菌蚯蚓关联微生物群落重组伴随食用菌废菌渣中较高无机氮浓度

《Frontiers in Microbiology》：Earthworm-associated microbial community reassembly accompanies higher inorganic-N concentrations in spent mushroom substrate

　　

引言：食用菌生产扩张使食用菌废菌渣（spent mushroom substrate，SMS）大量产生，其具木质纤维素残留、养分潜力但稳定性不足，直接农用受限。氮转化决定肥料价值，常规堆肥中有机氮经氨化形成铵态氮（NH4+-N），再经硝化、固定或气态损失。蚯蚓堆肥（Eisenia fetida介导）可破碎、混合基质并改变微生境，但SMS体系中细菌群落重组与氮转化的时序关系不清。 方法：研究人员设常规堆肥组（Group C）与蚯蚓堆肥组（Group E），用黑木耳SMS（AhSMS，木屑基）与金针菇SMS（FfSMS，玉米芯基）按7种比例混合，于0、30、60 d采样，结合理化测定、16S rRNA基因测序、系统发育群落功能重建2（PICRUSt2）功能预测与微生物共现网络分析。 结果：Group E细菌α多样性更高，群落由早期拟杆菌门（Bacteroidota）主导转为后期假单胞菌门（Pseudomonadota）和放线菌门（Actinomycetota）富集。Group E平均NH4+-N由2.34升至44.17 mg kg?1（1788%），NO3?-N由10.33升至26.10 mg kg?1（153%）。候选属包括Arenimonas、Pseudoxanthomonas、Croceibacterium、Kineobacterium；网络中心属含Mesorhizobium、Flavobacterium。 讨论：蚯蚓堆肥伴随较高无机氮与细菌群落重组，但因未测干物质损失，不能证明总氮保留更高；16S推导功能需宏基因组与转录组验证。该研究为优化SMS资源化及优先验证氮循环微生物提供框架。

研究背景方面， edible mushroom产业扩张带来大量食用菌废菌渣（SMS，lignocellulosic residue after fruiting-body harvest）。SMS保留纤维素、半纤维素、木质素与养分，但组成不稳定、木质纤维素难降解，直接还田受限。氮转化比总氮更能决定肥料价值：有机氮经氨化生成铵态氮（NH₄⁺-N），可进一步固定、硝化至硝态氮（NO₃^?-N）或气态损失，过程受碳氮比、氧、水分、pH、胞外酶与微生物组成调控。蚯蚓堆肥（vermicomposting，earthworm-microbe decomposition system）借取食、研磨、排泄改基质结构，但SMS中细菌群落重组与氮矿化的时序机制仍不清楚。该论文发表于《Frontiers in Microbiology》。

关键技术方法上，研究人员以吉林温室为现场，构建常规堆肥（Group C）与Eisenia fetida介导堆肥（Group E）两类处理，底物为黑木耳SMS（AhSMS）与金针菇SMS（FfSMS）七梯度混合，样本队列来自两种木腐菇废菌渣并各3重复、共42容器，于0、30、60 d取样；方法涵盖理化指标测定、16S rRNA基因V4区扩增子测序与ASV（amplicon sequence variant）解析、PICRUSt2功能推断、Bray–Curtis β多样性与PERMANOVA、Spearman/Peason相关、ASV共现网络及属—酶委员会（EC，Enzyme Commission）类别关联网络。

3.1 堆肥过程理化动态：研究人员通过总碳（TC）、总氮（TN）、有机碳比（C/N）、NH₄⁺-N、NO₃^?-N、碱解氮（AN）、有机质（OM）、脲酶（UE）与碱性蛋白酶（AP）测定，得出Group E终期TN、无机氮、OM更高，但TC略低；UE与AP下降并未与无机氮积累同步，说明终点酶活不等于氮转化速率。

3.2 细菌多样性动态：通过Chao1、Shannon、Simpson与PCoA、PERMANOVA，研究人员得出α多样性前30 d上升，Group E更高；β多样性以时间为主效应，Group C与Group E在0 d无显著差异，30 d与60 d群落重心分离且随底物比例交互变化。

3.3 细菌群落组成动态：通过门/属级相对丰度与层次聚类，研究人员得出早期Bacteroidota主导，后期Pseudomonadota与Actinomycetota富集；Group E后期Bacteroidota占比更低、Actinomycetota更高。

3.4 预测氮循环功能与属—功能关联：通过PICRUSt2筛选22个氮相关EC类别及属级变化，研究人员得出Group E中Arenimonas、Pseudoxanthomonas、Croceibacterium、Kineobacterium等变化明显，属—EC相关网络显示多属连接多通路，但仅为预测潜力。

3.5 微生物网络结构与环境关联：通过Day 60属—环境Spearman热图与ASV网络，研究人员得出Group C网络更大更密，Group E网络更小、密度更低但正相关边占比更高；中心分类单元由Microbacterium、Cupriavidus转为Flavobacterium、Cellvibrio、Rhizobium。

讨论部分总结：研究人员强调蚯蚓堆肥关联较高无机氮与群落重组，但无法直接归因直接取食或肠道通道，因温度、pH、蚯蚓生物量未连续监测。分类变动不等于具体通路证据；Mesorhizobium更可能关联铵同化而非主动固氮，Flavobacterium可能经有机物降解间接促氨化。胞外酶活下降与PICRUSt2功能潜力上升并不矛盾，因二者分别反映即时活性与标记基因推导潜力。研究意义在于把SMS资源化从“端点肥效”推进到“时序微生物生态—氮循环”框架，但成熟度和重金属等产品质量指标不在本研究范围。

结论部分翻译：Eisenia fetida介导堆肥与SMS中较高无机氮浓度、细菌群落重构、预测氮循环功能改变及微生物网络结构改变相关联。与观察模式相关的候选属包括Arenimonas、Pseudoxanthomonas、Croceibacterium和Kineobacterium；Mesorhizobium与Flavobacterium也位于推断关联网络核心。这些转变伴随NH₄⁺-N与NO₃^?-N显著上升，符合较高测得无机氮浓度。结果表明蚯蚓堆肥是SMS资源化的候选途径，但不能确立总氮保留或过程速率提升；所提机制基于16S推导预测与网络关联，需经多组学与靶向功能测定直接验证。