微生物驱动型堆肥中入侵杂草化感物质的降解与腐殖化过程研究

《Bioresource Technology Reports》：Microbial-assisted attenuation of allelochemicals and humification of invasive weed biomass through in-vessel composting

本研究发现滚筒堆肥（RDC）过程中微生物群落通过腐殖化作用有效降解银胶菊（Parthenium hysterophorus）的化感物质（如石竹烯氧化物、邻苯二甲酸二乙酯和豆甾醇），16S rRNA测序揭示假单胞菌属（Pseudomonas）等关键菌群在腐殖酸生成和pH调节中起核心作用。主成分分析（PCA）显示钾（K+）、钙（Ca2+）和腐殖酸（HA）与堆肥成熟度呈正相关（Pearson r≈0.99, p<0.05），为入侵植物资源化利用提供了微生物-化学协同调控新策略。

　　

Highlight

堆肥过程中银胶菊（Parthenium hysterophorus）的化感物质被微生物驱动的腐殖化作用转化为腐殖酸，16S rRNA扩增子测序揭示了关键菌群的动态变化。石竹烯氧化物、邻苯二甲酸二乙酯和豆甾醇的降解率分别达60.1%、44%和51.8%。主成分分析（PCA）锁定堆肥成熟的关键变量：时间点、pH、腐殖酸（HA）、钙（Ca²⁺）和钾（K⁺）呈强正相关，而富里酸、挥发性固体和铵态氮则呈负相关。

结果与讨论

银胶菊堆肥可稳定化感物质等生物有害污染物，微生物驱动的腐殖化过程（包括矿化、聚合和分解）有效减弱化感物质的毒性。热图分析显示细菌群落随时间演变：早期高挥发性固体（74.1%）阶段以假单胞菌属（Pseudomonas）和不动杆菌属（Acinetobacter）为主，成熟期腐殖物质峰值（59.1 g/kg）时则转变为螯合球菌属（Chelatococcus）和金黄线菌属（Chryseolinea）。相关性网络分析（CNA）进一步揭示假单胞菌属（Pseudomonas）是化感物质降解的关键早期参与者，假黄色单胞菌属（Pseudoxanthomonas）与pH升高及碱性环境相关，而金黄线菌属（Chryseolinea）和螯合球菌属（Chelatococcus）作为成熟期指示菌与营养循环和腐殖化密切相关。

结论

本研究证实堆肥过程中微生物群落演替与化感物质转化及腐殖化进程高度同步。钾（K⁺）、钙（Ca²⁺）和pH等关键理化因素通过调控微生物活性促进腐殖化并降低植物毒性。相关性网络分析（CNA）突显假单胞菌属（Pseudomonas）在化感物质降解中的核心作用，假黄色单胞菌属（Pseudoxanthomonas）则通过调节pH创造碱性环境以支持腐殖化进程。