牛粪堆肥过程中微生物菌剂固氮效果研究开题报告

1. 研究目的与意义

针对典型农业废弃物，开发好氧发酵过程中原位氨挥发高效调控的微生物菌剂接种技术，有效减少氮损失，并揭示外源菌剂调控氨挥发的微生物学机制及调控途径。

2. 国内外研究现状分析

堆肥过程中的氮素转化主要包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用四种。堆肥的氮素转化主要是微生物过程的结果，并决定最终堆肥产品的腐熟度，体现在氮素的固定及释放两大方面。在堆肥过程中，许多微生物如氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌、水解菌、纤维素分解菌、固氮菌等都与氮素循环有关。

堆肥中氮素的形态包括无机氮和有机氮，主要是铵态氮和硝态氮。堆肥中的有机氮主要存在于不同的微生物群落和腐殖质中。有机氮作为堆肥全氮的主要组成部分，与tn一样，在堆肥过程中有相同的变化趋势。腐熟堆肥产品的氮素组成中，主要以有机氮为主。通常在堆肥结束后，由于有机氮的矿化、持续性的氨气挥发以及硝态氮的反硝化作用，氮素会有一定损失。

无机氮中铵态氮（nh₄ -n）的变化趋势主要取决于堆肥材料中的氨化细菌的活性、高温和ph值。堆肥化初期，易分解的有机物快速分解，消耗大量氧气，造成局部缺氧并产生大量含硫化合物，与此同时，也有少量有机酸和氨气。堆肥tn和有机氮随着反应的进行，含量略有上升。高温期，由于硝化细菌被抑制，该时期主要以nh₄ -n为主，no₃^--n主要在堆肥后期出现。随着损失量逐渐增多，它的释放速率在最初的5d内，上升到一个最高值，然后逐渐下降，直至恒定。在堆肥低温腐熟保肥阶段，温度持续下降后，直到和温度环境一样。同时，在硝化作用下，大量nh₄ -n转化为no₃^--n，使no₃^--n含量继续开始上升，堆肥中nh₄ -n进一步的降低，堆肥的酸碱度继续下降，nh₃挥发强度非常微弱。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容

研究植物内生真菌、氨化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸氧化菌、固氮菌等复配菌剂（菌种筛选、复配比例、添加方式）对典型农业废弃物（玉米秸秆、麦秆和稻杆等）不同好氧发酵阶段氨挥发规律（挥发速率及挥发量）的影响，评价复配菌剂接种对发酵产品品质的影响。

通过荧光定量pcr技术和高通量测序技术（hts）表征微生物菌剂作用下，好氧发酵过程中升温阶段、高温阶段及降温阶段的氮转化微生物数量及群落结构的动态变化规律，揭示外源菌剂调控氨挥发的微生物学机制及调控途径，开发农业废弃物好发酵过程中原位氨挥发高效调控的菌剂接种技术。

4. 研究创新点

在堆肥厂温室大棚开展验证试验，采用敞开式静态堆肥，原料为牛粪和捆装秸秆，接种经筛选的氨挥发调控菌剂配方。比较接种氨挥发调控菌剂下，实验室小试与堆肥厂验证试验发酵产品的区别（特别是氮含量），进一步优化接种技术。另外开展田间栽培试验（如花生、青菜等），进一步评价复配菌剂接种对发酵产品品质的影响。