通風量對堆肥化過程中氮素轉化及nirK基因多樣性和數量的影響

王國興，董桂軍，艾士奇，熊志強，晏　磊，高亞梅，王彥杰，王偉東*

（1.黑龍江八一農墾大學生命科學技術學院，黑龍江大慶163000；2.黑龍江省農墾總局植保植檢站，黑龍江哈爾濱150000）

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通風量對堆肥化過程中氮素轉化及nirK基因多樣性和數量的影響

王國興1，董桂軍2，艾士奇1，熊志強1，晏磊1，高亞梅1，王彥杰1，王偉東1*

（1.黑龍江八一農墾大學生命科學技術學院，黑龍江大慶163000；2.黑龍江省農墾總局植保植檢站，黑龍江哈爾濱150000）

摘要：通過研究不同通風量對堆肥化過程中nirK基因多樣性和豐度的影響，闡明通風量與氮素轉化和氮損失之間的關系。堆肥共設置3個處理，即對照不通風（靜態堆肥CK）、通風量0.05 L·min(-1)·kg(-1)（微好氧堆肥TF1）和通風量0.2 L·min(-1)·kg(-1)（好氧堆肥TF4），分析不同時期堆肥樣品的銨態氮、硝態氮、全氮等理化指標，以及不同時期堆肥樣品中反硝化功能基因nirK基因數量和63 d樣品中nirK基因多樣性的變化規律。結果表明，堆肥過程中，CK、TF1、TF4三個處理的氨氣速率和氮素總損失量隨著通風量增大而增大，NO-3-N含量和總氮在堆肥結束時均達到最大，與通風量呈正相關。通過對堆肥樣品中nirK基因多樣性和數量分析發現，CK、TF1、TF4三個處理堆肥63 d樣品中nirK基因克隆文庫中OTU數量分別為9、5、3個；在堆肥高溫期和腐熟期，nirK基因拷貝數與通風量呈現負相關。實驗結果證明通風量顯著影響堆肥化過程中各種形態氮的轉化以及nirK基因多樣性和數量，并增加了總氮和硝態氮含量。

關鍵詞：通風量；堆肥；nirK；氮素轉化

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根據環境保護部和國土資源部2014年公布的《全國土壤污染狀況調查公報》，農業已超過工業成為中國最大面源污染產業。2010年我國畜禽糞便年排放量約19億t，其中總污染量達到2.27億t，預計2020年全國畜禽糞便總污染量將達2.98億t[1]。隨著養殖業的快速發展，畜禽糞便排放量不斷增加，對環境的壓力越來越大。堆肥化作為處理農業廢物的有效途徑之一，已經得到了廣泛的應用，但由于堆肥化過程中氮素損失和排放溫室氣體，導致堆肥產品質量下降，污染空氣。因此研究堆肥化過程中氮素的轉化規律具有實際意義。

反硝化作用是堆肥過程中參與氮素循環的一個重要過程。反硝化細菌在厭氧條件下，通過酶催化還原反應將氮氧化合物NO-3、NO-2轉化成氣態氮（NO、N2O、N2）[2]。N2O作為一種典型的溫室氣體，是人類排放的首要消耗臭氧層的物質[13]，而堆肥過程產生的N2O是其重要來源之一[3]。亞硝酸還原酶（Nir）是反硝化細菌驅動反硝化作用的關鍵酶[4]。許多研究將nirK 和nirS基因作為環境樣品中反硝化細菌群落的分子標記物，并且發現nirK基因對環境因子的響應更敏感[5]。近期，研究人員發現nirK型的反硝化細菌存在于農田、草地、森林、水體以及沉積物等環境中[6-10]。同時還發現，環境性質的改變可以影響反硝化細菌的群落結構和種群豐度，如全氮含量、NO-3含量、含水量、pH等[11]，而反硝化細菌的群落結構和種群豐度又能反映這些調控因子的綜合作用。

在強制通風堆肥過程中N2O排放量與通氣量有關。當通氣量較低時，堆體內存在較多缺氧和厭氧的環境，導致反硝化作用進而產生大量N2O；當通氣量較高時，氮素在堆肥初期以NH3揮發的形式大量損失，降低后期甚至整個堆肥過程中N2O排放量[12-13]。Osada等[14]研究了通風率（19.2～96.1 L·m-3·min-1）對豬糞堆肥過程中N2O排放的影響，結果表明當堆體通風率大于40 L·m-3·min-1時，可基本控制堆肥過程N2O排放。因此，研究反硝化細菌群落及其對環境的響應，對降低堆肥過程中反硝化作用有重要的意義。

本研究模擬好氧堆肥過程，以草坪草與牛糞為原料，對堆肥過程中理化指標、反硝化功能基因nirK基因多樣性和數量隨著堆肥時間的變化情況進行了研究，以期為優化堆肥工藝及減少氮素的損失提供理論指導。

1　材料與方法

1.1堆肥試驗材料與處理

試驗材料為牛糞和草坪草，牛糞取自大慶市周邊農村，草坪草取自黑龍江八一農墾大學校內草坪。將牛糞與草坪草按1：1（體積比）均勻混合，調節含水率至65%～70%，C/N至24～30，置入3個尺寸為0.6 m× 0.6 m×0.6 m的發酵箱中，堆體原料的起始重量和體積分別為70 kg和0.18 m3，混合后含水率和C/N分別為67.10%和26.83。堆肥試驗裝置是由發酵箱和控制系統組成，發酵箱由鋼鐵材料制成，底部加有通風篩，內壁加有保溫層（圖1）。裝置放置于自建鐵皮板房中用于試驗。

圖1　堆肥裝置Figure 1 Construction for manure composting

設置3種處理條件的堆肥發酵系統：處理CK，0 L·min-1·kg-1TS（總固體含量），靜態堆肥；處理TF1，0.05 L·min-1·kg-1TS，微好氧堆肥；處理TF4，0.2 L·min-1· kg-1TS，好氧堆肥。均為3次重復。在堆肥第9 d翻堆1次，進一步混合物料。

將堆肥開始時設置為第0 d，堆肥至63 d結束，在第0、3、5、7、14、21、28、35、42、63 d取樣。采用多點混合法取樣（上中下3層，每層前、后、左、右、中五點取樣），樣品充分混合后帶回實驗室，一部分直接測定理化參數，另一部分用緩沖液-20℃保存，用于分子生物學分析。所有測量重復3次。

1.2堆肥理化參數的測定

堆體溫度測定：在試驗進行期間，于每天14：00定時測定各處理堆體中間位置的溫度（優利德UT325數字測溫儀），同時測定環境溫度。

O2含量測定：每天14：00，采用氧氣含量測定儀（GT 901，China）現場插入各處理堆體的上、中、下、左、右五個位點，測量O2含量，取其平均值作為堆體中O2的實時含量。

含水率測定：樣品在105℃烘16 h，利用衡重法測定含水率。

pH測定：取2.0 g鮮樣按1：10加入去離子水，200 r·min-1振蕩30 min，真空過濾，采用小型pH檢測器B-212（HORIBA，Japan）測定濾液pH。

氨氣釋放速率測定：用箱體設置的密封蓋密封箱體，頂部留有出氣孔。每天14：00，釋放的氣體利用0.05%硼酸吸收液吸收1 h后，加入2～3滴甲基紅-亞甲基藍混合指示劑，采用0.025 mol·L-1H2SO4標準溶液滴定。由于實驗通氣量大、缺少有效的收集裝置，選擇其中一個時間段，計量氨氣釋放速率。

總有機碳和總氮測定：采用總有機碳/總氮分析儀（multi N/CR2100，德國耶拿）分析樣品總有機碳和總氮。

水溶性NO3--N和水溶性NH4+-N測定：分別采用酚二磺酸比色法和納氏試劑比色法測定[15-16]。

以上所有參數測定均重復3次，取其平均值，最大實驗誤差限＜5%。

1.3克隆文庫構建

1.3.1總DNA的提取

使用PowerSoil DNA Isolation Kit提取樣品DNA （Mobio，USA），-20℃保存，具體步驟參考廠商說明書。

1.3.2細菌nirK基因擴增

樣品中nirK基因擴增引物為F1aCu（5'-ATCATGGTSCTGCCGCG-3'）/R3Cu（5'-GCCTCGATCAGRTTG TGGTT-3'）[17]，PCR試劑購于博凌科為PCR mix（含染料）。PCR反應體系為50 μL體系：2×buffer 25 μL，F1aCu（50 μmol·L-1）0.5 μL，R3Cu（50 μmol·L-1）0.5 μL，模板DNA 1 μL，加ddH2O補至50 μL。反應條件：95℃變性3 min，95℃20 s，57℃30 s，72℃40 s（30個循環），72℃延伸10 min。擴增5管重復，將擴增產物均勻混合以消除單次擴增的偏向性。PCR擴增產物用AXYGEN DNA凝膠回收試劑盒純化，具體步驟參考廠商說明書。

1.3.3nirK基因克隆文庫的構建

使用全式金pEASY-T1 Cloning Kit構建克隆文庫，具體步驟參考廠商說明書。隨機挑取80～100個克隆子送至華大基因測序，測序獲得的nirK基因序列利用NCBI Blast數據庫進行同源性分析和相關信息檢索，并將獲得的nirK基因序列提交到GenBank數據庫。

1.3.4核苷酸序列接受號

本研究獲得的nirK基因核苷酸序列在NCBI數據庫中的序列接受號為KR857239-KR857247。

1.4定量PCR

擴增nirK基因引物為F1aCu：R3Cu，所用儀器為ABI 7500熒光定量PCR儀（ABI，USA）。反應體系為20 μL：2×SYBR Green熒光定量PCR Mix（博凌科為，北京）10 μL，上下游引物各0.5 μL，DNA模板1 μL，用Mili-Q無菌水補足20 μL。nirK擴增條件：95℃預變性3 min，95℃變性30 s，57℃退火1 min，72℃延伸1 min，40個循環。定量擴增得到的數據均在72℃進行采集，所有的樣品重復3次。每次反應結束后會得到一條溶解曲線，用以判斷擴增子的特異性。nirK基因標準曲線是將每種目標基因分別連接到質粒中，然后提取質粒DNA并測定其濃度，計算出拷貝數，再進行10倍系列梯度稀釋，作為標準品。目標基因標準曲線的稀釋范圍均為1.0×103～1.0×108。

1.5數據處理

采用SPSS 19.0軟件對堆體不同位置的功能基因數目進行顯著性差異分析（One-way ANOVA，Student-Newman-Keuls檢驗）。采用Canoco 4.5軟件對生物信息矩陣進行基于線性模型的冗余分析（RDA）方法[18]分析每種環境因子與nirK基因的關系，將生成的數據文件用Canodraw4.5作圖。

2　結果與分析

2.1堆肥過程中主要參數的變化

2.1.1堆體溫度與環境溫度

溫度是判斷堆肥產品能否達到無害化條件的重要指標之一[19]。處理TF1和TF4的堆體溫度分別在第4 d和第5 d迅速升高到50℃以上，并且超過50℃的高溫期分別達到9d和5 d（圖2）；而處理CK始終沒有達到50℃。處理TF4由于帶走了大量的熱量[20-21]，高溫期持續時間較短，但基本可以達到堆肥的衛生學指標（GB 7959—1987）[22]。在降溫期各處理的溫度差異不顯著。由以上結果可以看出，高溫期持續的時間，處理TF1要優于其他兩個處理。

2.1.2通風量對堆體O2含量的影響

各處理的堆體O2含量隨時間的變化趨勢基本一致，堆肥開始時O2含量先降低，隨著堆肥的進行，各處理O2含量逐漸升高，并維持穩定（圖3）。處理TF1 和TF4的最低O2含量出現在第5 d，分別為12.94% 和18.72%，隨后上升，至穩定時為20%左右。而對照CK最低O2含量出現在第2 d，為7.1%，隨后上升，腐熟期穩定在18%左右。方差分析顯示，通風處理較不通風處理變化顯著（P＜0.05）。由結果可以看出，處理TF1和TF4均能滿足堆肥過程中微生物對氧的需求。

2.1.3通風量對堆體pH與含水率的影響

在升溫的過程中木質纖維素等有機物，會產生大量水溶性氨促使堆體升溫期各處理的pH上升，隨后下降（圖4）。翻堆處理后，各處理的pH均上升；隨著堆肥高溫期的持續進行，各處理的pH升至8.4以上；隨后各處理的pH均下降，并且通風量越大，pH下降越快。到堆肥結束后，TF1和TF4處理的pH維持在7.5左右。統計分析結果表明，通風處理（TF1和TF4）的好氧堆肥樣品pH與靜止堆肥（CK）之間的差異顯著（P＜0.05）。

圖2　堆肥過程中堆體溫度和環境溫度的變化Figure 2 Changes of pile temperature and environmental temperature during composting

圖3　堆肥過程中堆體O2含量的變化Figure 3 Changes of O2content in compost pile during composting

圖4　堆肥化過程pH的變化Figure 4 Changes of pH in compost pile during composting

圖5　堆肥過程中含水率的變化Figure 5 Changes of water content in compost pile during composting

在整個堆肥過程中各處理的含水率均呈下降趨勢。堆肥初期各處理堆體的含水率為69.86%，處理TF1 和TF4的含水率下降較快，堆肥結束后含水率分別下降至51.75%和47.08%，而CK的含水率下降至54.88%（圖5），整個堆肥過程中各處理的含水率分別下降了14.98%、18.11%和22.78%。統計分析結果表明，堆肥結束時，通風處理對堆體含水率的影響差異顯著（P＜0.05），通風量的大小與堆體中的含水率呈負相關。

2.2堆肥過程中氮素形態的轉化

2.2.1銨態氮與硝態氮含量

堆肥水溶性NH+4-N和NO-3-N含量與堆肥條件及各種微生物活性的相關關系，是堆肥腐熟度評價的重要指標。隨著堆體溫度的升高，氨化作用增強，大量有機氮被微生物快速轉化為NH+4-N并積累，處理TF1在第5 d可達到最大值80.12 mg·kg-1，處理TF4 和CK在第7 d分別達到最大值39.02 mg·kg-1和38.12 mg·kg-1（圖6）。在堆肥降溫期和腐熟期，由于揮發損失與微生物的固化作用，NH+4-N含量逐漸降低，到63 d堆肥結束后各處理的NH+4-N含量下降到3～4 mg·kg-1。根據Bernal等[23]研究的結果，3種處理在堆肥結束后NH+4-N含量均低于40 mg·kg-1，達到肥料的腐熟指標。堆肥結束時各處理堆體的NH+4-N含量差異并不顯著（P＞0.05）。

圖6　堆肥過程中銨態氮（NH+4-N）的變化Figure 6 Changes of NH+4-N content in compost pile during composting

堆肥開始時NO-3-N含量為369.45 mg·kg-1，在升溫期和高溫期，NO-3-N含量處于較低水平，在第14 d，各處理堆體的NO-3-N含量降至最低，各處理（CK、TF1、TF4）分別為62.81、54.54、61.41 mg·kg-1。在堆肥后期，各處理堆體的NO-3-N含量逐漸上升，到堆肥結束后，各處理（CK、TF1、TF4）的NO-3-N含量分別達到1 793.26、2 649.63、2 811.50 mg·kg-1。處理TF1和處理TF4由于氧氣的供應較穩定，更有利于NO-3-N的生成。統計分析結果表明，堆肥結束后通風處理的NO-3-N含量與CK差異顯著（P＜0.05），通風可以有效增加NO-3-N含量，但是兩通風處理間差異不顯著。

2.2.2通風處理對堆體NH3釋放速率的影響

堆肥過程中NH3的釋放速率隨時間的變化如圖8。處理TF4和處理TF1的NH3釋放速率變化趨勢一致，NH3釋放速率均在高溫期達到最大值，分別為3.825、1.02 g·h-1。隨著堆肥進行，NH3釋放速率下降，翻堆后NH3的釋放速率有短暫的升高，隨后又降低，在堆肥后期，NH3釋放速率接近于零。處理CK在整個堆肥過程中的NH3釋放速率低，高溫期NH3釋放速率最高為0.48 g·h-1。

Frederick等[24]研究了不同O2補充速率（0、0.1、1、10 mL·min-1）對堆肥的影響，發現隨著O2供量的增加，NH3的釋放速率增加，與本試驗研究的結果一致。pH對堆肥過程中NH+4-N的揮發具有較大影響[25]。有研究認為，高的pH值和堆肥溫度會造成NH3的逸出[26]，本研究中處理CK的pH高于處理TF4和處理TF1，但其NH3的釋放速率最低。本研究中通風量對NH3揮發的影響較大，較高的通風量導致NH3的釋放速率增大。

圖7　堆肥過程中硝態氮（NO-3-N）的變化Figure 7 Changes of NO-3-N content in compost pile during composting

圖8　堆肥過程中NH3釋放速率的變化Figure 8 Changes of NH3volatilization rates in compost pile during composting

2.2.3總氮含量

總氮含量是衡量堆肥產品肥效的重要指標，合理控制堆肥過程中的通風量，對于減小氮素的損失具有重要作用。由圖9可知，除了處理CK的堆體總氮含量變化趨勢為先降低后升高，再次降低的趨勢以外，處理TF1和TF4的堆體總氮含量變化趨勢均為先降低后升高。堆肥過程中，由于微生物礦化有機物及CO2的損失，造成干物質含量降低速率高于總氮的損失速率，總氮含量在堆肥結束后有所增加[27]。到高溫期，處理TF4的總氮含量下降幅度最小，由16.55 g· kg-1下降至16.43 g·kg-1，而處理TF1與處理CK均由16.55 g·kg-1下降至15.5 g·kg-1左右。隨后處理TF1 和TF4總氮含量一直上升，到63 d堆肥結束后其總氮含量分別為19.40、20.29 g·kg-1，而CK的總氮含量在第14 d達到最高值18.41 g·kg-1，隨后下降，堆肥結束時處理CK的總氮含量為18.04 g·kg-1。由此可以看出，通風處理雖然增加了前期氨氣的揮發，但是通風處理的TN均較CK的高，這可能是由于處理CK局部厭氧而導致的反硝化作用所造成的。運用方差分析發現，在堆肥腐熟期，通風處理對TN的影響顯著，呈正相關（P＜0.05）。

2.2.4不同堆肥處理氮素的損失

3種堆肥處理的氮素損失情況如表1。處理TF4的總氮損失最大為501.14 g，氮損失率也最大為43.23%；處理CK氮損失量與氮損失率最小，分別為317.80 g和27.41%；處理TF1較小的通風量使NH3揮發導致的氮損失較小，總氮損失小于處理TF4。由此可見，總氮損失與通風量大小相關，通風量越大越容易導致氮素損失。統計結果表明，不同通風量對牛糞堆肥過程中總氮的損失有顯著的影響（P＜0.05）。

2.3通風處理對nirK基因多樣性與數量的影響

堆肥結束時，CK、TF1和TF4中nirK基因多樣性結果見表2。通過NCBI Blast比對共發現9種OTU，CK、TF1和TF4分別為9、5、3個OTU，樣品CK的Simpson、Shannon、Brillouin和Mcintosh（Dmc）指數分別為0.856 5、2.927 4、2.687 9、0.680 8，均為所有處理中最大值（表3），而樣品TF4的多樣性指數均最低。該結果說明CK處理堆肥63 d樣品中的nirK基因多樣性最高，nirK基因的多樣性隨著通風量的增大而減小。由此可知，通風處理可以減少堆肥過程中的反硝化細菌nirK基因的多樣性。

圖9　堆肥過程中總氮（TN）的變化Figure 9 Changes of TN content in compost pile during composting

表1　不同通風處理氮素損失情況Table 1 Lose of nitrogen under different ventilation during composting

表2　堆肥樣品（63 d）中反硝化細菌nirK基因序列統計結果Table 2 Statistical results of nirK gene of denitrifying bacteria from different compost samples（on 63rd day）

利用熒光定量PCR對各個時期的堆肥樣品進行nirK基因的定量分析，結果見圖10。在堆肥的降溫期，所有處理均達到了最高nirK基因拷貝數，分別為CK 2.56×107copy·g-1、TF1 1.71×107copy·g-1和TF4 1.47× 107copy·g-1。nirK基因最小拷貝數出現在TF4高溫期的樣品中，為2.32×106copy·g-1。在高溫期、降溫期和腐熟期，通風處理的樣品中nirK基因顯著低于不通風處理的樣品，并且在高溫期和降溫期，堆肥樣品中nirK基因的數量隨著通風量的增大而減小。

冗余分析（Redundancy analysis，RDA）是研究特定因素對生物群落所造成影響的生態學分析工具，其二維排序圖表征不同因子對生物群落分布的影響。RDA二維排序圖中，帶箭頭的矢量線表示環境因子，線段的長短表示種群與該環境因子相關系數的大小，箭頭連線與排序軸的夾角表示該因子與排序軸相關性的大小，夾角越小，相關性越大。由堆肥過程中反硝化細菌nirK基因的數量與環境因子關系的RDA二維排序圖（圖11）可知，通風量是影響nirK基因數量的最顯著因素，其次是氧氣。盡管通風處理中堆肥氧氣濃度高，特別是在TF4處理中氧氣濃度始終在20%左右，但是在整個堆肥過程中卻始終存在nirK基因，說明高濃度氧氣并不能完全抑制反硝化細菌的生長，而僅能抑制其活動，減少nirK基因拷貝，降低反硝化作用造成的氮素損失。

表3　堆肥樣品（63 d）中nirK基因多樣性指數表Table 3 Diversity index of nirK gene of denitrifying bacteria from different compost samples（on 63 day）

圖10　堆肥過程中反硝化細菌nirK基因數量的變化圖Figure 10 Changes of nirK gene number of denitrifying bacteria during composting

3　討論

硝化作用是硝化細菌在有氧條件下，將銨態氮轉化為硝態氮的過程。相反，反硝化作用是反硝化細菌在厭氧條件下，通過酶催化還原反應將氮氧化合物NO-3、NO-2轉化成氣態氮（NO、N2O、N2）[2]。從實驗結果可知，在堆肥過程的降溫期和腐熟期，不同處理的銨態氮和氨氣釋放速率變化不顯著（圖6和圖8），硝態氮和總氮含量隨著通風量的增加而增高（圖7和圖9）。在堆肥過程的高溫期，銨態氮和氨氣釋放速率變化劇烈，可能是由于通風量增加，改變堆體內供氧環境所致，引起了堆體微生物活性的變化，并且隨著溫度升高，微生物劇烈活動而快速消耗有機質產生氨氣，通過氣體的流動被帶走。硝態氮隨通風量的增加而增加的結果，說明通風處理抑制了由NO-3向氣態氮（NO、N2O、N2）轉化的途徑。通過熒光定量分析和克隆文庫分析（圖10和表2）發現，nirK基因數量和多樣性隨著通風量的增加而減少。冗余分析結果同樣得出，通風量顯著影響nirK基因數量，其次是氧氣。通風量的增加，改變了堆體內的供氧環境，并通過氣體的流動帶走更多的水分和揮發性物質，改變了硝態氮和總氮含量。這表明，理化環境的變化引起了堆體微生物活性的變化，影響了反硝化微生物的活性，抑制了反硝化作用，減小反硝化作用所造成的氮素損失。

圖11　反硝化細菌nirK基因數量與環境因子關系的RDA二維排序圖Figure 11 Two-dimensional ordination diagram of RDA of nirK gene number and environmental factors

4　結論

（1）在整個堆肥化過程中，通風處理對pH、含水率、氧氣和氮素損失的影響顯著。堆肥結束時NH+4-N的含量隨通風量變化差異不顯著，但總氨氣釋放速率、NO-3-N的含量和總氮含量隨著通風量的增大而增加，并且影響顯著。

（2）通風處理可以顯著降低樣品中nirK基因多樣性和數量，減少反硝化作用造成氮素的損失，并且增加總氮和硝態氮含量。

（3）通過合理的通風處理降低反硝化作用，可以為優化堆肥工藝及減少氮素的損失提供理論指導。

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Effects of ventilation on nitrogen transformation and nirK gene diversity and abundance during composting process

WANG Guo-xing1, DONG Gui-jun2, AI Shi-qi1, XIONG Zhi-qiang1, YAN Lei1, GAO Ya-mei1, WANG Yan-jie1, WANG Wei-dong1*
（1.College of Life Science and Technology, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163000, China.2.Plant Protection and Inspection Station, Heilongjiang Land Reclamation Bureau, Harbin 150000, China）

Abstract：Ventilation is one of the most important parameters affecting composting process. In this study, the effects of ventilation on nitrogen transformation and loss and nirK gene diversity and abundance during composting process were examined. Three treatments, CK：0 L· min(-1)·kg(-1)（Static compost）, TF1：0.05 L·min(-1)·kg(-1)（Microaerobic compost）and TF4：0.2 L·min(-1)·kg(-1)（Aerobic compost）, were designed. The content of ammonium-nitrogen, nitrate nitrogen, and total nitrogen during different periods were measured. The abundance of nirK gene during different periods and the diversity of nirK gene on the 63rd day of composting were analyzed. Results showed that the NH3emissions and total nitrogen losses in three treatments increased with increasing amount of ventilation. The highest content of NO-3-N and TN was observed in CK, TF1, and TF4 on the 63rd day, and was significantly affected by ventilation.The OTU number of nirK gene clone library of the 63rd day samples from CK, TF1 and TF4 was 9, 5, and 3, respectively. During the thermophilic and maturity periods, the abundance of nirKbook=566,ebook=164gene was negatively correlated with ventilation amount. The present results showed that ventilation significantly affects the transformation of nitrogen, and the diversity and abundance of nirK gene during composting, and increases TN and NO-3-N content.

Keywords：ventilation; composting; nirK; nitrogen transformation

*通信作者：王偉東E-mail：wwdcyy@126.com

作者簡介：王國興（1989—），男，碩士研究生，主要研究方向為生物質資源與利用。E-mail：wangguosing@126.com

基金項目：國家自然科學基金項目（31270536）；“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD12B05-3，2013BAD21B01）；黑龍江省高校科技創新團隊計劃項目（2012TD006）；黑龍江八一農墾大學研究生創新科研項目（YJSCX2015-Y60）

收稿日期：2015-10-18

中圖分類號：X705

文獻標志碼：A

文章編號：1672-2043（2016）03-0565-08

doi:10.11654/jaes.2016.03.021