功能膜覆盖好氧堆肥中不同高度氮损失的空间异质性：微生物群落与环境因子的互作机制

本研究针对功能膜覆盖好氧堆肥（FMCAC）中静态堆肥过程导致的氮转化空间异质性问题，通过理化分析与高通量测序技术，揭示了温度、水分、NH4 + -N等环境因子与微生物群落（如Oceanobacillus、Ignatzschineria）的协同作用对氮损失的梯度影响。研究发现中层堆肥氮损失贡献率达25.83%，纤维素降解菌的增加可减少氮损失，为优化堆肥工艺提供了理论依据。

　　

随着中国畜牧业的快速发展，畜禽粪便处理成为农村环境治理的难题。功能膜覆盖好氧堆肥（Functional Membrane-covered Aerobic Composting, FMCAC）因其低成本、高效率的特点被广泛应用，但静态堆肥过程中缺乏翻堆导致物料混合不均，引发氮转化空间异质性，加剧氮素损失。目前研究多将FMCAC视为整体系统，忽视了不同堆肥层环境因子与微生物群落的局部互作机制。为此，大连某研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表论文，首次系统解析了全尺度FMCAC中氮损失的空间梯度规律。

研究采用实时温度监测、理化参数分析（pH、NH₄
⁺
-N、NO₃
^-
-N等）及16S rRNA高通量测序技术，对90 m³
堆肥罐中不同高度层的样本进行检测。通过主成分分析（PCA）和冗余分析（RDA）揭示环境因子与微生物群落的关联性，并量化各层氮损失贡献率。

Changes in physicochemical properties of composting at different heights
研究发现中层堆肥温度、水分和NH₄
⁺
-N浓度随高度增加而升高，最高层温度达70°C以上，而NO₃
^-
-N和有机质含量呈下降趋势。温度是影响氮损失的关键因子，高温抑制了氨氧化细菌（AOB）活性，导致NH₄
⁺
-N累积。

Microbial community succession and nitrogen transformation
高通量测序显示，中层堆肥中厚壁菌门（Firmicutes）如Oceanobacillus相对丰度显著增加，其耐热特性促进了有机氮矿化。而Ignatzschineria的减少与硝化作用减弱相关。纤维素降解菌（如放线菌门Actinobacteria）通过提供碳源间接减少氮损失。

Contribution ratios to nitrogen loss
量化分析表明，底层至顶层氮损失贡献率分别为18.22%、3.88%、18.28%、25.83%和33.75%，中层因高温和微生物协同作用成为氮损失热点区域。

结论与意义
该研究首次揭示了FMCAC中氮损失的空间梯度机制，证实环境因子通过调控微生物群落（如Firmicutes与AOB的竞争）驱动氮转化差异。提出优化堆肥层高度分布、增强中层通气以降低氮损失的策略，为提升堆肥品质提供了微生物学依据。Xin Liu等作者强调，未来可通过定向调控纤维素降解菌丰度进一步减少氮素流失，推动农业废弃物资源化利用。