中国热科院环植所在分子水平解译堆肥溶解性有机质生物利用度上取得新进展
作者：林嘉聪
来源：环境与植物保护研究所
日期：2023-12-08
近日，环植所废弃物循环利用研究组在堆肥溶解性有机质（DOM）生物利用度解译上取得新进展，阐明了其分子组成与生物利用度之间的关系，为定向开发高肥力堆肥产品提供了新的分子见解。
高温堆肥（TC）和蚯蚓堆肥（VC）是目前被广泛接受的两种有机固废肥料化技术。DOM是堆肥质量的示征物质，由TC或VC衍生的生物可利用性DOM是堆肥肥力来源的直接组分。以往大多关注DOM在腐殖化程度、分子量和营养物质含量等方面的特征，少有关注其生物利用度，特别是不同堆肥技术的影响，也少有揭示其生物有效性的分子基础。此外，碳氮比被作为调控堆肥质量手段被广泛认知，但过去少有研究揭示碳氮比对DOM生物有效性的影响，低生物有效的原料是否可以通过碳氮比调节生产出高生物有效性DOM还不清楚。
为此，研究团队选择了碳源（C/N＞25）和氮源（C/N＜25）两大类共6种辅料调质牛粪，开展高温堆肥与蚯蚓堆肥实验，并基于谱学技术表征DOM组成，评估了DOM组成、理化性质和生物利用度之间的构效关系。研究发现：VC的生物有效性是TC的1.6倍，这主要是因为VC-DOM含有更多的单宁类物质，相反，TC中只有脂质/碳水化合物/蛋白质类物质对DOM的生物利用度有贡献。而且，随堆肥原料中C/N下降，DOM生物利用度在碳源处理中呈降低、氮源处理中呈增加趋势，并且这种变化趋势的差异进一步扩大，这主要是因为氮盈余促进了VC中含O-与含N-的芳烃的合成（如CHON和单宁），但抑制了TC中有机质分解为具有生物活性的DOM分子。该发现强调了通过堆肥方式和原料混配来调节DOM的生物利用度和组成的重要性，为生产具有高生物有效性DOM和特定分子的功能有机肥提供理论指导，并支撑了“芳香族DOM在促进微生物呼吸方面可能比不稳定的脂肪族类化合物发挥更重要的作用”的新观点。
该研究成果以“Deciphering the bioavailability of dissolved organic matter in thermophilic compost and vermicompost at the molecular level”为题在环境领域权威期刊《Bioresource Technology》(中科院/JCR一区 IF=11.4）发表。环植所王定美副研究员、麦力文助理研究员为共同第一作者，林嘉聪助理研究员、吴东明副研究员为该论文共同通讯作者。该研究得到了海南省重大科技计划，海南省重点研发、中国热带农业科学院“揭榜挂帅”基本科研业务等项目资助及海南儋州热带农业生态系统国家野外科学观测研究站、农业农村部热区高效农业绿色低碳重点实验室和海南省热带生态循环农业重点实验室等平台的支持。
