中温条件下Aquamicrobium lusatiense NLF 2-7作为粪便堆肥生物防治剂的评估：对恶臭化合物和微生物群落的影响

《Microbial Ecology》：Evaluation of Aquamicrobium lusatiense NLF 2–7 as a Biocontrol Agent in Manure Composting: Effects on Odorous Compounds and Microbial Community Under Mesophilic Conditions

　　本研究针对畜禽粪便堆肥过程中恶臭气体排放问题，评估了中温细菌Aquamicrobium lusatiense NLF 2-7在粪便堆肥中作为生物防治剂的效果。研究人员通过单次接种和分次接种两种处理方式，发现该菌株可显著提高有机物分解率17.7-28.6%，并有效降低挥发性硫化合物（特别是DMS和H2S）及酚类物质排放。研究证实分次接种策略更有利于持续控制恶臭排放，为优化堆肥工艺提供了新思路。

　　

随着畜牧业规模化发展，畜禽粪便处理已成为全球性环境难题。据统计，全球每年产生8000万-1.3亿吨含氮粪便，但仅有20-40%被有效利用为肥料。这些未被妥善处理的粪便不仅造成资源浪费，更会释放氨气（NH₃）、挥发性硫化合物（VSCs）和酚类等恶臭物质，对周边环境和公众健康构成威胁。堆肥作为传统有效的粪便处理方式，通常分为中温、高温和成熟三个阶段。其中中温阶段（25-45°C）被认为是恶臭产生的主要窗口期，研究表明43-83.4%的挥发性硫化合物排放发生在此阶段。

传统堆肥过程中，高温阶段（>50°C）虽然能快速降解有机物并灭活病原体，但也会导致中温微生物失活。这促使研究人员思考：能否通过控制堆肥温度条件，充分发挥特定中温菌株的恶臭降解能力？Aquamicrobium lusatiense NLF 2-7作为一种从中温环境中分离的细菌，其最适生长温度30-37°C，且基因组中携带SOX通路（soxXYZABCD）基因，可能具备将硫代硫酸盐完全氧化为硫酸盐的能力。前期研究还发现该菌属能降解氯酚和酚类化合物，这些特性使其成为堆肥恶臭控制的潜力菌株。

为验证这一设想，研究团队设计了一套精细的实验方案。他们采用猪粪、奶牛粪和锯末按5:4:1比例混合的堆肥原料，在直径14.7cm、高28.7cm的圆柱形反应器中进行35天堆肥实验。实验设置三个处理组：对照组不接种菌剂；处理1在初始日一次性接种1%菌剂；处理2采用分次接种，初始日和两周后各接种0.5%菌剂。通过实时监测温度、气体排放和微生物群落变化，系统评估菌剂接种对堆肥过程的影响。

关键技术方法包括：使用气相色谱（GC-PFPD）分析挥发性硫化合物（H₂

温度与物料特性变化

堆体温度在初始阶段迅速升至45.7°C（对照组），处理组温度变化与对照组基本一致。这种温度控制策略成功维持了中温条件，为A. lusatiense NLF 2-7提供了适宜活性环境。分次接种的处理2表现出最佳的有机物降解效果，挥发性固体减少率达27.7%，显著高于对照组（21.8%）。碳氮比（C/N）从初始18.2降至14.8-17.7，表明堆肥成熟度良好。pH值维持在7.1-9.4范围，电导率从2023 mS/cm降至978-993 mS/cm，这些参数变化均符合优质堆肥的特征。

恶臭气体减排效果

在硫化合物减排方面，处理组表现出显著优势。H₂S仅在初始日检出，处理1和2分别降低74%和78%。DMS排放主要集中在第一周，处理组减排率达60.3-61.5%。值得注意的是，分次接种的处理2在酚类减排方面表现更优，整体减排11.7%，特别是在15-35天阶段减排效果达14.9%。这可能与第二次接种补充了菌群数量，增强了后期酚类降解能力有关。

挥发性脂肪酸（VFAs）中以乙酸和丙酸为主，占总VFA的65%以上。处理组在后期（15-35天）表现出更好的VFA降解效果，其中丙酸降解率最高达21.9%。气味强度评估显示，处理组气味单位（OU）降低63%，显著优于对照组（57.8%），证实接种菌剂能有效改善堆肥环境气味。

微生物群落动态

通过α多样性分析发现，接种处理显著提高了微生物丰富度和均匀度。处理组的ASVs（扩增子序列变异）数量在前期明显高于对照组，其中处理2在第五周ASVs达到1010，显著高于对照组（880）。主导菌门包括厚壁菌门（Bacillota）、假单胞菌门（Pseudomonadota）、拟杆菌门（Bacteroidota）和放线菌门（Actinomycetota），占总菌群的74-95%。

群落演替分析显示，初始阶段以厚壁菌门和假单胞菌门为主（约90%），随着堆肥进行，拟杆菌门比例逐渐上升，在后期成为优势菌门（31-35%）。相关性热图分析表明，接种处理改变了微生物与环境因子的互作网络。例如，在对照组中，厚壁菌门与DMS呈正相关，而接种组中这种关系被打破，说明A. lusatiense可能通过调控微生物互作来影响硫代谢路径。

研究结论表明，Aquamicrobium lusatiense NLF 2-7作为中温堆肥的生物防治剂，能有效加速有机物降解（提高17.7-28.6%），并显著降低关键恶臭物质排放。分次接种策略显示出独特优势：初始接种控制早期硫排放，第二次接种在堆体度过高温期后补充菌群，持续控制酚类物质排放。这种基于温度特性的接种时序设计，为优化堆肥微生物调控提供了新范式。

该研究的创新点在于首次系统评估了A. lusatiense在真实堆肥环境中的恶臭控制效能，并揭示了其通过SOX通路调控硫代谢的潜在机制。研究结果对发展精准堆肥接种技术具有重要指导意义，特别是为大型养殖场粪便处理提供了可操作的生物防治方案。未来研究可进一步探索该菌株在不同原料堆肥中的适应性，以及与其他功能菌群的协同作用机制。