半透膜覆盖调控堆肥过程中三羧酸循环介导的二氧化碳减排机制研究

针对畜禽粪污好氧堆肥过程中碳损失严重的问题，研究人员通过半透膜覆盖耦合强制通风技术，结合高通量测序和气体色谱分析，揭示了该技术通过抑制乙酰辅酶A合成酶(K01895)和苹果酸合酶(K01638)调控三羧酸循环(TCA)强度，显著降低CO2 排放的分子机制，为农业废弃物低碳处理提供新策略。

　　

随着集约化奶牛养殖业快速发展，粪污集中排放造成的环境污染问题日益严峻。好氧堆肥技术虽能有效杀灭病原菌并将有机物转化为腐殖质，但微生物代谢过程中产生的大量二氧化碳(CO₂
)不仅造成碳损失，更加剧温室效应。传统堆肥工艺中，三羧酸循环(TCA cycle)作为核心碳代谢途径，其产生的CO₂
占排放总量的主要部分。尽管已有研究证实膜覆盖技术能减少堆肥过程的气体排放，但关于半透膜如何通过调控微生物功能基因影响TCA循环的具体机制仍不清楚。

贵州大学的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表的研究中，通过三批次大规模奶牛粪污好氧堆肥实验，系统解析了半透膜覆盖对CO_{22
动态排放，结合高通量测序分析微生物功能基因（KO）丰度变化，对比了膜覆盖组（FA、SA、TA）与传统静态堆肥组（FB、SB、TB）的差异。}

关键技术方法包括：1）设计6种处理组（3种膜覆盖+强制通风组合与3种对照）进行30天大规模堆肥；2）使用气相色谱仪测定CO₂
排放速率；3）基于KEGG数据库注释TCA循环相关功能基因（如K01647柠檬酸合酶、K01895乙酰辅酶A合成酶）；4）统计学分析环境因子与基因丰度的相关性。

实验设计与样品采集
研究在北京大兴区金音道农场开展，以固液分离后的奶牛粪污为原料。膜覆盖组采用膨胀聚四氟乙烯核心层（孔径<0.2μm）的半透膜，强制通风速率设定为0.01-0.009 L·min^-1
·kg^-1
VS（挥发性固体）。

理化特性
膜覆盖组氧利用率显著提高，CO₂
排放速率在堆肥初期达峰后，第10天起趋于稳定。其中FA组（持续膜覆盖+0.01 L·min^-1
·kg^-1
VS通风）排放最低，证实膜覆盖与强制通风的协同增效作用。

结论
研究发现：1）膜覆盖使TCA循环相关KO总丰度降低，其中乙酰辅酶A合成酶(K01895)和苹果酸合酶(K01638)的调控作用尤为突出；2）柠檬酸合酶(K01647)丰度增加但非TCA循环限制因子；3）膜覆盖形成的正压环境促进堆体内部气体循环，缩短发酵周期。该研究首次从功能基因层面阐明半透膜通过抑制TCA循环关键酶减少碳损失的分子机制，为农业废弃物低碳处理提供了理论依据和技术支撑。

讨论指出，该技术可推广至畜禽粪污、餐厨垃圾等有机固废处理领域，未来需进一步解析核心菌群与代谢物的互作网络。研究成果对实现"双碳"目标下的农业绿色发展具有重要实践价值。