生物炭作为培养堆肥中微生物群落的新型利基外文翻译资料

生物炭作为培养堆肥中微生物群落的新型利基

原文作者：孙大全，余兰，Elvis Genbo Xub，孟军,陈文福

单位：辽宁沉阳农业大学辽宁生物炭工程技术研究中心沉阳市东陵路110866中华人民共和国、美国加州大学河滨分校环境科学系92521

摘要：生物炭已被用作散装剂或堆肥的添加剂。生物炭和堆肥的混合物被认为是作为土壤改良剂发挥协同效应的。在堆肥系统中，生物炭的大孔位点可以作为选择和培养大堆肥中微生物的新生态位。 在100℃热解的生物炭颗粒（BC）中检测到各种挥发性有机碳（VOCs），如芳烃和脂肪族化合物。在中间磷酸盐阶段，生物炭中的水溶性碳（WSC）和水溶性酚（WSP）从2.1增加到26mg·kg-1和5.9增加到101ug·kg-1。 然而，这些不稳定的碳经历了快速的新陈代谢堆肥过程。我们进一步比较了BC中微生物群落与大量有机物中的反应。 细菌群落Shannon-Wiener和Richness指数均高于邻近堆肥（ADJ）和大量有机质（对照）。至于真菌群落，这两个指标在BC比在ADJ高，只在成熟阶段控制。 在堆肥过程中，相应生物标志物，葡糖胺和胞壁酸的变化，细菌活性高于真菌对应物。结果表明，BC的VOCs和WSC等多样化活性碳源可以影响微生物群落结构，提高碳分解代谢能力。

关键词：氨基糖，生物炭，TM生物炭，堆肥，凝胶电泳

1、介绍

在堆肥过程中，有机物质如植物残渣和肥料可以被包括细菌和真菌在内的各种微生物稳定和消毒。（史密斯和Collins，2007）。有证据表明，将堆肥引入土壤可以带来一系列的好处，包括提高的土壤质量（DHose等人，2014年），促进土壤微生物活动（Bernard等，2012）和固定重金属（黄和Neculita，2013年）。 然而，由于微生物的快速矿化作用，堆肥不可能作为土壤中固碳的可靠剂（Godbout等人，2010）。相反，由有机物热解产生的热解碳，生物炭(Laird等人，2010），在土壤中居留时间长（Hecht，2003; Steinbeiss等，2009）和沉积物（何塞等，2015）。 生物炭已被推荐为一种有希望的土壤碳固定修正。 已经报道了生物炭在农业土壤中的应用增加了pH，曝气条件和肥料的使用效率（Quilliam等，2013)。菲舍尔 和Glaser（2012）报告指出，生物炭与堆肥相结合可以起到协同作用。

最近的研究表明，生物炭作为散装剂或添加剂可以加速堆肥中的有机物质降解，减少堆肥时间（Saacute;nchez-Garciacute;a等人，2015年），提高腐殖化程度（Bolan等，2012）。 还发现生物炭能减少堆肥过程中氮的损失，这归因于生物炭对氨的吸（Hua 等人，2009）和改变的反硝化细菌的丰度（Steiner等，2010）。 由于有机物的分解主要是由微生物驱动的，所以了解生物炭如何影响堆肥过程中的微生物活动是至关重要的。Jindo等人 （2012b） 发现生物炭能够通过改变微生物群落的结构来影响堆肥过程。

生物炭可以通过多种途径影响微生物群落。 例如，生物炭可以通过改变物理化学特性来影响微生物活性，如增加堆肥中的pH和C / N（魏等人，2014）。 好氧微生物可能由于在生物炭存在下促进的氧气吸收速率而受到刺激（张等人，2014）。 生物炭的添加还可以刺激特定微生物的活性，这些微生物可以分泌功能性酶并促进堆肥过程(Jindo等人， 2012a）。 另外，有机官能团使生物炭吸收疏水性有机污染物如菲（Marchal等，2013）或否则将被微生物分解或氧化的有机物质（Ngo等，2013). 斯波卡斯等人 。（2011年）使用裂解气相色谱/质谱（Py-GC-MS）分析生物炭中挥发性有机化合物（VOC）的组成。 这些作为碳源或抗菌物质的VOC被认为在土壤微生物群落结构的形成中起重要作用（Farrell等人，2013）。 然而，在组成过程中对生物炭生态位中微生物的代谢活动知之甚少。

我们假设生物炭生态位与固有的挥发性有机化合物以及从邻近的大量有机物质中吸收的可溶性有机物质可以改变其中微生物群落的结构和代谢能力。 本研究的目的是评估从堆肥中分离的生物炭颗粒中的微生物群落结构及其碳利用能力。

2.材料与方法

2.1生物炭表征

大米秸秆生物炭是在传统窑（金河富有限公司，中国）通过在大气压下缓慢热解（400-500℃）24小时生成的，其通过在窑底部燃烧原料开始。 生物炭的特性表现出来表1和2。 总的C，N，S和O通过Elementar Vario Max分析仪（Vario EL / micro cube，Elementar，德国）测定。 挥发性物质按（GB / T 2001-91，http: /www.51zbz.net/biaozhun/61958.html）。表面积由Brunauer，Emmett和Teller（BET）（V-Sorb 4800P，Gold Spectrum Technology有限公司，中国）方法测定，在BET分析之前，样品在105℃下脱气2小时。 灰分含量按GB / T 12496.4-1999，http://down.foodmate.net/standard/sort/3/5367.html）。 通过电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP）（AA-7000，Shimazdu，日本）分析微量营养素。 用化合物玻璃电极（PHS-4CT，康一仪器有限公司，中国）在生物炭和水悬浮液（比例为1:10）中测定pH（Conyers和Davey，1988年）。 使用TOC分析仪（3100，Shimazdu，日本）测定水溶性碳（WSC）。 分析之前，搅拌样品用蒸馏水（1:20比例）在室温下放置24小时，以10,000rpm离心10分钟，过滤0.45毫米的玻璃纤维。 此外，通过Folin方法（Kuwatsova和Shindo，1973）从该提取物中测定水溶性酚。2.2. 分析生物炭上吸收的挥发性有机化合物（VOCs）

2.2.分析生物炭上吸收的挥发性有机化合物（VOCs）

使用Py-GC-MS和连续温度梯度（100,200,300和400℃）评估生物炭中挥发性有机化合物的组成。 假设生物炭中挥发性有机化合物的出现将反映它们对微生物的潜在稳定性和可用性。 首先，在Pyroprobe 5200（CDS Agilent Inc.，美国）的石英管上以20℃·s-1的速率从40℃开始脉冲热解样品到目标温度。 当达到目标温度时，保持15s以检测热解产物。 然后将热解的样品转移到280℃的气相色谱仪中，通过加热的熔凝硅石毛细管柱（30mtimes;0.25mm）进一步分离. 气相色谱仪（GC）烘箱温度以8℃min-1的速率从40℃增加2分钟至295℃30分钟。 以2337.1amu s-1的扫描速率从50至1000m / z获得质谱。 使用自动质谱解卷积和鉴定系统（AMDIS V 2.65）和国家标准与技术研究院（NIST）质谱库鉴定峰。

2.3.堆肥过程

按照3：1（干重）的比例，用禽粪和稻草制备堆肥混合物Jindo等人 (2012b)。 添加2％的稻草生物炭，以测试生物炭对堆肥温度的影响，与大量有机物相比。 测定beta;-葡萄糖苷酶和磷酸酶根据Alef和Nannipieri（1995），这是考虑以反映纤维素和磷的分解。 将该混合物装入1米高0.5米宽的容器中，并将水含量调节至约55％（Jindo等，2012b）。 此外，垃圾袋法用于评估生物炭对生物炭生态位中微生物群落的影响。 将碎米糠生物炭粉末（20g）填充到聚酯织物袋（尺寸10times;10cm;网眼尺寸0.125mm）中，然后将其转移到更大的聚酯织物袋（尺寸20times;20cm;网眼尺寸0.5mm ）含有50克堆肥材料。 处理是BC（填充在较小尺寸的聚酯织物袋中的稻草生物炭），ADJ（与生物炭连接的相邻堆肥，较大尺寸的聚酯织物袋中的堆肥）和对照（散装有机物质）。 在堆肥过程中，将10个随机埋入的双层垃圾袋添加到2个桶中。 堆肥过程持续约65天，并转向3次。温度用作将堆肥过程分为中间磷酸盐阶段（第5天），嗜热阶段（第11天）和成熟阶段（第60天）的指示物（图S1）。 每个采样时间，随机收集3个双层垃圾袋，对照处理也一式三份。 分析前将样品储存在-20℃的冰箱中。

表1稻草生物炭的物理化学特性。

TC：总碳量; TN：总氮; TS：总硫; TO：总氧量Avai. N:有效氮Ols. P：有效磷Extrac. K：可提取钾WSC：水溶性碳; WSP：水溶性酚类; VM：挥发性物质; SA：表面积。

表2稻草生物质炭中微量营养素的浓度。

2.4.氨基糖的测定

氨基糖根据张和 Amelung（1996）。 在可能的情况下，样品相当于约4毫克的

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[281372]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word