竹球-蛭石-海绵铁三元添加剂对牛粪堆肥品质及细菌群落的协同优化机制

针对牛粪堆肥效率低、腐殖化不足及重金属(HMs)钝化难题，湖南科研团队系统研究了竹球(BS)、蛭石(Vm)、海绵铁(SI)对堆肥过程的影响。研究发现Vm处理显著提升腐殖化水平，促进Zn(31.59%)、Cr(60.49%)向稳定态转化，并富集关键菌门厚壁菌门(Firmicutes)。该研究为畜禽粪便资源化提供了理论支撑。

　　

论文解读

在畜牧业快速发展的背景下，中国每年产生的牛粪占畜禽粪便总量的45.8%，这些富含营养的有机废弃物却因含有未吸收的饲料添加剂重金属（如Zn、Cr、Cu），成为土壤污染的潜在源头。传统堆肥技术面临 lignocellulose（木质纤维素）降解慢、腐殖化程度低、重金属活性高等核心瓶颈，严重制约着牛粪的资源化利用效率。

湖南的研究团队在《Biochemical Engineering Journal》发表研究，创新性地将竹球(BS)、蛭石(Vm)、海绵铁(SI)三种特性迥异的添加剂引入牛粪-稻草堆肥体系。通过监测温度、电导率(EC)、腐殖酸(HA)等理化指标，结合16S rRNA测序技术，揭示了添加剂对堆肥微环境及微生物群落的调控机制。

关键技术方法
研究采用30天好氧堆肥实验，设置对照组(CK)和三种添加剂处理组(BS、Vm、SI)。通过实时监测温度、pH、EC等参数，结合BCR连续提取法分析重金属形态，并利用高通量测序解析细菌群落结构。样本来源于湖南大福镇的农业基地，数据通过冗余分析(RDA)和Spearman相关性分析进行整合。

研究结果

温度、水分和电导率变化
添加剂组均提前进入高温期(>50°C)，其中Vm组维持时间最长(10天)。EC值在Vm组呈现"双峰"特征，与NH₄⁺-N转化相关，而SI组通过铁离子释放显著降低EC值。

腐殖化指标与重金属转化
Vm处理的腐殖酸(HA)含量较CK提升27.3%，且促进Zn、Cr向残渣态转化（分别达31.59%和60.49%）。相关性分析显示HA含量与Firmicutes丰度呈正相关(r=0.82)。

细菌群落演替
添加剂显著增加Chao1指数，Vm组Firmicutes相对丰度达48.7%，而Pseudomonas在SI组占比12.4%，具有固氮功能。RDA分析表明EC是影响群落结构的主控因子(解释度41.2%)。

讨论与意义
该研究首次阐明三元添加剂通过"物理结构-化学环境-微生物网络"多维调控提升堆肥效率的机制。Vm的层状结构既优化孔隙度，又通过阳离子交换促进重金属固定；海绵铁则通过Fe⁰的电子传递刺激Pseudomonas等功能菌增殖。成果为开发"钝化-腐殖化"协同的堆肥工艺提供了关键技术参数，对实现畜禽粪便的绿色处置具有重要实践价值。