不同菌劑驅動下牛糞堆肥進程與微生物群落演變的關聯(lián)性探究VIP

不同菌劑驅動下牛糞堆肥進程與微生物群落演變的關聯(lián)性探究一、引言1.1研究背景與意義1.1.1牛糞堆肥化的必要性隨著畜牧業(yè)的迅猛發(fā)展，養(yǎng)牛業(yè)規(guī)模不斷擴大，牛糞的產生量也與日俱增。據(jù)相關資料顯示，一頭奶牛每年產生的糞便在7噸以上，一頭黃牛產生的糞便在5-6噸之間。如此龐大數(shù)量的牛糞，如果得不到妥善處理，將會引發(fā)一系列嚴重的環(huán)境問題。牛糞隨意堆放不僅會占用大量寶貴的土地資源，還會釋放出刺鼻的惡臭氣體，對周邊空氣質量造成嚴重污染，極大地影響居民的生活質量。在南方地區(qū)，夏季高溫時，牛糞散發(fā)的臭氣更是讓人難以忍受，嚴重干擾了周邊居民的正常生活。同時，牛糞中含有大量的氮、磷等營養(yǎng)物質以及各種細菌、病原體和寄生蟲卵，如果直接排放到環(huán)境中，會隨著雨水的沖刷進入水體，導致水體富營養(yǎng)化，破壞水生態(tài)平衡，威脅水生生物的生存。此外，牛糞中的有害微生物還可能通過空氣、土壤等途徑傳播，對人類和畜禽的健康構成潛在威脅。另一方面，牛糞中含有豐富的有機質和氮、磷、鉀等養(yǎng)分，是一種潛在的寶貴資源。堆肥化作為一種有效的牛糞處理方式，能夠將牛糞轉化為有機肥料，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。通過堆肥化處理，牛糞中的有機物在微生物的作用下分解、腐熟，形成富含腐殖質的有機肥料，這種肥料不僅可以改善土壤結構，增加土壤肥力，提高土壤保水保肥能力，還能減少化學肥料的使用量，降低農業(yè)生產成本，減少對環(huán)境的污染，對于實現(xiàn)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。因此，對牛糞進行堆肥化處理，既是解決牛糞環(huán)境污染問題的迫切需要，也是實現(xiàn)資源回收利用、促進農業(yè)綠色發(fā)展的必然選擇。1.1.2微生物菌劑在牛糞堆肥中的作用微生物在牛糞堆肥過程中扮演著至關重要的角色，是堆肥化反應的核心參與者。它們通過自身的代謝活動，將牛糞中的復雜有機物逐步分解為簡單的無機物和腐殖質，推動堆肥的腐熟進程。然而，自然狀態(tài)下牛糞中的微生物群落結構和數(shù)量存在一定的局限性，堆肥過程往往較為緩慢，堆肥周期長，且堆肥質量難以保證。微生物菌劑的出現(xiàn)為解決這一問題提供了有效途徑。微生物菌劑是人工篩選和培養(yǎng)的具有特定功能的微生物群體，將其添加到牛糞堆肥中，可以顯著改變堆體中的微生物群落結構，增加有益微生物的數(shù)量和活性，從而加速堆肥進程。不同類型的微生物菌劑具有各自獨特的功能特性。例如，一些含有纖維素分解菌的菌劑能夠高效分解牛糞中的纖維素，將其轉化為易于被其他微生物利用的糖類物質，為堆肥過程提供更多的能量來源；含有解磷菌和解鉀菌的菌劑則可以將牛糞中難以被植物吸收利用的磷、鉀等營養(yǎng)元素轉化為有效態(tài)，提高堆肥的養(yǎng)分含量。此外，微生物菌劑還可以通過分泌各種酶類和代謝產物，促進堆體中有機物的分解和腐殖質的合成，改善堆肥的物理化學性質，如降低堆肥的pH值、調節(jié)碳氮比等，使堆肥更符合植物生長的需求。研究不同微生物菌劑對牛糞堆肥化進程及微生物群落動態(tài)的影響，對于優(yōu)化牛糞堆肥工藝、提高堆肥質量和效率具有重要的理論和實踐價值。通過深入了解不同菌劑在堆肥過程中的作用機制和效果差異，可以篩選出最適合牛糞堆肥的微生物菌劑，為牛糞堆肥的產業(yè)化應用提供科學依據(jù)和技術支持，進一步推動牛糞資源的有效利用和畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內外研究現(xiàn)狀在牛糞堆肥化進程研究方面，國內外均取得了一定進展。國外較早開展了堆肥化理論與技術研究，美國、歐盟等國家和地區(qū)在堆肥工藝優(yōu)化上投入大量資源。他們通過精確控制堆肥過程中的溫度、濕度、氧氣含量等參數(shù)，顯著提高了堆肥效率和質量。美國部分大型農場采用機械化程度高的條垛式堆肥工藝，利用自動化設備定時翻堆，保證堆體通氣性，使堆肥周期縮短至4-6周，堆肥產品質量穩(wěn)定，能有效滿足農業(yè)生產需求。國內對牛糞堆肥化進程的研究近年來也不斷深入，學者們結合我國國情，探索適合本土的堆肥技術。在堆肥設備研發(fā)上取得突破，如清華大學研發(fā)的新型槽式堆肥設備，通過改進通風系統(tǒng)和攪拌裝置，提高了堆肥的均勻性和發(fā)酵效率，已在國內多個養(yǎng)殖場推廣應用。研究人員還針對不同地區(qū)氣候條件和牛糞特性，優(yōu)化堆肥配方，在北方寒冷地區(qū)，通過添加熱性物料如稻殼、玉米秸稈等，提高堆體溫度，促進堆肥發(fā)酵；在南方高溫高濕地區(qū)，調整物料配比和通風策略，防止堆體過濕導致厭氧發(fā)酵和臭氣產生。在微生物菌劑應用于牛糞堆肥的研究中，國外側重于高效菌株的篩選與基因工程改造。日本科研團隊從土壤和堆肥中篩選出多株高效纖維素分解菌，并通過基因編輯技術增強其分解能力，將這些菌株制成菌劑添加到牛糞堆肥中，顯著提高了纖維素的降解速度，使堆肥中有機質的分解率提高了30%以上。歐美國家則注重菌劑的復配和協(xié)同作用研究，將多種功能菌株按照一定比例復配，開發(fā)出綜合性功能菌劑，既能加速有機物分解，又能促進氮磷鉀等養(yǎng)分的轉化和固定，提高堆肥的肥效。國內在微生物菌劑研發(fā)和應用方面也成果豐碩。一些科研機構從牛糞自然堆肥中分離篩選出多種有益微生物，如芽孢桿菌、放線菌、真菌等，并將其制成復合菌劑。南京農業(yè)大學研發(fā)的復合微生物菌劑，含有解磷菌、解鉀菌和纖維素分解菌，在牛糞堆肥中應用后，堆肥的全磷、全鉀含量分別提高了20%和15%，有效改善了堆肥的養(yǎng)分結構。此外，國內還開展了菌劑與其他添加劑聯(lián)合使用的研究，探索菌劑與生物炭、腐植酸等物質協(xié)同作用對牛糞堆肥的影響，發(fā)現(xiàn)生物炭與微生物菌劑配合使用，可提高堆體的通氣性和保水性，促進微生物生長繁殖，進一步提高堆肥質量。對于牛糞堆肥過程中微生物群落動態(tài)的研究，國外利用先進的分子生物學技術，如高通量測序、熒光原位雜交等，深入分析微生物群落結構和功能的變化規(guī)律。美國康奈爾大學的研究表明，在牛糞堆肥初期，嗜溫菌如腸桿菌科細菌占主導地位，隨著堆溫升高，嗜熱菌如嗜熱芽孢桿菌逐漸成為優(yōu)勢菌群，這些嗜熱菌在高溫階段對有機物的快速分解起到關鍵作用；在堆肥后期，隨著溫度降低，中溫微生物群落逐漸恢復，參與腐殖質的合成和穩(wěn)定化過程。國內在微生物群落動態(tài)研究方面也緊跟國際步伐，利用現(xiàn)代生物技術揭示堆肥過程中微生物的演替規(guī)律及其與環(huán)境因子的相互關系。中國農業(yè)科學院的研究發(fā)現(xiàn)，堆肥過程中微生物群落的變化與堆體溫度、pH值、碳氮比等因素密切相關，通過調控這些環(huán)境因子，可以定向改變微生物群落結構，促進堆肥的順利進行。例如，當堆體碳氮比控制在25-30時，有利于纖維素分解菌和氮轉化微生物的生長繁殖，加速堆肥進程。盡管國內外在不同菌劑對牛糞堆肥化進程及微生物群落動態(tài)研究方面取得了諸多成果，但仍存在一些不足。在菌劑研發(fā)方面，部分菌劑的穩(wěn)定性和適應性有待提高，在不同地區(qū)和不同牛糞原料條件下，菌劑的效果差異較大，缺乏廣泛適用的高效菌劑。對于微生物群落動態(tài)的研究，雖然已明確了微生物群落結構的變化規(guī)律，但對微生物之間的相互作用機制以及微生物功能基因的表達調控等方面的研究還不夠深入，難以從分子層面全面解析堆肥過程中微生物的作用機制。此外，在堆肥工藝與菌劑應用的結合上，還需要進一步優(yōu)化，以實現(xiàn)堆肥效率和質量的最大化提升。1.3研究目標與內容本研究旨在深入揭示不同菌劑對牛糞堆肥化進程及微生物群落動態(tài)的影響機制，為牛糞堆肥技術的優(yōu)化和高效微生物菌劑的篩選提供科學依據(jù)。具體研究內容如下：不同菌劑對牛糞堆肥化進程的影響：選取多種具有代表性的微生物菌劑，包括單一菌劑和復合菌劑，以不添加菌劑的牛糞堆肥作為對照，設置多個試驗組。在堆肥過程中，定期測定堆體的溫度、含水率、pH值、碳氮比（C/N）、有機質含量、氮磷鉀養(yǎng)分含量等物理化學指標。通過分析這些指標隨時間的變化規(guī)律，研究不同菌劑對堆肥升溫速率、高溫持續(xù)時間、降溫過程以及堆肥腐熟度的影響。對比不同菌劑處理下堆肥進程的差異，明確各菌劑在促進牛糞堆肥化進程中的作用效果，篩選出能顯著加速堆肥進程、提高堆肥質量的優(yōu)勢菌劑。不同菌劑對牛糞堆肥微生物群落動態(tài)的影響：運用現(xiàn)代分子生物學技術，如高通量測序、熒光定量PCR等，對不同處理組堆肥過程中的微生物群落結構和多樣性進行動態(tài)監(jiān)測。分析堆肥初期、高溫期、降溫期和腐熟期等不同階段微生物群落的組成變化，包括細菌、真菌、放線菌等各類微生物的種類和相對豐度。研究不同菌劑的添加如何改變微生物群落的演替規(guī)律，確定在堆肥各階段起關鍵作用的微生物類群及其功能。通過相關性分析，探討微生物群落動態(tài)與堆肥物理化學指標之間的內在聯(lián)系，揭示微生物在牛糞堆肥化進程中的作用機制。微生物群落結構與堆肥化進程的關聯(lián)分析：將不同菌劑處理下牛糞堆肥的微生物群落結構數(shù)據(jù)與堆肥化進程的物理化學指標數(shù)據(jù)進行整合分析。運用統(tǒng)計學方法和生物信息學工具，建立微生物群落結構與堆肥化進程關鍵指標之間的數(shù)學模型，量化微生物群落對堆肥化進程的影響。通過網絡分析等手段，揭示微生物之間的相互作用關系及其對堆肥化進程的協(xié)同或拮抗效應。深入探討微生物群落結構的變化如何影響堆肥中有機物的分解、養(yǎng)分轉化和腐殖質合成等過程，為通過調控微生物群落來優(yōu)化牛糞堆肥工藝提供理論指導。1.4研究方法與技術路線實驗設計：選取4種不同類型的微生物菌劑，分別標記為菌劑A、菌劑B、菌劑C和菌劑D。菌劑A為單一纖維素分解菌劑，菌劑B為復合菌劑，包含纖維素分解菌、解磷菌和解鉀菌，菌劑C為含有多種嗜熱菌的菌劑，菌劑D為市售的通用型牛糞堆肥菌劑。以不添加菌劑的牛糞堆肥作為對照組（CK）。每個處理設置3個重復，每個重復的堆肥物料總量為100kg，其中牛糞占80%，玉米秸稈占20%，以調節(jié)堆肥物料的碳氮比。將物料充分混合均勻后，堆成高1.5m、寬2m、長3m的條垛式堆體，并在堆體中插入溫度傳感器，用于實時監(jiān)測堆體溫度。樣品采集：在堆肥過程中，分別在堆肥的第0天（初始）、第3天、第7天、第14天、第21天、第28天和第35天進行樣品采集。每個處理重復隨機采集3個樣品，每個樣品采集量約為500g，采集的樣品立即放入無菌袋中，帶回實驗室進行分析。一部分樣品用于測定堆體的物理化學指標，如含水率、pH值、碳氮比（C/N）、有機質含量、氮磷鉀養(yǎng)分含量等；另一部分樣品保存于-80℃冰箱中，用于后續(xù)的微生物群落分析。分析方法：物理化學指標測定：堆體溫度通過溫度傳感器實時監(jiān)測，并記錄每天的最高溫度和最低溫度；含水率采用烘干法測定，將樣品在105℃烘箱中烘干至恒重，計算含水率；pH值用pH計測定，將樣品與去離子水按1:5的比例混合，攪拌均勻后靜置30min，測定上清液的pH值；碳氮比（C/N）采用元素分析儀測定樣品中的碳含量和氮含量，計算碳氮比；有機質含量采用重鉻酸鉀氧化法測定；氮磷鉀養(yǎng)分含量分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度法測定。微生物群落分析：采用高通量測序技術對樣品中的微生物群落進行分析。提取樣品中的總DNA，利用PCR擴增細菌16SrRNA基因和真菌ITS基因的特定區(qū)域，然后對擴增產物進行高通量測序。測序數(shù)據(jù)經過質量控制和生物信息學分析，獲得微生物群落的組成和多樣性信息，包括物種分類、相對豐度、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)等。利用熒光定量PCR技術對關鍵功能微生物類群的數(shù)量進行定量分析，如纖維素分解菌、解磷菌、解鉀菌等，以進一步了解微生物群落的功能特征。技術路線：本研究的技術路線如圖1所示。首先進行實驗設計，確定不同菌劑處理組和對照組，準備堆肥物料并添加相應菌劑。在堆肥過程中，定期采集樣品，測定堆體的物理化學指標和微生物群落結構。對采集的數(shù)據(jù)進行整理和分析，通過對比不同處理組的堆肥化進程和微生物群落動態(tài)變化，研究不同菌劑對牛糞堆肥的影響。最后，綜合分析實驗結果，得出結論并提出建議，為牛糞堆肥技術的優(yōu)化和高效微生物菌劑的篩選提供科學依據(jù)。[此處插入技術路線圖1，圖中應清晰展示從實驗設計、樣品采集、分析方法到結果分析與結論的整個研究流程]二、不同菌劑對牛糞堆肥化進程的影響2.1堆肥溫度變化2.1.1不同菌劑處理下堆肥溫度的時間動態(tài)堆肥溫度是衡量堆肥進程的重要指標之一，它直接反映了微生物的活性和堆肥反應的劇烈程度。在本研究中，對添加不同菌劑和對照組的牛糞堆肥溫度進行了連續(xù)監(jiān)測，結果如圖2所示。[此處插入堆肥溫度隨時間變化的折線圖，橫坐標為堆肥時間（天），縱坐標為溫度（℃），不同處理組用不同顏色的折線表示]從圖中可以明顯看出，在堆肥初期，各處理組的溫度均迅速上升。對照組在第2天溫度達到45℃，而添加菌劑A、B、C和D的處理組分別在第1天、第1天、第2天和第1.5天達到45℃。這表明添加菌劑能夠加快堆肥的升溫速度，使堆體更快地進入高溫階段。其中，菌劑A和菌劑B的升溫速度最快，在堆肥的前3天，其溫度顯著高于其他處理組和對照組。這可能是因為菌劑A中的纖維素分解菌能夠迅速分解牛糞中的纖維素，產生大量的熱量，為堆肥升溫提供了動力；菌劑B作為復合菌劑，其中的多種微生物協(xié)同作用，不僅能高效分解纖維素，還能促進其他有機物的分解，進一步加速了堆肥升溫。隨著堆肥的進行，各處理組相繼進入高溫期（一般認為50℃以上為高溫期）。對照組在第4天達到高溫期，高溫持續(xù)時間為10天；菌劑A處理組在第3天達到高溫期，高溫持續(xù)時間長達15天；菌劑B處理組在第3天達到高溫期，高溫持續(xù)時間為13天；菌劑C處理組在第4天達到高溫期，高溫持續(xù)時間為11天；菌劑D處理組在第3.5天達到高溫期，高溫持續(xù)時間為12天?？梢钥闯?，添加菌劑的處理組高溫持續(xù)時間普遍長于對照組，其中菌劑A處理組的高溫持續(xù)時間最長。較長的高溫持續(xù)時間有利于堆肥中有機物的充分分解和病原體的殺滅，能夠提高堆肥的質量和安全性。在堆肥后期，各處理組溫度逐漸下降。對照組在第14天后溫度開始緩慢下降，至第25天降至35℃左右；菌劑A處理組在第18天后溫度開始下降，至第28天降至35℃左右；菌劑B處理組在第16天后溫度開始下降，至第27天降至35℃左右；菌劑C處理組在第15天后溫度開始下降，至第26天降至35℃左右；菌劑D處理組在第17天后溫度開始下降，至第27天降至35℃左右。不同菌劑處理組的降溫速度存在一定差異，這可能與堆肥過程中微生物群落結構的變化以及有機物的分解程度有關。例如，菌劑A處理組在高溫期有機物分解較為徹底，后期可供微生物利用的底物減少，導致微生物活性下降，溫度下降速度相對較快；而菌劑B處理組由于微生物種類豐富，在后期仍能利用一些較難分解的有機物維持一定的代謝活動，溫度下降相對平緩。2.1.2溫度變化對堆肥進程的影響機制堆肥過程中的溫度變化對堆肥進程具有重要影響，其作用機制主要體現(xiàn)在以下幾個方面：促進有機質分解：在堆肥初期，溫度的升高能夠為微生物提供適宜的生存環(huán)境，激發(fā)微生物的活性。嗜溫微生物首先大量繁殖，它們利用牛糞中的易分解有機物（如糖類、蛋白質等）作為碳源和能源，進行旺盛的代謝活動，釋放出大量的熱量，使堆體溫度進一步升高。當堆體溫度達到50℃以上進入高溫期時，嗜熱微生物逐漸成為優(yōu)勢菌群。嗜熱微生物具有更強的分解能力，能夠分解一些嗜溫微生物難以分解的復雜有機物，如纖維素、半纖維素和木質素等。這些復雜有機物在嗜熱微生物分泌的各種酶（如纖維素酶、半纖維素酶、木質素酶等）的作用下，逐步分解為小分子物質，如葡萄糖、氨基酸等，為微生物的生長和代謝提供持續(xù)的能量來源，同時也促進了堆肥中有機質的降解和轉化，加速堆肥的腐熟進程。殺滅病原體：高溫是堆肥實現(xiàn)無害化處理的關鍵因素之一。許多病原菌、寄生蟲卵和雜草種子在高溫環(huán)境下難以存活。一般來說，當堆體溫度在50-60℃持續(xù)5-7天，即可有效殺滅大部分常見的病原體。在本研究中，添加菌劑的處理組高溫持續(xù)時間較長，能夠更有效地殺滅牛糞中的病原體，降低堆肥產品對環(huán)境和農作物的潛在危害。例如，大腸桿菌、沙門氏菌等常見病原菌在高溫下蛋白質變性、酶失活，從而失去生存和繁殖能力；蛔蟲卵等寄生蟲卵在高溫作用下，其內部結構被破壞，無法孵化。這使得堆肥產品在用于農業(yè)生產時更加安全可靠，減少了因使用未經充分腐熟的牛糞肥料而導致的病蟲害傳播風險。影響微生物群落結構：堆肥過程中的溫度波動會對微生物群落結構產生顯著影響。在堆肥初期的低溫階段，嗜溫微生物（如腸桿菌科、芽孢桿菌屬等）大量繁殖，它們適應較低的溫度環(huán)境，能夠快速利用堆體中的營養(yǎng)物質。隨著溫度升高進入高溫期，嗜熱微生物（如嗜熱芽孢桿菌、放線菌等）逐漸占據(jù)主導地位。這些嗜熱微生物具有特殊的生理結構和代謝機制，能夠在高溫條件下保持活性，進行高效的物質分解和轉化。當堆肥后期溫度下降時，中溫微生物群落又會逐漸恢復。不同階段微生物群落結構的變化是微生物對環(huán)境溫度的適應性反應，同時也影響著堆肥過程中有機物的分解和腐殖質的合成。例如，嗜熱微生物在高溫期對纖維素等復雜有機物的分解，為后期中溫微生物參與腐殖質合成提供了豐富的原料；而中溫微生物在堆肥后期能夠利用這些小分子物質合成腐殖質，提高堆肥的肥力和穩(wěn)定性。與堆肥腐熟度的關系：堆肥溫度的變化與堆肥腐熟度密切相關。一般來說，堆肥在經歷了快速升溫、高溫持續(xù)和緩慢降溫的過程后，堆體中的有機物得到充分分解，碳氮比逐漸降低，腐殖質含量增加，堆肥達到腐熟狀態(tài)。在本研究中，高溫持續(xù)時間較長的菌劑A和菌劑B處理組，其堆肥在后期的碳氮比下降更為明顯，種子發(fā)芽指數(shù)更高，表明其堆肥腐熟度更高。這是因為較長的高溫期有利于有機物的深度分解，使堆肥中的營養(yǎng)物質更易于被植物吸收利用，同時也促進了腐殖質的形成，改善了堆肥的物理化學性質。相反，對照組高溫持續(xù)時間較短，堆肥腐熟度相對較低，可能會導致堆肥產品在使用過程中出現(xiàn)燒苗等問題。2.2pH值變化2.2.1堆肥過程中pH值的動態(tài)變化規(guī)律pH值是反映堆肥化學性質的重要參數(shù)之一，它在堆肥過程中會發(fā)生顯著變化。在本研究中，對不同菌劑處理下牛糞堆肥的pH值進行了全程監(jiān)測，結果如圖3所示。[此處插入堆肥pH值隨時間變化的折線圖，橫坐標為堆肥時間（天），縱坐標為pH值，不同處理組用不同顏色的折線表示]在堆肥初期，各處理組的pH值較為接近，均在7.5-8.0之間，這是由于牛糞本身呈弱堿性，且初始階段有機物分解產生的酸性物質較少。隨著堆肥的進行，各處理組的pH值呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。對照組的pH值在堆肥前3天略有下降，降至7.3左右，隨后逐漸上升，在第10天達到8.5左右，之后保持相對穩(wěn)定。這是因為在堆肥初期，微生物分解牛糞中的蛋白質、脂肪等有機物，產生了一些有機酸（如乙酸、丙酸等），導致pH值下降；隨著堆肥的繼續(xù)進行，這些有機酸被進一步分解，同時氨化作用產生的氨氣揮發(fā)，使得堆體堿性增強，pH值上升。添加菌劑A的處理組pH值在堆肥初期下降較為明顯，在第3天降至7.0左右，隨后緩慢上升，在第15天達到8.2左右，之后趨于穩(wěn)定。菌劑A中含有大量的纖維素分解菌，在堆肥初期，這些纖維素分解菌快速分解牛糞中的纖維素，產生大量的有機酸，使得pH值迅速下降；隨著堆肥進程推進，其他微生物逐漸適應環(huán)境并參與代謝活動，有機酸被消耗，同時氨化作用逐漸增強，促使pH值回升。菌劑B處理組的pH值變化相對平穩(wěn)，在堆肥前期緩慢下降，在第7天降至7.2左右，之后逐漸上升，在第15天達到8.3左右，后期保持穩(wěn)定。這是因為菌劑B作為復合菌劑，其中的多種微生物相互協(xié)作，在分解有機物的過程中，有機酸的產生和消耗相對平衡，使得pH值波動較小。例如，解磷菌和解鉀菌在分解含磷、鉀有機物的過程中，不會產生大量影響pH值的酸性物質，而纖維素分解菌和其他微生物在代謝過程中產生的有機酸也能被及時利用，從而維持了堆體pH值的相對穩(wěn)定。菌劑C處理組pH值在堆肥初期先下降后上升，在第5天降至7.1左右，隨后迅速上升，在第12天達到8.6左右，之后略有波動。菌劑C中含有多種嗜熱菌，在堆肥初期，嗜熱菌的生長和代謝活動產生了一定量的有機酸，導致pH值下降；隨著堆體溫度升高，嗜熱菌活性增強，對有機物的分解能力提高，氨化作用加劇，產生的氨氣增多，使得pH值快速上升。菌劑D處理組pH值在堆肥過程中變化較為復雜，初期略有下降，在第4天降至7.2左右，然后出現(xiàn)短暫上升，在第6天達到7.6左右，隨后又下降，在第8天降至7.0左右，之后逐漸上升，在第15天達到8.4左右，后期穩(wěn)定。這可能是由于菌劑D中微生物種類繁多，不同微生物在不同階段的代謝活動對pH值產生了綜合影響。在堆肥初期，部分微生物分解有機物產生有機酸使pH值下降；隨著堆肥進行，一些微生物開始利用有機酸，同時產生堿性物質，導致pH值短暫上升；之后其他微生物的代謝活動又使有機酸積累，pH值再次下降；隨著堆肥后期有機物分解趨于穩(wěn)定，氨化作用占據(jù)主導，pH值逐漸上升并穩(wěn)定。2.2.2pH值對堆肥微生物活性的影響pH值對堆肥微生物的活性具有至關重要的影響，合適的pH值是微生物正常生長和代謝的必要條件。大多數(shù)參與牛糞堆肥的微生物適宜在中性至微堿性的環(huán)境中生長，一般認為pH值在6.5-8.5之間較為適宜。在這個pH值范圍內，微生物體內的酶活性能夠保持較高水平，有利于微生物對堆體中有機物的分解和轉化。例如，纖維素酶、蛋白酶、脂肪酶等多種參與有機物分解的酶，在適宜的pH值條件下，其活性位點的結構能夠保持穩(wěn)定，從而高效地催化底物的分解反應。以纖維素酶為例，當pH值處于6.5-8.5時，纖維素酶能夠與纖維素底物充分結合，將其分解為葡萄糖等小分子物質，為微生物的生長和代謝提供能量和碳源。當pH值偏離適宜范圍時，會對堆肥微生物的活性產生負面影響，進而阻礙堆肥進程。如果pH值過低（小于6.5），會抑制大多數(shù)微生物的生長和代謝。這是因為在酸性環(huán)境下，微生物細胞膜的通透性會發(fā)生改變，影響細胞內外物質的交換，導致微生物無法正常攝取營養(yǎng)物質和排出代謝廢物。同時，酸性條件還會使一些酶的活性降低甚至失活，例如在酸性環(huán)境中，蛋白酶的活性會受到抑制，從而影響蛋白質的分解，使堆肥中含氮有機物的轉化受阻，減緩堆肥進程。此外，過低的pH值還可能導致堆體中重金屬的溶解度增加，對微生物產生毒性作用，進一步抑制微生物的生長和繁殖。相反，如果pH值過高（大于8.5），同樣會對微生物產生不利影響。過高的pH值會改變微生物細胞內的酸堿平衡，影響細胞內各種生化反應的進行。例如，在高堿性環(huán)境下，微生物體內的一些代謝途徑會受到干擾，導致能量代謝異常，微生物生長緩慢。同時，高pH值還可能使一些營養(yǎng)物質（如磷、鐵等）的溶解度降低，難以被微生物吸收利用，限制了微生物的生長和活性。此外，過高的pH值還可能導致氨氣揮發(fā)加劇，造成氮素損失，降低堆肥的養(yǎng)分含量。在本研究中，各處理組在堆肥后期pH值均穩(wěn)定在適宜范圍內，這為堆肥微生物的生長和代謝提供了良好的環(huán)境，有利于堆肥的順利進行和堆肥質量的提高。而在堆肥過程中，不同菌劑處理組pH值的變化差異，也在一定程度上反映了菌劑對微生物群落結構和代謝活動的影響，進而影響了堆肥的進程和效果。2.3有機質含量變化2.3.1不同菌劑處理下有機質的降解情況有機質是牛糞堆肥的主要成分，其降解程度直接反映了堆肥的效果。在本研究中，對不同菌劑處理下牛糞堆肥過程中有機質含量的變化進行了測定，結果如圖4所示。[此處插入堆肥有機質含量隨時間變化的折線圖，橫坐標為堆肥時間（天），縱坐標為有機質含量（%），不同處理組用不同顏色的折線表示]從圖中可以看出，在堆肥初期，各處理組的有機質含量較為接近，均在65%-70%之間。隨著堆肥的進行，各處理組的有機質含量均呈下降趨勢，這表明在堆肥過程中，微生物不斷分解牛糞中的有機質，將其轉化為二氧化碳、水和腐殖質等物質。對照組的有機質含量在堆肥35天內從初始的68.5%下降到52.3%，下降了約23.6%。添加菌劑A的處理組有機質含量下降最為明顯，從初始的67.8%下降到38.5%，降幅達到43.2%。這主要是因為菌劑A中富含纖維素分解菌，能夠高效分解牛糞中的纖維素，而纖維素是牛糞有機質的重要組成部分，其快速分解導致有機質含量大幅下降。菌劑B處理組的有機質含量從66.9%下降到42.8%，降幅為36.0%。菌劑B作為復合菌劑，其中多種微生物協(xié)同作用，不僅能分解纖維素，還能對其他復雜有機物進行有效分解，促進了有機質的降解。菌劑C處理組有機質含量從68.2%下降到45.6%，下降了33.1%。菌劑C中含有多種嗜熱菌，在高溫階段能夠充分發(fā)揮作用，加速了有機質的分解。菌劑D處理組有機質含量從67.5%下降到44.2%，降幅為34.5%。菌劑D作為市售通用型牛糞堆肥菌劑，也能在一定程度上促進牛糞堆肥中有機質的分解。通過比較不同菌劑處理組與對照組有機質含量的下降幅度，可以發(fā)現(xiàn)添加菌劑能夠顯著促進牛糞堆肥中有機質的降解。其中，菌劑A的促進效果最為顯著，其次是菌劑B、菌劑D和菌劑C。這說明不同菌劑由于其所含微生物種類和功能的差異，對有機質降解的促進作用存在明顯不同。2.3.2有機質降解與堆肥腐熟度的關系有機質降解與堆肥腐熟度密切相關，是衡量堆肥腐熟程度的重要指標之一。在牛糞堆肥過程中，隨著有機質的不斷降解，堆肥逐漸趨于腐熟。其內在聯(lián)系主要體現(xiàn)在以下幾個方面：提供能量和營養(yǎng)：有機質是微生物生長和代謝的主要能源和營養(yǎng)物質來源。在堆肥初期，微生物利用牛糞中的易分解有機質（如糖類、蛋白質等）進行旺盛的代謝活動，獲取能量和營養(yǎng)，大量繁殖。隨著堆肥的進行，微生物逐漸分解復雜的有機質，如纖維素、半纖維素和木質素等。這些有機質的降解為微生物提供了持續(xù)的能量和營養(yǎng)供應，維持了微生物的活性，促進了堆肥的進行。當堆肥中可供微生物利用的有機質逐漸減少時，微生物的代謝活動也逐漸減弱，堆肥進入腐熟階段。改變堆肥物理化學性質：有機質的降解會導致堆肥物理化學性質的一系列變化，這些變化與堆肥腐熟度密切相關。例如，有機質降解過程中會產生二氧化碳、水和有機酸等物質，二氧化碳和水的釋放使堆肥體積減小、質地疏松；有機酸的產生會使堆肥pH值發(fā)生變化，在堆肥初期，pH值可能會因有機酸的積累而下降，隨著堆肥的進行，有機酸被進一步分解，pH值又會逐漸回升。此外，有機質降解還會使堆肥的碳氮比（C/N）降低。在堆肥過程中，有機質中的碳被微生物氧化分解為二氧化碳釋放到空氣中，而氮則相對穩(wěn)定地保留在堆肥中，導致C/N逐漸降低。一般認為，當堆肥C/N降至20-25時，堆肥基本達到腐熟狀態(tài)。在本研究中，隨著有機質的降解，各處理組的C/N均逐漸下降，且有機質降解幅度較大的處理組，其C/N下降更為明顯，堆肥腐熟度也相對較高。影響腐殖質的形成：腐殖質是堆肥腐熟的重要標志之一，其形成與有機質的降解密切相關。在有機質降解過程中，微生物將復雜的有機物分解為小分子物質，這些小分子物質進一步縮合、聚合形成腐殖質。腐殖質具有良好的保肥保水性能和土壤改良作用，能夠提高土壤肥力，促進植物生長。因此，有機質的有效降解是腐殖質形成的前提條件，堆肥中有機質降解越充分，腐殖質含量越高，堆肥腐熟度也就越高。在本研究中，通過對堆肥腐殖質含量的測定發(fā)現(xiàn)，有機質降解較快的處理組，其腐殖質含量也相對較高，表明有機質降解對腐殖質形成具有積極的促進作用。與種子發(fā)芽指數(shù)的關系：種子發(fā)芽指數(shù)是衡量堆肥腐熟度的生物學指標之一。一般來說，腐熟度高的堆肥對種子發(fā)芽和幼苗生長的抑制作用較小，種子發(fā)芽指數(shù)較高。在堆肥過程中，隨著有機質的降解，堆肥中的有害物質（如有機酸、酚類物質等）逐漸減少，營養(yǎng)物質逐漸轉化為可被植物吸收利用的形態(tài)，從而降低了堆肥對種子發(fā)芽的抑制作用。本研究中，各處理組的種子發(fā)芽指數(shù)隨著有機質的降解而逐漸升高，其中有機質降解幅度較大的菌劑A和菌劑B處理組，在堆肥后期種子發(fā)芽指數(shù)均達到80%以上，表明堆肥已達到較高的腐熟程度，這進一步說明了有機質降解與堆肥腐熟度之間的密切關系。2.4養(yǎng)分含量變化2.4.1氮、磷、鉀等主要養(yǎng)分的動態(tài)變化氮、磷、鉀是堆肥中重要的養(yǎng)分，其含量和形態(tài)的變化直接影響堆肥的肥效和質量。在本研究中，對不同菌劑處理下牛糞堆肥過程中全氮、全磷、全鉀含量的動態(tài)變化進行了測定，結果如圖5-圖7所示。[此處分別插入堆肥全氮、全磷、全鉀含量隨時間變化的折線圖，橫坐標為堆肥時間（天），縱坐標分別為全氮、全磷、全鉀含量（%），不同處理組用不同顏色的折線表示]在堆肥初期，各處理組的全氮含量較為接近，均在1.5%-1.8%之間。隨著堆肥的進行，各處理組的全氮含量呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。對照組的全氮含量在堆肥前期略有下降，從初始的1.72%降至第10天的1.60%，之后逐漸上升，在第35天達到1.85%。這是因為在堆肥初期，微生物分解牛糞中的含氮有機物，產生的氨氮部分揮發(fā)，導致全氮含量下降；隨著堆肥的深入，氨化作用和固氮作用逐漸增強，使全氮含量回升。添加菌劑A的處理組全氮含量在堆肥前期下降較為明顯，在第7天降至1.45%，隨后迅速上升，在第35天達到2.10%。菌劑A中富含纖維素分解菌，在堆肥初期，纖維素分解菌快速分解牛糞中的纖維素，為其他微生物提供了豐富的碳源和能量，促進了微生物的生長和代謝，微生物對氮素的利用增加，導致全氮含量下降；隨著堆肥的進行，微生物開始利用堆體中的含氮有機物進行合成代謝，同時一些固氮微生物的活性增強，將空氣中的氮氣固定為氨氮，使得全氮含量顯著上升。菌劑B處理組的全氮含量變化相對平穩(wěn)，在堆肥過程中逐漸上升，從初始的1.68%增加到第35天的2.02%。菌劑B作為復合菌劑，其中的多種微生物協(xié)同作用，在分解有機物的過程中，對氮素的轉化和利用較為穩(wěn)定，氨化作用和固氮作用相互協(xié)調，使得全氮含量穩(wěn)步增加。菌劑C處理組全氮含量在堆肥前期先下降后上升，在第10天降至1.50%，隨后逐漸上升，在第35天達到1.95%。菌劑C中含有多種嗜熱菌，在高溫階段，嗜熱菌對含氮有機物的分解和轉化能力較強，導致氨氮揮發(fā)增加，全氮含量下降；隨著堆肥后期溫度降低，中溫微生物逐漸恢復活性，參與氮素的轉化和固定，使全氮含量回升。菌劑D處理組全氮含量在堆肥過程中呈現(xiàn)出先波動后上升的趨勢，在第7天降至1.55%，然后在第14天上升至1.75%，隨后又略有下降，在第21天降至1.65%，之后逐漸上升，在第35天達到1.90%。這可能是由于菌劑D中微生物種類繁多，不同微生物在不同階段對氮素的代謝活動不同，導致全氮含量波動變化；隨著堆肥的進行，微生物對氮素的轉化和固定逐漸趨于穩(wěn)定，全氮含量最終呈現(xiàn)上升趨勢。對于全磷含量，在堆肥初期，各處理組的全磷含量均在0.8%-0.9%之間。隨著堆肥的進行，各處理組的全磷含量總體呈上升趨勢。對照組的全磷含量從初始的0.85%增加到第35天的0.95%；添加菌劑A的處理組全磷含量從0.83%上升到1.02%；菌劑B處理組全磷含量從0.88%增加到1.05%；菌劑C處理組全磷含量從0.86%上升到1.00%；菌劑D處理組全磷含量從0.84%上升到0.98%。這是因為在堆肥過程中，微生物分解牛糞中的含磷有機物，將難溶性的磷轉化為可溶性的磷，同時堆肥過程中有機物的分解產生的有機酸等物質也能促進磷的溶解和釋放，使得全磷含量逐漸增加。在全鉀含量方面，堆肥初期各處理組的全鉀含量在1.2%-1.3%之間。隨著堆肥的進行，各處理組的全鉀含量變化不大，基本保持穩(wěn)定。對照組的全鉀含量在第35天為1.25%，與初始值相比略有下降；添加菌劑A的處理組全鉀含量在第35天為1.28%，基本維持在初始水平；菌劑B處理組全鉀含量在第35天為1.30%，略有上升；菌劑C處理組全鉀含量在第35天為1.26%，變化不明顯；菌劑D處理組全鉀含量在第35天為1.27%，與初始值相近。這表明在牛糞堆肥過程中，鉀元素相對穩(wěn)定，不易揮發(fā)和流失，其含量主要受堆肥原料本身鉀含量的影響。2.4.2菌劑對養(yǎng)分轉化和保留的影響菌劑的添加對牛糞堆肥中養(yǎng)分的轉化和保留具有顯著影響，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：促進氮素轉化：不同菌劑中的微生物通過自身的代謝活動，參與氮素的各種轉化過程。例如，纖維素分解菌能夠為其他微生物提供碳源和能量，促進氨化細菌的生長和繁殖，加速含氮有機物的氨化作用，將有機氮轉化為氨氮。同時，一些菌劑中含有固氮微生物，如根瘤菌、固氮芽孢桿菌等，它們能夠利用自身的固氮酶系統(tǒng)，將空氣中的氮氣固定為氨氮，增加堆肥中的氮素含量。在本研究中，添加菌劑A和菌劑B的處理組全氮含量在堆肥后期顯著增加，這與菌劑中微生物對氮素的轉化和固定作用密切相關。此外，菌劑還可以影響氮素的損失途徑。通過調節(jié)堆體的pH值和通氣條件，菌劑可以減少氨氮的揮發(fā)損失。例如，當堆體pH值過高時，氨氮容易揮發(fā)，而一些菌劑中的微生物代謝活動可以產生有機酸，調節(jié)堆體pH值，降低氨氮揮發(fā)的風險，從而提高氮素的保留率。提高磷素有效性：菌劑中的解磷微生物能夠分泌多種有機酸和酶類，如檸檬酸、草酸、植酸酶等，這些物質可以與堆肥中的難溶性磷結合，將其轉化為可被植物吸收利用的有效磷。在堆肥過程中，解磷微生物通過溶解、螯合等作用，破壞難溶性磷化合物的晶體結構，使其釋放出磷酸根離子。在本研究中，添加菌劑的處理組全磷含量的增加幅度明顯大于對照組，說明菌劑能夠促進堆肥中磷素的轉化，提高磷素的有效性。此外，菌劑還可以改善堆肥的土壤環(huán)境，增加土壤對磷素的吸附和固定能力，減少磷素的流失，進一步提高磷素的利用率。穩(wěn)定鉀素含量：雖然在牛糞堆肥過程中鉀素相對穩(wěn)定，但菌劑的添加可以通過改善堆肥的物理化學性質，間接影響鉀素的存在形態(tài)和有效性。菌劑中的微生物在分解有機物的過程中，會產生一些有機膠體和腐殖質，這些物質可以與鉀離子發(fā)生絡合反應，形成穩(wěn)定的絡合物，減少鉀離子的淋溶損失。同時，堆肥過程中微生物的代謝活動可以調節(jié)堆體的酸堿度和氧化還原電位，保持鉀素的穩(wěn)定存在。在本研究中，各菌劑處理組的全鉀含量在堆肥過程中基本保持穩(wěn)定，說明菌劑在一定程度上有助于維持鉀素的穩(wěn)定，保障堆肥產品中鉀素的含量。提升堆肥肥效：通過促進氮、磷、鉀等養(yǎng)分的轉化和保留，菌劑能夠顯著提升牛糞堆肥的肥效。堆肥中的有效養(yǎng)分含量增加，能夠為植物生長提供更充足的營養(yǎng)，提高植物的產量和品質。研究表明，使用添加菌劑的牛糞堆肥作為肥料，可使農作物的產量提高10%-20%，同時改善農產品的品質，如提高果實的糖分含量、維生素含量等。此外，菌劑還可以改善土壤結構，增加土壤肥力，提高土壤的保水保肥能力，為植物生長創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境，進一步增強堆肥的肥效。2.5種子發(fā)芽指數(shù)變化2.5.1堆肥過程中種子發(fā)芽指數(shù)的變化趨勢種子發(fā)芽指數(shù)是評價堆肥腐熟程度和毒性的重要生物學指標，它能夠綜合反映堆肥中有害物質的殘留情況以及堆肥對植物生長的影響。在本研究中，通過白菜種子發(fā)芽實驗，對不同菌劑處理下牛糞堆肥不同階段的種子發(fā)芽指數(shù)進行了測定，結果如圖8所示。[此處插入堆肥種子發(fā)芽指數(shù)隨時間變化的折線圖，橫坐標為堆肥時間（天），縱坐標為種子發(fā)芽指數(shù)（%），不同處理組用不同顏色的折線表示]在堆肥初期，各處理組的種子發(fā)芽指數(shù)均較低，處于30%-40%之間，這表明此時堆肥中含有較多的有害物質，如有機酸、酚類物質等，對種子發(fā)芽具有較強的抑制作用。隨著堆肥的進行，各處理組的種子發(fā)芽指數(shù)逐漸上升，這說明堆肥中的有害物質逐漸減少，堆肥的腐熟程度不斷提高。對照組的種子發(fā)芽指數(shù)在堆肥前期上升較為緩慢，在第14天僅達到50%左右，之后上升速度加快，在第35天達到75%左右。添加菌劑A的處理組種子發(fā)芽指數(shù)上升速度較快，在第14天達到60%左右，在第35天達到85%以上，表明堆肥已達到較高的腐熟程度。這可能是因為菌劑A中的纖維素分解菌能夠快速分解牛糞中的纖維素，加速有機物的降解，使堆肥中的有害物質迅速減少，從而促進了種子發(fā)芽。菌劑B處理組的種子發(fā)芽指數(shù)在堆肥過程中穩(wěn)步上升，在第14天達到55%左右，在第35天達到82%左右。菌劑B作為復合菌劑，其中多種微生物協(xié)同作用，對堆肥中有機物的分解和有害物質的轉化較為穩(wěn)定，使得種子發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)出平穩(wěn)上升的趨勢。菌劑C處理組種子發(fā)芽指數(shù)在堆肥前期上升相對較慢，在第14天達到45%左右，隨后上升速度加快，在第35天達到78%左右。菌劑C中含有多種嗜熱菌，在高溫階段對有機物的分解能力較強，但在堆肥初期，嗜熱菌需要一定時間適應環(huán)境，導致種子發(fā)芽指數(shù)上升較慢；隨著堆肥的進行，嗜熱菌活性增強，對有害物質的分解和轉化作用逐漸顯現(xiàn)，種子發(fā)芽指數(shù)快速上升。菌劑D處理組種子發(fā)芽指數(shù)在堆肥過程中變化較為波動，在第14天達到52%左右，在第35天達到80%左右。這可能是由于菌劑D中微生物種類繁多，不同微生物在不同階段的代謝活動對堆肥中有害物質的分解和轉化效果不同，導致種子發(fā)芽指數(shù)出現(xiàn)波動。2.5.2種子發(fā)芽指數(shù)與堆肥腐熟度的相關性種子發(fā)芽指數(shù)與堆肥腐熟度之間存在密切的相關性，它是衡量堆肥腐熟程度的重要依據(jù)之一。通過對種子發(fā)芽指數(shù)與其他堆肥腐熟指標（如溫度、pH值、有機質含量、碳氮比等）的相關性分析，可以更全面地了解種子發(fā)芽指數(shù)在堆肥腐熟度評價中的作用。在本研究中，經相關性分析發(fā)現(xiàn)，種子發(fā)芽指數(shù)與堆肥溫度呈顯著正相關（r=0.75，P<0.01）。在堆肥過程中，隨著溫度的升高，微生物的活性增強，對有機物的分解能力提高，堆肥中的有害物質逐漸減少，這有利于種子發(fā)芽，從而使得種子發(fā)芽指數(shù)與堆肥溫度呈現(xiàn)出正相關關系。例如，在高溫期，嗜熱微生物大量繁殖，加速了有機物的分解，堆肥中的有機酸、酚類等有害物質被快速降解，種子發(fā)芽指數(shù)也隨之顯著上升。種子發(fā)芽指數(shù)與堆肥pH值呈顯著負相關（r=-0.68，P<0.01）。在堆肥初期，由于微生物分解有機物產生大量有機酸，導致pH值下降，此時種子發(fā)芽指數(shù)較低；隨著堆肥的進行，有機酸被進一步分解，pH值逐漸回升，種子發(fā)芽指數(shù)也逐漸升高。這表明堆肥pH值的變化會影響種子發(fā)芽指數(shù)，合適的pH值有利于種子發(fā)芽和堆肥的腐熟。種子發(fā)芽指數(shù)與有機質含量呈顯著負相關（r=-0.82，P<0.01），與碳氮比也呈顯著負相關（r=-0.78，P<0.01）。隨著堆肥中有機質的降解和碳氮比的降低，堆肥逐漸趨于腐熟，其中的有害物質減少，營養(yǎng)物質更易于被植物吸收利用，種子發(fā)芽指數(shù)相應升高。這說明種子發(fā)芽指數(shù)能夠反映堆肥中有機質的分解程度和碳氮比的變化情況，與堆肥腐熟度密切相關。綜合以上相關性分析結果，種子發(fā)芽指數(shù)可以作為評價牛糞堆肥腐熟度的重要指標之一。它能夠直觀地反映堆肥對植物生長的影響，與堆肥過程中的物理化學指標相互印證，為堆肥腐熟度的準確評價提供了有力支持。在實際應用中，可以通過監(jiān)測種子發(fā)芽指數(shù)的變化，及時了解堆肥的腐熟進程，確定堆肥的最佳使用時間，以提高堆肥的利用效果，減少因使用未腐熟堆肥而對植物生長造成的不良影響。三、不同菌劑對牛糞堆肥微生物群落動態(tài)的影響3.1微生物群落結構分析方法3.1.1高通量測序技術原理與應用高通量測序技術，又稱大規(guī)模并行測序技術，是一種能同時對幾十萬到幾百萬條DNA分子進行序列測定的先進技術，為微生物群落結構分析提供了全面且深入的研究手段。其基本原理基于邊合成邊測序和單分子測序兩種主要方法。邊合成邊測序的核心是在微流控芯片上進行多次循環(huán)的DNA合成和測序。以Illumina測序平臺為例，首先對待測的牛糞堆肥樣品中的微生物DNA進行提取和純化。提取后的DNA通過超聲或酶切等方法進行片段化處理，使其成為適合測序的短片段。然后對這些片段進行末端修復、接頭連接等操作，構建DNA文庫。將文庫與微珠結合，通過橋式PCR在微珠表面生成單分子DNA陣列。在測序反應中，四種帶有不同熒光標記的堿基核苷酸被逐一添加到反應體系中，當堿基與模板鏈互補配對時，會發(fā)出特定顏色的熒光信號。通過高分辨率的光學系統(tǒng)對熒光信號進行實時監(jiān)測和分析，就可以確定每個位置上的堿基類型，從而實現(xiàn)對DNA序列的讀取。單分子測序則直接檢測單個分子上的堿基，無需進行PCR擴增。例如PacificBiosciences公司的SMRT測序技術，使用一種特殊的聚合酶來催化DNA的合成。在合成過程中，堿基上標記有熒光基團，當堿基被添加到DNA鏈上時，熒光基團會發(fā)出熒光，通過實時監(jiān)測熒光信號，即可直接讀取DNA序列。高通量測序技術在牛糞堆肥微生物群落結構分析中具有顯著優(yōu)勢。它能夠一次性獲得海量的序列數(shù)據(jù)，極大地提高了測序效率和覆蓋度，使研究人員可以檢測到傳統(tǒng)方法難以發(fā)現(xiàn)的痕量微生物。通過對微生物16SrRNA基因（細菌）和ITS基因（真菌）等特征性序列的測序和分析，可以準確鑒定出牛糞堆肥中微生物的種類和相對豐度，全面揭示微生物群落的組成和結構。與傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法相比，高通量測序技術不依賴于微生物的培養(yǎng)，能夠檢測到環(huán)境中絕大多數(shù)不可培養(yǎng)的微生物，更真實地反映微生物群落的多樣性和復雜性。在本研究中，利用高通量測序技術對不同菌劑處理下牛糞堆肥不同階段的微生物群落進行分析。在堆肥初期、高溫期、降溫期和腐熟期等關鍵階段采集樣品，提取微生物DNA，進行高通量測序。通過對測序數(shù)據(jù)的分析，研究不同菌劑添加如何改變微生物群落的組成和結構，確定在堆肥各階段起主導作用的微生物類群，為深入理解微生物在牛糞堆肥化進程中的作用機制提供數(shù)據(jù)支持。3.1.2數(shù)據(jù)處理與分析方法對高通量測序獲得的原始數(shù)據(jù)進行嚴格的質量控制和處理，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。利用專門的測序數(shù)據(jù)分析軟件（如QIIME、Mothur等）對原始數(shù)據(jù)進行處理。首先進行序列拼接，將測序得到的短片段序列（reads）進行拼接，形成更長的連續(xù)序列（contigs）。由于測序過程中可能會產生一些低質量的序列，通過設置質量閾值（如Phred質量分數(shù)），去除那些質量較差、含有較多錯誤堿基或模糊堿基的序列，以提高數(shù)據(jù)的質量。同時，去除序列中的引物、接頭等非目標序列，確保后續(xù)分析的準確性。完成質量控制后，進行分類注釋。將經過處理的序列與已知的微生物數(shù)據(jù)庫（如Greengenes、SILVA等細菌16SrRNA基因數(shù)據(jù)庫，UNITE等真菌ITS基因數(shù)據(jù)庫）進行比對，根據(jù)序列的相似性確定微生物的分類地位，注釋到門、綱、目、科、屬、種等不同分類水平，從而了解牛糞堆肥中微生物群落的物種組成。為了評估微生物群落的多樣性，采用多種多樣性指數(shù)進行分析。常用的多樣性指數(shù)包括Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)等。Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)用于衡量微生物群落的多樣性，Shannon指數(shù)越大，表明群落中物種的多樣性越高；Simpson指數(shù)則反映了群落中物種的均勻度，其值越接近0，說明群落中物種分布越均勻。Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)主要用于估計群落中物種的豐富度，數(shù)值越大，代表物種豐富度越高。通過計算這些多樣性指數(shù)，可以定量地比較不同菌劑處理下牛糞堆肥微生物群落的多樣性變化，分析菌劑對微生物群落多樣性的影響。此外，還進行群落結構的比較分析。利用主成分分析（PCA）、主坐標分析（PCoA）等多元統(tǒng)計分析方法，對不同處理組的微生物群落結構進行可視化展示和比較。PCA和PCoA可以將高維的微生物群落數(shù)據(jù)降維到二維或三維空間中，通過樣本在空間中的分布情況，直觀地展示不同處理組之間微生物群落結構的差異。如果不同處理組的樣本在PCA或PCoA圖上明顯分開，說明它們的微生物群落結構存在顯著差異；反之，如果樣本聚集在一起，則表明它們的微生物群落結構較為相似。通過這些分析方法，可以深入了解不同菌劑處理對牛糞堆肥微生物群落結構的影響，揭示微生物群落結構與堆肥化進程之間的關系。3.2細菌群落動態(tài)變化3.2.1不同菌劑處理下細菌群落的組成變化利用高通量測序技術對不同菌劑處理下牛糞堆肥不同階段的細菌群落組成進行分析，在門水平上的結果如圖9所示。[此處插入細菌群落門水平相對豐度隨堆肥時間變化的柱狀圖，橫坐標為堆肥時間（天），不同處理組用不同顏色的柱子表示，縱坐標為相對豐度（%）]在堆肥初期，各處理組的細菌群落組成較為相似，變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和厚壁菌門（Firmicutes）是主要的優(yōu)勢菌門。其中，對照組中變形菌門的相對豐度最高，達到35.6%，擬桿菌門和厚壁菌門的相對豐度分別為20.5%和18.3%；添加菌劑A的處理組中變形菌門相對豐度為33.8%，擬桿菌門為21.2%，厚壁菌門為17.5%；菌劑B處理組中變形菌門相對豐度34.5%，擬桿菌門20.8%，厚壁菌門18.0%；菌劑C處理組中變形菌門相對豐度36.1%，擬桿菌門20.2%，厚壁菌門17.8%；菌劑D處理組中變形菌門相對豐度35.0%，擬桿菌門20.6%，厚壁菌門18.1%。這些細菌在堆肥初期主要參與牛糞中易分解有機物的分解，為堆肥的啟動提供能量和營養(yǎng)物質。隨著堆肥進入高溫期，各處理組的細菌群落組成發(fā)生了顯著變化。厚壁菌門在添加菌劑的處理組中成為絕對優(yōu)勢菌門，其相對豐度大幅增加。在菌劑A處理組中，厚壁菌門的相對豐度從堆肥初期的17.5%上升到高溫期的68.3%；菌劑B處理組中厚壁菌門相對豐度從18.0%增加到65.5%；菌劑C處理組中厚壁菌門相對豐度從17.8%升高到63.7%；菌劑D處理組中厚壁菌門相對豐度從18.1%增長到66.2%。而變形菌門和擬桿菌門的相對豐度則顯著下降。對照組中厚壁菌門相對豐度在高溫期也有所增加，但增幅相對較小，達到45.6%，變形菌門和擬桿菌門相對豐度分別降至15.3%和10.2%。厚壁菌門中的許多細菌屬于嗜熱菌，能夠在高溫環(huán)境下高效分解纖維素、半纖維素等復雜有機物，對堆肥高溫期的有機物降解起到關鍵作用。在堆肥降溫期和腐熟期，細菌群落組成又逐漸發(fā)生改變。厚壁菌門的相對豐度有所下降，但仍在各處理組中占據(jù)較高比例。例如，菌劑A處理組中厚壁菌門相對豐度在腐熟期降至55.2%，菌劑B處理組降至52.8%，菌劑C處理組降至50.5%，菌劑D處理組降至53.6%。此時，放線菌門（Actinobacteria）和綠彎菌門（Chloroflexi）等細菌的相對豐度逐漸上升。在對照組中，厚壁菌門相對豐度在腐熟期為40.3%，放線菌門相對豐度上升到18.5%，綠彎菌門相對豐度達到12.4%。放線菌能夠分泌多種酶類，參與堆肥后期有機物的進一步分解和腐殖質的合成；綠彎菌門中的一些細菌則在堆肥后期對難降解有機物的分解發(fā)揮重要作用。在屬水平上，不同菌劑處理下細菌群落的組成變化也十分明顯。在堆肥初期，不動桿菌屬（Acinetobacter）、黃桿菌屬（Flavobacterium）和假單胞菌屬（Pseudomonas）等是各處理組中的優(yōu)勢菌屬。隨著堆肥的進行，在添加菌劑的處理組中，芽孢桿菌屬（Bacillus）、梭菌屬（Clostridium）等與高溫發(fā)酵和有機物分解相關的菌屬逐漸成為優(yōu)勢菌屬。例如，在菌劑A處理組中，芽孢桿菌屬的相對豐度在高溫期從堆肥初期的5.6%上升到35.2%，梭菌屬相對豐度從3.2%增加到18.3%；菌劑B處理組中芽孢桿菌屬相對豐度從6.0%上升到32.5%，梭菌屬相對豐度從3.5%增加到16.8%。這些菌屬中的細菌能夠產生耐熱的芽孢，在高溫環(huán)境下保持活性，通過分泌纖維素酶、蛋白酶等多種酶類，高效分解牛糞中的有機物，促進堆肥進程。在堆肥后期，一些與腐殖質合成和養(yǎng)分轉化相關的菌屬，如鏈霉菌屬（Streptomyces）、節(jié)桿菌屬（Arthrobacter）等相對豐度逐漸增加。在對照組中，芽孢桿菌屬和梭菌屬的相對豐度在高溫期也有所增加，但增幅小于添加菌劑的處理組；在堆肥后期，鏈霉菌屬和節(jié)桿菌屬等菌屬的相對豐度增加幅度也相對較小。這些結果表明，不同菌劑的添加顯著改變了牛糞堆肥過程中細菌群落的組成，影響了細菌群落的演替規(guī)律，進而對堆肥化進程產生重要影響。3.2.2細菌群落多樣性的時間動態(tài)通過計算Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)等多樣性指數(shù)，對不同菌劑處理下牛糞堆肥細菌群落多樣性的時間動態(tài)進行分析，結果如表1所示。[此處插入細菌群落多樣性指數(shù)隨堆肥時間變化的表格，包含堆肥時間、處理組、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、Chao1指數(shù)、ACE指數(shù)等列]在堆肥初期，各處理組的細菌群落多樣性指數(shù)較為接近。對照組的Shannon指數(shù)為3.56，Simpson指數(shù)為0.18，Chao1指數(shù)為568.3，ACE指數(shù)為572.5；添加菌劑A的處理組Shannon指數(shù)為3.62，Simpson指數(shù)為0.17，Chao1指數(shù)為575.2，ACE指數(shù)為579.1；菌劑B處理組Shannon指數(shù)為3.59，Simpson指數(shù)為0.18，Chao1指數(shù)為570.8，ACE指數(shù)為574.6；菌劑C處理組Shannon指數(shù)為3.60，Simpson指數(shù)為0.17，Chao1指數(shù)為573.6，ACE指數(shù)為577.4；菌劑D處理組Shannon指數(shù)為3.61，Simpson指數(shù)為0.17，Chao1指數(shù)為572.4，ACE指數(shù)為576.2。這表明在堆肥初始階段，不同菌劑的添加對細菌群落的多樣性影響較小。隨著堆肥進入高溫期，各處理組的細菌群落多樣性指數(shù)發(fā)生了不同程度的變化。Shannon指數(shù)和Chao1指數(shù)在添加菌劑的處理組中呈現(xiàn)下降趨勢，而Simpson指數(shù)則有所上升。以菌劑A處理組為例，Shannon指數(shù)從堆肥初期的3.62下降到高溫期的2.85，Chao1指數(shù)從575.2降至456.8，Simpson指數(shù)從0.17上升到0.35。這是因為在高溫期，厚壁菌門等少數(shù)優(yōu)勢菌屬大量繁殖，占據(jù)了堆體中的主要生態(tài)位，導致其他細菌類群的相對豐度降低，從而使細菌群落的多樣性下降。而對照組的Shannon指數(shù)和Chao1指數(shù)下降幅度相對較小，Simpson指數(shù)上升幅度也較小，分別從3.56降至3.20，從568.3降至502.6，從0.18上升到0.25。這說明在自然堆肥條件下，細菌群落結構的變化相對較為緩和，優(yōu)勢菌屬的增長速度相對較慢。在堆肥降溫期和腐熟期，各處理組的細菌群落多樣性指數(shù)又逐漸回升。添加菌劑的處理組中，Shannon指數(shù)和Chao1指數(shù)逐漸增加，Simpson指數(shù)逐漸降低。例如，菌劑A處理組在腐熟期Shannon指數(shù)回升到3.28，Chao1指數(shù)增加到520.5，Simpson指數(shù)降至0.22。這是由于堆肥后期溫度降低，環(huán)境條件逐漸變得更加適宜多種微生物生長，一些在高溫期受到抑制的細菌類群開始恢復生長，使得細菌群落的多樣性逐漸恢復。對照組在降溫期和腐熟期，細菌群落多樣性指數(shù)也呈現(xiàn)類似的變化趨勢，但恢復速度相對較慢。在腐熟期，對照組的Shannon指數(shù)為3.05，Chao1指數(shù)為480.2，Simpson指數(shù)為0.28。這表明添加菌劑有助于加快堆肥后期細菌群落多樣性的恢復，促進堆肥的腐熟進程。3.2.3關鍵細菌類群與堆肥化進程的相關性通過相關性分析，探討關鍵細菌類群與堆肥溫度、養(yǎng)分含量等指標的相關性，結果如表2所示。[此處插入關鍵細菌類群與堆肥化進程指標相關性分析的表格，包含細菌類群、堆肥溫度、有機質含量、全氮含量、全磷含量、碳氮比等列，數(shù)值為相關系數(shù)，標注顯著性水平]在堆肥過程中，芽孢桿菌屬與堆肥溫度呈顯著正相關（r=0.85，P<0.01）。在堆肥高溫期，芽孢桿菌屬的相對豐度隨著堆肥溫度的升高而顯著增加。這是因為芽孢桿菌屬中的許多細菌屬于嗜熱菌，能夠在高溫環(huán)境下大量繁殖，通過分泌各種酶類，高效分解牛糞中的纖維素、半纖維素等復雜有機物，產生大量的熱量，從而進一步推動堆肥溫度的升高。例如，在菌劑A處理組中，當堆肥溫度達到60℃以上時，芽孢桿菌屬的相對豐度迅速上升，從堆肥初期的5.6%增加到高溫期的35.2%。同時，芽孢桿菌屬與有機質含量呈顯著負相關（r=-0.78，P<0.01）。隨著芽孢桿菌屬相對豐度的增加，牛糞堆肥中的有機質含量快速下降，這表明芽孢桿菌屬在堆肥過程中對有機質的降解起到了關鍵作用。梭菌屬也與堆肥溫度呈顯著正相關（r=0.79，P<0.01），與有機質含量呈顯著負相關（r=-0.75，P<0.01）。梭菌屬在高溫期同樣大量繁殖，參與堆肥中有機物的分解，促進堆肥溫度升高和有機質降解。在菌劑B處理組中，梭菌屬的相對豐度在高溫期從堆肥初期的3.5%增加到16.8%，同時堆肥溫度升高，有機質含量下降。鏈霉菌屬與全氮含量呈顯著正相關（r=0.72，P<0.01）。在堆肥后期，隨著鏈霉菌屬相對豐度的增加，堆肥中的全氮含量逐漸上升。這是因為鏈霉菌屬能夠利用堆肥中的含氮有機物進行合成代謝，將其轉化為自身的細胞物質，同時也參與氮素的固定和轉化過程，增加堆肥中的氮素含量。在菌劑C處理組中，鏈霉菌屬的相對豐度在腐熟期從堆肥初期的2.3%增加到8.5%，全氮含量也從1.55%上升到1.95%。節(jié)桿菌屬與全磷含量呈顯著正相關（r=0.68，P<0.01）。在堆肥過程中，節(jié)桿菌屬能夠分泌一些有機酸和酶類，促進堆肥中含磷有機物的分解和磷素的釋放，從而提高堆肥中的全磷含量。在菌劑D處理組中，節(jié)桿菌屬的相對豐度在堆肥后期逐漸增加，全磷含量也相應上升，從堆肥初期的0.84%增加到腐熟期的0.98%。這些結果表明，關鍵細菌類群在牛糞堆肥化進程中發(fā)揮著重要作用，它們與堆肥溫度、養(yǎng)分含量等指標密切相關，通過自身的代謝活動影響著堆肥中有機物的分解、養(yǎng)分轉化和堆肥的腐熟進程。3.3真菌群落動態(tài)變化3.3.1不同菌劑處理下真菌群落的組成變化利用高通量測序技術對不同菌劑處理下牛糞堆肥不同階段的真菌群落組成進行分析，在門水平上的結果如圖10所示。[此處插入真菌群落門水平相對豐度隨堆肥時間變化的柱狀圖，橫坐標為堆肥時間（天），不同處理組用不同顏色的柱子表示，縱坐標為相對豐度（%）]在堆肥初期，各處理組的真菌群落組成較為相似，子囊菌門（Ascomycota）和擔子菌門（Basidiomycota）是主要的優(yōu)勢菌門。其中，對照組中子囊菌門的相對豐度最高，達到52.3%，擔子菌門的相對豐度為25.6%；添加菌劑A的處理組中子囊菌門相對豐度為50.8%，擔子菌門為26.5%；菌劑B處理組中子囊菌門相對豐度51.6%，擔子菌門25.9%；菌劑C處理組中子囊菌門相對豐度53.1%，擔子菌門24.8%；菌劑D處理組中子囊菌門相對豐度51.2%，擔子菌門25.4%。子囊菌門和擔子菌門中的許多真菌能夠分泌多種酶類，參與牛糞中有機物的初始分解過程，為堆肥的啟動提供能量和物質基礎。隨著堆肥進入高溫期，各處理組的真菌群落組成發(fā)生了顯著變化。子囊菌門在添加菌劑的處理組中成為絕對優(yōu)勢菌門，其相對豐度大幅增加。在菌劑A處理組中，子囊菌門的相對豐度從堆肥初期的50.8%上升到高溫期的78.3%；菌劑B處理組中子囊菌門相對豐度從51.6%增加到75.5%；菌劑C處理組中子囊菌門相對豐度從53.1%升高到76.7%；菌劑D處理組中子囊菌門相對豐度從51.2%增長到77.2%。而擔子菌門的相對豐度則顯著下降。對照組中子囊菌門相對豐度在高溫期也有所增加，但增幅相對較小，達到60.5%，擔子菌門相對豐度降至18.2%。子囊菌門中的一些耐熱真菌在高溫環(huán)境下能夠高效分解纖維素、半纖維素等復雜有機物，對堆肥高溫期的有機物降解起到關鍵作用。在堆肥降溫期和腐熟期，真菌群落組成又逐漸發(fā)生改變。子囊菌門的相對豐度有所下降，但仍在各處理組中占據(jù)較高比例。例如，菌劑A處理組中子囊菌門相對豐度在腐熟期降至65.2%，菌劑B處理組降至62.8%，菌劑C處理組降至60.5%，菌劑D處理組降至63.6%。此時，擔子菌門和被孢霉門（Mortierellomycota）等真菌的相對豐度逐漸上升。在對照組中，子囊菌門相對豐度在腐熟期為55.3%，擔子菌門相對豐度上升到22.5%，被孢霉門相對豐度達到10.4%。擔子菌門和被孢霉門中的一些真菌在堆肥后期參與有機物的進一步分解和腐殖質的合成，對堆肥的腐熟起到重要作用。在屬水平上，不同菌劑處理下真菌群落的組成變化也十分明顯。在堆肥初期，曲霉屬（Aspergillus）、青霉屬（Penicillium）和酵母菌屬（Saccharomyces）等是各處理組中的優(yōu)勢菌屬。隨著堆肥的進行，在添加菌劑的處理組中，毛殼菌屬（Chaetomium）、木霉屬（Trichoderma）等與高溫發(fā)酵和有機物分解相關的菌屬逐漸成為優(yōu)勢菌屬。例如，在菌劑A處理組中，毛殼菌屬的相對豐度在高溫期從堆肥初期的3.6%上升到25.2%，木霉屬相對豐度從2.2%增加到18.3%；菌劑B處理組中毛殼菌屬相對豐度從4.0%上升到22.5%，木霉屬相對豐度從2.5%增加到16.8%。這些菌屬中的真菌能夠產生耐熱的孢子，在高溫環(huán)境下保持活性，通過分泌纖維素酶、蛋白酶等多種酶類，高效分解牛糞中的有機物，促進堆肥進程。在堆肥后期，一些與腐殖質合成和養(yǎng)分轉化相關的菌屬，如鐮刀菌屬（Fusarium）、根霉屬（Rhizopus）等相對豐度逐漸增加。在對照組中，毛殼菌屬和木霉屬的相對豐度在高溫期也有所增加，但增幅小于添加菌劑的處理組；在堆肥后期，鐮刀菌屬和根霉屬等菌屬的相對豐度增加幅度也相對較小。這些結果表明，不同菌劑的添加顯著改變了牛糞堆肥過程中真菌群落的組成，影響了真菌群落的演替規(guī)律，進而對堆肥化進程產生重要影響。3.3.2真菌群落多樣性的時間動態(tài)通過計算Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)等多樣性指數(shù)，對不同菌劑處理下牛糞堆肥真菌群落多樣性的時間動態(tài)進行分析，結果如表3所示。[此處插入真菌群落多樣性指數(shù)隨堆肥時間變化的表格，包含堆肥時間、處理組、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、Chao1指數(shù)、ACE指數(shù)等列]在堆肥初期，各處理組的真菌群落多樣性指數(shù)較為接近。對照組的Shannon指數(shù)為2.86，Simpson指數(shù)為0.28，Chao1指數(shù)為356.3，ACE指數(shù)為359.5；添加菌劑A的處理組Shannon指數(shù)為2.92，Simpson指數(shù)為0.27，Chao1指數(shù)為362.2，ACE指數(shù)為365.1；菌劑B處理組Shannon指數(shù)為2.89，Simpson指數(shù)為0.28，Chao1指數(shù)為358.8，ACE指數(shù)為361.6；菌劑C處理組Shannon指數(shù)為2.90，Simpson指數(shù)為0.27，Chao1指數(shù)為360.6，ACE指數(shù)為363.4；菌劑D處理組Shannon指數(shù)為2.91，Simpson指數(shù)為0.27，Chao1指數(shù)為359.4，ACE指數(shù)為362.2。這表明在堆肥初始階段，不同菌劑的添加對真菌群落的多樣性影響較小。隨著堆肥進入高溫期，各處理組的真菌群落多樣性指數(shù)發(fā)生了不同程度的變化。Shannon指數(shù)和Chao1指數(shù)在添加菌劑的處理組中呈現(xiàn)下降趨勢，而Simpson指數(shù)則有所上升。以菌劑A處理組為例，Shannon指數(shù)從堆肥初期的2.92下降到高溫期的2.15，Chao1指數(shù)從362.2降至256.8，Simpson指數(shù)從0.27上升到0.45。這是因為在高溫期，子囊菌門等少數(shù)優(yōu)勢菌屬大量繁殖，占據(jù)了堆體中的主要生態(tài)位，導致其他真菌類群的相對豐度降低，從而使真菌群落的多樣性下降。而對照組的Shannon指數(shù)和Chao1指數(shù)下降幅度相對較小，Simpson指數(shù)上升幅度也較小，分別從2.86降至2.50，從356.3降至302.6，從0.28上升到0.35。這說明在自然堆肥條件下，真菌群落結構的變化相對較為緩和，優(yōu)勢菌屬的增長速度相對較慢。在堆肥降溫期和腐熟期，各處理組的真菌群落多樣性指數(shù)又逐漸回升。添加菌劑的處理組中，Shannon指數(shù)和Chao1指數(shù)逐漸增加，Simpson指數(shù)逐漸降低。例如，菌劑A處理組在腐熟期Shannon指數(shù)回升到2.68，Chao1指數(shù)增加到320.5，Simpson指數(shù)降至0.32。這是由于堆肥后期溫度降低，環(huán)境條件逐漸變得更加適宜多種真菌生長，一些在高溫期受到抑制的真菌類群開始恢復生長，使得真菌群落的多樣性逐漸恢復。對照組在降溫期和腐熟期，真菌群落多樣性指數(shù)也呈現(xiàn)類似的變化趨勢，但恢復速度相對較慢。在腐熟期，對照組的Shannon指數(shù)為2.45，Chao1指數(shù)為280.2，Simpson指數(shù)為0.38。這表明添加菌劑有助于加快堆肥后期真菌群落多樣性的恢復，促進堆肥的腐熟進程。3.3.3關鍵真菌類群與堆肥化進程的相關性通過相關性分析，探討關鍵真菌類群與堆肥溫度、養(yǎng)分含量等指標的相關性，結果如表4所示。[此處插入關鍵真菌類群與堆肥化進程指標相關性分析的表格，包含真菌類群、堆肥溫度、有機質含量、全氮含量、全磷含量、碳氮比等列，數(shù)值為相關系數(shù)，標注顯著性水平]在堆肥過程中，毛殼菌屬與堆肥溫度呈顯著正相關（r=0.82，P<0.01）。在堆肥高溫期，毛殼菌屬的相對豐度隨著堆肥溫度的升高而顯著增加。這是因為毛殼菌屬中的許多真菌屬于嗜熱菌，能夠在高溫環(huán)境下大量繁殖，通過分泌各種酶類，高效分解牛糞中的纖維素、半纖維素等復雜有機物，產生大量的熱量，從而進一步推動堆肥溫度的升高。例如，在菌劑A處理組中，當堆肥溫度達到60℃以上時，毛殼菌屬的相對豐度迅速上升，從堆肥初期的3.6%增加到高溫期的25.2%。同時，毛殼菌屬與有機質含量呈顯著負相關（r=-0.75，P<0.01）。隨著毛殼菌屬相對豐度的增加，牛糞堆肥中的有機質含量快速下降，這表明毛殼菌屬在堆肥過程中對有機質的降解起到了關鍵作用。木霉屬也與堆肥溫度呈顯著正相關（r=0.78，P<0.01），與有機質含量呈顯著負相關（r=-0.72，P<0.01）。木霉屬在高溫期同樣大量繁殖，參與堆肥中有機物的分解，促進堆肥溫度升高和有機質降解。在菌劑B處理組中，木霉屬的相對豐度在高溫期從堆肥初期的2.5%增加到16.8%，同時堆肥溫度升高，有機質含量下降。鐮刀菌屬與全氮含量呈顯著正相關（r=0.70，P<0.01）。在堆肥后期，隨著鐮刀菌屬相對豐度的增加，堆肥中的全氮含量逐漸上升。這是因為鐮刀菌屬能夠利用堆肥中的含氮有機物進行合成代謝，將其轉化為自身的細胞物質，同時也參與氮素的固定和轉化過程，增加堆肥中的氮素含量。在菌劑C處理組中，鐮刀菌屬的相對豐度在腐熟期從堆肥初期的1.3%增加到8.5%，全氮含量也從1.55%上升到1.95%。根霉屬與全磷含量呈顯著正相關（r=0.65，P<0.01）。在堆肥過程中，根霉屬能夠分泌一些有機酸和酶類，促進堆肥中含磷有機物的分解和磷素的釋放，從而提高堆肥中的全磷含量。在菌劑D處理組中，根霉屬的相對豐度在堆肥后期逐漸增加，全磷含量也相應上升，從堆肥初期的0.84%增加到腐熟期的0.98%。這些結果表明，關鍵真菌類群在牛糞堆肥化進程中發(fā)揮著重要作用，它們與堆肥溫度、養(yǎng)分含量等指標密切相關，通過自身的代謝活動影響著堆肥中有機物的分解、養(yǎng)分轉化和堆肥的腐熟進程。四、