双氰胺对农业废物堆肥过程及反硝化功能基因的影响研究

摘要

堆肥是有效处理农业废物的生物技术之一，通过堆肥技术将稻草秸秆制成有机肥是解决秸秆过剩的有效手段。堆肥过程中的氮素损失及其控制受到了国内外越来越多学者的关注，反硝化作用是造成堆肥化过程氮素损失的重要原因之一。堆肥添加剂常被用于控制堆肥过程氮素损失。多数国内外关于堆肥过程中控制氮素损失研究多关注其效果，但是较少涉及控制措施所导致的堆肥过程中氮素转化微生物的动态变化，因此揭示堆肥过程中氮素转化微生物学机理对开发新型高效堆肥保氮技术具有重要的指导作用。硝化抑制剂是一类化合物，因其对氮素转化的调节作用被广泛应用到土壤中用以提高氮肥的利用效率。近年来有学者研究在堆肥中添加硝化抑制剂作为调节氮素转化、减少氮素损失的措施，但关于硝化抑制剂对堆肥系统中反硝化微生物的影响还没有得到深入的研究。
　　本试验以秸秆等农业废物为主要原料，添加硝化抑制剂双氰胺（Dicyandiamide，DCD）进行静态好氧堆肥试验，设置相同堆肥条件不添加DCD作为空白对照，分析了堆肥过程中各个时期不同处理的pH值、NH+4-N浓度、NO-3-N浓度和水溶性有机碳（WSC）理化参数的变化趋势，并应用实时定量聚合酶链式反应（real-time qPCR）技术对参与反硝化过程的功能基因（nirK、nirS和nosZ）丰度随时间的变化情况进行了研究。
　　结果表明，添加DCD明显地改变了堆肥过程的氮素转化，两组堆肥样品的pH值、NH+4-N浓度、NO-3-N浓度有显著差异(p<0.001)，WSC的降解过程受DCD的影响较小。nirK基因对DCD的响应最显著，DCD处理组的nirK基因丰度在整个堆肥过程中都维持在较低的水平，明显低于对照组。两组堆肥样品的nirS和nosZ基因在不同的时期达到峰值，且随时间变化明显。通过冗余分析得出DCD是影响nirK基因丰度的显著因子，WSC和NO-3–N浓度对反硝化基因丰度有着显著的影响（p<0.05）。两组堆肥样品性质的差异是造成反硝化功能基因nirS和nosZ丰度变化的一个重要原因。

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第1章 绪论

1.1 农业废物好氧堆肥技术概述

1.2 堆肥过程中的反硝化作用

1.3 堆肥添加剂的应用

1.4 硝化抑制剂的应用进展

1.5 堆肥微生物基因丰度的研究方法

1.6 微生物生态学中常用的多元分析方法

1.7 本课题研究目的及研究内容

第2章 双氰胺对堆肥过程中理化性质的影响

2.1 引言

2.2 实验材料

2.3 实验测定方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 双氰胺对堆肥过程中反硝化功能基因的影响

3.1 引言

3.2 仪器设备

3.2 主要试剂及配比

3.3 实验方法

3.5 结果与讨论

3.5 本章小结

第4章 环境因子与反硝化基因之间相关关系的研究

4.1 引言

4.2 数据处理方法

4.3 影响不同堆肥样品反硝化基因的环境因子分析

4.4 讨论

4.5 小结

结论

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢