好氧堆肥降解抗生素的研究进展

抗生素滥用导致畜禽养殖场粪便中抗生素残留情况严重,将粪便作为肥料还田使用,可能会导致抗生素在土壤中扩散和累积,对生态环境安全和人类健康带来严重威胁。好氧堆肥是畜禽粪便资源化利用的一种重要途径,可高效地去除畜禽粪便中残留的抗生素,但目前对好氧堆肥过程中抗生素的去除机理尚不清楚。综述了我国不同地区、不同畜禽粪便中抗生素的残留浓度,分析好氧堆肥过程中抗生素去除的的影响因素,总结不同种类抗生素降解的动力学模型,概述现有抗生素检测方法,并提出好氧堆肥去除抗生素未来的研究重点,以期为畜禽粪便资源化利用提供技术支撑。     

4种粪便堆肥过程中抗生素的降解特性

饲料中抗生素的广泛使用导致了粪便中抗生素的大量残留,堆肥工艺可以降解残留的抗生素.本研究以蛆粪、鸡粪、猪粪和牛粪为对象,利用中试好氧堆肥装置,研究不同类型粪便的抗生素残留情况及其堆肥降解特性.结果表明,磺胺类、氟喹诺酮类、四环素类和大环内酯类是主要存在的抗生素类型,不同类型粪便其优势抗生素均不同.对各粪便堆肥中抗生素降解规律研究发现:氟喹诺酮类抗生素和土霉素在堆肥第7 d检出水平为0,降解速度最快;强力霉素在4种粪便堆肥中的降解幅度在85%以上;磺胺类抗生素在鸡粪、猪粪和牛粪堆肥中的降解幅度在80%以上,但是在蛆粪堆肥中的降解效果较差;大环内酯类抗生素仅存在蛆粪中,经堆肥其降解幅度为70. 79%.相关性结果显示,含水率和容重是影响4种粪便堆肥抗生素降解率最主要的环境因子.     

抗生素降解菌剂对猪粪堆肥腐熟和细菌群落演替的影响

接种抗生素降解菌可促进畜禽粪便中抗生素去除,但相关污染物降解菌对堆肥进程及土著微生物群落演替的影响研究甚少.分析一种以抗生素降解菌种为核心的复合微生物菌剂在猪粪抗生素去除中的作用,探究接种菌剂对猪粪堆肥理化进程以及细菌群落演替的影响.结果表明,抗生素降解菌剂接种处理猪粪中抗生素去除率达81.95%,与对照相比,其抗生素残留总量下降42.18%.在堆肥条件下,接种抗生素降解菌剂促进了猪粪堆肥升温,加速了堆体水分去除,降低了堆肥中氨气和硫化氢累积排放量,使得堆肥产物中氮磷钾总养分含量和萝卜种子发芽指数分别提高6.80%和68.33%,同时堆肥产物中稳定性有机质含量增加,纤维素和半纤维素等难分解物质含量下降.细菌群落结构分析指出,接种菌剂提高了堆肥中放线菌门和厚壁菌门细菌的相对丰度,其中与堆体升温正相关的嗜热菌丰度显著增加（P<0.01）,而致病细菌相对丰度下降.细菌群落共现网络分析表明,接种菌剂改变堆肥土著细菌群落互作模式,降低了细菌群落网络的复杂度和连通性,优化了有益细菌与其他菌群的生态关系,为建立新的和更加健康的堆肥细菌群落奠定了基础,可为抗生素降解菌剂在堆肥中的应用开发提供了科学依据.     

光照对畜禽粪便中抗生素降解和微生物的影响

为研究光照对粪便发酵降解抗生素的影响,采用固态发酵试验,对比避光和光照培养后不同猪鸡粪中主要残留抗生素浓度和细菌群落组成差异.结果表明,光照促进发酵后粪便的抗生素残留总量下降,在猪粪样品中尤为显著,最高下降23.8%.猪粪中四环素类、氟喹诺酮类和磺胺类抗生素在光培养下的降解总体高于避光培养,且光照降低猪粪中磺胺耐药细菌数量,增加细菌群落多样性和有机质降解相关细菌丰度.光照对鸡粪发酵中抗生素降解的影响在不同样品和光照时间之间差异显著,可抑制部分样品中磺胺类抗生素降解,并伴随磺胺耐药细菌数量的增加以及细菌群落丰度和多样性的下降.有针对性地在养殖粪便尤其是猪粪的堆肥场所提供适度光照将有助于抗生素的削减.     

猪粪堆肥过程中金霉素去除及重金属形态变化

抗生素和重金属的广泛使用导致了畜禽粪便中抗生素和重金属的大量残留,堆肥工艺不但可降解残留的抗生素,也能固化重金属.本文以养殖场猪粪为对象,利用中试好氧堆肥反应装置,研究不同金霉素浓度时的猪粪堆肥特性及去除情况[0mg·kg~(-1)(CK)、10 mg·kg~(-1)(T1)和50 mg·kg~(-1)(T2)],同时开展堆肥过程重金属形态变化的研究.结果表明,堆肥结束后,CK组金霉素没有检出,T1和T2组抗生素降解率分别达到96.31%和97.32%,金霉素降解过程符合一级动力学模型.堆肥可以使重金属固化,Cu、Zn元素的生物可利用态(可交换态、可还原态)逐渐转化为生物毒性低的可氧化态与残渣态,Cu、Zn明显钝化.相关性分析表明金霉素的去除与生物可利用态Cu、Zn呈现显著的正相关性.     

人粪便好氧堆肥过程中典型抗生素的消减特性

以人粪便和锯末为试验材料,进行3种不同温度(55℃、35℃和无温控)控制条件下的好氧堆肥试验,对比温度对堆肥过程中4种人们大量应用的抗生素(四环素、金霉素、磺胺嘧啶和环丙沙星)消减特性的影响.同时分别对抗生素在水环境、锯末载体和人粪便加锯末堆肥中的降解进行针对性试验,分析人粪便好氧堆肥中影响抗生素降解的主要因素或作用,并对其贡献进行了评价.结果表明,4种抗生素在高温堆肥中的去除效果最好,其去除率都在90%以上.相比磺胺嘧啶和环丙沙星,金霉素和四环素的降解对堆肥温度依赖更强.四环素和金霉素在堆肥中的去除主要为水解作用导致的去除,而磺胺嘧啶和环丙沙星的去除则主要归因于锯末有机质对其吸附的影响.与其它3种抗生素不同,微生物作用对堆肥中环丙沙星降解的影响是重要的,贡献率接近20%.     

蚯蚓堆肥处理畜禽粪便的影响因素及其产物的应用综述

对蚯蚓堆肥在畜禽粪便中的影响因素进行了总结和评述,主要包括蚯蚓类型、温度与湿度、C/N、畜禽粪便种类及腐熟程度、接种密度等,并对蚯蚓堆肥中EM （effective microorganism）菌剂的添加及蚯蚓粪在农业上的应用潜力进行总结,提出蚯蚓粪作为生物肥的优势,建议现阶段将蚯蚓粪与有机肥配合使用。在此基础上,对蚯蚓堆肥处理畜禽粪便领域未来发展提出展望,可为蚯蚓堆肥处理畜禽粪便技术的推广应用提供参考。     

猪粪中土霉素环境风险及好氧降解技术研究进展

针对国内规模化养猪场饲料及猪粪中土霉素的高残留量的现状,综述了国内外关于畜禽粪便中土霉素研究的现状。文章首先介绍了畜禽粪便中土霉素的应用和残留情况,然后探讨了土霉素存在于环境中对微生物、植物和动物的生态毒性,最后结合国内外现有畜禽粪便处理技术优缺点的评价．对好氧堆肥技术应用于高土霉素残留猪粪的无害化处理以及应该注意的一些问题提出了建议。     

畜禽粪便生物处理与土地利用全过程中抗生素和重金属抗性基因的赋存与转归特征研究进展

抗生素抗性基因(antibiotic resistance gene,ARG)在全球范围内的传播已引起国际上的广泛关注.越来越多的证据显示抗生素和重金属对抗生素抗性基因在环境中的分布和传播起到了重要作用.畜禽粪便是环境中抗生素和重金属的主要污染源之一,并已成为抗生素抗性基因重要的蓄积库.生物处理(如厌氧发酵和好氧堆肥)和土地利用是畜禽粪便广泛应用的处理与处置方式.本文通过文献调研,综述国内外抗生素抗性基因和重金属抗性基因在畜禽粪便生物处理及土地利用全过程中的传播、分布及控制的研究进展,并对今后的研究重点和方向提出建议和展望,以期为我国畜禽养殖粪便的风险控制和资源化利用提供借鉴.针对畜禽粪便处理处置全过程中抗性基因的削减与控制,我们建议在以下方面开展深入研究:1抗生素抗性基因和重金属抗性基因在全过程中的赋存与转归特征;2生物处理工艺操作参数对畜禽粪便中抗性基因分布及其削减的影响;3加强综合管理研究,源头控制抗性基因;4研发适于全过程抗性基因的协同控制关键技术等.     

不同畜禽粪便堆肥过程中马尿酸的变化

利用畜禽粪便进行室内模拟堆肥试验,研究不同畜禽粪便中有害物质马尿酸(HA)含量的差异﹑堆肥过程中马尿酸含量的动态变化以及影响因素.结果表明,不同种类的畜禽粪便原料中马尿酸含量差异很大,其中牛粪>猪粪>鸡粪,奶牛粪中HA含量高达129.48mg/kg,猪粪为81.80～85.99mg/kg,而鸡粪为42.62～45.11mg/kg;不同粪便中HA含量均随着堆肥的进行而迅速升高,然后较慢降低,于42d后降低到初始值以下并趋于稳定;不同粪便在不同堆肥阶段HA变化的速度和幅度不同;堆肥14d后HA的降解率与时间之间的关系可以较好地用v=A+Blnt回归方程来拟合;温度、pH值与HA含量的变化趋势基本一致;堆肥过程中腐殖化作用是HA含量降低的原因之一.     

不同四环素浓度对好氧堆肥和蚯蚓堆肥过程影响的对比研究

好氧堆肥及蚯蚓堆肥是对畜禽粪便进行肥料化处置的有效方式,但畜禽粪便中残留的不同浓度四环素对二者堆肥过程的影响是否相同却并不清楚.因此,将不同浓度(5、25、125 mg·kg^-1)的四环素添加到牛粪-秸秆物料中,对比了好氧堆肥与蚯蚓堆肥堆制过程中堆体腐熟度指标的变化、堆肥产品养分含量的区别以及堆肥产品中四环素去除效率的差异,以期为不同浓度四环素的畜禽粪便肥料化提供适宜的处置方法 .研究结果显示,高浓度(125 mg·kg^-1)四环素添加延缓了好氧堆肥的升温进程,但与低浓度(5、25 mg·kg^-1)四环素添加处理相比并未显著影响堆体的腐熟度指标、堆肥产品总养分含量及速效养分含量.高浓度(125 mg·kg^-1)四环素添加导致了蚯蚓堆肥中蚯蚓密度和生物量的显著下降,并导致蚯蚓堆肥无法正常启动.在蚯蚓堆肥中,低浓度(5、25 mg·kg^-1)四环素添加处理之间在堆体的腐熟度指标,堆肥产品总养分含量及速效养分含量方面无显著差异.好氧堆肥对畜禽粪便中四环素的去除率可达90%以上,显著高...     

施用粪肥蔬菜基地抗生素残留的研究进展

从施用粪肥的土壤及蔬菜中抗生素的含量与分布特征、抗生素残留对土壤微生物数量、酶活性及对蔬菜产量、品质的影响方面进行了综述,为进一步对施用粪肥蔬菜基地抗生素残留的研究提供参考。结果表明:规模养殖场产生的畜禽粪便作为有机肥料施入蔬菜基地,可造成土壤抗生素残留污染,并可通过干扰土壤微生物的群落结构与功能及土壤酶活性而影响土壤肥力,甚至可被作物吸收累积从而危及农产品质量安全。     

林可霉素菌渣堆肥微生物群落多样性分析

本试验以林可霉素菌渣-猪粪为原料、污泥-猪粪堆肥作对照,研究了林可霉素菌渣堆肥过程中残留林可霉素的降解情况,并基于Illumina Mi Seq高通量测序分析了林可霉素菌渣堆肥过程中微生物菌群的变化.结果表明:通过堆肥处理可以大幅度降解林可霉素菌渣中残留的林可霉素,经过33 d的堆肥处理后,林可霉素的残留量从最初的1 800 mg·kg-1降到483mg·kg-1,降解率高达73%.同时高通量测序结果表明,由于高含量的林可霉素残留,在堆肥初期和高温期林可霉素菌渣堆肥中细菌群落的分布丰度和多样性指数均低于污泥-猪粪堆肥,但真菌群落丰度和多样性均高于污泥-猪粪堆肥.林可霉素菌渣堆肥中细菌主要以Paucisalibacillus、Cerasibacillus、Bacillus、Virgibacillus、Ureibacillus、Paenibacillus、Sinibacillus属为主,而污泥-猪粪堆肥中主要以Truepera、Actinomadura、Pseudosphingobacterium、Pseudomonas、Luteimonas、Ureibacillus属为主,两者堆肥中微生物群落结构存在显著差异.随着堆肥进入腐熟期,林可霉素残留大幅度降解,抗生素对微生物的胁迫减小或解除,林可霉素菌渣-猪粪堆肥和污泥-猪粪堆肥相比,无论是细菌还是真菌,其微生物群落已逐渐趋同.表明堆肥处理可以大幅降解林可霉素残留,增加微生物多样性,有利于实现林可霉素菌渣无害化处理和资源化利用.     

林可霉素菌渣堆肥抗生素抗性基因变化分析

为了研究抗生素菌渣堆肥过程中抗生素抗性基因（ARGs）的变化情况,以林可霉素菌渣-糠醛渣堆肥为研究对象,以污泥-糠醛渣堆肥为对照.运用荧光定量PCR技术检测到了堆肥过程中lnuA-01、sul1、ermA、ermB、ermC等5种林可霉素抗性基因和整合子基因intI1的变化情况.结果表明,堆肥化处理可以降解99%的林可霉素残留,两者堆肥ARGs总量绝对丰度均有较大增加,而相对丰度降低5%~22%.同时发现林可霉素菌渣堆肥有助于intI1的富集,表明林可霉素菌渣堆肥存在生态风险.冗余分析显示,ARGs变化受环境因子影响严重,影响顺序为pH值 > 林可霉素残留 > 温度 > C/N.     

村镇水土环境中抗生素的污染特征及来源解析

采用固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法（SPE-HPLC-MS/MS）测定并分析了辽宁省岫岩县3个典型村镇水土环境中6类34种抗生素的污染水平和分布特征.结果表明,6类抗生素在3个村镇水土环境中部分或全部检出.地表水中34种抗生素总体残留浓度为（0.287~40.675） ng/L,人类活动和村镇畜禽养殖会导致水体中抗生素残留浓度偏高;土壤环境中34种抗生素总体残留浓度为（0.630~115.363） ng/g,不同土地使用类型下抗生素残留浓度规律为：畜禽养殖区>农业种植区>居民居住区>矿业开发区,畜禽粪便是土壤中抗生素污染的主要来源.此外,水土环境中抗生素的残留浓度与多种环境因子相关性明显.     

梅花鹿养殖场抗生素抗性基因分布特征

梅花鹿养殖是近年来我国南方地区出现的新兴养殖业.为探究梅花鹿养殖对养殖环境抗生素抗性基因的影响,采用高通量荧光定量PCR研究了抗生素抗性基因在养殖场区对照土壤、梅花鹿新鲜粪便、梅花鹿粪便堆肥产物和施用堆肥菜地土壤中的分布、丰度和多样性.结果表明,抗性基因的绝对丰度梅花鹿粪便堆肥产物梅花鹿新鲜粪便施用堆肥菜地土壤养殖场区对照土壤,抗生素抗性基因在4种环境样品中具有不同分布格局;梅花鹿养殖场环境中抗性基因丰度与可移动基因元件丰度显著相关(P0.05),表明可移动基因元件可能加快了抗性基因的水平转移过程,促进了抗性基因的迁移、传播和富集,加剧了养殖环境抗生素抗性基因污染.     

粪便混合堆肥在垃圾处理中的应用

通过粪便与生活垃圾混合堆肥的试验,探讨了粪便对垃圾堆肥过程的影响,试验结果表明,粪便混合堆肥可大大提高有机物降解速率和堆肥效率,垃圾腐熟时间可缩短16～20d。     

土霉素和磺胺二甲嘧啶对堆肥过程中酶活性及微生物群落功能多样性的影响

为了探讨抗生素对堆肥过程中酶活性及微生物群落功能多样性的影响,将添加土霉素(OTC)和磺胺二甲嘧啶(SM_2)的猪粪与小麦秸秆进行好氧堆肥发酵试验.试验设置3个处理,分别为CK处理(不添加抗生素)、L处理(10 mg·kg~(-1)OTC+1 mg·kg~(-1)SM_2)、H处理(140 mg·kg~(-1)OTC+30 mg·kg~(-1)SM_2).结果表明,各处理堆体温度在55℃及以上持续了4 d,发芽指数大于85%,均达到了腐熟标准;堆肥35 d后,L和H处理中OTC残留率分别为2.8%和4.2%,SM_2均未检出;抗生素降解符合一级动力学方程,半衰期为0.56~1.24 d.H处理对堆肥过程中脱氢酶活性呈先抑制后促进的作用,而对脲酶活性则在堆肥后期表现出显著抑制作用.Biolog数据表明,在堆肥腐熟期H处理AWCD值、Shannon指数和Simpson指数显著大于CK;主成分分析得出,H处理改变了堆肥过程中微生物群落结构,起分异作用的碳源主要为糖类、羧酸类及氨基酸类.综上所述,添加OTC和SM_2对堆肥过程中酶活性和微生物群落功能多样性有显著影响,且经堆肥处理后SM_2被完全降解,而OTC仅有少量残留,说明好氧堆肥是一种快速有效去除抗生素的方法.     

土霉素降解菌TJ-1在猪粪无害化处理中的作用

利用普通理化分析结合Biolog微平板技术研究了土霉素高效降解菌Staphylococcus sp.TJ-1在新鲜猪粪无害化处理中的作用.结果表明,土霉素高效降解菌的接种能显著提高猪粪中土霉素的降解效率(p＜0.05),21d堆肥结束时可将土霉素降解率从62.7％提升至82.0％.堆肥结束后,不接种降解菌的普通堆肥工艺和接种降解菌的高效堆肥工艺中NH+4-N含量分别为189.34、42.36 mg·kg-1,NO-3-N含量分别为439.38、238.06 mg·kg-1.Biolog结果显示,土霉素降解菌TJ-1对土霉素中碳源的代谢有利于堆体中氨基酸类及芳香族化合物等氮源的降解,缓解了堆体中有毒有害物质对其他微生物的损伤,保证了微生物群落的多样性和活性,对维护堆体生态系统的稳定性具有良好作用.因此,接种高效降解菌进行堆肥是一种良好的消除抗生素残留的猪粪无害化工艺.     

不同微生物菌剂对畜禽粪便堆肥效果的温度指标研究

温度是堆料中微生物生命活动的重要标志,它直接影响堆肥反应速率,是堆肥能否顺利进行的主要因素。通过在畜禽粪便（鸡粪、猪粪、牛粪）中加入辅料和不同微生物菌剂,进行好氧堆肥并测定堆料温度,根据温度结果明确不同微生物菌剂对不同粪便的堆肥效果。