鄭雪芳, 劉 波, 朱育菁, 王階平, 藍(lán)江林, 陳倩倩

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養(yǎng)豬發(fā)酵床不同發(fā)酵程度墊料微生物群落結(jié)構(gòu)特征的PLFA分析*

鄭雪芳, 劉 波**, 朱育菁, 王階平, 藍(lán)江林, 陳倩倩

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物資源研究所 福州 350003)

發(fā)酵床養(yǎng)豬是一種新型的養(yǎng)殖技術(shù), 可有效緩解養(yǎng)豬的環(huán)境污染問題, 微生物在其中起關(guān)鍵作用。為明確養(yǎng)豬發(fā)酵床發(fā)酵過程微生物群落的變化規(guī)律, 為發(fā)酵床的科學(xué)管理提供依據(jù), 本研究采用磷脂脂肪酸生物標(biāo)記(phospholipid fatty acids, PLFA)法分析養(yǎng)豬發(fā)酵床不同發(fā)酵等級(jí)墊料的微生物群落結(jié)構(gòu)特征。采用色差法將墊料分為3個(gè)發(fā)酵程度等級(jí): 1級(jí)、2級(jí)和3級(jí), 采集不同發(fā)酵等級(jí)表層(0~15 cm)和里層(30~45 cm)墊料樣本, 測(cè)定各樣本的PLFA。結(jié)果表明, 共檢測(cè)到61種PLFA, 發(fā)酵2級(jí)墊料的PLFA種類最多, 發(fā)酵3級(jí)墊料的PLFA種類最少。在各墊料中, PLFA分布量均表現(xiàn)為細(xì)菌>真菌>放線菌。指示細(xì)菌、真菌、放線菌、革蘭氏陽性細(xì)菌(G+)、革蘭氏陰性細(xì)菌(G-)的PLFA及總PLFA在各發(fā)酵等級(jí)表層墊料的分布量均顯著大于其在里層墊料的分布量, 最大值出現(xiàn)在發(fā)酵1級(jí)表層墊料中。與對(duì)照(未發(fā)酵墊料)相比, 發(fā)酵墊料總PLFA含量均顯著增加(<0.05)。發(fā)酵3級(jí)表層墊料的真菌/細(xì)菌值最大, 發(fā)酵2級(jí)表層墊料的G+/G-值最大。多樣性分析表明, Shannon指數(shù)和Pielou指數(shù)最大值出現(xiàn)在發(fā)酵2級(jí)墊料中, 而Simpson指數(shù)最大值出現(xiàn)在發(fā)酵3級(jí)表層墊料中。聚類分析表明, 當(dāng)歐氏距離為233.15時(shí), 可將不同發(fā)酵等級(jí)墊料聚為3個(gè)類群, 同一發(fā)酵級(jí)別的墊料聚在相同類群中; 主成分分析表明, 發(fā)酵1級(jí)表層和里層墊料單獨(dú)歸一類群, 其他發(fā)酵等級(jí)墊料和對(duì)照墊料歸另一類群中。綜上, 不同發(fā)酵等級(jí)墊料的微生物種群結(jié)構(gòu)不同, 發(fā)酵1級(jí)表層墊料微生物分布量最大, 發(fā)酵2級(jí)墊料的微生物種類最多, 相同發(fā)酵級(jí)別表層和里層墊料微生物群落結(jié)構(gòu)相似。

養(yǎng)豬發(fā)酵床; 墊料; 發(fā)酵程度; 微生物群落結(jié)構(gòu); 磷脂脂肪酸(PLFA); 聚類分析

微生物發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)是一種新型的環(huán)保養(yǎng)殖技術(shù)[1], 畜禽在谷殼、秸稈、鋸糠、椰糠等制作的發(fā)酵床上生長(zhǎng), 畜禽糞污被發(fā)酵床中的微生物分解, 無惡臭、零排放, 徹底解決規(guī)模化養(yǎng)殖的環(huán)境污染問題[2-3]。微生物發(fā)酵床養(yǎng)殖的核心技術(shù)是利用其形成的有益功能微生物種群, 長(zhǎng)期和持續(xù)穩(wěn)定地將畜禽糞污進(jìn)行降解[4-5]。發(fā)酵床中的微生物種類和組成受物理、化學(xué)和生物因素的影響而呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化[6]。劉波等[7]研究發(fā)現(xiàn), 不同深度和空間的發(fā)酵床微生物種類和組成差異顯著, 發(fā)酵床表層微生物種類明顯小于里層的微生物種類。熊寬榮等[8]研究表明, 增加墊料的翻耙次數(shù)和發(fā)酵菌劑添加量能顯著提高發(fā)酵床芽胞桿菌的數(shù)量和微生物總量。張學(xué)峰等[9]認(rèn)為發(fā)酵床微生物分布與外界環(huán)境變化有關(guān), 表層墊料微生物組成受環(huán)境影響較大, 其主要微生物為大腸桿菌。作者前期研究中, 利用PLFA技術(shù)分析養(yǎng)豬發(fā)酵床微生物群落結(jié)構(gòu)的空間分布特點(diǎn)[10]及使用時(shí)間對(duì)發(fā)酵床微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[11]。然而, 目前關(guān)于養(yǎng)豬發(fā)酵床不同發(fā)酵等級(jí)微生物群落結(jié)構(gòu)的變化特征未見報(bào)道。

研究微生物群落結(jié)構(gòu)的方法很多, 包括磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid, PLFA)法、DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis)法、Biolog法、宏基因組等[12-15]。PLFA是一種可定性和定量分析環(huán)境微生物群落多樣性的方法, 根據(jù)不同微生物體PLFA組成和含量的種屬特異性, 對(duì)微生物生物量及其群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行估算[16]。該技術(shù)能解決傳統(tǒng)微生物分離法中大部分微生物不可培養(yǎng)的問題, 是一種無需分離和培養(yǎng)技術(shù), 較為準(zhǔn)確、有效的研究環(huán)境微生物多樣性的方法。

本文以養(yǎng)豬發(fā)酵床為研究對(duì)象, 采用PLFA研究發(fā)酵床中不同發(fā)酵程度墊料微生物群落結(jié)構(gòu)的特征, 揭示發(fā)酵床微生物群落在發(fā)酵過程中的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律, 以期為養(yǎng)豬發(fā)酵床科學(xué)化管理和應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和發(fā)酵床管理

試驗(yàn)地點(diǎn)位于福清市漁溪現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)樣本工程示范基地的微生物發(fā)酵床大欄養(yǎng)豬舍。豬舍占地面積3 069 m2, 發(fā)酵床面積1 617 m2。微生物發(fā)酵床是由30%谷殼和70%椰糠構(gòu)成, 發(fā)酵床厚度為80 cm。發(fā)酵床管理方法為每周將表層墊料翻耙2~3次, 每2個(gè)月深翻一次, 每批豬出欄后, 用新墊料替換表層腐熟程度高的墊料。豬飼養(yǎng)密度為1頭·m-2, 按常規(guī)方法進(jìn)行管理。

1.2 不同發(fā)酵等級(jí)墊料樣本的采集

養(yǎng)豬發(fā)酵床墊料根據(jù)發(fā)酵程度分為3個(gè)等級(jí), 發(fā)酵程度等級(jí)劃分按宋澤瓊等[17]色差(?)判別法進(jìn)行(表1)，以未發(fā)酵的墊料(按發(fā)酵床墊料組分配比配制的墊料, 未經(jīng)堆制發(fā)酵)為對(duì)照。將整個(gè)發(fā)酵床劃分為3個(gè)區(qū)域采樣, 為3個(gè)重復(fù)。采用五點(diǎn)取樣法, 采集發(fā)酵床表層(0~15 cm)和里層(30~45 cm)的墊料, 每個(gè)點(diǎn)取100 g, 將相同發(fā)酵等級(jí)表層或里層5個(gè)點(diǎn)樣本混合均勻成1個(gè)樣本, 取出混合后小樣(10 g), 進(jìn)行PLFA測(cè)定。

表1 養(yǎng)豬發(fā)酵床墊料不同發(fā)酵等級(jí)的樣本特點(diǎn)

1.3 PLFA提取和測(cè)定方法

PLFA的提取方法參考Frosteg?rd等[18]和Kourtev等[19]方法。采用氣相色譜儀(Agilent 6890N, 美國(guó))進(jìn)行PLFA成分測(cè)定。分流進(jìn)樣法, 分流比為100∶1, 進(jìn)樣量l μL。二階程序升高柱溫: l70 ℃起始, 5 ℃·min-1升至260 ℃, 而后40 ℃·min-1升溫至310 ℃, 維持90 s; 汽化室溫度250 ℃、檢測(cè)器溫度300 ℃; 載氣為H2(2 mL·min-1)、尾吹氣為N2(30 mL·min-1); 柱前壓l0.00 psi; PLFA的鑒定采用Sherlock MIS 4.5系統(tǒng)(MIDI, Newark, 美國(guó))。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2007、DPS 7.5等軟件, 采用單因素方差分析(LSD法)比較不同數(shù)間的差異(<0.05)。

1)微生物PLFA生物標(biāo)記的識(shí)別: 不同PLFA指示不同類群微生物, 細(xì)菌細(xì)胞膜一般含有飽和、不飽和、支鏈或直鏈脂肪酸, 其中革蘭氏陰性細(xì)菌(G-)主要含有羥基、單烯和環(huán)丙烷脂肪酸, 而革蘭氏陽性細(xì)菌(G+)主要含有支鏈脂肪酸, 偶數(shù)和多烯脂肪酸是大部分真菌細(xì)胞膜的成分[20-22]。

2)微生物群落多樣性分析: 根據(jù)磷脂肪酸含量和種類計(jì)算豐富度指數(shù)Shannon、多樣性指數(shù)Simpson和均勻度指數(shù)Pielou, 分析不同發(fā)酵等級(jí)墊料微生物群落的多樣性[23]。按照計(jì)算物種指數(shù)方法計(jì)算各指數(shù)值。

Shannon-Wiener指數(shù):=-∑PlnP(1)

Simpson指數(shù):=1-∑(n/)2(2)

Pielou指數(shù):=/ln(3)

式中:為群落中的脂肪酸總種類數(shù),P=n/,n為類脂肪酸個(gè)數(shù),為該試驗(yàn)中總脂肪酸個(gè)數(shù)。

3)聚類分析: 以磷脂脂肪酸生物標(biāo)記為樣本, 以每個(gè)磷脂脂肪酸生物標(biāo)記在不同樣本分布量為指標(biāo), 構(gòu)建矩陣, 將數(shù)據(jù)進(jìn)行中心化處理, 歐氏距離為聚類尺度, 用可變類平均法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類, 分析各類的特點(diǎn)。

4)主成分析(principal component analysis, PCA): 采用DPS軟件中多元統(tǒng)計(jì)分析中的主成分分析方法,包括數(shù)據(jù)求協(xié)方差矩陣, 計(jì)算特征方程中所有特征值, 并根據(jù)特征值累積比例確定主成分的數(shù)量, 計(jì)算主成分載荷值和主成分得分, 進(jìn)行一級(jí)主成分評(píng)分等, 具體步驟參見文獻(xiàn)[24]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同發(fā)酵等級(jí)墊料微生物PLFA組成及含量

統(tǒng)計(jì)不同發(fā)酵等級(jí)和不同深度墊料微生物PLFA組成及含量, 結(jié)果如圖1所示。共檢測(cè)到61種PLFA, 發(fā)酵2級(jí)墊料的PLFA種類最多, 其表層和里層的PLFA種類均為44種; 發(fā)酵3級(jí)墊料的PLFA種類最少, 其表層和里層的PLFA種類分別為31種和36種。PLFA含量隨著發(fā)酵等級(jí)增加而減少, 最大值出現(xiàn)在發(fā)酵1級(jí)表層墊料, 其次是發(fā)酵1級(jí)里層墊料, 對(duì)照和發(fā)酵3級(jí)里層墊料的PLFA含量最少。發(fā)酵1級(jí)和2級(jí)及對(duì)照墊料中飽和脂肪酸16:00含量最高, 發(fā)酵3級(jí)墊料中不飽和脂肪酸18:1 w9c含量最高。脂肪酸生物標(biāo)記10:00、12:00、13:00、14:00、16:00、17:00、18:00、20:00、i11:0、a15:0、i15:0、16:1 2OH、i16:0、a17:0、cy17:0、i17:0、17:1w8c、cy19:0 w8c、18:1 w9c、18:3 w6,9,12、cy19:0 w8c和20:1 w9c在各發(fā)酵等級(jí)墊料中均有分布, 說明這類PLFA指示的微生物適應(yīng)性強(qiáng), 在發(fā)酵全過程均能生長(zhǎng)。

圖1 養(yǎng)豬發(fā)酵床不同發(fā)酵等級(jí)墊料的PLFA組成

2.2 不同發(fā)酵等級(jí)墊料特征微生物的分布特性

由表2可以看出, 不同發(fā)酵等級(jí)墊料細(xì)菌、真菌、放線菌、革蘭氏陽性細(xì)菌(G+)、革蘭氏陰性細(xì)菌(G-)和總PLFA含量差異顯著(<0.05); 細(xì)菌、真菌、放線菌、G+、G-和總PLFA含量在表層墊料的分布量均顯著大于其在里層墊料(放線菌在發(fā)酵3級(jí)墊料分布量除外), 且在發(fā)酵1級(jí)表層墊料分布量最大。與對(duì)照相比, 發(fā)酵過墊料總PLFA含量顯著增加(發(fā)酵3級(jí)里層墊料除外), 總PLFA含量隨著發(fā)酵等級(jí)增加而減少, 如發(fā)酵1級(jí)表層墊料和里層墊料總PLFA含量分別為1 435.05 nmol·g-1和932.69 nmol·g-1, 顯著大于發(fā)酵3級(jí)表層墊料總PLFA含量(772.22 nmol·g-1)和里層墊料總PLFA含量(574.94 nmol·g-1); 細(xì)菌、真菌和放線菌在各個(gè)不同發(fā)酵等級(jí)墊料分布量均為細(xì)菌>真菌>放線菌。

表2 養(yǎng)豬發(fā)酵床不同發(fā)酵等級(jí)墊料特征微生物PLFA含量

表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差, 同列數(shù)值后不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。Data were means±standard deviation. Data within the same column followed by different lowercase letters are significantly different (< 0.05).

不同發(fā)酵程度墊料真菌/細(xì)菌值和G+/G-值差異顯著(<0.05)。發(fā)酵3級(jí)表層墊料的真菌/細(xì)菌值最大,發(fā)酵3級(jí)里層墊料次之, 發(fā)酵1級(jí)墊料和發(fā)酵2級(jí)表層墊料真菌/細(xì)菌值最小(圖2A)。發(fā)酵2級(jí)里層墊料的G+/G-值最大, 發(fā)酵2級(jí)表層墊料次之, 發(fā)酵1級(jí)里層的G+/G-值最小(圖2B)。

圖2 養(yǎng)豬發(fā)酵床不同發(fā)酵等級(jí)墊料真菌/細(xì)菌(A)和G+/G-值(B)

柱狀圖中不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters in the figure indicate significant differences at 0.05 level.

2.3 不同發(fā)酵程度墊料微生物群落多樣性分析

發(fā)酵2級(jí)墊料表層和里層的Shannon指數(shù)和Pielou指數(shù)值相同且最大, 分別為2.964 8和0.721 2, 顯著高于其他發(fā)酵程度墊料及對(duì)照(<0.05)(表3), Simpson指數(shù)最大值為發(fā)酵3級(jí)表層墊料, 為0.991 7, 發(fā)酵3級(jí)里層墊料次之, 為0.990 3, 發(fā)酵2級(jí)墊料的Simpson指數(shù)值最小, 為0.988 2。

表3 養(yǎng)豬發(fā)酵床不同發(fā)酵等級(jí)墊料微生物群落多樣性指數(shù)

表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差, 同列數(shù)值后不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。Data were means±standard deviation. Data within the same column followed by different lowercase letters are significantly different (< 0.05).

2.4 不同發(fā)酵等級(jí)墊料群落結(jié)構(gòu)的聚類分析

不同發(fā)酵等級(jí)墊料聚類結(jié)果如圖3所示, 當(dāng)歐氏距離為233.15時(shí), 可將不同發(fā)酵等級(jí)墊料聚為3個(gè)類群, 同一發(fā)酵級(jí)別的墊料聚在相同類群中; 未發(fā)酵墊料(CK)與發(fā)酵2級(jí)墊料聚在同一類群中, 說明這兩種墊料微生物種群結(jié)構(gòu)相似; 發(fā)酵2級(jí)墊料與發(fā)酵3級(jí)墊料的距離較其與發(fā)酵1級(jí)墊料的距離更近, 說明發(fā)酵2級(jí)墊料與發(fā)酵3級(jí)墊料的微生物結(jié)構(gòu)較接近, 與發(fā)酵1級(jí)墊料的微生物結(jié)構(gòu)差異較大。

圖3 養(yǎng)豬發(fā)酵床不同發(fā)酵等級(jí)墊料微生物群落結(jié)構(gòu)的聚分類析

2.5 不同發(fā)酵等級(jí)墊料群落結(jié)構(gòu)的主成分分析

基于PLFA發(fā)酵床不同發(fā)酵等級(jí)墊料經(jīng)主成分分析得出，主成分1(PC1)貢獻(xiàn)率為59.38%，主成分2(PC2)貢獻(xiàn)率為20.01%, PC1和PC2基本能將不同發(fā)酵等級(jí)墊料樣本區(qū)分出來(圖4)。發(fā)酵1級(jí)表層和里層的墊料歸在一類群; 發(fā)酵2級(jí)、發(fā)酵3級(jí)和未發(fā)酵墊料歸在另一類群中。發(fā)酵1級(jí)表層和里層墊料微生物種群均與PC1和PC2呈正相關(guān); 發(fā)酵3級(jí)表層和里層墊料微生物種群均與PC1和PC2呈負(fù)相關(guān)。

圖4 養(yǎng)豬發(fā)酵床不同發(fā)酵等級(jí)墊料微生物群落結(jié)構(gòu)的主成分分析(相同圖案代表3個(gè)重復(fù)樣本)

3 討論

養(yǎng)豬發(fā)酵床特點(diǎn)是將有機(jī)墊料和功能微生物菌劑按一定比例混合, 高溫發(fā)酵后, 利用其形成的有益微生物菌群對(duì)豬糞尿進(jìn)行降解[25]。微生物是發(fā)酵床完成對(duì)豬糞尿降解的關(guān)鍵因素, 要使發(fā)酵床更好地發(fā)揮作用, 研究發(fā)酵床不同發(fā)酵等級(jí)墊料中微生物種類、數(shù)量和組成非常必要。磷脂脂肪酸存在于活體微生物的細(xì)胞膜, 磷脂脂肪酸的組成可以表示微生物群落的組成和結(jié)構(gòu)[26]。Klamer等[27]和Steger等[28]的研究指出, 脂肪酸量的增減能很好地反映微生物種群的興衰。本研究利用磷脂脂肪酸生物標(biāo)記技術(shù)研究發(fā)酵床不同發(fā)酵等級(jí)墊料微生物群落結(jié)構(gòu)特性, 研究結(jié)果表明, 不同發(fā)酵等級(jí)墊料PLFA種類和含量不同, 發(fā)酵2級(jí)墊料的PLFA種類最多, 發(fā)酵3級(jí)墊料的PLFA種類最少, 表明發(fā)酵2級(jí)墊料微生物種類多, 而發(fā)酵3級(jí)墊料微生物種類少; 各類特征微生物(細(xì)菌、真菌、放線菌)在各發(fā)酵等級(jí)表層墊料的分布量均大于其在里層墊料的分布量, 可能原因如下: 1)發(fā)酵床的發(fā)酵是一個(gè)耗氧過程[29], 表層通風(fēng)通氣性好, 有利于微生物生長(zhǎng); 2)發(fā)酵床發(fā)酵過程中, 豬糞尿是微生物活動(dòng)的主要營(yíng)養(yǎng)來源[30], 表層直接接觸新鮮豬糞尿, 營(yíng)養(yǎng)豐富, 促進(jìn)微生物的生長(zhǎng); 3)里層溫度高, 可達(dá)60~70 ℃[5,31-32], 高溫殺死了一部分微生物, 從而導(dǎo)致里層微生物種類和數(shù)量低于表層。

真菌/細(xì)菌比可反映真菌和細(xì)菌相對(duì)含量的變化和兩個(gè)種群的相對(duì)豐富程度, 比值越高表明生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定[33-34]。在本研究中, 發(fā)酵3級(jí)墊料的真菌/細(xì)菌顯著大于發(fā)酵1級(jí)和發(fā)酵2級(jí)墊料, 表明發(fā)酵3級(jí)時(shí), 發(fā)酵過程進(jìn)入穩(wěn)定期, 發(fā)酵床已形成穩(wěn)定的微生物群落結(jié)構(gòu), 微生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。此外, 本研究發(fā)現(xiàn), 發(fā)酵2級(jí)表層墊料G+/G-值最大, 而發(fā)酵1級(jí)里層墊料的G+/G-值最小。Saetre等[16]認(rèn)為較高的G+/G-值是環(huán)境從富營(yíng)養(yǎng)到寡營(yíng)養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。Meril?等[35]認(rèn)為革蘭氏陽性細(xì)菌能夠適應(yīng)條件較差的環(huán)境, 且資源有限的情況下更擅長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)資源, 而革蘭氏陰性細(xì)菌的生存更依賴環(huán)境提供新鮮的有機(jī)物。因此, 當(dāng)養(yǎng)豬發(fā)酵床墊料的發(fā)酵達(dá)到2級(jí), 可以考慮補(bǔ)充一些新鮮的墊料, 來提高發(fā)酵床對(duì)豬糞尿的降解效果。

多樣性指數(shù)可作為度量生態(tài)系統(tǒng)中微生物群落多樣性高低的指標(biāo), 高的多樣性指數(shù)表明高的微生物群落多樣性[36]。多樣性指數(shù)是由物種數(shù)量(Simpson指數(shù))、豐富度(Shannon指數(shù))和均勻度(Pielou指數(shù))組成[37]。本研究顯示, Simpson指數(shù)、Shannon指數(shù)和Pielou指數(shù)在不同發(fā)酵等級(jí)墊料存在顯著差異, 表明隨著發(fā)酵進(jìn)程, 發(fā)酵床微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。Shannon指數(shù)和Pielou指數(shù)值在發(fā)酵2級(jí)墊料中最大, 而在發(fā)酵3級(jí)墊料中最小, 表明發(fā)酵2級(jí)墊料微生物種類最多, 且分布均勻, 而發(fā)酵3級(jí)墊料微生物種類最少, 與PLFA測(cè)定結(jié)果相吻合, 即發(fā)酵2級(jí)墊料的PLFA種類最多, 發(fā)酵3級(jí)墊料PLFA種類最少。

養(yǎng)豬發(fā)酵床墊料微生物群落結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性是發(fā)酵床“健康狀態(tài)”的主要表征[2]。發(fā)酵床中微生物活動(dòng)受抑制, 其分解糞便的能力就會(huì)下降, 導(dǎo)致糞便大量的蓄積, 氨氣味道加重等。本研究中發(fā)現(xiàn), PLFA含量隨著發(fā)酵等級(jí)增加而減少, 即隨著發(fā)酵進(jìn)程, 發(fā)酵床微生物量呈現(xiàn)減少趨墊, 如發(fā)酵1級(jí)墊料表層PLFA總量(1 435.05 nmol×g-1)顯著高于發(fā)酵3級(jí)表層墊料(772.22 nmol×g-1), 說明發(fā)酵床由健康狀態(tài)(發(fā)酵1級(jí))轉(zhuǎn)為非健康狀態(tài)(發(fā)酵3級(jí)), 此時(shí)微生物生長(zhǎng)受到抑制, 需要考慮更換新的墊料, 以利于發(fā)酵床正常運(yùn)作。因此, 發(fā)酵床的日常管理中可以根據(jù)發(fā)酵等級(jí)來補(bǔ)充或替換新的墊料, 同時(shí)可以通過控制光、溫、水、氣等環(huán)境因素, 改善微生物的生長(zhǎng)條件, 延長(zhǎng)發(fā)酵床的使用壽命。

4 結(jié)論

不同發(fā)酵等級(jí)墊料微生物群落結(jié)構(gòu)均存在明顯差異: 1)細(xì)菌、真菌、放線菌、G+、G-和總PLFA含量在發(fā)酵1級(jí)表層墊料中分布量最大, 且在各發(fā)酵等級(jí)的表層墊料分布量均顯著大于其在里層墊料的分布量; 2)發(fā)酵3級(jí)墊料的真菌/細(xì)菌值顯著大于其他發(fā)酵等級(jí)墊料, 該發(fā)酵等級(jí)墊料已形成穩(wěn)定的微生物群落結(jié)構(gòu); 3)與其他發(fā)酵等級(jí)墊料及對(duì)照相比, 發(fā)酵2級(jí)墊料微生物種類最多, 且分布均勻; 4)聚類分析和主成分分析表明相同發(fā)酵等級(jí)墊料微生物群落組成較為相似。

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Analysis of microbial community structure of litter with different fermentation levels in pig-on-litter system using phospholipid fatty acid biomarkers*

ZHENG Xuefang, LIU Bo**, ZHU Yujing, WANG Jieping, LAN Jianglin, CHEN Qianqian

(Institute of Agricultural Bio-Resources, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350003, China)

Pig-on-litter system is a new pig-raising technology that can reduce environmental pollution. In this system, micro-organisms are generally considered as thekey factor. In order to determine the change in microbial community during fermentation and to set up basic data for scientific management of pig-on-litter system, microbial community of litter with different fermentation levels was analyzed using phospholipid fatty acid (PLFA) biomarkers. Fermentation levels of litters were divided into three grades (1st, 2ndand 3rd) using the chromatic aberration () method. Both surface (0-15 cm) and inner layer (30-45 cm) litters of each fermentation level were sampled. PLFA composition of each sample was determined by the Sherlock MIS 4.5 system. The results showed that the method used was sufficient to detect total 61 kinds of PLFA biomarkers. The most and least kinds of PLFA biomarkers occurred in litters with the 2ndand 3rdfermentation levels, respectively. PLFA biomarkers displayed the same order of distribution abundance in all samples — bacteria > fungi > actinomycetes. The contents of PLFAs that were referable to bacteria, fungi, actinomycetes, G+, G-and total PLFA in the surface layer samples were all higher than those in the inner layer samples; being highest in surface layer litters with the 1stfermentation level. Fermented litter had significantly higher content of total PLFA than unfermented litter (CK) (< 0.05). The highest fungi/bacteria and G+/G-ratios were for surface layer litter with the 3rdand 2ndfermentation levels, respectively. Diversity analyses indicated that the maximum values of the Shannon index and Pielou index were for litter of the 2ndfermentation level and the maximum values of the Simpson index were for surface layer litter of the 3rdfermentation level. Based on cluster analysis, the samples were clustered into three groups for Euclidean-distance of 223.15. Samples with the same fermentation level were clustered together. Also based on principal component analysis, surface layer and inner layer samples of the 1stfermentation level were clustered into one lone group, while the other samples were clustered into other several groups. Put together, litters with different fermentation levels had different microbial community structures. The maximum values of microbial content and species were in surface layer litter with the 1stand 2ndfermentation levels, respectively. Moreover, surface layer and inner layer litters of the same fermentation level had similar microbial communities.

Pig-on-litter system;Litter; Fermentation level; Microbial community; Phospholipid fatty acid (PLFA); Clustered analysis

, E-mail:fzliubo@163.com

Jun. 12, 2018;

Sep. 28, 2018

Q938.1

A

2096-6237(2019)01-0042-08

10.13930/j.cnki.cjea.180548

鄭雪芳, 劉波, 朱育菁, 王階平, 藍(lán)江林, 陳倩倩. 養(yǎng)豬發(fā)酵床不同發(fā)酵程度墊料微生物群落結(jié)構(gòu)特征的PLFA分析[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2019, 27(1): 42-49

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* 國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303094)、福建省公益類科研院所專項(xiàng)(2018R1017-1)和福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(STIT2017-1-11)資助

劉波, 主要從事微生物生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)生物藥物研究。E-mail: fzliubo@163.com

鄭雪芳, 主要從事農(nóng)業(yè)微生物和生物防治研究。E-mail: zhengxuefangfz@163.com

2018-06-12

2018-09-28

* This study was supported by the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest of China (201303094), Fujian Provincial Special Fund for Non-profit Institutions (2018R1017-1) and the Science and Technology Innovation Team Program of Fujian Academy of Agricultural Sciences (STIT2017-1-11).