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livestock manure 堆肥中微生物氮硫代谢释放 NH?和 H?S 等恶臭气体，造成污染和元素流失。研究人员通过添加硝酸盐（N）和硝酸盐 + 半胱氨酸裂解酶抑制剂（NI），发现二者可协同减少 NH?和 H?S 排放，揭示了堆肥中二者产生的内在联系，为恶臭气体协同减排提供依据。
在农业废弃物处理领域，畜禽粪便堆肥虽能实现资源化利用，却面临严峻的环境污染挑战。微生物对氮硫物质的代谢活动会释放氨（NH?）和硫化氢（H?S）等恶臭气体，不仅污染生态环境，还导致氮硫元素流失，制约堆肥技术的环保应用。然而，NH?和 H?S 的产生是否存在关联，能否通过调控手段实现协同减排，一直是该领域亟待解决的科学问题。为攻克这一难题，国内研究团队开展了相关研究，其成果发表在《Environmental Technology 》，为堆肥恶臭气体的协同控制提供了新方向。
研究人员以猪粪和稻草为原料，设置对照组（CK）、硝酸盐添加组（N，1.5g/kg KNO?）和硝酸盐 + 半胱氨酸裂解酶抑制剂组（NI，1.5g/kg KNO?+0.002g/kg PAG），进行为期 50 天的堆肥实验。通过测定 NH?、H?S 排放及理化指标，结合微生物群落测序（16S rRNA 基因）、实时定量 PCR（qPCR）和结构方程模型（SEM）等技术，分析氮硫代谢通路及微生物互作机制。
3.1 理化指标变化
与 CK 相比，N 和 NI 处理的 H?S 累积释放量分别减少 55.05% 和 62.27%，NH?累积释放量减少 61.86% 和 59.55%。硝酸盐添加抑制了早期硫酸盐还原，促进后期硫化物氧化（SDO 酶活性升高），同时减少无机氮转化和有机氮矿化，降低 NH?排放。NI 处理进一步抑制半胱氨酸裂解途径，但后期硫酸盐还原有所增强，显示硫代谢的复杂性。
3.2 微生物群落网络与结构差异
N 处理的微生物网络聚类系数和模块化程度更高，功能分工明确；NI 处理的网络更复杂，节点数更多。添加硝酸盐和抑制剂显著改变初始微生物群落结构，虽随堆肥进行差异缩小，但对氮硫代谢相关菌群的影响持续存在，如促进硝酸盐还原菌和硫化物氧化菌的丰度。
3.3 菌群与氮硫代谢的响应关系
N 处理中，参与硫酸盐还原的菌群数量减少，而与硝酸盐代谢和硫化物氧化相关的菌群增多，表明硝酸盐优先作为电子受体抑制硫酸盐还原。NI 处理因抑制半胱氨酸裂解酶，改变了硫代谢路径，导致部分菌群与氮代谢的关联减弱，但整体仍通过微生物网络协同影响 NH?和 H?S 排放。
3.4 氮硫代谢通路差异
PICRUSt 分析显示，N 处理下调硫酸盐还原基因（如 cysNC），上调硫化物氧化基因（soxB），同时抑制反硝化和异化亚硝酸盐还原成铵（DNRA），促进同化亚硝酸盐还原成铵（ANRA），减少 NH?前体生成。NI 处理在 N 的基础上进一步抑制硫酸盐还原，但后期基因表达显示硫代谢通路竞争加剧。
3.5 氮硫代谢的耦合关系
拟合曲线表明，硝酸盐还原与硫酸盐还原、硫化物氧化存在显著正相关（相关系数 N 处理达 0.98），证实二者代谢通路的内在耦合。SEM 模型显示，硝酸盐（NO??-N）通过影响亚硝酸盐（NO??-N）和 SDO 活性，间接抑制 H?S 和 NH?排放，揭示了硝酸盐调控的核心路径。
3.6 抑制机制验证
结构方程模型验证了硝酸盐通过抑制硫酸盐还原和促进硫化物氧化减少 H?S，同时通过抑制无机氮转化和有机氮矿化降低 NH?排放。添加半胱氨酸裂解酶抑制剂虽能额外抑制有机硫代谢，但对整体减排效果提升有限，表明 H?S 主要来源于硫酸盐还原路径。
本研究首次明确堆肥中 NH?和 H?S 产生的内在关联，证实通过调控微生物氮硫代谢可实现恶臭气体协同减排。硝酸盐作为高效电子受体，通过抑制硫酸盐还原、促进硫化物氧化和优化氮代谢路径，展现出显著的协同减排潜力。研究结果为堆肥工艺优化提供了科学依据，有望推动畜禽粪便资源化利用的绿色化升级，对降低农业面源污染、保障生态环境安全具有重要意义。未来可进一步探索硝酸盐添加的安全阈值，以平衡减排效果与堆肥产品质量，促进该技术的实际应用。
