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                                  東北地理所在飼用抗生素降低“秸稈養牛-糞便基質發酵-草生菌栽培”循環系統中氮轉化的作用機理研究方面取得進展

                                  文章來源:東北地理與農業生態研究所    |    發布時間:2022-07-19    |    【放大】 【縮小】  |  【打印】 【關閉

                                    氮參與蛋白質、核酸等生命必需生物大分子的合成,是生物體中至關重要的成分。生物圈中的氮循環是氮的生物地球化學循環的重要組成部分之一。隨著農業和畜牧業的發展,大量畜禽糞便和農作物秸稈被閑置、浪費,并被稱為“農業廢棄物”。種養循環技術模式是促進營養物質循環利用、提高農牧業生產效率的重要農業生產方式。然而,到目前為止,種養循環系統中關于氮循環效率及其調控的研究還非常薄弱。為此,中國科學院東北地理與農業生態研究所草地農牧業學科組的科研人員基于“玉米秸稈養牛-糞便基質化-草生菌栽培”循環系統,研究了莫能菌素及秸稈種類對氮回收率的影響(氮回收率定義為蘑菇子實體中總氮與初始原料中總氮的比值),旨在明確該循環系統中氮的回收率,并揭示莫能菌素影響循環系統中氮轉化的微生物學機制。

                                    研究發現:在4種發酵基質(無抗牛糞+玉米秸稈、無抗牛糞+小麥秸稈、有抗牛糞+玉米秸稈、有抗牛糞+小麥秸稈)上栽培雙孢蘑菇,可以蘑菇氮的形式回收秸稈和糞便中總氮的3.33-5.88%。由于殘留的莫能菌素抑制了基質中氨化與反硝化菌的活性,從而降低了基質發酵過程中的氮損失,提高了氮轉化效率(表1)。然而,由于發酵和栽培過程中,基質中與氮轉化相關的酶活性(表2)以及微生物群落結構和演替變化(圖1)引起的氮損失變化,莫能菌素最終降低了整個循環系統中氮回收率的0.13%-1.57%。本研究結果為構建高效的種養一體化循環農業技術模式提供了數據支撐。

                                  表1. 基質發酵、蘑菇栽培及采收過程中的氮回收率  

                                  Stages

                                  Items

                                  Treatment1

                                  SEM

                                  Pvalue

                                  No-antibiotic

                                  Antibiotic

                                  NC

                                  NW

                                  AC

                                  AW

                                  Straw

                                  Antibiotic

                                  Straw×Antibiotic

                                  Start of fermentation

                                  Starting substrate (kg)

                                  15.12

                                  15.22

                                  15.18

                                  15.21

                                  0.042

                                  0.129

                                  0.650

                                  0.378

                                  N concentration in starting substrate (g/kg)

                                  16.45c

                                  18.96a

                                  16.21d

                                  18.73b

                                  0.035

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  0.981

                                  Total N in starting substrate (g)

                                  248.7c

                                  288.7a

                                  246.1d

                                  284.8b

                                  0.855

                                  <0.001

                                  0.001

                                  0.462

                                  End of fermentation

                                  Fermented substrate (kg)

                                  11.20b

                                  10.65c

                                  11.41c

                                  10.38d

                                  0.035

                                  <0.001

                                  0.342

                                  <0.001

                                  N concentration in fermented substrate (g/kg)

                                  21.08b

                                  21.54b

                                  21.01b

                                  22.87a

                                  0.299

                                  <0.001

                                  0.047

                                  0.029

                                  Total N in fermented substrate (g)

                                  236.1

                                  229.4

                                  239.6

                                  237.3

                                  3.316

                                  0.189

                                  0.098

                                  0.516

                                  N retention rate during fermentation2(%)

                                  94.93a

                                  79.45c

                                  97.37a

                                  83.33b

                                  1.194

                                  <0.001

                                  0.016

                                  0.555

                                  End of cultivation

                                  Cultivated substrate (kg)

                                  6.96b

                                  7.14a

                                  6.81c

                                  7.09a

                                  0.038

                                  <0.001

                                  0.020

                                  0.190

                                  N concentration of cultivated substrate (g/kg)

                                  14.54c

                                  17.43a

                                  16.21b

                                  17.27a

                                  0.192

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  Total N in cultivated substrate (g)

                                  101.1c

                                  124.3a

                                  110.4b

                                  121.2a

                                  1.350

                                  <0.001

                                  0.012

                                  <0.001

                                  N retention rate during cultivation3(%)

                                  40.64c

                                  43.07b

                                  44.87a

                                  42.98b

                                  0.460

                                  0.564

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  Harvested mushroom

                                  Fruit body yield (kg DM)

                                  0.080a

                                  0.067b

                                  0.047c

                                  0.052c

                                  0.002

                                  0.129

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  N concentration in fruit body (mg/kg)

                                  18.27

                                  18.52

                                  18.24

                                  18.17

                                  0.301

                                  0.755

                                  03542

                                  0.600

                                  Total N in fruit body (g)

                                  1.463a

                                  1.247b

                                  0.852c

                                  0.948c

                                  0.049

                                  0.231

                                  <0.001

                                  0.004

                                  N recycled rate4(%)

                                  5.88a

                                  4.31b

                                  3.46c

                                  3.33c

                                  0.189

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  0.001

                                    NC= no-antibiotic manure and corn straw, NW: no-antibiotic manure and wheat straw, AC= antibiotic manure and corn straw, AW= antibiotic manure and wheat straw, N retention rate= Total N in fermented substrate/Total N in starting substrate, N retention rate= Total N in cultivated substrate/Total N in fermented substrate, N recycled rate= Total N in fruit body of mushroom/ Total N in starting substrate.

                                  表2. 基質發酵和蘑菇栽培過程中的關鍵酶活性  

                                  Index

                                  Stage

                                  Treatment1

                                  SEM

                                  Pvalue

                                  No-antibiotic

                                  Antibiotic

                                  NC

                                  NW

                                  AC

                                  AW

                                  Straw

                                  Antibiotic

                                  Straw × Antibiotic

                                  Urease (U/g)

                                  End of feeding

                                  5770.3b

                                  5775.5b

                                  8556.4a

                                  8125.7a

                                  277.74

                                  0.453

                                  <0.001

                                  0.442

                                  End of fermentation

                                  3014.6b

                                  3911.0a

                                  2345.1c

                                  2173.2d

                                  24.30

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  End of cultivation

                                  43.38b

                                  218.80a

                                  45.10b

                                  32.01c

                                  0.704

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  Nitrate reductase (U/g)

                                  End of feeding

                                  7.43b

                                  7.25b

                                  13.61a

                                  13.63a

                                  0.147

                                  0.611

                                  <0.001

                                  0.529

                                  End of fermentation

                                  1.04b

                                  1.18a

                                  0.74c

                                  0.90d

                                  0.012

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  0.631

                                  End of cultivation

                                  38.75bc

                                  49.2b

                                  30.24c

                                  152.4a

                                  4.104

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  Nitrite reductase (U/g)

                                  End of feeding

                                  15.77b

                                  15.79b

                                  15.94a

                                  15.95a

                                  0.078

                                  0.731

                                  0.002

                                  0.890

                                  End of fermentation

                                  14.20a

                                  10.49d

                                  11.22c

                                  13.02b

                                  0.018

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  End of cultivation

                                  11.22a

                                  9.49b

                                  8.58c

                                  8.48d

                                  0.028

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  <0.001

                                  圖1. 基質發酵第0天(a)、14天(b)、35天(c)基于 16S rDNA 測序的門水平相對豐度;堆肥第0天(d)、14天(e)、35 天(f)基于 ITS 測序的門水平相對豐度。

                                    研究成果于近期發表在國際期刊Waste Management上,由王菲研究實習員(第一作者)和鐘榮珍研究員(通訊作者)共同完成。該研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項(XDA28020400 ; XDA28080400 ; XDA23070503 );吉林省與中國科學院科技合作高技術產業化專項資金項目(2021SYHZ0033);吉林省科技發展計劃項目(20200602016ZP )和中國科學院青年創新促進會優秀會員人才專項( Y201949 )的聯合資助。

                                    文章信息:Wang F., Fang Y., Wang L. X., Xiang H., Chen G. S., Chang X., Liu D., He X. M., Zhong R. Z.*2022. Effects of residual monensin in livestock manure on nitrogen transformation and microbial community during “crop straw feeding-substrate fermentation-mushroom cultivation” recycling system. Waste Management. 149. 333-344. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2022.06.015.

                                  欧美性受XXXX狂喷水|91视频网站精品久久新推荐|越狱犯强奷漂亮人妻|亚洲欧洲另类图片综合专区