不同生物質(zhì)垃圾堆肥產(chǎn)品對(duì)夾竹桃根部細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

何小麗，羅佳檸，鄭思俊*

(1.上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院，上海 200232； 2.上海城市困難立地綠化工程技術(shù)研究中心，上海 200232)

不同生物質(zhì)垃圾堆肥產(chǎn)品對(duì)夾竹桃根部細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

何小麗1,2，羅佳檸1,2，鄭思俊1,2*

(1.上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院，上海 200232； 2.上海城市困難立地綠化工程技術(shù)研究中心，上海 200232)

采用傳統(tǒng)的細(xì)菌培養(yǎng)方法及細(xì)菌16S rDNA高通量測(cè)序方法，研究3種生物質(zhì)垃圾(剩菜剩飯、果蔬垃圾及兩者混合物)堆肥產(chǎn)品對(duì)夾竹桃根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，添加堆肥產(chǎn)品后，夾竹桃根際土壤細(xì)菌多樣性均有所降低，但剩菜剩飯與兩者混合物處理能促進(jìn)根際土壤細(xì)菌數(shù)量增加，且鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas)屬、芽孢桿菌(Bacillus)屬等功能菌在兩者混合物處理下的含量相對(duì)較高，說明剩菜剩飯或果蔬垃圾與剩菜剩飯的混合物更宜作為夾竹桃有機(jī)肥使用。

堆肥； 根部細(xì)菌； 群落結(jié)構(gòu)

生物質(zhì)垃圾，一般指易腐的廚余類垃圾[1]。隨著城市人口的不斷增長，城市垃圾產(chǎn)量驚人，城市周邊垃圾填埋場(chǎng)超負(fù)荷運(yùn)行，難以消納日益增長的城市垃圾。通過垃圾分類，將城市垃圾中可以資源化利用的生物質(zhì)垃圾堆肥利用，可減輕城市垃圾填埋壓力，助推城市的健康可持續(xù)發(fā)展。生活垃圾堆肥施用于土壤可以改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分含量并提高作物產(chǎn)量[2-4]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，垃圾堆肥對(duì)草坪草種子發(fā)芽有明顯抑制作用。加之堆肥源頭材料成分復(fù)雜，部分地區(qū)甚至發(fā)生土壤及植物體內(nèi)重金屬含量隨堆肥用量增加而積累的現(xiàn)象[5]。

生物質(zhì)垃圾堆肥產(chǎn)品的研究，目前多集中于產(chǎn)品理化特性、利用可行性或?qū)χ脖簧L的影響方面[6-7]，而關(guān)于生物質(zhì)堆肥產(chǎn)品對(duì)植物根部細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響的研究報(bào)道則較少。傳統(tǒng)的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析方法有分離鑒定法、熒光原位雜交(fluorescenceinsituhybridization，F(xiàn)ISH)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)—變性梯度凝膠電泳(polymerase chain reaction-denaturing gel gradient electrophoresis，PCR-DGGE)等。近幾年出現(xiàn)的宏基因組是一種可對(duì)環(huán)境樣品中所有微生物進(jìn)行研究且不依賴培養(yǎng)的分子生物學(xué)新技術(shù)，以高通量測(cè)序技術(shù)和高效數(shù)據(jù)處理能力為基礎(chǔ)，能夠更全面、更深入地了解環(huán)境樣品中的微生物群體[8]。本研究綜合采用傳統(tǒng)的細(xì)菌培養(yǎng)方法及細(xì)菌16S rDNA高通量測(cè)序方法，對(duì)比3種生物質(zhì)堆肥產(chǎn)品對(duì)夾竹桃根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響，以期為生物質(zhì)垃圾堆肥制品在未來綠林地建設(shè)中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)理論支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以上海市普陀區(qū)某農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、長寧區(qū)某酒店、浦東新區(qū)某餐廚垃圾處理站為采樣點(diǎn)，采集這3處處理站所生產(chǎn)的堆肥產(chǎn)品為試驗(yàn)材料，其主要成分分別為果皮、蔬菜殘余，剩飯、剩菜，生活垃圾(45%的果皮、蔬菜殘余+45%的剩飯、剩菜+10%干雞糞)，分別簡記為VW、FL和MIX。

1.2 處理設(shè)計(jì)

將3種堆肥產(chǎn)品按照6%比例(質(zhì)量比)與種植土混合，將1 m高的夾竹桃幼苗植于上述3種處理土樣中，每處理重復(fù)6次，每盆1株作為1個(gè)重復(fù)。以完全種植土作為對(duì)照(CK)。60 d后采集各處理根部土壤。

1.3 土壤樣品采集

采用剝落分離法取樣，將帶土植株取出，輕輕抖動(dòng)，以黏附在根系上的土壤作為根際土壤樣品，每處理取混合樣品。樣品4 ℃保存。

1.4 土壤細(xì)菌數(shù)量測(cè)定

準(zhǔn)確稱取土壤樣品10 g，加入到裝有90 mL生理鹽水及玻璃珠的三角瓶中混勻作為原液。原液依次按照10-1、10-2、10-3的濃度梯度進(jìn)行倍比稀釋，分別接種于含有1.5%瓊脂粉的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上，28 ℃倒置培養(yǎng)48 h后，計(jì)算平板菌落數(shù)。

1.5 基因組DNA提取、細(xì)菌宏基因組16S rDNA測(cè)序及OTU生物學(xué)聚類分析

以O(shè)MEGA土壤提取試劑盒進(jìn)行基因組DNA提取；利用Qubit 2.0 DNA檢測(cè)試劑盒對(duì)基因組DNA精確定量，以確定PCR反應(yīng)應(yīng)加入的DNA量。PCR所用的引物已經(jīng)融合了Miseq測(cè)序平臺(tái)的V3-V4通用引物：341F引物，5′-CCCTACACGAC GCTCTTCCGATCTGCCTACGGGNGGCWGCAG-3′；805R引物，5′-GACTGGAGTTCCTTGGCACCCGAGA ATTCCAGACTACHVGGGTATCTAATCC-3′。擴(kuò)增體系和程序見文獻(xiàn)[9]。基于OTU聚類分析，將多條序列根據(jù)序列之間的距離來進(jìn)行聚類，然后根據(jù)序列之間的相似性作為域值分成操作分類單元(OTU)。

1.6 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行整理和作圖，在SPSS 19.0平臺(tái)上進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)夾竹桃根部細(xì)菌數(shù)量的影響

由圖1可以看出，F(xiàn)L和MIX處理的夾竹桃根際土壤細(xì)菌數(shù)量顯著(P<0.05)高于對(duì)照，而VW處理與對(duì)照無顯著性差異(P>0.05)。

圖1 夾竹桃根部細(xì)菌數(shù)量

2.2 對(duì)微生物種群豐度及多樣性的影響

通過高通量測(cè)序技術(shù)，按照97%的相似性，得到4組評(píng)價(jià)樣品的多樣性指數(shù)(Shannon)和豐富度指數(shù)(ACE和Chao)。由表1可以看出，對(duì)照組(CK)細(xì)菌多樣性指數(shù)稍高于3個(gè)處理，F(xiàn)L處理的豐富度指數(shù)高于其他處理。

表1 各處理根部土樣的Alpha多樣性

將4組樣品按照97%的同源性構(gòu)建聚類分析圖(圖2)，VW和MIX在同一個(gè)分支上，二者具有相似的微生物群落結(jié)構(gòu)，F(xiàn)L處于1個(gè)獨(dú)立分支上，與述多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)分析結(jié)果基本相同。

由圖3可以看出，4組樣品中，細(xì)菌數(shù)量最多的均為變形菌門(Proteobacteria)，占比35%～50%，且3個(gè)處理組的變形菌門細(xì)菌含量均高于對(duì)照組，其次為綠彎門(Chloroflexi)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、浮霉菌門(Planctomycetes)、酸桿菌門(Acidobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)與放線菌門(Actinobacteria)，其余種類所占比例較低或?yàn)槲磋b定種類。

圖3 門水平上細(xì)菌群落組成相對(duì)百分比

由圖4可以看出，除去未被分類和待鑒定的屬，鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas)在試驗(yàn)組和對(duì)照組根際土壤中含量均高于其他屬，各處理芽孢桿菌屬(Bacillus)和鞘氨醇單胞菌屬均含量明顯高于對(duì)照(CK)。

圖4 屬水平上細(xì)菌群落組成相對(duì)百分比

3 討論

本研究表明，向土壤中添加3種生物質(zhì)垃圾堆肥產(chǎn)品后，F(xiàn)L與MIX處理的夾竹桃根際土壤中細(xì)菌數(shù)量顯著高于對(duì)照及VW，但3個(gè)處理的細(xì)菌多樣性指數(shù)均有所降低，這可能是因?yàn)橥鈦矶逊手破返奶砑哟龠M(jìn)了土壤中某一類或多類專一性較強(qiáng)菌的生長所致。

剩菜剩飯堆肥產(chǎn)品(FL)由于經(jīng)過烹飪、加工，產(chǎn)生大量可供微生物利用的小分子有機(jī)質(zhì)，有利于細(xì)菌繁殖；混合堆肥產(chǎn)品(MIX)由于混有剩菜剩飯和干雞糞，也有利于土壤細(xì)菌增殖；而農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)果蔬垃圾堆肥產(chǎn)品(VW)多為富含纖維的大分子有機(jī)質(zhì)，在短時(shí)間內(nèi)難以被土壤細(xì)菌代謝利用，這可能是該處理土壤細(xì)菌數(shù)量與對(duì)照相比無顯著變化的原因。

本研究顯示，夾竹桃根際土壤中至今未被鑒定及應(yīng)用的細(xì)菌種類相對(duì)豐度最高，其次為鞘氨醇單胞菌屬與芽孢桿菌屬。鞘氨醇單胞菌屬被報(bào)道具有降解石油、油脂類等污染物功能[10-11]，芽孢桿菌屬多為土壤益生菌及植物促生菌，具有多種生態(tài)功能。3個(gè)處理的鞘氨醇單胞菌屬與芽孢桿菌屬細(xì)菌含量均有所增加，推測(cè)3種堆肥產(chǎn)品均可以起到改良土壤的目的。剩菜剩飯堆肥制品可能由于油脂和鹽分含量過高，需要在今后的研究中作進(jìn)一步處理與改良。另外，本文僅以夾竹桃為植物材料，在今后的研究應(yīng)用中還須考慮不同植物材料對(duì)堆肥產(chǎn)品的響應(yīng)，并結(jié)合堆肥產(chǎn)品特性，作進(jìn)一步深化研究。

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收入日期：2017-07-19

上海市科委項(xiàng)目(11231200203)

何小麗(1983—)，女，安徽蕪湖人，工程師，碩士，從事土壤微生物研究，E-mail：xiaoliheshnu@163.com。

鄭思俊(1982—)，男，浙江溫州人，高級(jí)工程師，碩士，從事城市生態(tài)學(xué)研究，E-mail：zhengsijun82@163.com。

文獻(xiàn)著錄格式：何小麗，羅佳檸，鄭思俊. 不同生物質(zhì)垃圾堆肥產(chǎn)品對(duì)夾竹桃根部細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(10)：1818-1820.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171043

S154.3

A

0528-9017(2017)10-1818-03

(責(zé)任編輯高 峻)