昆明植物所在农牧业生物质废弃物高效绿色转化方面取得新进展

集约化农牧业发展加剧了畜禽粪便和作物秸秆大量堆积造成的环境污染和资源浪费问题。当前，有机废弃物的无害化处理正在成为世界范围内一个严峻的问题。好氧堆肥是一个微生物主导的将有机物转化为腐殖质的过程，是实现生物质废弃物资源持续利用的重要途径。生活生产中，常通过好氧堆肥的方式克服单一秸秆堆肥含水率低、孔隙度大等缺陷，将其转化为高值农业生产原料（如食用菌栽培），从而实现循环养分供应、改善基质生态、促进作物生长。为此，大型真菌种质资源与绿色发展专题攻关组以通用生物技术升级和绿色发展为目标，进行生物质废弃物清洁转化和高值利用研究。

研究利用链霉菌-芽孢杆菌合成菌剂 (Streptomyces-Bacillus Inoculant，SBI) 进行牛粪、玉米秸秆堆肥发酵，以提高有机质转化效率，减少氨气等臭味气体的排放。通过分析堆体理化性质（碳氮养分循环、pH、温度）、酶学性质（脲酶、过氧化氢酶、纤维素降解酶、木质素降解酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶）和微生物群落（细菌、真菌）的演替规律，构建结构方程模型（structural equation model， SEM），确定引起堆体微生物群落结构变化的关键因子，探讨高效绿色堆肥发酵的微生物机制。

在为期40天的好氧堆肥后，发现SBI能有效缩短堆肥腐熟时间，高温期从15天缩短至8天。添加SBI显著增加了堆肥总氮含量（+47%）和N-还原酶活性（硝酸盐还原酶：+60%;亚硝酸盐还原酶：+219%），加快了有机物质的营养转换，增加氮源并提升堆肥产品的肥效，减少了氨气排放。同时，SBI的加入提升了纤维素分解菌Cupriavidus (+89%)，Sorangium (+87%) 和固氮菌Agrobacterium (+72%)，Pseudomonas (+23%) 的相对丰度，并改变了堆肥过程中的C-、N-代谢途径，促进了碳氮转化和有机质腐熟。SEM分析表明，真菌群落对环境因素的响应弱于细菌，在堆肥过程中，快速繁殖的细菌群落受到易得营养物质的显著影响，而真菌群落则受到纤维素酶和脲酶的更严格调控。

图1 SBI介导牛粪、玉米秸秆共堆肥的养分循环和微生物群落演替

图2 堆肥理化性质和微生物（a: 细菌; b: 真菌）多样性的SEM

该工作强调了SBI加入对植物残体和牛粪共发酵的积极影响，经过好氧堆肥，牛粪和玉米渣在一系列生化反应转化下形成腐殖质产物，这些物质肥力稳定，富含氮、磷、钾等营养元素和有益微生物。作为一种高效的有机质在基质（如土壤）中适当施用，可以影响微生物的多样性和丰富度，改善孔隙结构，增加肥力，减少农药和化肥使用，提升作物产量和品质。

文章以Enhancing C and N turnover,functional bacteria abundance,and the efficiency of biowaste conversion using Streptomyces-Bacillus inoculation为题在国际经典权威期刊Journal of Environmental Management上发表。周紫嫣为论文第一作者，刘栋、于富强为论文共同通讯作者。研究得到中国科学院战略性先导科技专项（A类）（XDA26050302）、云南省“兴滇英才”青年项目（YNQR-QNRC-2019-025）和云南省科技创新计划（202205AD160036）的支持。