基于病死猪酸解的氨基酸生物有机肥研制及其对土壤微生物区系的影响

摘要

我国大规模集约化生猪养殖产生的大量病死猪，如处理不当会造成严重环境问题，然而目前对病死猪资源化利用的研究尚少。另外，番茄和黄瓜连作障碍已经严重威胁到该两类作物的可持续发展，亟待研究解决番茄和黄瓜的连作障碍问题。本论文首先发明了酸解病死猪转化为氨基酸液的工艺，然后将酸解氨基酸液应用于了新型生物有机肥的研发，最后利用盆栽和田间试验研究了新型生物有机肥施用后的土壤生态效应。全文共分为三部分:第一部分首先研究了基于硫酸的病死猪酸解工艺，然后利用酸解获得的氨基酸液开发了具有促生和拮抗能力的新型细菌(含解淀粉芽孢杆菌SQR9)和真菌（含贵州木霉NJAU4742）生物有机肥的生产工艺;第二部分首先研究了新型含菌株SQR9生物有机肥对连作番茄的促生、增产和抗病效应，然后分析了其施用对连作番茄土体土壤和根际土壤微生物区系的影响;第三部分首先研究了新型含贵州木霉NJAU4742生物有机肥对连作黄瓜的促生和增产效应，然后分析了其施用对连作黄瓜土体土壤和根际土壤微生物区系的影响，最后通过土壤悬浮液试验研究了NJAU4742生物有机肥培育的土壤对黄瓜和拟南芥生物量和微生物区系的影响。主要研究结果如下: 1.病死猪在硫酸浓度5M，温度80℃，物料比1∶1.5和时间6h条件下，能够被完全酸解制得酸解氨基酸液，通过3次投料工艺，所得酸解氨基酸液中游离氨基酸的浓度达到12.4％,符合含氨基酸水溶肥国家标准。生物有机肥是由腐熟堆肥、氨基酸和功能微生物组成的，将酸解氨基酸液以0.2ml/g(DW)的比例添加入腐熟堆肥（如腐熟鸡粪和腐熟猪粪），经过4天的中和后熟后接种功能微生物固体发酵，能够促进多种功能微生物（如芽孢杆菌和木霉）的生长，利用该技术研制的生物有机肥功能菌数量达到生物有机肥国家标准。研究还发现，酸解氨基酸液能够降低腐熟堆肥的pH值和提高腐熟堆肥中总氮的含量。新型SQR9和NJAU4742生物有机肥研制工艺过程中微生物群落的高通量分析结果显示:酸解氨基酸液能够降低细菌的丰富度和提高芽孢杆菌的相对丰度，实现了SQR9在腐熟堆肥中的定殖，并且芽孢杆菌固体发酵过程主要是对腐熟堆肥土著细菌微生物群落组成的影响;在中和后熟后接入贵州木霉NJAU4742固体发酵后，木霉属的相对丰度显著增加，并且木霉菌固体发酵过程主要对腐熟堆肥土著真菌微生物群落组成造成影响。 2.盆栽试验表明，新型SQR9生物有机肥能够显著增加番茄作物的生物量。田间试验表明，不同施肥处理对番茄发病率(DI)存在明显的差异，相比化肥（DI为59％），处理施用普通有机肥（DI为30％）、氨基酸有机肥（DI为16％）和新型SQR9生物有机肥（DI为6％）能够递进并显著地降低大田番茄的发病率。Miseq高通量测序发现，不同施肥模式能够通过影响番茄土体土壤的微生物群落组成，进而影响根际土壤细菌和真菌群落组成。在属分类水平上，根际6个细菌属和10个真菌属与番茄发病率存在显著地相关性，该16个属中有8个属土体土壤和根际土壤相对丰度显著(P＜0.01)正相关关系，其余8个属有6个呈正相关关系和2个呈负相关关系，但是差异均不显著（P＞0.05）。相比施用化肥，施用SQR9生物有机肥对番茄土体和根际劳尔式菌和尖孢镰刀菌有显著抑制效果;而施用普通有机肥和氨基酸有机肥仅对劳尔式菌显著抑制作用。 3.相比施用化肥和有机肥处理，施用新型NJAU4742生物有机肥能够显著促进黄瓜的生长和提高黄瓜产量。施用后能够首先影响土体土壤真菌微生物区系，进而影响的根际真菌微生物区系，显著增加了黄瓜土体和根际木霉属的相对丰度和降低了土体和根际镰刀菌属的相对丰度。盆栽试验结果显示，新型NJAU4742生物有机肥在土壤中的促生效应不是NJAU4742单个微生物的作用，而是由于新型NJAU4742生物有机肥培育的土壤比氨基酸有机肥培育的土壤更具有促生能力，并主要是由于土壤中微生物的作用。新型NJAU4742生物有机肥相比氨基酸有机肥培育土壤的土壤悬浮液，能够显著提高黄瓜和拟南芥的生物量，并对黄瓜和拟南芥土体和根际真菌微生物群落影响差异显著。然而，新型NJAU4742生物有机肥相比氨基酸有机肥培育土壤无真菌微生物土壤悬浮液，对黄瓜和拟南芥促生差异不显著，表明其促生主要原因可能主要是调控形成了具有促生能力的真菌土壤微生物区系。 结论:本研究成功资源化利用了基于病死猪酸解的氨基酸液分别研制成新型含解淀粉芽孢杆菌SQR9和贵州木霉NJAU4742的生物有机肥。新型SQR9生物有机肥能够显著地降低番茄的发病率，并主要通过影响土体土壤的细菌和真菌的微生物区系，进一步影响根际土壤细菌和真菌的微生物区系，显著地降低了番茄根际病原菌的相对丰度。新型NJAU4742生物有机肥能够显著地促进黄瓜的生长，其主要原因可能是通过调控形成具有促生能力的真菌土壤微生物区系。

目录

声明

论文说明

摘要

本文所用缩略语及专有词汇

第一章文献综述

1．2病死猪的处理措施

2生物有机肥研制及其微生物群落研究

2．1 生物有机肥概述

2．2 生物有机肥生产所需功能微生物

2．3 氨基酸资源对于研制生物有机肥的意义

2．4 生物有机肥微生物群落组成的特征

2．5 含拮抗微生物生物有机肥防控土传病害机制

2．6含根际促生微生物生物有机肥促生机制

3施肥模式对土壤理化性质和微生物群落的影响

3．1肥料的种类

3．2施肥模式对土壤理化性质的影响

3．3施肥模式对土壤微生物群落的影响

3．4土壤理化性质与土壤微生物群落的关系

4土壤微生物群落概述及研究方法

4．1土壤微生物群落概述

4．2土壤微生物群落研究方法

5本研究的目的意义和技术路线

5．1本研究的目的和意义

5．2技术路线

第二章新型生物有机肥的研制及其微生物区系研究

1材料与方法

1．1试验材料

1．2试验方法

1．3数据统计分析

2结果与分析

2．1 硫酸酸解病死猪工艺的研究结果

2．2利用酸解氨基酸液研制的新型生物有机肥生产工艺

2．3 固体发酵研制SQR9生物有机肥的微生物区系变化

2．4固体发酵NJAU 4742生物有机肥的微生物区系变化

3讨论

4小结

第三章新型SQR9生物有机肥促生及抗病效应研究

1材料与方法

1．1试验材料

1．2试验方法

1．3数据统计分析

2结果与分析

2．1盆栽试验中新型SQR9生物有机肥番茄促生效果

2．2田间试验中新型SQ99生物有机肥对番茄的促生与防病效果

2．3 田间试验中新型SQR9生物有机肥施用对番茄微生物区系的影响

3讨论

4小结

第四章新型NJAU 4742生物有机肥促生效应与机制研究

第一节新型NJAU 4742生物有机肥促生及增产效应

1材料与方法

2结果与分析

3讨论

4本节小结

第二节新型NJAU 4742生物有机肥促生机制研究

1材料与方法

2结果与分析

3讨论

4本节小结

参考文献

全文总结

研究展望

创新点

致谢

博士期间已(待)发表论文与授权发明专利