新型合成微生物群落两步法转化液态猪粪为微生物肥料的研究及其在促进水稻生长中的应用

本研究针对中国养猪业产生的液态猪粪(LPM)处理难题，开发了一种创新的两步微生物转化技术。研究人员通过筛选氨氮降解菌株和构建合成微生物群落(SynCom)，结合H2O2氧化预处理，成功实现了LPM的生物除臭和微生物肥料转化。结果表明，SynCom1可去除90%以上的NH3、H2S等恶臭气体，完全消除对甲基苯酚(p-methyl phenol)；SynCom2转化的液态微生物肥料具有高营养含量(TC 31.58 g/L，TN 3.81 g/L)和安全性(GI>100%)，使水稻幼苗生长指标提升70%以上。该研究为猪粪资源化利用提供了新思路，具有重要的环境和经济价值。

　　

随着中国生猪养殖业的快速发展，每年产生的猪粪占畜禽粪便总量的36.7%，其中液态猪粪(LPM)因含水量高、处理难度大而成为环境治理的难点。传统堆肥法耗时长且氮损失严重，厌氧消化效率低下，热化学处理则受限于LPM的高粘度特性。更棘手的是，LPM在储存和运输过程中会释放大量NH₃、H₂S等恶臭气体和CH₄、CO₂等温室气体，其中的挥发性有机物(VOCs)如对甲基苯酚更是造成严重空气污染。如何实现LPM的高效资源化利用，同时解决恶臭和温室气体排放问题，成为当前农业废弃物处理领域的重要挑战。

针对这一难题，齐齐哈尔大学的研究人员创新性地提出了一种两步微生物转化策略。他们首先从菌种保藏中心筛选获得8株氨氮降解菌株，通过溶血试验排除潜在致病菌后，选取效果最佳的H6、N7、N8菌株（经鉴定分别为Klebsiella quasivariicola和Bacillus tequilensis），与具有除臭功能的酵母菌株GJ(Saccharomyces cerevisiae)、RD(Candida opicalis)构建了合成微生物群落SynCom1。同时，选取具有植物促生功能的Bacillus pumilus LZP02、Bacillus megaterium LZP03等菌株构建SynCom2。研究通过H₂O₂氧化优化、Box-Behnken响应面设计、GC-MS和HPLC分析等技术手段，系统评估了该策略的除臭效果和肥料性能，相关成果发表在《Microbial Cell Factories》。

关键技术方法包括：(1)采用Box-Behnken响应面法优化H₂O₂氧化条件（剂量0.06-0.12 mL，温度58-80℃，时间91-97分钟）；(2)通过气相分析仪监测NH₃、H₂S、CH₄和CO₂排放；(3)采用GC-MS和HPLC定性定量分析VOCs；(4)通过血球计数板测定微生物生物量；(5)依据中国液体微生物肥料标准(GB 20287-2006)评估产品参数；(6)通过发芽指数(GI)和盆栽试验验证肥料安全性及促生效果。

研究结果部分显示：

1. 除臭微生物筛选：从8株候选菌中筛选出NH₃减排率>90%的H6、N7、N8菌株，其中SynCom1(GJ+RD+N8+Z10)表现出最优的NH₃减排(100%)和pH降低效果(4.6)。

1. 氧化条件优化：响应面分析确定SynCom1最佳氧化条件为H₂O₂ 0.061 mL、58.7℃、94.7分钟，预测微生物生物量达2.09×10¹⁰ CFU/mL，验证值为2.03×10¹⁰ CFU/mL，符合度97.1%。

1. 除臭性能评估：SynCom1处理使NH₄⁺-N从1.4 g/L降至0.6 g/L，COD从42.1 g/L降至20.4 g/L，并完全消除对甲基苯酚，显著优于单菌处理。

2. 微生物肥料制备：SynCom2(LZP02+LZP03+GJ)处理的肥料TC达31.58 g/L，TN 3.81 g/L，微生物生物量峰值1.92×10¹⁰ CFU/mL，水稻GI>100%，符合中国液体微生物肥料标准。

3. 促生效果验证：与对照相比，微生物肥料使水稻幼苗株高、根长、鲜重和干重分别增加71.3%、196.2%、246.4%和249.2%，同时提高土壤速效氮(24.3%)和磷(38.1%)含量。

该研究创新性地将合成微生物群落技术应用于LPM资源化处理，通过精准菌群构建实现了除臭-肥料转化的协同效应。SynCom1中酵母菌与氨氮降解菌的协同作用解决了传统处理中VOCs去除不彻底的问题；SynCom2则通过植物促生菌的引入，使LPM转化为高附加值微生物肥料。相比传统堆肥，该方法氮损失率从40-70%降至8.2%，处理周期从数月缩短至5天，为养殖废弃物处理提供了"减污降碳-资源循环-农业应用"的全链条解决方案。研究结果对推动畜牧业绿色发展和农业可持续发展具有重要实践意义，为合成微生物群落在有机废弃物处理中的应用提供了范例。