千足虫堆肥过程中微生物群落演替特征及其对有机废弃物降解的驱动作用

《The Microbe》：Structure and succession of the microbiome during the millicomposting of agricultural and urban wastes

本研究针对有机废弃物资源化处理需求，探讨了利用黑马陆（Trigoniulus corallinus）进行千足虫堆肥（millicomposting）过程中细菌群落结构演替规律。通过16S rDNA测序技术分析180天堆肥样本，发现放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）为优势菌群，其相对丰度与堆肥成熟度显著相关。该研究揭示了千足虫堆肥特有的微生物演替模式，为开发新型有机废弃物生物处理技术提供了理论依据。

　　

随着城市化进程加速，有机废弃物的处理已成为亟待解决的环境问题。传统堆肥技术存在周期长、效率低等局限性，而千足虫堆肥作为一种新型生物处理方式，通过节肢动物与微生物的协同作用，可显著提升有机质降解效率。然而，目前对千足虫堆肥过程中微生物群落的动态变化规律及其生态功能仍缺乏系统认知。

为揭示千足虫堆肥的微生物驱动机制，研究人员开展了为期180天的实验研究。通过16S rDNA扩增子测序技术，系统分析了堆肥过程中细菌群落的组成演变。研究发现，千足虫堆肥体系具有较高的微生物多样性（香农指数达5.5），其中变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）为两大优势菌群，占总序列的70%。值得注意的是，堆肥过程中存在明显的微生物演替现象：在堆肥初期（30-60天），γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度较高，主要参与易降解有机质的分解；而在堆肥后期（150-180天），α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteria）成为优势类群，与堆肥成熟度显著相关。

研究采用的主要技术方法包括：千足虫堆肥实验系统的建立与样本采集、16S rDNA基因V3-V4区扩增子测序、生物信息学分析（包括α多样性指数计算、主成分分析和热图聚类分析）等。实验样本来源于实验室控制的千足虫堆肥系统，在不同时间点（30、60、90、120、150和180天）采集样本进行微生物群落分析。

通过主成分分析发现，堆肥时间的延长与特定细菌类群的演替密切相关。在堆肥初期，疣微菌门（Verrucomicrobia）和糖杆菌门（Candidatus Saccharibacteria）占主导地位；中期阶段拟杆菌门和γ-变形菌纲成为优势类群；而后期则以α-变形菌纲和浮霉菌门（Planctomycetes）为主。这种演替模式反映了堆肥过程中有机物组成的动态变化。

研究结果还显示，根瘤菌目（Rhizobiales）是千足虫堆肥体系中最丰富的细菌类群，占总序列的16.6%。该类群在堆肥后期显著富集，可能与生物固氮功能相关。放线菌纲中的链霉菌属（Streptomyces）在堆肥初期表现活跃，该菌属已知具有强大的木质素降解能力，对植物残体的分解起重要作用。

值得注意的是，研究中发现大量未分类细菌序列（约占总序列的55%），这表明千足虫堆肥体系中可能存在大量未被认知的微生物资源，值得进一步挖掘研究。

该研究首次系统揭示了千足虫堆肥过程中微生物群落的演替规律，证实了其与传统堆肥和蚯蚓堆肥不同的微生物特征。研究结果不仅为理解千足虫在有机废弃物降解中的生态功能提供了新视角，也为开发高效的有机废弃物生物处理技术奠定了理论基础。特别是堆肥后期富集的具有固氮潜力的细菌类群，可能为开发具有植物促生功能的生物有机肥提供新的微生物资源。这项发表于《The Microbe》的研究，为有机废弃物资源化利用提供了重要的科学依据。