优化磷酸二氢钾添加策略提升猪粪堆肥氮素保留：基于酶活性、微生物群落与反硝化基因的协同机制解析

针对猪粪堆肥过程中氮素损失严重（17.74%-76%）的问题，四川农业大学团队通过梯度添加KH2 PO4 （0%-9%），系统研究其对氮保留、酶活性（AMO、N2 OR）、反硝化基因（narG/nirK/nosZ）及微生物群落的影响。发现3% KH2 PO4 可显著提升TKN含量7.7%-10.1%，抑制Planifilum等反硝化菌，为农业废弃物资源化提供新策略。

　　

每年中国产生约5亿吨猪粪，这种富含有机碳的资源若处理不当，其中的重金属、抗生素和病原体将引发严重的环境和健康风险。堆肥作为环保的废弃物转化方式，却面临氮素损失高达76%的难题——这不仅降低肥料品质，还会导致氨挥发、臭气污染等连锁问题。反硝化作用作为氮损失的主要途径，受温度、NH₄
⁺
-N等多因素复杂调控，传统单一参数调控收效甚微。磷酸二氢钾(KH₂
PO₄
)因其酸性、营养性和成本优势，在污泥堆肥中已展现氮保留潜力，但其在猪粪堆肥中的最优添加比例及对微生物-酶-基因网络的协同机制尚不明晰。

四川农业大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，通过设置0%（CK）、3%（T1）、6%（T2）、9%（T3）四个KH₂
PO₄
添加梯度，结合温度监测、氮形态分析、功能酶(AMO/蛋白酶/N₂
OR)活性检测、高通量测序及反硝化基因定量，系统解析了KH₂
PO₄
的作用机制。研究采用FAPROTAX功能预测和Mantel检验，揭示了理化性质-酶-微生物的互作关系。

关键结果

1. 温度与氮动态：KH₂
   PO₄
   缩短高温期（CK 8天→T1-T3 5-6天），但T1组在降温期和腐熟期的NH₄
   ⁺
   -N和NO₃
   ^-
   -N含量较CK提升1.6-2.6倍和0.4-1.6倍，TKN增加7.7%-10.1%。9%添加反而使TKN降低18.8个百分点。
2. 酶与基因调控：3% KH₂
   PO₄
   显著抑制反硝化基因(narG/nirK/norB/nosZ)表达（P<0.05），同时提升AMO（氨单加氧酶）活性，阻断硝酸盐还原至N₂
   O的代谢链。
3. 微生物群落：KH₂
   PO₄
   降低Planifilum和Bacillus等反硝化菌丰度，富集氮转化关键菌种，网络分析显示其增强了微生物互作稳定性。

结论与意义
该研究首次阐明KH₂
PO₄
通过“酶活性激活-微生物群落重构-基因表达抑制”三重机制减少氮损失，3%为最优添加比例。这不仅为堆肥工艺提供了可量化操作参数，更通过FAPROTAX预测揭示了KH₂
PO₄
对氮循环功能的定向调控潜力，推动农业废弃物处理向精准化、低碳化发展。Lin Bai团队的工作为《Journal of Environmental Chemical Engineering》贡献了跨学科研究范例，其成果对实现“双碳”目标下的循环农业具有实践价值。