医疗石添加促进蘑菇渣与牛粪共堆肥腐殖化过程的作用机制及DOM光谱特征研究

针对蘑菇渣(MSW)与牛粪(CM)共堆肥中腐殖化效率低的问题，研究人员通过添加3%-9%医疗石(MS)，发现其可延长高温期、提升腐殖酸/富里酸(HA/FA)比值26.0-45.7%，并通过光谱分析(UV-Vis/FTIR/3D-EEM)证实MS促进脂肪族化合物降解和芳香化，为农业废弃物资源化提供了微生物调控新策略。

　　

论文解读
蘑菇产业的快速发展带来了大量蘑菇渣(MSW)废弃物，每生产1kg蘑菇会产生5kg MSW。这些富含木质纤维素的废弃物若随意堆放，不仅滋生蚊蝇、产生恶臭，更造成资源浪费。传统堆肥技术处理MSW时面临C/N比高、pH低、腐殖化效率差的难题。与此同时，畜牧业产生的牛粪(CM)具有低C/N比和高微生物活性特性，理论上可与MSW协同堆肥，但如何加速腐殖化进程仍是瓶颈。医疗石(MS)作为一种天然硅酸盐矿物，因其多孔结构和阳离子交换能力，在堆肥中展现出调控潜力，但其对MSW堆肥中溶解性有机质(DOM)转化的作用机制尚不明确。

陕西省环境监测与痕量污染物预警重点实验室等机构的研究人员设计实验，将MSW与CM按3.6:1混合(C/N=30)，分别添加0%(CK)、3%(M3)、6%(M6)、9%(M9)的MS进行60天堆肥。通过温度监测、理化指标分析(HA/FA、GI、C/N)、光谱技术(UV-Vis、FTIR、3D-EEM)及高通量测序，系统解析MS对腐殖化的促进作用。研究发现：9%MS组高温期(≥50℃)达10天，比对照延长3天；HA/FA和发芽指数(GI)最高提升45.7%和21.6%，C/N降低6.14%；光谱特征比值(1605 cm^-1
/2974 cm^-1
等)显著提高，证实芳香化增强。微生物群落显示，MS先促进嗜热菌(Tuberibacillus)增殖加速降解，后期富集腐殖化相关菌(Chloroflexi)，形成功能菌群接力效应。

关键实验技术

1. 堆体温度实时监测与理化指标测定(HA/FA、GI、C/N)

2. 紫外-可见光谱(UV-Vis)分析SUVA₂₅₄
   /SUVA₂₈₀

3. 傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测官能团变化

4. 三维荧光光谱(3D-EEM)结合平行因子分析(PARAFAC)解析DOM组分

5. 16S rRNA高通量测序追踪微生物演替

研究结果

1. MS对堆肥理化性质和成熟度指标的影响
   温度曲线显示MS延长高温期，9%组维持50℃以上达10天。M9组的HA/FA(26.0-45.7%)和GI(21.6%)提升最显著，C/N降低6.14%，表明MS加速有机质转化。

2. DOM光谱特征变化
   SUVA₂₅₄
   和SUVA₂₈₀
   在MS组更高，反映芳香性增强；FTIR显示1605 cm^-1
   (芳香C=C)与脂肪族(2974 cm^-1
   )比值提升，证实MS促进脂肪族向芳香结构转化。

3. 微生物群落演替
   MS调控微生物从嗜热期(Tuberibacillus)向腐殖化期(Chloroflexi)有序更替，9%组潜在病原菌相对丰度降低47.2%，功能菌群协同降解木质纤维素。

结论与意义
该研究发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》，首次阐明MS通过"温度-微生物-DOM转化"三级调控机制促进MSW堆肥腐殖化：①延长高温期加速初始降解；②定向富集功能菌群实现木质纤维素高效分解；③促进脂肪族化合物转化为芳香结构，提升HA稳定性。实践上，9%MS添加可使堆肥产物符合有机肥标准，为农业废弃物资源化提供低成本解决方案。理论层面，光谱技术与微生物组学的结合，为复杂有机物转化研究提供了多维度分析方法。