微生物强化堆肥对难溶性磷转化影响机制研究

The purpose of this item is to improve the transformation efficiency of difficulty soluble phosphate during municipal solid waste (MSW) composting with premixed ground phosphate rock. Firstly, according to optimizing microbial population structure in high temperature compost, several phosphate-dissolving strains screened from natural material by our research group will be chose, and the complex phosphate-dissolving microbial community will be combined through laboratory experiments. Secondly, on the basis of optimizing inoculation method to conduct MSW composting experience using uniform orthogonal designs, the technological parameter of MSW composting involves concentration of inoculated microorganism, additives quantity of ground phosphate, ventilation mode, moisture content, etc. During composting, the mutualism mechanism of microbial population will be clarified through molecular biotechnology (fluorescence labeling, PCR-DGGE, etc). Under various composting parameters, the response of phosphate-dissolving microbial activity to phosphorus transformation will be revealed. Final, based on increasing the content of available phosphorus in MSW compost, a optimal technical proposals will be established. The findings of this item will provide theory and technical support for increasing fertilizer efficiency of ground phosphate rock and content of available phosphorus in MSW compost, it also can present a biological approach to improve compost quality and circulatory transformation of phosphorus.

课题以提高添加磷矿粉堆肥中难溶性磷的转化效率为理论基础，从优化高温堆肥中微生物的种群结构角度出发，利用课题组前期获得的若干耐高温解无机磷菌株，优选复合菌剂，开展解磷菌株溶磷机理研究，揭示堆肥温度变化对解磷微生物溶磷机制的影响。在优化解无机磷复合菌剂及接种工艺的基础上，进行各种堆肥工艺参数（解磷微生物接种量，磷矿粉添加量、通气方式，含水率等）混合水平的均匀正交设计，在堆肥过程中，采用荧光标记、DGGE等分子生物学分析技术，阐明接种高温解磷微生物后堆肥中微生物种群的共生机理；揭示不同工艺参数堆肥条件下，堆肥过程中解磷微生物活性与磷素形态转化的互动关系。初步构建生物强化提高堆肥中可利用磷素含量的最佳技术工艺方案，为堆肥过程中通过生物转化，提高磷矿粉的肥效，提高堆肥中可利用磷素含量提供理论依据和技术支持。本项目的研究可为提高堆肥质量、改善磷素循环转化提供一条生物学途径。

一、项目背景.由于土壤有效磷资源有限，传统化学磷肥成本较高，施入土壤后极易淋失或被金属元素固定而降低磷肥肥效；有机固体废弃物堆肥养分含量低，往往施入量大，增产效果差。针对上述问题，项目将难溶性磷矿粉与有机固体废弃物堆肥资源化有机结合，构建生物强化堆肥可利用磷组分调控方案。.二、主要研究内容：.（1）不同有机固体废弃物堆肥磷素组成和关键解磷菌辨识.（2）解磷菌复合菌剂的制备及接种工艺优化.（3）堆肥过程解磷微生物产酸溶磷机理研究.（4）生物强化堆肥磷组分调控方法优化及验证.三、重要结果.（1）基于不同有机固体废弃物堆肥过程中磷组分变化规律和统计分析证实物料不同堆肥磷组分含量和分布存在显著差异，可分为高磷的畜禽粪便堆肥和餐厨垃圾等低磷堆肥，为制备富磷堆肥的物料选择提供依据。（2）基于生物群落分析，阐明不同来源堆肥解磷菌群落结构变化规律，通过冗余分析，识别不同堆肥中的关键解磷菌及影响关键解磷菌的环境因子，初步建立利用堆肥微环境调控磷组分的方法。（3）筛选优势解磷菌制备复合菌剂，比较不同接种工艺下堆肥细菌群落和磷矿粉溶解效果，确定堆肥初期和降温期分段接种效果最佳，研究成果为指导堆肥难溶性磷高效溶解、提高堆肥磷素利用效率奠定了基础。（4）比较不同接种工艺堆肥pH、有机酸变化规律，结合细菌群落特征，利用结构方程模型，建立不同有机酸和细菌群落影响难溶性磷溶解的关系模型，初步揭示堆肥解磷微生物产酸溶磷机理。（5）通过评价生物炭添加堆肥微生物群落和磷组分特性，结合方差分解，证实堆肥土著微生物、解磷菌复合菌剂、堆肥微生物与生物炭的相互作用对于堆肥磷组分转化的驱动作用，验证了堆肥磷组分调控方法的可行性，建立了微环境控制和外源菌剂添加协同强化堆肥微生物高效、长效转化难溶性磷的调控策略。.四、科学意义.揭示生物强化堆肥对难溶性磷转化的作用机理，提出堆肥磷组分调控方法，为实现有机固体废弃物和难溶性磷高效资源化利用提供依据。