嗜热堆肥通过微生物基因调控机制增强了氮的保留能力，并减少了温室气体的排放

《International Biodeterioration & Biodegradation》：Thermophilic-vermicomposting enhances nitrogen retention and reduces greenhouse gas emissions via microbial gene regulation

本研究评估整合高温堆肥与蚯蚓堆肥处理猪粪的效果，结果显示该方法显著提升堆肥质量（TN、GI、HIX分别提高27%、44%、51%），增加NH4+和NO3?含量（增幅58.96%和1476%），同时有效降低CO2、CH4和NH3排放，并促进相关功能基因丰度。

　　这项研究探讨了将高温堆肥与蚯蚓堆肥相结合的处理方式，对猪粪进行处理的效果。随着畜牧业的快速发展，大量畜禽粪便的积累对生态环境构成了严重威胁。传统堆肥技术虽然能够有效处理有机废弃物，但在氮素流失和温室气体排放方面存在显著问题。相比之下，蚯蚓堆肥因其良好的营养转化能力和较低的温室气体排放，被认为是一种更有前景的处理方式。然而，单独使用蚯蚓堆肥的温度较低，难以彻底杀灭病原微生物和杂草种子，这限制了其在生物安全方面的应用。因此，本研究提出了一种结合高温堆肥与蚯蚓堆肥的综合处理方法，旨在提升堆肥品质，同时减少环境影响。

研究发现，综合处理方式（CV）相较于传统高温堆肥（AC）和单独蚯蚓堆肥（V）显著提高了堆肥的成熟度和质量。具体表现为总氮（TN）含量提升了27%，发芽指数（GI）提高了7%，腐殖化指数（HIX）则增长了44%和26%。这些指标的改善说明，综合处理方式能够更有效地保留氮素，并促进有机质的分解转化，从而提高堆肥的营养价值和稳定性。此外，研究还发现，CV过程在微生物群落的调控方面具有优势，能够显著提升与硝化作用（如*amo*A、*amo*B基因）、反硝化作用（如*nir*S等基因）以及碳循环（如*pcc*A等基因）相关的功能基因的丰度。这表明，综合处理方式不仅有助于提高堆肥质量，还能通过微生物群落的优化来增强其生态功能。

在温室气体排放方面，CV处理方式表现出明显的优势。与AC相比，CV过程将氨氮（NH??-N）和硝酸盐氮（NO??-N）的含量分别提升了58.96%和1476%。这说明，综合处理方式能够更有效地将氮素转化为稳定的有机氮化合物，从而减少氮素的挥发损失。与此同时，CV处理方式显著降低了二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）和氨气（NH?）的排放量，显示出其在温室气体减排方面的潜力。这些结果表明，综合处理方式不仅能够提高堆肥的养分利用率，还能有效降低其对环境的负面影响，从而为可持续的畜禽废弃物管理提供了一种新的解决方案。

在实验设计中，研究人员采用了三种处理方式：传统高温堆肥（AC）、单独蚯蚓堆肥（V）以及综合处理方式（CV）。实验材料包括新鲜的猪粪、秸秆以及蚯蚓（*Eisenia foetida*）。这些材料的物理和化学特性在实验前进行了详细分析，为后续处理提供了基础数据。在处理过程中，研究人员对关键的物理和化学指标进行了持续监测，包括温度、pH值、含水率、总有机碳（TOC）含量、氨氮（NH??-N）和硝酸盐氮（NO??-N）等。同时，对主要温室气体（如CO?、CH?、N?O和NH?）的排放情况进行了跟踪分析，以评估不同处理方式对环境的影响。此外，还对与碳氮循环相关的功能基因的表达模式进行了量化分析，以探讨微生物群落在不同处理阶段中的作用机制。

温度是堆肥过程中至关重要的参数之一，它不仅反映了微生物的活性，还直接影响堆肥的卫生安全。研究显示，AC和CV两种处理方式在第2天均达到了高温阶段（>55℃），这表明两者均具备快速启动堆肥过程的能力。然而，AC在高温阶段的持续时间较长，约为16天，而CV则维持了约10天的高温环境。高温阶段对于病原微生物和杂草种子的灭活至关重要，因此CV处理方式在短时间内就能达到有效的灭菌效果，这可能与其更高的微生物活性和更高效的物质转化有关。此外，CV处理方式在高温阶段结束后，仍能维持较高的微生物活性，从而进一步促进有机质的分解和养分的转化。

除了温度之外，pH值和含水率也是影响堆肥质量的重要因素。研究表明，CV处理方式在堆肥过程中能够更有效地调节pH值，使其保持在适宜的范围内，有利于微生物的生长和代谢。同时，CV处理方式还能有效控制含水率，避免过高的水分导致厌氧条件的形成，从而减少甲烷等温室气体的排放。相比之下，AC处理方式在堆肥过程中pH值波动较大，且含水率难以有效调控，这可能影响其处理效果和环境友好性。因此，CV处理方式在物理和化学条件的调控方面更具优势，有助于实现更高效的堆肥过程。

在温室气体排放方面，CV处理方式显著优于传统高温堆肥和单独蚯蚓堆肥。研究发现，CV处理方式能够有效降低CO?、CH?和NH?的排放量，这可能是由于其更高效的微生物活动和更稳定的堆肥环境。例如，在高温阶段结束后，CV处理方式能够通过促进硝化作用和反硝化作用，将氮素转化为稳定的硝酸盐形式，从而减少氮素的挥发损失。此外，CV处理方式还能通过优化碳氮循环相关的微生物群落，减少甲烷的生成和排放。这些结果表明，综合处理方式不仅能够提高堆肥的质量，还能有效降低其对环境的负面影响，为畜禽废弃物的可持续管理提供了科学依据。

本研究还对不同处理方式下的功能基因表达模式进行了深入分析。结果表明，CV处理方式能够显著提升与氮素转化和碳循环相关的功能基因的丰度，这可能与其更高效的微生物活动和更适宜的堆肥环境有关。例如，硝化作用相关基因（如*amo*A、*amo*B）在CV处理方式下表现出更高的表达水平，这有助于提高氮素的转化效率。同时，反硝化作用相关基因（如*nir*S等）的表达也有所增强，这可能有助于减少氮素的流失。此外，碳循环相关基因（如*pcc*A等）的表达水平在CV处理方式下显著提升，这表明其在促进有机质分解和养分转化方面具有重要作用。这些功能基因的协同作用可能正是CV处理方式能够提升堆肥质量并减少温室气体排放的关键机制。

综合来看，CV处理方式在多个方面表现出显著的优势。它不仅能够有效提高堆肥的氮素保留率和有机质转化率，还能通过优化微生物群落结构，减少温室气体的排放。这些结果为畜禽废弃物的可持续处理提供了新的思路和方法。未来，进一步研究不同处理方式对土壤微生物群落的影响，以及如何通过调控微生物活动来提升堆肥效果，将是重要的发展方向。此外，探索更高效的堆肥技术组合，以及如何在不同气候和环境条件下优化处理方式，也将有助于推广这一技术的应用。总之，这项研究为实现畜禽废弃物的高效利用和环境友好处理提供了坚实的科学基础。