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集約化農(nóng)牧業(yè)發(fā)展加劇了畜禽糞便和作物秸稈大量堆積造成的環(huán)境污染和資源浪費問題。當前，有機廢棄物的無害化處理正在成為世界范圍內(nèi)一個嚴峻的問題。好氧堆肥是一個微生物主導的將有機物轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)的過程，是實現(xiàn)生物質(zhì)廢棄物資源持續(xù)利用的重要途徑。生活生產(chǎn)中，常通過好氧堆肥的方式克服單一秸稈堆肥含水率低、孔隙度大等缺陷，將其轉(zhuǎn)化為高值農(nóng)業(yè)生產(chǎn)原料（如食用菌栽培），從而實現(xiàn)循環(huán)養(yǎng)分供應、改善基質(zhì)生態(tài)、促進作物生長。為此，大型真菌種質(zhì)資源與綠色發(fā)展專題攻關組以通用生物技術升級和綠色發(fā)展為目標，進行生物質(zhì)廢棄物清潔轉(zhuǎn)化和高值利用研究。

研究利用鏈霉菌-芽孢桿菌合成菌劑?(Streptomyces-Bacillus?Inoculant，SBI)?進行牛糞、玉米秸稈堆肥發(fā)酵，以提高有機質(zhì)轉(zhuǎn)化效率，減少氨氣等臭味氣體的排放。通過分析堆體理化性質(zhì)（碳氮養(yǎng)分循環(huán)、pH、溫度）、酶學性質(zhì)（脲酶、過氧化氫酶、纖維素降解酶、木質(zhì)素降解酶、硝酸還原酶、亞硝酸還原酶）和微生物群落（細菌、真菌）的演替規(guī)律，構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型（structural equation model， SEM），確定引起堆體微生物群落結(jié)構(gòu)變化的關鍵因子，探討高效綠色堆肥發(fā)酵的微生物機制。

在為期40天的好氧堆肥后，發(fā)現(xiàn)SBI能有效縮短堆肥腐熟時間，高溫期從15天縮短至8天。添加SBI顯著增加了堆肥總氮含量（+47%）和N-還原酶活性（硝酸鹽還原酶：+60%;亞硝酸鹽還原酶：+219%），加快了有機物質(zhì)的營養(yǎng)轉(zhuǎn)換，增加氮源并提升堆肥產(chǎn)品的肥效，減少了氨氣排放。同時，SBI的加入提升了纖維素分解菌Cupriavidus?(+89%)，Sorangium (+87%)?和固氮菌Agrobacterium (+72%)，Pseudomonas (+23%)?的相對豐度，并改變了堆肥過程中的C-、N-代謝途徑，促進了碳氮轉(zhuǎn)化和有機質(zhì)腐熟。SEM分析表明，真菌群落對環(huán)境因素的響應弱于細菌，在堆肥過程中，快速繁殖的細菌群落受到易得營養(yǎng)物質(zhì)的顯著影響，而真菌群落則受到纖維素酶和脲酶的更嚴格調(diào)控。

圖1?SBI介導牛糞、玉米秸稈共堆肥的養(yǎng)分循環(huán)和微生物群落演替

圖2?堆肥理化性質(zhì)和微生物（a: 細菌;?b:?真菌）多樣性的SEM

該工作強調(diào)了SBI加入對植物殘體和牛糞共發(fā)酵的積極影響，經(jīng)過好氧堆肥，牛糞和玉米渣在一系列生化反應轉(zhuǎn)化下形成腐殖質(zhì)產(chǎn)物，這些物質(zhì)肥力穩(wěn)定，富含氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素和有益微生物。作為一種高效的有機質(zhì)在基質(zhì)（如土壤）中適當施用，可以影響微生物的多樣性和豐富度，改善孔隙結(jié)構(gòu)，增加肥力，減少農(nóng)藥和化肥使用，提升作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

文章以Enhancing C and N turnover,functional bacteria abundance,and the efficiency of biowaste conversion using Streptomyces-Bacillus?inoculation為題在國際經(jīng)典權威期刊Journal of Environmental Management上發(fā)表。周紫嫣為論文第一作者，劉棟、于富強為論文共同通訊作者。研究得到中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（A類）（XDA26050302）、云南省“興滇英才”青年項目（YNQR-QNRC-2019-025）和云南省科技創(chuàng)新計劃（202205AD160036）的支持。

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