C/N對枸杞枝條粉發(fā)酵過程中堆體理化性狀及微生物群落多樣性的影響

摘 要 為探討C/N對枸杞枝條粉園藝基質(zhì)化腐熟發(fā)酵過程中堆體理化性狀及微生物群落多樣性的影響，以寧夏枸杞枝條粉為研究材料，以尿素為氮源，分別設(shè)置C/N為15（W1）、20（W2）、25（W3）、30（W4）、35（W5）、43.75（W6）。結(jié)果表明：整個發(fā)酵過程中各處理的pH和電導(dǎo)率均呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，總氮含量逐漸升高，銨態(tài)氮含量呈現(xiàn)先增加后降低的總體變化規(guī)律，硝態(tài)氮含量各時期變化規(guī)律較為一致，均呈現(xiàn)出先增加、后降低、再升高的折線變化規(guī)律。在整個發(fā)酵過程中纖維素酶活性差異較大，C/N為20～35處理W2、W3、W4、W5在發(fā)酵過程中呈現(xiàn)出持續(xù)上升趨勢，C/N過低（15）或過高（43.75）表現(xiàn)為發(fā)酵前期（0～15 d）呈小幅度上升趨勢，在15～105 d時間內(nèi)呈現(xiàn)緩慢下降趨勢。發(fā)酵堆體中脲酶變化規(guī)律為先增加、后降低、再增加的變化規(guī)律。C/N為20時，纖維素、半纖維素降解率值最大，而木質(zhì)素增加值最大。在屬水平上草酸降解菌（Pandoraea）、亞硝基單胞菌（Nitrosomonas）、亞硝基螺旋體（Nitrosospira）、假單胞菌（Pseudomonas）、雙球菌（Paracoccus）、陶厄氏菌（Thauera）、嗜酸鹽桿菌（Acidihalobacter）、綿羊?qū)伲∣vis）、馬賽菌屬（Massilia）、硝化細菌（Nitrobacter）、游動放線菌屬（Actinoplanes）、硫磺菌屬（Sulfuritortus）均為優(yōu)勢菌群。C/N較高時（C/N≥25），枸杞枝條發(fā)酵堆體微生物群落物種數(shù)量、物種多樣性、豐富度、物種均勻度均顯著增加，基于PCA分析得出C/N值25為氨化作用和硝化作用臨界值、C/N值35為反硝化作用臨界值。因此，為加速枸杞枝條粉發(fā)酵過程并減少氮素流失，建議發(fā)酵堆體初始C/N保持在20～25之間。

關(guān)鍵詞 枸杞枝條粉；發(fā)酵；C/N；理化性狀；氮素轉(zhuǎn)化；微生物群落

耕地是糧食生產(chǎn)的命根子，堅決遏制耕地“非農(nóng)化”、基本農(nóng)田“非糧化”，同時積極探索科學(xué)利用戈壁、沙漠等發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，而無土栽培是進行非耕地設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要途徑之一，傳統(tǒng)無土栽培普遍使用的是草炭，在自然條件下草炭形成約需上千年時間，過度開采利用，使草炭的消耗速度加快^[1]，并破壞生態(tài)環(huán)境^[2]。因此，開發(fā)和利用來源廣泛、性能穩(wěn)定、價格低廉，又便于規(guī)?；唐飞a(chǎn)的草炭替代基質(zhì)的研究已成為熱點。枸杞（Lycium"" barbarum L.）是寧夏回族自治區(qū)特色主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，種植面積在5.67×104 hm²以上^[3]，每年都有大量修剪下來的枝條，將這些枝條的發(fā)酵粉作為園藝基質(zhì)原料進行開發(fā)利用，具有廣闊的發(fā)展前景。農(nóng)林廢物資源的合理利用已成為當(dāng)前世界大多數(shù)國家共同面臨的問題^[4]。目前國外關(guān)于基質(zhì)開發(fā)的廢棄物原料研究主要有：甘蔗渣^[5]、向日葵殼^[6]、杏仁殼^[7]、鋸木屑^[8]、椰棗廢料^[9]、葡萄渣^[10]等。國內(nèi)對本地豐富廉價的資源生產(chǎn)替代草炭作為園藝基質(zhì)作了大量的研究工作，廢棄物基質(zhì)材料主要有：椰糠^[11]、醋糟^[12]、蘆葦末^[13]、花生殼^[14]、中藥渣^[15]、檸條^[16]、葡萄枝條^[17]、蚯蚓糞^[18]等。農(nóng)林廢棄物園藝基質(zhì)化過程即堆腐發(fā)酵是制作園藝基質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，影響基質(zhì)堆體快速腐熟的因素很多，如C/N^[19]，而堆腐發(fā)酵是一個以微生物為媒介的生物發(fā)酵過程，微生物活動對堆腐物料的分解起著重要作用，成為影響快速腐熟的重要因子之一。在調(diào)節(jié)物的C/N、水分、pH等因素在最佳范圍時，合理的C/N是可加快堆肥腐熟發(fā)酵的重要手段，而尋找適宜的 C/N便成為基質(zhì)發(fā)酵的核心問題。通過研究枸杞枝條粉發(fā)酵過程中氮素轉(zhuǎn)化及微生物群落特征，進而明確發(fā)酵的適宜C/N，這將為枸杞枝條粉園藝基質(zhì)化利用以及清潔循環(huán)農(nóng)業(yè)提供新途徑和技術(shù)支撐，具有一定的研究價值和現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020-2021年5月-8月在寧夏農(nóng)林科學(xué)院院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)基地農(nóng)林廢棄物基質(zhì)中試車間進行，地理位置為106°09″00.55′E、 38°38″57.89′N，海拔1 117 m，年均氣溫8.5 ℃左右，年均日照時數(shù)2 800～3 000 h，年均降水量200 mm左右，無霜期185 d左右。

1.2 試驗材料

枸杞枝條粉，粒徑為0.5～1.0 cm，pH 6.77，全氮、全磷、全鉀含量分別為12.54 g/kg、0.83" g/kg、3.97 g/kg，有機物總量為636.44 g/kg。

1.3 試驗設(shè)計

枸杞枝條粉C/N為43.75（W6）為CK，采用CO（NH₂）₂為氮源，調(diào)節(jié)C/N為15（W1）、20（W2）、25（W3）、30（W4）、35（W5），見表1，水分調(diào)節(jié)至65%，水分補充下限為50%，當(dāng)基質(zhì)含水量低于設(shè)置的基質(zhì)水分控制下限時，補充灌溉水至初始含水量65%。翻堆上限溫度60" ℃，當(dāng)溫度高于翻堆上限溫度時進行翻堆。

1.4 試驗測定指標(biāo)與方法

溫度用LCD-9385型便攜式數(shù)字溫度計測定，每隔2 d 測定1 次堆體中心溫度，同時測定環(huán)境溫度。

發(fā)酵過程中定期從堆體上、中、下各部位取樣500 g左右混勻，分別測定全氮、有機物總量、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，參照鮑士旦^[20]所用方法測定。

酶活性的測定：蔗糖酶和磷酸酶的測定采用Allison實驗室的方法^[21]；脲酶和多酚氧化酶的測定采用Piotrowska-Cyplik的方法^[22]。

微生物多樣性測定由北京百邁客生物科技有限公司協(xié)助完成。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

采用Office Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，利用DPS對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 C/N對枸杞枝條粉發(fā)酵堆體溫度的影響

由溫度變化曲線圖可知（圖1），不同C/N處理的枸杞枝條粉發(fā)酵過程中，溫度均呈前期（前30 d）變化劇烈，短期內(nèi)溫度驟然上升。第15～20天時，各處理溫度均達到最高值，其中處理W3達到68.9 ℃，除對照W1和W6外，其他處理溫度均超過60 ℃，進行翻堆處理后，在31～95 d之間各處理溫度呈現(xiàn)緩慢波動式降溫過程。

2.2 C/N對枸杞枝條粉發(fā)酵堆體pH、電導(dǎo)率的影響

不同C/N處理的枸杞枝條粉發(fā)酵過程中（圖2），pH變化呈現(xiàn)出前期（0～20 d）波動較大，從20 d以后變化逐漸變小，在20～50 d之間，各處理的pH均呈現(xiàn)小幅增加趨勢，在發(fā)酵至50 d時，處理W4的pH達到峰值，為8.470，最低的為WU4，微8.198。從50 d以后，各處理的pH均呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，在發(fā)酵至105 d時，處理W4的pH認為最高，為7.767，各處理較發(fā)酵之前均有所降低。

整個發(fā)酵過程中各處理電導(dǎo)率變化趨勢較為一致（圖3）。發(fā)酵前期（0～25 d）呈現(xiàn)階梯式增長，在發(fā)酵至25 d時各處理電導(dǎo)率均達到最大值，其中處理W2達到3.777" μS/cm，高于其他處理。在發(fā)酵中期（25～50 d）試驗各處理的電導(dǎo)率均呈現(xiàn)降低趨勢，而且在第50天時，各處理電導(dǎo)率均為最低值，其中處理W2為1.89" μS/cm。

2.4 C/N對枸杞枝條粉發(fā)酵堆體碳、氮變化的影響

在有機物含量方面（圖4），在發(fā)酵前期（0～10 d）各處理均呈現(xiàn)出小幅增加過程，其中處理W3在第10天時，有機質(zhì)含量最高，達到90.6%。從第10天至105天之間，各處理均呈現(xiàn)下降趨勢，降低幅度最大的是處理W1，降幅達到3.3%，其他處理降幅均在2%～3%之間。

在堆體發(fā)酵過程中不同C/N對各處理堆體全氮含量影響較為顯著（圖5）。隨著有機大分子分解為有機小分子和無機物的過程的發(fā)生，在枸杞枝條粉堆體發(fā)酵期間，總氮含量逐漸升高。從開始發(fā)酵至第7天，各處理變化趨勢不一致，W2呈現(xiàn)緩慢下降后上升的趨勢，而W4和W5卻呈先快速上升后下降的趨勢，發(fā)酵20 d以后，各處理全氮含量呈直線上升，第91天時，呈現(xiàn)出 W6gt;W5gt;W3gt;W4gt;W2gt;W1。

在堆體發(fā)酵過程中不同C/N對各處理堆體銨態(tài)氮含量影響較為顯著（圖6）。各處理銨態(tài)氮含量呈現(xiàn)先增加后降低的總體變化規(guī)律。在發(fā)酵前期（0～20 d）時，各處理銨態(tài)氮含量逐漸升高，在20 d時達到峰值，其中處理W6值最高，為 0.195%，各處理大小關(guān)系為：W6gt;W5gt;W4gt; W3gt;W2gt;W1。在此之后，銨態(tài)氮含量逐漸降低，在發(fā)酵至91 d時，其值在0.01%～0.04%之間。

在堆體發(fā)酵過程中不同C/N對各處理堆體硝態(tài)氮含量影響較為顯著（圖7）。各處理硝態(tài)氮含量各時期變化規(guī)律較為一致，均呈現(xiàn)出先增加（0～10 d）、后降低（10～35 d）、再升高（35～105 d）的折線變化規(guī)律。在91 d時，各處理大小關(guān)系為：W6gt;W5gt;W4gt;W3gt;W2gt;W1。

蔗糖酶活性影響較為顯著（圖8）。各處理蔗糖酶活性各時期變化規(guī)律較為一致，均呈現(xiàn)出先降低（0～25 d）、后增加（25～45 d）、在降低（45～ 65 d）、在上升（65～105 d）的折線變化規(guī)律。在發(fā)酵過程后期（65～105 d），呈現(xiàn)出W4gt;W3gt;W2gt;W5gt;W6gt;W1，這與C/N不呈現(xiàn)線性相關(guān)，非線性相關(guān)或與微生物存在一定相關(guān)性。發(fā)酵堆體中脲酶變化規(guī)律為先增加、后降低、再增加的變化規(guī)律（圖9），不同C/N處理在0～65 d中各處理脲酶活性差異較為顯著，在65～105 d中各處理脲酶活性差異不顯著。

在整個發(fā)酵過程中纖維素酶活性差異較大（圖10），且各處理變化趨勢有較大差異。處理W2、W3、W4、W5在發(fā)酵過程中呈現(xiàn)出持續(xù)上升趨勢，處理W1和W6則表現(xiàn)為發(fā)酵前期（0～ 15 d）呈小幅度上升趨勢，在15～105 d時間內(nèi)呈現(xiàn)緩慢下降趨勢。

2.5 C/N對枸杞枝條粉發(fā)酵堆體木質(zhì)纖維素含量的影響

在纖維素含量方面（圖11），不同C/N對各處理堆體纖維素含量影響較為顯著。各處理纖維素含量各時期變化趨勢趨于一致，呈現(xiàn)為發(fā)酵前中段（0～63 d，嗜熱和溫?zé)犭A段）下降較為快速，后段基本無變化。說明，纖維素降解主要發(fā)生在發(fā)酵中前段，即發(fā)酵的嗜熱（0～28 d）和溫?zé)犭A段（29～63 d），成熟階段（64～105 d）。各處理之間差異顯著。發(fā)酵成熟后，W1纖維素含量降低 17.59%，W2減低19.55%，W3降低21%，W4減低19.05%，W5減低18.48%，W6減低 17.94%。[JP4]降解率大小關(guān)系為：W3gt;W2gt; W4gt;" W5gt;W6gt; W1，即C/N為20時，纖維素降解率最大。

在半纖維素含量方面（圖12），不同C/N對各處理堆體半纖維素含量影響較為顯著。各處理半纖維素含量各時期變化規(guī)律較為一致，呈現(xiàn)為發(fā)酵前段（0～28 d，嗜熱階段）下降速率較快，溫?zé)幔?9～63d）和成熟階段（64～105d）下降緩慢或停止下降。說明半纖維素降解主要在發(fā)酵前段（0～28 d，嗜熱階段）。至發(fā)酵成熟后，W1的半纖維素含量降低52.97%，W2減低65.03%，W3降低67.27%，W4減低61.11%，W5減低 58.53%，W6減低55.82%。降解率大小關(guān)系為：W3gt;W2gt; W4gt; W5gt;W6gt; W1，即C/N為20時，半纖維素降解率值最大。

在木質(zhì)素含量方面（圖13），在堆體發(fā)酵過程中各處理堆體木質(zhì)素含量受C/N的比值較大。在整個發(fā)酵時期各處理木質(zhì)素含量各時期變化規(guī)律較為一致，呈現(xiàn)為逐步上升，在發(fā)酵后期末端（成熟階段）緩慢增加或停止上升。至發(fā)酵成熟后，W1的木質(zhì)素含量增加17.86%，W2增加 28.57%，W3增加35.71%，W4增加29.62%，W5增加23.63%，WU6增加22.22%。增加大小關(guān)系為：W3gt;W4gt;W2gt; W5gt;W6gt; W1，即C/N為20時，木質(zhì)素增加值最大。

2.6 C/N對枸杞枝條粉發(fā)酵堆體微生物群落多樣性、豐富度、物種均勻度的影響

基于氨氧化細菌基因（AOBamoA）分析發(fā)酵堆體氨氧化過程主要微生物群落特征（圖14），隨著枸杞枝條粉發(fā)酵堆體C/N的升高，微生物群落物種數(shù)量逐漸增加（圖14-a、圖14-b），在C/N大于20時（W3、W4、W5、W6）發(fā)酵堆體的微生物群落物種多樣性、豐富度、均勻度逐漸增加（圖14-c），說明C/N較高時，基于氨氧化細菌基因枸杞枝條粉發(fā)酵堆體微生物群落物種數(shù)量、物種多樣性、豐富度、物種均勻度均顯著增加。

基于亞硝酸鹽還原酶基因（nirS）分析發(fā)酵堆體反硝化過程主要微生物群落特征（圖15），隨著枸杞枝條粉發(fā)酵堆體C/N的升高，微生物群落物種數(shù)量逐漸增加（圖15-a、圖15-b），在C/N為35時（W6）發(fā)酵堆體的微生物群落物種多樣性、豐富度、均勻度逐漸增加（圖15-c），說明C/N較高時，基于亞硝酸鹽還原酶基因枸杞枝條粉發(fā)酵堆體微生物群落物種數(shù)量、物種多樣性、豐富度、物種均勻度均顯著增加。

基于亞硝酸鹽氧化酶基因（nxrA）分析發(fā)酵堆體硝化過程主要微生物群落特征（圖16），隨著枸杞枝條粉發(fā)酵堆體C/N的升高，微生物群落物種數(shù)量逐漸減少（圖16-a、圖16-b），在C/N為較低時（W1、W3）發(fā)酵堆體的微生物群落物種多樣性、豐富度、均勻度均較高（圖16-c），說明C/N較低時，基于亞硝酸鹽氧化酶基因枸杞枝條粉發(fā)酵堆體微生物群落物種數(shù)量、物種多樣性、豐富度、物種均勻度均顯著增加。

2.7 不同C/N對枸杞枝條粉發(fā)酵堆體微生物群落的影響

基于氨氧化細菌基因（AOBamoA）分析發(fā)酵堆體氨氧化過程主要微生物群落在屬水平的組成（圖17），發(fā)酵過程中優(yōu)勢細菌屬有8個。其中，草酸降解菌（Pandoraea）、亞硝基單胞（Nitrosomonas）、亞硝基螺旋體（Nitrosospira）占比較高；分枝桿菌（Mycobacterium）、固氮菌（Azoarcus）、熱裂菌（Thermobifida）、假單胞菌（Pseudomonas）、克雷伯菌（Klebsiella）、熱單孢菌（Thermomonospora）、根瘤菌（Rhizobium）占比差異不大。

基于亞硝酸鹽還原酶基因（nirS）分析發(fā)酵堆體反硝化過程主要微生物群落在屬水平的組成（圖18），發(fā)酵過程中優(yōu)勢細菌科有4個，假單胞菌（Pseudomonas）、雙球菌（Paracoccus）、陶厄氏菌（Thauera）、嗜酸鹽桿菌（Acidihalobacter）。通常Thauera屬的各個種是一類兼性厭氧，專性進行呼吸作用的細菌，它們能夠利用氧氣、氮氧化物作為電子受體，在好氧呼吸和反硝化作用之間轉(zhuǎn)化代謝狀態(tài)。

基于亞硝酸鹽氧化酶基因（nxrA）分析發(fā)酵堆體硝化過程主要微生物群落在屬水平的組成（圖19），發(fā)酵過程中優(yōu)勢細菌有5個，綿羊?qū)伲∣vis），馬賽菌屬（Massilia），硝化細菌（Nitrobacter），游動放線菌屬（Actinoplanes），硫磺菌屬（Sulfuritortus）；另有少量緩生根瘤菌（Bradyrhizobium），嗜酸菌（Acidiphilium），中慢生根瘤菌（Mesorhizobium），芽孢桿菌（Bacillus），高溫單孢菌屬（Thermomonospora）。

2.8 C/N對枸杞枝條粉發(fā)酵堆體微生物群落的基于OTU水平的PCA分析

基于氨氧化細菌基因（AOBamoA）分析發(fā)酵堆體氨氧化過程主要微生物群落基于OTU水平的PCA分析（圖20），C/N在25以下與30以上存在顯著差異，W1、W2、W3處理較為集中，差異不顯著，W4、W5較為接近，W6的C/N值較高（43.75），可推斷氨氧化細菌群落在C/N為25上下差異顯著，即氨化作用臨界區(qū)間。

基于亞硝酸鹽還原酶基因（nirS）分析發(fā)酵堆體反硝化過程主要微生物群落基于OTU水平的PCA分析（圖21），C/N在35以下與43.75以上存在顯著差異，W1、W2、W3、W4、W5處理較為集中，差異不顯著，W6的C/N值較高（43.75），可推斷反硝化細菌群落在C/N為35上下差異顯著，即反硝化作用臨界區(qū)間。

基于亞硝酸鹽氧化酶基因（nxrA）分析發(fā)酵堆體硝化過程主要微生物群落基于OTU水平的PCA分析（圖22），C/N在35以下與43.75以上存在顯著差異，W1、W2、W3處理較為集中，差異不顯著，W4、W5、W6均較為分散，據(jù)此推斷硝化細菌群落在C/N為25上下差異顯著，即硝化作用臨界值。

3 討" 論

C源是微生物利用的能源，在發(fā)酵過程中，C源被消耗，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和腐殖質(zhì)物質(zhì)^[23]；N源是微生物的營養(yǎng)物質(zhì)，在發(fā)酵過程中，N以氨氣的形式散失，或變?yōu)橄跛猁}和亞硝酸鹽，或是由生物體同化吸收^[24]。本試驗中整個發(fā)酵過程中各處理的pH和電導(dǎo)率均呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，C/N 比是影響好氧發(fā)酵過程中微生物活性的關(guān)鍵因素，過高的C/N 比對好氧發(fā)酵不利，可能會減緩發(fā)酵進程，從而延長發(fā)酵時間^[25]。在枸杞枝條粉堆體發(fā)酵期間，總氮含量逐漸升高，第91天時，呈現(xiàn)出W6gt;W5gt;W3gt;W4gt;W2gt;W1。各處理銨態(tài)氮含量呈現(xiàn)先增加后降低總體變化規(guī)律。各處理硝態(tài)氮含量各時期變化規(guī)律較為一致，均呈現(xiàn)出先增加（0～10 d）、后降低（10～35 d）、再升高（35～105 d）的折線變化規(guī)律。

纖維素酶參與纖維素降解，尤其是在高溫階段，其活性取決于纖維素降解微生物的種類和數(shù)量^[26]。在整個發(fā)酵過程中纖維素酶活性差異較大，處理W2、W3、W4、W5在發(fā)酵過程中呈現(xiàn)出持續(xù)上升趨勢，處理W1和W6則表現(xiàn)為發(fā)酵前期（0～15 d）呈小幅度上升趨勢，在15～105 d時間內(nèi)呈現(xiàn)緩慢下降趨勢。脲酶是一種催化尿素水解產(chǎn)生NH₃ 和CO₂ 的酶^[27]，發(fā)酵堆體中脲酶變化規(guī)律為先增加、后降低、再增加的變化規(guī)律。在堆體發(fā)酵過程中蔗糖酶活性與C/N不呈現(xiàn)線性相關(guān)。在木質(zhì)纖維素組分中，木質(zhì)素在發(fā)酵過程中的降解率一般低于纖維素和半纖維素^[28]。本試驗中整個發(fā)酵過程中，C/N為20時，纖維素、半纖維素降解率值最大，而木質(zhì)素增加值最大。基于氨氧化細菌基因（AOBamoA）、亞硝酸鹽氧化酶基因（nxrA）、亞硝酸鹽還原酶基因（nirS）分析發(fā)酵堆體氨氧化、硝化、反硝化過程主要微生物群落基于OTU水平的PCA分析，C/N為25即為氨化作用和硝化作用臨界值、C/N為35即反硝化作用臨界值。

4 結(jié)" 論

整個發(fā)酵過程中各處理的pH和電導(dǎo)率均呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，總氮含量逐漸升高，銨態(tài)氮含量呈現(xiàn)先增加后降低總體變化規(guī)律。各處理硝態(tài)氮含量各時期變化規(guī)律較為一致，均呈現(xiàn)出先增加、后降低、再升高的折線變化規(guī)律。在整個發(fā)酵過程中纖維素酶活性差異較大，處理W2、W3、W4、W5在發(fā)酵過程中呈現(xiàn)出持續(xù)上升趨勢，處理WU1和W6則表現(xiàn)為發(fā)酵前期（0～15 d）呈小幅度上升趨勢，在15～105 d時間內(nèi)呈現(xiàn)緩慢下降趨勢。發(fā)酵堆體中脲酶變化規(guī)律為先增加、后降低、再增加的變化規(guī)律。在堆體發(fā)酵過程中蔗糖酶活性與C/N不呈現(xiàn)線性相關(guān)。C/N為20時，纖維素、半纖維素降解率值最大，而木質(zhì)素增加值最大。C/N較高時（C/N≥25），枸杞枝條發(fā)酵堆體微生物群落物種數(shù)量、物種多樣性、豐富度、物種均勻度均顯著增加?；诎毖趸毦颍ˋOBamoA）、亞硝酸鹽氧化酶基因（nxrA）、亞硝酸鹽還原酶基因（nirS）分析發(fā)酵堆體氨氧化、硝化、反硝化過程主要微生物群落基于OTU水平的PCA分析，C/N為25即為氨化作用和硝化作用臨界值、C/N為35即反硝化作用臨界值。因此在確保枸杞枝條粉發(fā)酵進程情況下減少氮素損失，建議枸杞枝條粉發(fā)酵堆體初始C/N保持在20～25之間。

參考文獻 Reference：

［1］ 劉永和，孟憲民，王忠強.泥炭資源的基本屬性理化性質(zhì)和開發(fā)利用方向[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2003，17（2）：18-22.

LIU Y H，MENG X M，WANG ZH" Q.Basic properties，physical and chemical properties，and development and utilization direction of peat resources [J].Resources and Environment in Arid Areas，2003，17（2）：18-22

[2]郭世榮.固體栽培基質(zhì)研究、開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2005，21（S2）：1-4.

GUO SH" R.Research，development status and development trends of solid culture substrates [J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2005， 21（S2）：1-4

[3]寧夏枸杞產(chǎn)業(yè)2017年將迎來三大利好因素[EB/OL].寧夏：寧夏新聞網(wǎng)，2017[2017-01-10].http：//www.nxnews.net/yc/jrww/201701/t20170110_4197587.html.

Ningxia's goji berry industry will welcome three positive factors in 2017 [EB/OL].Ningxia：NingxiaNews Network，2017 [2017-01-10] http：//www.nxnews.Net/yc/jrww/201701/t20170110_ 4197587.html

[4]LUISA B，F(xiàn)EMANDA A，ISABELLA L，et al.Management of agricultural biomass wastes：Preliminary study on characterization and valorisation in clay matrix bricks[J].Waste Management，2013，33：2307-2315.

[5]JAYASINGHE GY.Sugarcane bagasses sewage sludge compost as a plant growth substrate and an option for waste management[J].Clean Technologies and Environmental Policy，2012，14（4）625-632.

[6]GONZALEZ" MR，F(xiàn)IGLAS D，CURVETTO N.Sunflower seed hull based compost for Agaricusblazei" Murrillcultivation[J].International Biodeterioration ＆ Biodegradation，2010，64（8）：742-747.

[7]URRESTARAZU M，MARTINEZ G A，SALAS M C.Almond shell waste：possible local rockwool substitute in soilless crop culture[J].Scientia Horticulturae，2005，103（4）：453-460.

[8]YOUNWB，HANSH，SEOJM，et al.The effects of biomaterials in growing medium on the response of Zelkovaserrata in a containerized production system[J].Korean Journal of Agricultural Science，2019，46，4：781-790

[9]RAFAELA C，NARCIS C，KRYSTYNA M，et al.Nitrification during extended co-composting of extreme mixtures of green waste and solid fraction of cattle slurry to obtain growing media[J].Waste Management，2016，58：118-125.

[10] BHAVISHA S，ABHIJITS，POOJAS，et al.Agricultural utilization of biosolids：A review on potential effects on soil and plant grown[J].Waste Management，2017，64：117-132.

[11]薛克娜，趙鴻杰，張學(xué)平，等.不同基質(zhì)對杜鵑紅山茶容器苗生長的影響[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2011，31（1）：27-31.

XUE K N，ZHAO H J，ZHANG X P，et al. The effect of different substrates on the growth of container seedlings of Rhododendron camellia [J].Journal of Central South University of Forestry amp; Technology，2011，31（1）：27-31.

[12]李萍萍，朱詠莉，趙青松.醋糟有機基質(zhì)和有機肥料的生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：臺海出版社，2011.

LI P P，ZHU Y L，ZHAO Q S.Production and Application Technology of Vinegar Residue Organic Matrix and Organic Fertilizer [M] .Beijing：Taiwan Strait Press，2011.

[13]程 斐，孫朝暉，趙玉國，等.蘆葦末有機栽培基質(zhì)的基本理化性能分析[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，24（3）：19-22.

CHENG F，SUN CH" H，ZHAO Y G，et al.Analysis of physical and chemical properties of reed residue substrate[J].Journal of Nanjing Agricultural University，2001，24（3）：19-22.

[14]孫治強，趙永英，倪相娟.花生殼發(fā)酵基質(zhì)對番茄幼苗質(zhì)量的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報，2003，18（4）：86-90.

SUN ZH" Q，ZHAO Y" Y，NI X J.Effect of fermented peanut shells substrates on tomato seedling [J].Acta Agriculturae Boreali-Sinica，2003，18（4）：86-90

[15]徐秀銀，陳學(xué)祥，楊 靜.利用中藥渣生產(chǎn)有機基質(zhì)發(fā)酵條件研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（3）：348-350.

XU X Y，CHEN X X，YANG J.Study on fermentation conditions of organic matrix from Chinese medicinal residue[J].Jiangsu Agricultural Science，2010（3）：348-350

[16]曲繼松，郭文忠，張麗娟，等.檸條粉作基質(zhì)對西瓜幼苗生長發(fā)育及干物質(zhì)積累的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010， 26（8）：291-295

QU J S，GUO W ZH，ZHANG L J，et al.Influence on the growth and accumulation of dry matter of watermelon seedlings based on caragana-straw as nursery substrate[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering ，2010，26（8）：291－295

[17]黨兆霞，王延秀，陳佰鴻，等.葡萄枝條基質(zhì)對平菇菌絲生長及產(chǎn)菇量的影響[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015，50（6）：52-57.

DANG ZH" X，WANG Y X，CHEN B H，et al.Influence on grape branch substrate on the mycelial growth and yield of Pleurotusostreatus[J].Journal of Gansu Agricultural University，2015，50（6）：52-57.

[18]尚慶茂，張志剛.蚯蚓糞基質(zhì)及肥料添加量對茄子穴盤育苗影響的試驗研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2005，21（S2）：129-132.

SHANG Q M，ZHANG ZH G.Experimental studies on fertilizer-adding amount in eggplant plug seedling production with vermicompost-based media [J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering ，2005，21（S2）：129-132.

[19]STEINER C，DAS KC，MELEAR N，et al.Reducing nitrogen loss during poultry litter composting using biochar[J].Journal of Environmental Quality，2010，39（4）：1236-1242.

[20]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：67-71.

BAO SH" D.Soil Agrochemical Analysis [M].3rd Edition.Beijing：China Agricultural Publishing House，2000：67-71.

[21]ALLISON S D，VITOUSEK P M.Responses of extracellular enzymes to simple and complex nutrient inputs[J].Soil Biology and Biochemistry，2005，37（5）：937-944.

[22]PIOTROWSKA A，OLEJNIK A，CYPLIK P，et al.The kinetics of nicotine degradation，enzyme activities and geNotexic potential in the characterization of tobacco waste composting[J].Bioresource Technology，2009， 100（21）：5037-5044

[23]鄭金生，權(quán)桂芝，石 磊，等.不同氮源的甘草渣基質(zhì)發(fā)酵效果研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，45（6）：1064-106.

ZHENG J SH，QUAN G ZH，SHI L，et al.Effects of different nitrogen resources on liquorice dregs substrate fermentation[J].Xinjiang Agricultural Science，2008， 45（6）：1064-106.

[24]董曉宇，孫守如，楊秋生，等.碳氮比和碳源配比對玉米秸基質(zhì)發(fā)酵效果的影響[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008， 42（2）：167-169.

DONG X Y，SUN SH R，YANG Q SH，et al. The effect of carbon nitrogen ratio and carbon source ratio on the fermentation effect of corn straw substrate [J].Journal of Henan Agricultural University，2008，42（2）：167-169

[25]BERNAL M P，ALBURQUERQUE J" A，MORAL R.Composting of animal manures and chemical criteria for compost maturity assessment.A review [J].Bioresource Technology，2009，100（22）：5444-5453.

[26]RAUT M P，WILLIAM S P，BHATTACHRYYAJ K，et al.Microbial dynamics and enzyme activities during rapid composting of municipal solid waste-a compost maturity analysis perspective[J].Bioresource Technology，2008， 99（14）：6512-6519.

[27]DU J，ZHANG，Y，QU M，et al. Effects of biochar on the microbial activity and community structure during sewage sludge composting [J].Bioresource Technology，2019，272：171-179.

[28]YU H，XIE B，KHAN R，et al. The changes in carbon，nitrogen components and humic substances during organic-inorganic aerobic co-composting[J].Bioresource Technology，2019，271：228-235.

Effects of C/N" Ratios on Physicochemical Properties and Microbial Community" Diversity during Composting Process of Wolfberry Branch Powder

QU Jisong， HUO Yinliang， ZHANG Lijuan and" ZHU Qiannan

（Institute of Horticultural，Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Yinchuan 750002， China）

Abstract To explore the effects of C/N ratios on the physicochemical properties and microbial community diversity during the composting process of wolfberry branch powder for horticultural substrate production，this study used Ningxia wolfberry branch powder as base material and urea as the nitrogen source. The original mixtures were adjusted to C/N ratios of 15 （W1）， 20 （W2）， 25 （W3）， 30 （W4）， 35 （W5）， and" 43.75 （W6）. The results showed that during the composting process， for all treatments， the pH and conductivity showed a gradually decreasing trend， while the total nitrogen content a gradually increasing trend.The ammonium nitrogen content showed a first increasing and then decreasing trend， while the nitrate nitrogen content increased first， then decreased and increased again. During the composting process， cellulase activity was significantly different among treatments. Specifically，it showed a continuous upward trend under the treatments W2， W3， W4 and W5 when C/N was 20-35. However，it showed a small upward trend in the early composting period （0-15 days） and a slow downward trend in 15-105 days when the C/N was too low （15） or too high" （43.75）. With respect to urease，it increased first， then decreased and increased again. When C/N was 20， the degradation rate of cellulose and hemicellulose and the increment value of lignin showed the highest values. At the genus level，Pandoraea， Nitrosomonas， Nitrosospira， Pseudomonas， Paracoccus， Thauera， Acidihalobacter， Ovis， Massilia， Nitrobacter， Actinoplanes and Sulfitortus" were all dominant bacterial groups. When C/N was higher （C/N≥25）， there were significantly increasing trends for the species number， species diversity， richness and species uniformity of the microbial community in the composting pile of CMS. Based on PCA analysis， C/N value 25 was the critical value of ammonification and nitrification， and C/N value 35 was the critical value of denitrification. Hence， to expedite the composting process and minimize nitrogen loss， it is recommended to maintain the initial C/N ratio of the composting pile within the range of 20-25.

Key words Wolfberry branch powder; Fermentation; C/N;Physicochemical properties; Nitrogen conversion; Microbial community

Received" 2023-09-11""" Returned 2023-10-20

Foundation item The National Natural Science Foundation of China（No.31860576，No.U21A20226）；Projec for Ningxia Ecological Protection and High Quality Agricultural Development （No.NGSB2021803）.

First author QU Jisong，male，Ph.D， research fellow，doctoral supervisor.Research area：facility environmental regulation and biomass matrix utilization.E-mail：qujs119@126.com

（責(zé)任編輯：成 敏 Responsible editor：CHENG" Min）

基金項目：國家自然科學(xué)基金（31860576，U21A20226）；寧夏農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展資助項目（NGSB2021803）。

第一作者：曲繼松，男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事設(shè)施環(huán)境調(diào)控和生物質(zhì)資源利用研究。E-mial：qujs119@126.com