不同生物质垃圾堆肥产品对夹竹桃根部细菌群落结构的影响

何小丽，罗佳柠，郑思俊*

(1.上海市园林科学规划研究院，上海 200232； 2.上海城市困难立地绿化工程技术研究中心，上海 200232)

不同生物质垃圾堆肥产品对夹竹桃根部细菌群落结构的影响

何小丽1,2，罗佳柠1,2，郑思俊1,2*

(1.上海市园林科学规划研究院，上海 200232； 2.上海城市困难立地绿化工程技术研究中心，上海 200232)

采用传统的细菌培养方法及细菌16S rDNA高通量测序方法，研究3种生物质垃圾(剩菜剩饭、果蔬垃圾及两者混合物)堆肥产品对夹竹桃根际土壤细菌群落结构的影响。结果表明，添加堆肥产品后，夹竹桃根际土壤细菌多样性均有所降低，但剩菜剩饭与两者混合物处理能促进根际土壤细菌数量增加，且鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas)属、芽孢杆菌(Bacillus)属等功能菌在两者混合物处理下的含量相对较高，说明剩菜剩饭或果蔬垃圾与剩菜剩饭的混合物更宜作为夹竹桃有机肥使用。

堆肥； 根部细菌； 群落结构

生物质垃圾，一般指易腐的厨余类垃圾[1]。随着城市人口的不断增长，城市垃圾产量惊人，城市周边垃圾填埋场超负荷运行，难以消纳日益增长的城市垃圾。通过垃圾分类，将城市垃圾中可以资源化利用的生物质垃圾堆肥利用，可减轻城市垃圾填埋压力，助推城市的健康可持续发展。生活垃圾堆肥施用于土壤可以改善土壤理化性质，增加土壤养分含量并提高作物产量[2-4]。但也有研究发现，垃圾堆肥对草坪草种子发芽有明显抑制作用。加之堆肥源头材料成分复杂，部分地区甚至发生土壤及植物体内重金属含量随堆肥用量增加而积累的现象[5]。

生物质垃圾堆肥产品的研究，目前多集中于产品理化特性、利用可行性或对植被生长的影响方面[6-7]，而关于生物质堆肥产品对植物根部细菌群落结构影响的研究报道则较少。传统的土壤细菌群落结构分析方法有分离鉴定法、荧光原位杂交(fluorescenceinsituhybridization，FISH)、聚合酶链式反应—变性梯度凝胶电泳(polymerase chain reaction-denaturing gel gradient electrophoresis，PCR-DGGE)等。近几年出现的宏基因组是一种可对环境样品中所有微生物进行研究且不依赖培养的分子生物学新技术，以高通量测序技术和高效数据处理能力为基础，能够更全面、更深入地了解环境样品中的微生物群体[8]。本研究综合采用传统的细菌培养方法及细菌16S rDNA高通量测序方法，对比3种生物质堆肥产品对夹竹桃根际土壤细菌群落结构的影响，以期为生物质垃圾堆肥制品在未来绿林地建设中的应用提供基础理论支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以上海市普陀区某农贸市场、长宁区某酒店、浦东新区某餐厨垃圾处理站为采样点，采集这3处处理站所生产的堆肥产品为试验材料，其主要成分分别为果皮、蔬菜残余，剩饭、剩菜，生活垃圾(45%的果皮、蔬菜残余+45%的剩饭、剩菜+10%干鸡粪)，分别简记为VW、FL和MIX。

1.2 处理设计

将3种堆肥产品按照6%比例(质量比)与种植土混合，将1 m高的夹竹桃幼苗植于上述3种处理土样中，每处理重复6次，每盆1株作为1个重复。以完全种植土作为对照(CK)。60 d后采集各处理根部土壤。

1.3 土壤样品采集

采用剥落分离法取样，将带土植株取出，轻轻抖动，以黏附在根系上的土壤作为根际土壤样品，每处理取混合样品。样品4 ℃保存。

1.4 土壤细菌数量测定

准确称取土壤样品10 g，加入到装有90 mL生理盐水及玻璃珠的三角瓶中混匀作为原液。原液依次按照10-1、10-2、10-3的浓度梯度进行倍比稀释，分别接种于含有1.5%琼脂粉的牛肉膏蛋白胨培养基上，28 ℃倒置培养48 h后，计算平板菌落数。

1.5 基因组DNA提取、细菌宏基因组16S rDNA测序及OTU生物学聚类分析

以OMEGA土壤提取试剂盒进行基因组DNA提取；利用Qubit 2.0 DNA检测试剂盒对基因组DNA精确定量，以确定PCR反应应加入的DNA量。PCR所用的引物已经融合了Miseq测序平台的V3-V4通用引物：341F引物，5′-CCCTACACGAC GCTCTTCCGATCTGCCTACGGGNGGCWGCAG-3′；805R引物，5′-GACTGGAGTTCCTTGGCACCCGAGA ATTCCAGACTACHVGGGTATCTAATCC-3′。扩增体系和程序见文献[9]。基于OTU聚类分析，将多条序列根据序列之间的距离来进行聚类，然后根据序列之间的相似性作为域值分成操作分类单元(OTU)。

1.6 数据处理

所有数据采用Excel 2007进行整理和作图，在SPSS 19.0平台上进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 对夹竹桃根部细菌数量的影响

由图1可以看出，FL和MIX处理的夹竹桃根际土壤细菌数量显著(P<0.05)高于对照，而VW处理与对照无显著性差异(P>0.05)。

图1 夹竹桃根部细菌数量

2.2 对微生物种群丰度及多样性的影响

通过高通量测序技术，按照97%的相似性，得到4组评价样品的多样性指数(Shannon)和丰富度指数(ACE和Chao)。由表1可以看出，对照组(CK)细菌多样性指数稍高于3个处理，FL处理的丰富度指数高于其他处理。

表1 各处理根部土样的Alpha多样性

将4组样品按照97%的同源性构建聚类分析图(图2)，VW和MIX在同一个分支上，二者具有相似的微生物群落结构，FL处于1个独立分支上，与述多样性指数和丰富度指数分析结果基本相同。

由图3可以看出，4组样品中，细菌数量最多的均为变形菌门(Proteobacteria)，占比35%～50%，且3个处理组的变形菌门细菌含量均高于对照组，其次为绿弯门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)与放线菌门(Actinobacteria)，其余种类所占比例较低或为未鉴定种类。

图3 门水平上细菌群落组成相对百分比

由图4可以看出，除去未被分类和待鉴定的属，鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)在试验组和对照组根际土壤中含量均高于其他属，各处理芽孢杆菌属(Bacillus)和鞘氨醇单胞菌属均含量明显高于对照(CK)。

图4 属水平上细菌群落组成相对百分比

3 讨论

本研究表明，向土壤中添加3种生物质垃圾堆肥产品后，FL与MIX处理的夹竹桃根际土壤中细菌数量显著高于对照及VW，但3个处理的细菌多样性指数均有所降低，这可能是因为外来堆肥制品的添加促进了土壤中某一类或多类专一性较强菌的生长所致。

剩菜剩饭堆肥产品(FL)由于经过烹饪、加工，产生大量可供微生物利用的小分子有机质，有利于细菌繁殖；混合堆肥产品(MIX)由于混有剩菜剩饭和干鸡粪，也有利于土壤细菌增殖；而农贸市场果蔬垃圾堆肥产品(VW)多为富含纤维的大分子有机质，在短时间内难以被土壤细菌代谢利用，这可能是该处理土壤细菌数量与对照相比无显著变化的原因。

本研究显示，夹竹桃根际土壤中至今未被鉴定及应用的细菌种类相对丰度最高，其次为鞘氨醇单胞菌属与芽孢杆菌属。鞘氨醇单胞菌属被报道具有降解石油、油脂类等污染物功能[10-11]，芽孢杆菌属多为土壤益生菌及植物促生菌，具有多种生态功能。3个处理的鞘氨醇单胞菌属与芽孢杆菌属细菌含量均有所增加，推测3种堆肥产品均可以起到改良土壤的目的。剩菜剩饭堆肥制品可能由于油脂和盐分含量过高，需要在今后的研究中作进一步处理与改良。另外，本文仅以夹竹桃为植物材料，在今后的研究应用中还须考虑不同植物材料对堆肥产品的响应，并结合堆肥产品特性，作进一步深化研究。

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收入日期：2017-07-19

上海市科委项目(11231200203)

何小丽(1983—)，女，安徽芜湖人，工程师，硕士，从事土壤微生物研究，E-mail：xiaoliheshnu@163.com。

郑思俊(1982—)，男，浙江温州人，高级工程师，硕士，从事城市生态学研究，E-mail：zhengsijun82@163.com。

文献著录格式：何小丽，罗佳柠，郑思俊. 不同生物质垃圾堆肥产品对夹竹桃根部细菌群落结构的影响[J].浙江农业科学，2017，58(10)：1818-1820.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171043

S154.3

A

0528-9017(2017)10-1818-03

(责任编辑高 峻)