的厚壁隔孢伏革菌(Peniophora crassitunicata)具有一定的木质纤维素降解能力，丰富了微生物资源库。将该菌应用于果枝残余物堆肥，发现接种菌剂的处理能提高堆肥温度，改善堆肥理化状况;接种菌剂刺激了更多参与木质纤维素降解的微生物群落，一些优势细菌Ureibacillus 和 Paenibacillus 以及优势真菌 Thermomyces 和 Mycothermus 在木质纤维素降解中发挥重要作用;接种微生物菌剂的处理通过显著改变主要理化性质以及优势微生物丰度和多样性，进而显著降低木质纤维素含量。将成熟后的堆肥产品施加到果园土壤中，发现施用该堆肥产品提高了土壤有机质、全氮、全磷、铵态氮和硝态氮等养分含量，且施肥后的土壤微生物生物量碳和氮含量以及酶活性均有所提高。以上结果可为果枝残余物堆肥资源化利用提供菌种资源，也可指导果枝残余物堆肥还田。
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