Assessment of bacterial diversity during composting of agricultural byproducts

Resumo

Contexto: A compostagem é a decomposição microbiana de materiais biodegradáveis e é governada por fatores físico-químicos, fisiológicos e microbiológicos. A importância das comunidades microbianas (bactérias, actinomicetos e fungos) durante a compostagem está bem estabelecida. Contudo, a diversidade microbiana durante a compostagem pode variar conforme a variedade de materiais compostados e de suplementos nutricionais. Portanto, é necessário estudar a diversidade de microrganismos durante a compostagem de diferentes subprodutos agrícolas, como farelo de trigo, farelo de arroz e casca de arroz, juntamente com aparas de grama e agentes estruturantes. Neste trabalho, buscou-se avaliar a diversidade de bactérias cultiváveis durante a compostagem de subprodutos agrícolas.
Resultados: A diversidade de bactérias cultiváveis foi avaliada ao longo do processo por meio do isolamento das bactérias mais proeminentes. A população bacteriana foi máxima durante a fase mesofílica, diminuiu na fase termofílica e declinou ainda mais nas fases de resfriamento e maturação da compostagem. A população bacteriana variou de 10^5 a 10^9 UFC g-1 de composto. As bactérias predominantes foram caracterizadas bioquimicamente e, em seguida, por sequenciamento do gene 16S rRNA. As estirpes isoladas, tanto Gram-positivas quanto Gram-negativas, pertenciam às ordens Burkholderiales, Enterobacteriales, Actinobacteriales e Bacillales, que incluem gêneros como Staphylococcus, Serratia, Klebsiella, Enterobacter, Terribacillus, Lysinibacillus, Kocuria, Microbacterium, Acidovorax e Comamonas. Gêneros como Kocuria, Microbacterium, Acidovorax, Comamonas e algumas novas espécies de Bacillus foram identificados pela primeira vez em composto produzido a partir de subprodutos agrícolas.
Conclusão: O uso de fontes adequadas de nitrogênio e de agentes estruturantes na compostagem resultou em composto de boa qualidade. A estratégia baseada em cultivo permitiu isolar, pela primeira vez em composto de subprodutos agrícolas, alguns isolados bacterianos inéditos, como Kocuria, Microbacterium, Acidovorax e Comamonas. Essas bactérias podem ser utilizadas como potenciais inoculantes de compostagem para acelerar o processo.

Abstract

Background: Composting is microbial decomposition of biodegradable materials and it is governed by physicochemical, physiological and microbiological factors. The importance of microbial communities (bacteria, actinomycetes and fungi) during composting is well established. However, the microbial diversity during composting may vary with the variety of composting materials and nutrient supplements. Therefore, it is necessary to study the diversity of microorganisms during composting of different agricultural byproducts like wheat bran, rice bran, rice husk, along with grass clippings and bulking agents. Here it has been attempted to assess the diversity of culturable bacteria during composting of agricultural byproducts.
Results: The culturable bacterial diversity was assessed during the process by isolating the most prominent bacteria. Bacterial population was found to be maximum during the mesophilic phase, but decreased during the thermophilic phase and declined further in the cooling and maturation phase of composting. The bacterial population ranged from 10^5 to 10^9 cfu g-1 compost. The predominant bacteria were characterized biochemically, followed by 16S rRNA gene sequencing. The isolated strains, both Gram-positive and Gram-negative groups belonged to the order Burkholderiales, Enterobacteriales, Actinobacteriales and Bacillales, which includes genera e.g. Staphylococcus, Serratia, Klebsiella, Enterobacter, Terribacillus, Lysinibacillus Kocuria, Microbacterium, Acidovorax and Comamonas. Genera like Kocuria, Microbacterium, Acidovorax, Comamonas and some new species of Bacillus were also identified for the first time from the compost made from agricultural byproducts.
Conclusion: The use of appropriate nitrogen amendments and bulking agents in composting resulted in good quality compost. The culture based strategy enabled us to isolate some novel bacterial isolates like Kocuria, Microbacterium, Acidovorax and Comamonas first time from agro-byproducts compost. These bacteria can be used as potential compost inoculants for accelerating composting process.