中国科学院昆明植物研究所大型真菌种质资源与绿色发展专题组持续开展农林废弃物资源化利用底层关键技术和科学问题研究，系统解析了生物质转化过程中微生物互作、毒性消减与养分调控的核心规律，在堆肥发酵、清洁转化、高值利用等方面已形成较好技术积累。紫茎泽兰（Ageratina adenophora）是我国首批公布的重点管理外来入侵物种，素有“生态杀手”之称，其释放的有毒倍半萜类物质严重破坏本土生态、阻碍农牧生产，有研究提到紫茎泽兰对畜牧业和草地生态系统的综合损失约36.2亿元人民币/年，传统处置方式易造成二次污染且难以资源化利用。团队立足既有研究基础，围绕紫茎泽兰无害化处置与高值化利用取得系列进展，构建“堆肥预脱毒—黑水虻深度转化”双相生物转化体系，通过二次脱毒、多重提质，成功将其转化为优质生物肥，为入侵植物综合治理与循环利用提供新可能。

一、堆肥预脱毒：破解紫茎泽兰毒性屏障，激活资源化基础

研究团队首先揭示了紫茎泽兰在堆肥体系中的植物化学驱动脱毒机制，证实堆肥可高效降解其核心毒性物质—泽兰二酮（DTD）、羟基泽兰酮（HHO）。实验表明，56 天好氧堆肥可将 DTD 从约 2000mg/kg 降至 220.8mg/kg、HHO 从约 700mg/kg 降至 96.4mg/kg，毒性物质去除率超 89%；宏基因组分析显示，添加紫茎泽兰显著富集变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）和拟杆菌门（Bacteroidota）等功能菌群，其中芽孢杆菌属（Bacillus）丰度提升至32.4%，通过共代谢环裂解和芳香族转化途径驱动DTD/HHO降解；同时，木质素过氧化物酶、漆酶等胞外酶活性提升5.8–8.9倍，加速木质纤维素降解与腐殖化进程，堆肥产物腐殖酸含量提升至35.9 g/kg（对照组16.1 g/kg），腐殖化指数显著优化，为后续生物转化奠定稳定的基质基础。

更为关键的是，该过程实现了多重环境风险协同管控：通过腐殖质络合与微生物生物吸附双重机制，有效钝化Cu、Zn、Cr、Pb等重金属生物有效性，可提取态Cu降低97.9%、Zn降低84.3%、Cr降低73.9%、Pb降低80.2%；植物化学介导的微生物群落重构显著抑制病原菌（Xanthomonas campestris、Staphylococcus aureus、Salmonella enterica等）增殖，病原菌丰度降低>90%；同时，关键抗生素抗性基因（ARGs，如NmcR、oleC、adeL等）丰度降低>90%，多重耐药外排泵基因MexS和mlaF降低>75%，彻底消除病原菌传播与抗性基因扩散风险。Mantel检验证实植物化学组分与病原菌、重金属生物有效性之间存在显著负相关，揭示了植物化学驱动“微生物调控—化学固定—生物稳定化”的协同解毒机制（图1）。

图1 好氧堆肥介导紫茎泽兰脱毒、重金属钝化与微生物功能强化示意图

二、堆肥提质增汇：温室气体减排与养分循环协同增效

针对堆肥过程温室气体排放问题，团队阐明了紫茎泽兰添加对温室气体排放的调控效应及其微生物机制。研究发现，紫茎泽兰添加在堆肥中后期（第28–35天）显著抑制CH₄和CO排放，高添加量组（7.5%–10%）CH₄排放于第35天即降至检测限以下；更为突出的是，N₂O排放通过植物化学介导的反硝化菌抑制实现显著削减，10%添加组峰值N₂O排放较对照组降低52.2%。CO₂排放呈剂量依赖性升高，在堆肥高温阶段达到峰值，反映有机质降解活性增强。功能基因分析显示，紫茎泽兰添加上调固氮基因（nifH，丰度提升至13.4%）、硝化基因（amoA，70.1%）和有机质降解合成通路（83.7%），同时显著下调反硝化基因（nirK、nirS、nosZ）和厌氧氨氧化基因丰度，重构了氮素代谢网络，明显减少气态氮素损失。

养分保持方面，紫茎泽兰堆肥实现氮磷钾协同富集：总氮（TN）提升2.15倍（2.94 g/kg）、总磷（TP）提升15.6倍（1.40 g/kg）、总钾（TK）提升7.5倍（3.21 g/kg），发芽指数达98.9%，产物达到成熟有机肥标准。多组学整合分析证实，植物化学组分与温室气体排放、功能微生物及代谢通路（萜类/多酮类代谢、外源生物降解代谢）存在显著相关性，构建了“化学物质—微生物—环境因子—温室气体”多维调控网络（图2），为低碳堆肥工艺优化提供了理论支撑。

图2 紫茎泽兰与菌渣协同堆肥：化感毒性消减、温室气体减排与养分循环增效

三、黑水虻协同转化：毒性再降解与养分富集，实现“变废为宝”

在堆肥预脱毒基础上，团队创新引入黑水虻幼虫（BSFL）开展28天深度生物转化，形成两段式协同转化闭环。结果显示，黑水虻可对残留毒性物质实现二次高效降解：DTD、HHO 分别再降 65.2%、63.5%，总脱毒率超 96%；更意外的是，低浓度残留毒性物质未抑制幼虫生长，反而通过激活代谢通路使幼虫增重提升70%，呈现典型毒物兴奋效应。转化过程中，黑水虻通过肠道微生物代谢、物理掘穴增氧、酶促腐殖化三重作用，实现多重提质：1）重金属钝化：可提取态重金属降幅超 40%，Cd、Pb 分别降低 67%、54%，达标农用安全限值；2）养分富集：总氮提升 30%、总钾提升 8%，有机质稳定化程度显著提高（图 3）；3）环境友好：温室气体（CH₄、N₂O、NH₃）与恶臭 VOCs 排放大幅降低，契合低碳循环要求。

图3 紫茎泽兰“堆肥-黑水虻”两步法脱毒与资源化示意图

四、模式创新与应用潜力：从生态治理到循环利用

该系列研究首次阐明“紫茎泽兰—微生物—黑水虻”协同互作过程：堆肥阶段通过植物化学驱动微生物群落重构，实现毒性降解、重金属钝化、病原消减与温室气体减排；黑水虻阶段依托肠道微生物共代谢完成二次脱毒，通过生物扰动强化养分浓缩与风险管控，两段协同构建入侵植物资源化利用的技术链条。与传统堆肥、焚烧、填埋相比，该技术具备三大优势：1）全过程无害化：双重脱毒、重金属稳定、抗性基因消减、温室气体减排，无生态风险；2）高值化产出：产物为功能生物肥，可用于高值农作物生产（比如珍稀食用菌、有机蔬菜、特色经果），减少化肥和农药使用；3）规模化可行：原料就地取材、工艺简单，但收集成本偏高，适配紫茎泽兰泛滥区应用。团队后续将聚焦规模化工艺优化、田间肥效验证和经济效益提升，推进技术从实验室走向田间应用，为我国入侵植物资源化利用提供可行方案。

研究成果相继发表于Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Materials、Journal of Environmental Chemical Engineering等环境学领域权威期刊。Yousif Abdelrahman Yousif Abdellah为第一作者，刘栋、于富强为共同通讯作者。研究得到国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、云南省彩云博士后项目和云南省技术创新计划等项目资助。

文章链接1

文章链接2

文章链接3