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以种子发芽指数为评价指标的畜禽粪便兼性堆肥植物毒性

畜禽粪便，兼性堆肥，植物毒性，种子发芽指数，水溶性碳氮物质，微生物群落

畜禽粪便兼性堆肥因其成本低、操作简单而在中国得到广泛应用，即在没有进一步控制和通风的情况下，将粪便简单堆置，其中超过70%的粪便在兼性堆肥后直接返回农田土壤。因此，分析和评价兼性堆肥的腐熟度和植物毒性至关重要。自1982年Zucconi首次提出发芽指数（GI）以来，发芽指数已被广泛应用于评估堆肥的腐熟度和植物毒性。许多研究表明，堆肥中的盐含量、有机酸、金属等都是影响GI的植物毒性物质。有机物质在兼性堆肥的生物分解过程伴随着各种微生物种群的动态变化，其对堆肥过程中水溶性物质的转化至关重要。传统上，畜禽粪便中植物毒性物质的组成和浓度因动物种类、生活方式和饮食而显著不同，不同的粪便特性决定了堆肥中的微生物群落和有机物降解率。然而，目前很少有关于在畜禽粪便兼性堆肥过程中影响GI的关键因素的研究，特别是关于直接影响GI的水溶性物质的变化。本研究利用不同植物种子（黄瓜、萝卜、白菜和油菜）对四种动物粪便（鸡粪、猪粪、羊粪和牛粪）兼性堆肥产生的植物毒性变化进行了评估，以确定影响种子发芽指数（GI）的关键因素。研究结果表明不同畜禽粪便的植物毒性存在显著差异，不同粪便类型按照植物毒性排序为：鸡粪（CM）>猪粪（PM）>羊粪（SM）>牛粪（CaM）。其中，小分子有机酸（VFA）和NH₄⁺-N是影响GI的关键因素。在CM和CaM堆肥中，VFA对GI的影响最大，而NH₄⁺-N则是影响PM和SM堆肥GI的主要因素。网络分析表明，VFA与厚壁菌门丰度呈负相关，NH₄⁺-N主要与放线菌门、变形菌门和拟杆菌门相关。可溶性有机碳（DOC）和可溶性氮（DN）的含量和组成，以及核心和专有微生物群落是影响畜禽粪便兼性堆肥中植物毒性物质演替的主要因素。本研究发现并评估了畜禽粪便兼性堆肥过程影响GI和植物毒性的关键途径，为堆肥腐熟度的精确调控和农田安全利用提供新的视角。