《Waste Management Bulletin》：Nanopore metagenomic characterization of swine and poultry anaerobic digestate effluents and their agronomic valorization as stimulants and soil amendments
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Oxford Nanopore Technologies（ONT）宏基因组学揭示厌氧消化（anaerobic digestion, AD）出液中存在有益微生物。消化出液使不同栽培品种木瓜产量最高提高52%。共堆肥（co-composting）使污泥增值为稳定的
Oxford Nanopore Technologies（ONT）宏基因组学揭示厌氧消化（anaerobic digestion, AD）出液中存在有益微生物。消化出液使不同栽培品种木瓜产量最高提高52%。共堆肥（co-composting）使污泥增值为稳定的有机土壤改良剂（soil amendment）。消化物通过养分循环支撑循环生物经济（circular bioeconomy）。
研究背景：人口增长、城市化与工业化增加有机废弃物，带来生态、公共卫生和气候影响。循环生物经济（circular bioeconomy）要求将猪、禽粪等畜禽废弃物资源化；此类粪污量大、化学与生物需氧量高、悬浮固体和氮磷负荷高，管理不当可致富营养化、地下水污染、温室气体与臭味。厌氧消化（anaerobic digestion, AD）可产沼气/压缩生物甲烷，但产生液体出液和固体污泥；不当处置有环境风险，合理管理则可提供生物可利用养分和腐殖质前体。其农艺效果受生化组成和微生物群落影响，而传统培养法仅覆盖不足1%微生物，需培养非依赖的分子方法。Oxford Nanopore Technologies（ONT）长读长宏基因组学（metagenomics）可提高物种分辨率和病毒/功能群落解析。已有研究多依赖短读16S或培养，对原料、稳定出液和商业有效微生物（effective microorganisms, EM）比较不足；木瓜等多年生热带作物品种特异性田间响应不清；热带难降解落叶长期共堆肥及配比研究不足。
研究开展及意义：研究人员以猪禽粪混合AD系统为对象，用ONT长读长鸟枪法宏基因组测序比较猪粪/渗出液（P1）、禽粪/渗出液（C1）、稳定液体消化出液（Ef1）和商业EM；开展120天阶段特异性田间施肥试验，评价Khaek Dam、Khaek Nuan和Holland三个木瓜品种；并行开展10个月共堆肥，评价污泥与区域木质纤维素落叶不同配比。结论显示液体出液可作营养丰富生物肥料，优化污泥-落叶堆肥可作富碳土壤改良剂，二者整合支持循环农业、养分循环和可持续废弃物管理。
关键技术方法：样品来自泰国孔敬大学农学院半工业压缩生物甲烷设施，进料为新鲜猪粪、家禽粪和冲洗水（约1:1，v/v），中温38–40 °C、水力学停留时间（hydraulic retention time, HRT）21天；采集P1、C1、Ef1和商业EM。采用ONT长读长鸟枪法宏基因组测序，经碱基识别和CZ ID平台进行质量过滤、去宿主和分类学注释。田间试验对三个木瓜品种进行120天微喷灌施肥，测定产量、总可溶性固形物（°Brix）、株高、茎围和果实重量。共堆肥以20 kg污泥浆与2–10 kg四类干叶配比，设100个堆肥单元运行10个月，测定有机碳、有机质、全氮、碳氮比（C/N ratio）、全磷和全钾，并用方差分析和Tukey检验比较。
研究结果：（1）分类学分析与宏基因组比较（Taxonomic profiling and metagenomic comparison）：ONT宏基因组显示P1、C1、Ef1与EM分类组成明显不同；猪禽粪原料富集水解/产酸菌并可能携带Escherichia、Salmonella等肠道菌，AD后好氧菌和易感肠道菌减少，Ef1含Syntrophomonas、固氮菌、甲烷氧化菌及Xanthomonas phage GF2等噬菌体；EM为Lactobacillus、Rhodopseudomonas、Saccharomyces为主的寡培养物，功能多样性可能较低。（2）产甲烷与甲烷循环微生物群落（Methanogenic and methane-cycling microbial communities）：产甲烷/甲烷循环类群在P1、C1、Ef1广泛存在而EM基本缺失；Methanosarcina mazei、Methanobrevibacter millerae持续检出，部分禽源类群延续至Ef1、部分猪源类群未检出；Ef1含EM缺失的甲烷循环微生物，可能利于土壤微好氧条件下消耗残余甲烷。（3）农艺重要微生物：固氮与木质纤维素降解类群（Agronomically significant microorganisms: Nitrogen-fixing and lignocellulose-degrading taxa）：Ef1和EM均含Rhizobium、Pseudomonas、Burkholderia等固氮相关类群，Ef1还含Alcaligenes faecalis和Azospirillum sp. TSH100；Ef1富集Cellulosilyticum sp. WCF-2、Burkholderia spp.、Bacillus subtilis等木质纤维素降解/养分矿化菌，B. subtilis可产生surfactins、fengycins等抗菌脂肽。（4）益生微生物联合体与病原生物安全（Probiotic microbial consortia and pathogen biosafety）：Ef1含Lactobacillus、Bifidobacterium、Enterococcus等乳酸菌/益生相关类群，可能经有机酸降低根际pH并促进矿物养分溶解；Xanthomonas phage GF2等噬菌体提示对特定植物病原菌的潜在抑制和生物安全价值。（5）液体出液对木瓜品种的田间评价（Field-based evaluation of liquid effluent on papaya cultivars）：出液总氮103.6±3.56 mg L
?1、磷135.4±4.01 mg L
?1、钾656.4±8.32 mg L
?1；灌溉使产量由17.41增至26.47 kg tree
?1（提高52%），总可溶性固形物由6.23增至7.12 °Brix，株高、茎围和五个最大果平均重量均显著增加；品种间产量Holland>Khaek Nuan>Khaek Dam，品质和营养生长指标品种间无显著差异，水×品种互作不显著。（6）堆肥生产评价（Evaluation of composting production）：10个月共堆肥显示温度是核心指标；20:2–20:6叶比例水分过高、通气不足和产热低，20:10分解慢；20:8水分、通气与微生物活性最平衡，被选作详细表征；最终堆肥性质随叶类型和配比变化。（7）木质纤维素碳分解与氮平衡（Decomposition of lignocellulosic carbon and nitrogen balancing）：Yang Na叶堆肥有机碳34.42%、有机质57.35%最高，与高木质素/多酚抗降解、碳损失低有关，但全氮最低（1.59%）；松针和混合叶全氮较高（1.96%、1.87%），松针、混合叶和甘蔗叶C/N较低（12.58–15.93），Yang Na C/N为21.86，处于成熟堆肥适宜范围并利于缓释养分。（8）堆肥产品中磷和钾的限制（Phosphorus and potassium limitations in compost product）：四种堆肥全磷2.22%–2.55%、全钾0.25%–0.30%，磷钾无显著差异；钾低与钾盐高溶解度并留在液体出液有关，低磷钾可能限制农艺效果，建议按土壤和作物需求配施磷矿粉、长石或富钾植物灰并优化用量。
讨论部分总结：AD副产物可被定位为热带农业的生物安全、多功能投入品，而非废弃物；整合ONT宏基因组、田间木瓜施肥和长期共堆肥，将微生物特征与农艺表现连接，支持“废物到资源”。液体出液提供植物可利用养分和生物活性微生物，固体堆肥提供富碳改良剂；宏基因组可支持更安全、靶向的有机残留物再利用和数字化/人工智能（AI）废弃物管理。未来需重复定量宏基因组、多年多点试验、优化堆肥和矿物改良剂、开展生命周期/技术经济/监管/采用评估。研究结论翻译：本研究证明，来自猪与家禽粪混合AD的副产物可作为热带农业的生物安全、多功能投入品进行增值，而非作为废弃物处理。通过整合ONT长读长宏基因组学、田间尺度木瓜施肥和长期共堆肥，研究支持“废物到资源”路径，并将消化物微生物特征和养分谱与农业表现联系。从循环经济角度，液体和固体消化物组分可通过提供沼气可再生能源、植物可利用养分和生物活性土壤改良剂促进养分与物质循环。宏基因组分析可实现高分辨率微生物表征，支持更安全、靶向的有机残留物再利用以及数字化、AI支持的废弃物管理。综合消化物管理可减少废物产生、循环养分、降低对合成肥料依赖，并缓解常规粪污管理的环境影响。未来研究应关注重复定量宏基因组学、跨作物/土壤的多年多点试验、堆肥配方与矿物改良剂优化以提高磷钾保持，以及系统级生命周期、技术经济、监管和采用评估。总体而言，稳定液体消化物有潜力作为营养丰富生物肥料，优化的污泥-落叶堆肥可提供富碳土壤改良剂；其整合可推进热带生产系统中的循环农业、养分循环和可持续废弃物管理。
