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。     

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.     

畜禽粪便有机肥中Cu、Zn在水稻土中的有效性动态变化和形态归趋

通过温室土壤培养试验,研究了不同畜禽粪便有机肥中Cu、Zn在水稻土中有效性动态变化过程和形态归趋,为科学评价畜禽粪便有机肥中重金属进入稻田后的生态风险提供理论依据.试验结果表明,施用畜禽粪便有机肥12个月后,水稻土p H提高了0.4~0.9.施用鸡粪降低了水稻土中有效态Cu含量,而猪粪的施用增加了水稻土中有效态Cu含量.水稻土中有效态Zn含量随畜禽粪便有机肥施用量的增加而增加.与重金属无机盐相比,鸡粪处理中Cu的有效性低于等量无机盐处理,猪粪处理中Cu、Zn和鸡粪处理中Zn的有效性与等量无机盐处理相同.形态归趋过程研究结果表明,畜禽粪便有机肥带入到水稻土中Cu、Zn的量较低时,Cu在有机质结合态中有显著的积累,Zn则在碳酸盐结合态中有显著的积累;带入的Cu、Zn的量较高时,Cu、Zn在各个形态中均有积累;无机盐带入水稻土的Cu、Zn在交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态中均有积累.畜禽粪便有机肥带入的Cu、Zn积累在有机结合态中的量与等量无机盐处理无显著差异.培养12个月时,有机肥处理的交换态Cu含量均显著高于等量无机盐处理,表明畜禽粪便有机肥中Cu的潜在有效性更高.     

黑水虻对不同畜禽粪便生物转化效果研究

为研究黑水虻处理不同畜禽粪便生物转化效果、转化前后理化性质以及碳氮分布变化,该文利用5日龄黑水虻幼虫处理猪粪、牛粪、鸭粪以及鸡粪,并对转化前后畜禽粪便相关指标进行测定。结果表明：不同畜禽粪便养分均可满足黑水虻正常生长,猪粪与鸡粪处理组的黑水虻虫体鲜重（189.23 g和193.45 g）显著高于牛粪与鸭粪处理组（167.68 g和178.18 g）。黑水虻对猪粪、鸡粪的减量率和生物转化率较高,分别为63.23%和65.49%、33.66%和35.09%,处理牛粪的减量率和生物转化率最低,分别为40.98%和20.48%。转化后,畜禽粪便的可溶性有机碳、铵态氮以及硝态氮均显著降低,可溶性有机碳分别下降了29.06%（猪粪）、24.69%（牛粪）、27.01%（鸡粪）、24.93%（鸭粪）,铵态氮分别下降了88.01%（猪粪）、59.38%（牛粪）、85.57%（鸡粪）、79.12%（鸭粪）。黑水虻转化畜禽粪便后,猪粪和鸡粪中18.32%和19.47%的碳以及33.24%和35.56%的氮转化为虫体蛋白和油脂,70.21%和65.36%的碳以及42.36%和41.36%的氮保留于虫粪中,黑...     

关中平原畜禽粪便重金属农用风险估算

通过在关中平原畜禽养殖集中的县区采集畜禽粪便和饲料样品,测定其中Cr、Cu、Pb、Zn等重金属元素含量,以评估施用畜禽粪便造成的土壤重金属累积速率和安全使用年限.结果表明,牛粪、鸡粪、猪粪样品中Cr超标率分别为7.69%、4.35%和8.00%,而猪粪中Cu、Zn超标率分别达到76.00%和8.00%.饲料样品中Cu、Zn含量高于Cr、Pb含量,且与畜禽粪便Cu、Zn含量呈极显著正相关关系,结合主成分分析可知,畜禽粪便中Cu、Zn主要来源于饲料.形态分析结果显示,畜禽粪便中Cu、Zn的有效性很高,尤其是鸡粪中Cu、Zn的有效态含量最高.若畜禽粪便施用量保持在当前水平,则施用畜禽粪便24.4~131.0年和69.7~91.9年后,大棚土壤中Cu、Zn含量即可从土壤背景值分别达到安全临界值,因此,畜禽粪便农用时,不仅要控制其施用量,还应适当减少饲料中Cu、Zn添加量.     

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.     

畜禽粪便有机肥中Cu、Zn在不同农田土壤中的形态归趋和有效性动态变化

通过土壤培养试验,研究了不同畜禽粪便有机肥中重金属Cu、Zn在不同农田土壤中的形态归趋和有效性动态变化过程,为合理确定由畜禽粪便有机肥带入农田土壤的重金属负荷,科学评价畜禽粪便有机肥中重金属进入土壤后的生态风险提供理论依据.结果表明,土壤中施用畜禽粪便有机肥后,酸性土壤p H值升高,而石灰性土壤p H值降低.施用鸡粪后6个月内,有效态Cu含量在2种土壤中显著低于等量Cu无机盐处理,而有效态Zn含量则与等量Zn无机盐处理无显著差异;施用猪粪后6个月内,有效态Cu和Zn含量在2种土壤中均与等量Cu和Zn无机盐处理无显著差异.形态归趋研究表明,通过畜禽粪便有机肥进入土壤中的Cu和Zn在土壤中主要以交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态以及有机结合态的形式存在,且畜禽粪便有机肥的来源不同,各形态Cu和Zn在不同土壤中所占比例不同.土壤中施用畜禽粪便有机肥6个月时,Cu和Zn交换态以及铁锰氧化物结合态所占比例低于等量Cu和Zn无机盐处理,而有机结合态所占比例高于等量Cu和Zn无机盐处理,其它形态与无机盐处理无显著差异.     

重庆市畜禽粪便及菜田土壤中四环素类抗生素生态风险评价

近年来新型有机污染物抗生素在环境中的残留及对生态环境的风险成为国内外研究的热点.在畜禽养殖业中四环素类抗生素（tetracycline antibiotics,TCs）使用量最大,在畜禽粪便中的残留量也最高.本文采用调查研究结合室内分析,客观评价了重庆市主要大型养殖场畜禽粪便和主要蔬菜基地菜田土壤中3种农用四环素类抗生素[土霉素（OTC）、四环素（TC）和金霉素（CTC）]可能存在的环境生态风险.结果表明,2014年猪粪和鸡粪中的OTC、TC、CTC和TCs总量∑TCs的平均值分别为13.05、91.81、62.48、167.34 mg·kg^-1和4.25、4.6、28.55、37.40 mg·kg^-1.2019年所调查的样品中猪粪和鸡粪中的OTC、TC、CTC和∑TCs平均含量分别为3.39、4.82、5.92、15.95 mg·kg^-1和1.10、1.35、4.22、5.16 mg·kg^-1,相比2014年,2019年重庆市畜禽粪便中TCs含量有大幅度的下降,TCs的检出率也有所降低.鸡粪中的TCs生态风险较猪粪要低,2019年畜禽粪便中的TCs生态风险较2014年大幅度降低,不同抗生素间总体比较,风险商值以CTC > OTC > TC.重庆主要蔬菜基地及周边地区菜田土壤中OTC、TC、CTC和∑TCs的平均含量分别为18.92、39.10、21.80和79.81 μg·kg^-1.TCs含量大小顺序为养殖场附近菜田 > 无公害蔬菜基地 > 普通菜田;在养殖场附近的菜田中,露地TCs含量普遍高于大棚,而在无公害蔬菜基地,TCs含量表现为大棚 > 露地.从菜田TCs的生态风险商值整体上看,各类种植模式下的HQ均<1,即无高风险.3种TCs的HQ值以CTC > OTC > TC.土壤∑TCs含量以叶菜类 > 瓜类 > 茄果类 > 豆类,种植不同类型蔬菜的菜田土壤TCs含量略有差异,可能跟不同蔬菜栽培模式、畜禽粪便种类及施肥量有关系.     

土霉素对厌氧发酵中酶活性和甲烷产量的影响

以猪粪为原料,小麦秸秆为调节物质,在小型厌氧发酵装置进行中温(37℃)厌氧发酵试验,研究了外源添加土霉素(OTC)对厌氧发酵过程中累积甲烷产量、脲酶活性和脱氢酶活性的影响以及土霉素的浓度变化情况.依据土霉素的添加量不同,试验共设置4个处理:CK处理,L处理(OTC质量分数60 mg·kg-1),M处理(OTC质量分数100 mg·kg-1),H处理(OTC质量分数140 mg·kg-1).结果表明:厌氧发酵初期,土霉素对甲烷累积产量有一定的促进作用,以后转变为抑制作用.厌氧发酵结束时,同对照相比,L至H处理甲烷累积产量依次减少了8.9%,4.6%,9.4%.厌氧发酵初期,土霉素对脲酶活性有一定的促进作用,随后转变为抑制作用;厌氧发酵前期,不同浓度土霉素对脱氢酶活性均表现为抑制作用,厌氧发酵后期,只有H处理的脱氢酶活性显著小于对照.土霉素含量在第10 d大幅度减少,30 d后土霉素含量基本维持不变.     

黑土农田中四环素类抗生素含量特征及其风险

为了解长期施用畜禽粪肥农田土壤中抗生素残留情况,研究了吉林省黑土区大型养猪场周边长期施用猪粪土壤中3种四环素类抗生素(TCs)的含量特征及其生态风险.结果表明,ΣTCs的平均值为1.31mg/kg,在不同类型土壤中的平均含量为:典型黑土>白浆土>黑钙土.土霉素(OTC)、四环素(TC)和CTC(金霉素)平均含量分别为:0.69mg/kg、0.48mg/kg和0.14mg/kg,检出率为42.86%～71.43%;OTC、TC和CTC在不同类型土壤中表现出不同的分布特征,主要受土壤性质、抗生素性质、畜禽粪便施用量以及施肥年限等多重因素的交互影响;OTC、TC和CTC的风险商分别为3.06、0.85和0.60,OTC处于高生态风险水平.3种TCs不同程度的超过生态毒害效应的触发值,生态毒害风险较高.长期的猪粪还田引起了土壤中四环素类抗生素的累积,并产生了较高的生态风险.     

不同畜禽粪与化肥配施对黑土中Cu有效性的影响及相关因素分析

本文通过培养试验,研究了不同畜禽粪与化肥配施对黑土中Cu总量及形态3年内动态变化的影响,并对影响Cu形态变化的相关因素进行了分析.研究结果显示:不同畜禽粪与化肥配施增加了土壤中Cu的总量,增加效果依次为:猪粪与化肥配施鸡粪与化肥配施牛粪与化肥配施.不同畜禽粪与化肥配施导致了土壤中各形态Cu含量增加,增幅依次为:猪粪与化肥配施鸡粪与化肥配施牛粪与化肥配施.此外,不同畜禽粪与化肥配施还导致了土壤中酸可提取态Cu和残渣态Cu比例增加,可还原态Cu和可氧化态Cu比例减少,变化幅度均呈现猪粪与化肥配施鸡粪与化肥配施牛粪与化肥配施的规律.由于酸可提取态Cu占全Cu比例较小(增加后比例仍不足2%),故其对Cu有效性的影响微乎其微,而残渣态Cu的增加,可还原态、可氧化态Cu的减少均表明:不同畜禽粪与化肥配施降低了土壤中Cu的有效性.对于影响Cu形态的相关因素分析,研究结果表明:土壤中各形态Cu与pH值间相关性不显著,但其与有机质含量间相关性极其显著.酸可提取态、残渣态Cu与有机质含量呈显著负相关,可还原态、可氧化态Cu与有机质含量呈显著正相关.此外,畜禽粪与化肥配施增加了土壤中各形态Cu与pH值间的相关性,但对其与有机质含量间关系影响不大.     

东北三省不同规模养殖场畜禽饲料和粪便中锌含量特征

为了解东北三省不同规模养殖场畜禽饲料和粪便中w(Zn)分布及粪便Zn的农田输入量,选取长春、哈尔滨等养殖密集城市,分别从小、中、大规模养殖场随机采取了25、30、49个畜禽饲料样品和28、28、54个粪便样品进行研究. 结果表明:吉林、黑龙江、辽宁三省猪饲料中的w(Zn)平均值分别为209.35、120.00和117.58mg/kg;牛饲料中w(Zn)平均值分别为116.73、120.26和134.04mg/kg;鸡饲料中w(Zn)平均值分别为95.51、77.59和97.23mg/kg. 在养殖规模上,猪饲料、牛饲料中w(Zn)平均值均以小规模养殖场最高,分别为238.91、156.28mg/kg;而鸡饲料中w(Zn)平均值以大规模养殖场最高,为103.72mg/kg. 对比畜禽粪便中的w(Zn)分布可知,吉林、黑龙江、辽宁三省猪粪中w(Zn)平均值分别为630.26、596.57和692.59mg/kg;牛粪中w(Zn)平均值分别为132.04、108.88和138.82mg/kg;鸡粪中w(Zn)平均值分别为363.67、201.82和246.45mg/kg. 在养殖规模上,猪粪、牛粪、鸡粪中w(Zn)平均值均以大规模养殖场最高,分别为691.56、136.13和384.15mg/kg. 畜禽粪便与饲料中的w(Zn)呈显著正相关(P<0.05). 根据东北三省畜禽养殖量及粪便中w(Zn)平均值推算,每年有12442.7t 的Zn通过畜禽粪便农用输入农田.      

施用鸡粪和猪粪对2种土壤As、Cu和Zn有效性的影响

在水稻土和赤红壤中分别以质量分数2%和4%施人含As、Cu和Zn的鸡粪和猪粪,以不施肥为对照(CK)进行通菜盆栽试验,研究施入鸡、猪粪对土壤As、Cu和Zn有效性的影响.结果表明,施用鸡、猪粪几乎均比CK显著提高通菜地上部生物量,而且水稻土中生物量显著高于赤红壤.施用粪肥显著提高通菜As含量和As吸收量,呈高量处理>低量处理、猪粪>鸡粪处理且在水稻土>赤红壤的规律.除水稻土中Cu含量外,施用粪肥也显著提高通菜Cu、Zn含量及吸收量.通菜收获后,所有处理土壤总A6含量比试验前稍微降低、有效As含量及有效As占总As质量分数则大幅下降,但几乎所有粪肥处理土壤Cu和Zn的总含量、有效含量及有效质量分数均提高.与CK相比,粪肥处理土壤总As、有效As分别提高0.3～3.0 mg·kg-1和0.01～0.034 mg·kg-1,有效As质量分数增加0.033～0.178个百分点;总Cu、有效Cu提高3.1～30.4 mg·kg-1和5.2～19.4 mg·kg-1,有效Cu质量分数增加1.2～34.1个百分点;土壤总Zn、有效Zn提高-10.6～79.6 mg·kg-1和4.0～65.9 mg·kg-1,有效Zn质量分数增加1.0～64.2个百分点.如以土壤重金属有效含量增量及有效质量分数提高来评价其有效性变化,则粪肥提高土壤As、Cu和Zn有效性的作用为高量处理>低量处理且在赤红壤中作用大于水稻土.     

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.     

粪肥和有机肥施用对稻田土壤微生物群落多样性影响

为探究典型粪肥施用对稻田土壤微生物的影响,开展崇明岛稻田粪肥施用现场实验.采用高通量测序技术分析对照组(CK)和鸡粪(CM)、猪粪(PM)和有机肥(OF)施用稻田土壤微生物群落组成及多样性.结果表明,与CK相比,施用有机肥可提高土壤有机质(SOM),施用鸡粪可显著提高土壤氨氮(NH~+_4-N)和总氮(TN)含量(P0.05).PM组土壤微生物多样性显著高于CK组(P0.05),OF组土壤微生物群落丰富度显著高于CM组(P0.05).pH值、总磷(TP)、总氮和Pb是影响稻田土壤微生物群落组成的重要因素,CM组微生物群落结构与其他3组差异较大.与CK相比,OF组增加了硝化螺菌属(Nitrospira)的相对丰度,CM组显著降低了反硝化细菌Ignavibacteriae的相对丰度(P0.01),达40.56%,但显著增加了硝化细菌陶厄氏菌属(Thauera)的相对丰度(P0.05),达203.00%; PM组显著增加了氨化细菌Armatimonadetes的相对丰度(P0.05),达57.51%,还增加了厌氧绳菌属(Anaerolinea)的相对丰度,达102.00%.施用鸡粪和猪粪分别显著增加致病菌假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌属(Flavisolibacter)的相对丰度(P0.05),而有机肥施用则降低了黄杆菌属的相对丰度.粪肥的施用增加了参与稻田土壤氮循环过程细菌的丰度,对调节稻田土壤氮平衡起着正向作用,然而鸡粪和猪粪的直接施用会导致病原菌增多,对稻田土壤健康有一定的胁迫.     

畜禽粪便有机肥中重金属在水稻土中生物有效性动态变化

通过土壤淹水培养试验和土壤淹水培养不同时间后同时开始的水稻生物盆栽试验,研究不同畜禽粪便有机肥中Cu、Zn、Cd、Pb在水稻土中生物有效性动态变化以及与等量重金属无机盐的差异,明确不同畜禽粪便有机肥中不同重金属生物有效性差异及动态变化规律.结果表明,水稻土施入畜禽粪便有机肥后30~60 d内,畜禽粪便有机肥处理土壤溶液中重金属含量显著低于等量重金属无机盐处理,重金属无机盐处理土壤溶液中Cu、Zn、Cd、Pb的含量分别是鸡粪处理的2.4倍、3.1倍、3.9倍和327.3倍,分别是猪粪处理的2.0倍、2.2倍、15.6倍和4.0倍.60d后畜禽粪便有机肥处理和对应等量重金属无机盐处理土壤溶液中Cu、Zn、Cd、Pb的含量变的无差异.不同施用时间的畜禽粪粪便有机肥处理水稻体内Cu、Zn、Pb含量均显著低于对应的等量重金属无机盐处理,施用畜禽粪肥处理降低了土壤中Cu的生物有效性.畜禽粪便有机肥中重金属的生物有效性随施用后不同时间的变化呈现先升高后降低再升高规律,在施用后2个月时畜禽粪便有机肥中重金属的生物有效性最低,只相当于对应的等量重金属无机盐的13.0%~30.0%.     

兽药金霉素在畜禽粪便上的吸附特征研究

通过振荡平衡吸附试验,研究了兽药金霉素在鸡粪和猪粪上的吸持特征并对其吸附机制和影响因素进行探讨.结果表明,金霉素能被畜禽粪便强烈吸附,吸附过程属于快速吸附,吸附等温线呈非线性,能用Freundlich模型很好地描述;雨水很难解吸被粪便吸附的金霉素,存在解吸迟滞现象,用甲醇、3 mol/L NaCl和3 mol/L MgCl2 3种溶液仅分别解吸出了18.3%～20.4%、18.7%～19.4%和55.7%～57.6%被粪便吸附的金霉素.金霉素在畜禽粪便上的吸附受pH和离子强度影响,随pH值和离子强度增大吸附量减少,二价钙离子体系比一价钠离子体系对吸附的影响大.表明有机质吸附和阳离子交换可能是金霉素在畜禽粪便上主要的吸附机制.