堆肥对污泥中四环素类抗生素及抗性基因的影响

近年来,抗生素及抗性基因的污染与扩散成为全球关注的热点。污泥,作为污水处理系统的副产物,是环境中抗生素抗性基因的重要存储库。污泥经堆肥后可作为肥料施用于农田,然而关于污泥堆肥过程中抗性基因丰度变化的研究却很少。对污泥堆肥过程中四环素类抗生素(四环素、土霉素和金霉素)和四环素类抗性基因(tet(A),tet(C),tet(M),tet(O)和tet(X))的动态变化进行了定量研究。结果表明,四环素、土霉素和金霉素的浓度经堆肥处理后分别减少85.6%,91.4%和85.3%。高温是导致四环素类抗生素降解的主要因素。经堆肥处理后,tet(A)和tet(X)的相对丰度增加,tet(C)、tet(M)和tet(O)的相对丰度略微下降,说明堆肥处理对污泥中四环素类抗性基因的削减效果有限。     

污泥臭氧氧化处理过程中活菌抗药基因丰度的消减

臭氧氧化技术是一种广泛应用的污泥减量技术,然而臭氧处理能否对污泥中的抗生素抗药基因进行有效消减还不清楚。采用单叠氮溴化丙锭(propidium monoazide,PMA)预处理结合定量PCR(qPCR)方法对污泥臭氧减量过程中不同臭氧消耗量下活性污泥活菌中的四环素、氨基糖苷和大环内酯3大类共21种抗药基因的变化进行了研究。结果表明:臭氧氧化可以有效消减活性污泥活菌中21种抗药基因的绝对丰度(每毫升污泥的抗药基因拷贝数),在臭氧消耗量0.31 g·g~(-1)(TSS)情况下抗药基因总量降低了75.44%;尽管绝对丰度下降,污泥臭氧氧化处理过程中大量抗药基因的相对丰度(抗药基因拷贝数与细菌16S rRNA基因拷贝数的比例)逐渐增加,表明臭氧处理后污泥中耐药菌占总活菌比例可能增加,具有一定的抗性传播风险;Ⅰ型整合子是抗药基因水平转移的重要遗传元件,其绝对丰度同样随着臭氧消耗量增加而降低,而相对丰度逐渐上升。     

茶渣复混肥对茶园土壤的生态效应

施用茶渣有机-无机复混肥6个月后,茶园土壤15～30 cm土层的pH较菜饼、市售茶园有机肥及尿素处理的茶园土层稳定.土壤有机质测定结果表明,施用茶渣肥后,杭州茶园0～15 cm和15～30 cm土层的有机质含量比施用尿素分别增加80.7%和51.6%,新昌茶园0～15 cm和15～30 cm土层土壤的有机质含量分别比施用菜饼的增加30.2%和29.6%.施用茶渣肥的土壤,脲酶活性比未施肥的土壤下降19.4%～24.7%.施用茶渣肥后,0～15 cm及15～30 cm土层中的细菌、放线菌和真菌总数均高于市售茶园有机肥、菜饼和尿素处理.证明茶渣有机-无机复混肥可以明显改良茶园土壤的生态特性.     

污泥施用对根际和非根际石灰性土壤中细菌多样性的影响

为研究污泥施用对石灰性土壤细菌多样性的影响,在连续2年种植夏玉米大田系统中,施用不同量的腐熟污泥,采集根际和非根际土壤进行16S rDNA-V3-V4区高通量测序,分析污泥施用对石灰性土壤细菌丰富度、多样性指数、群落结构、功能基因在代谢途径的影响,同时对细菌群落和环境因素之间的相关性进行分析。结果表明:污泥用量分别在3.5～37.5 t·hm~(-2)和3.5～7.5 t·hm~(-2)有利于非根际和根际土壤OTU数量增加;但污泥在75 t·hm~(-2)过量施用时,根际和非根际土壤细菌的Shannon多样性指数显著降低,Simpson指数显著增加,Ace,Chao丰富度指数显著降低。主成分和门水平物种丰度分析表明:污泥施用量不同会造成根际和非根际细菌群落结构差异,并且当污泥施用量为75 t·hm~(-2)时,明显降低了非根际土壤放线菌门的丰度;污泥施用量在3.75～37.5 t·hm~(-2)时,非根际土壤中拟杆菌门丰度会明显增加。与对照相比,当污泥用量为75 t·hm~(-2)时,根际土壤拟杆菌门有明显的增加,增加丰度达1.45倍,但酸杆菌门和放线菌门丰度降低了49.74%和80.57%。冗余分析(RDA)表明,土壤TN、Cd、Cu、TP是影响土壤细菌群落最主要的因素,其中TN、Cd、Cu和细菌Shannon、Simpson多样性指数呈现显著相关性(P0.05)。由此可见,连续过量施入污泥会对根际和非根际石灰性土壤中细菌多样性造成不利影响,而且上述微生物多样性变化可作为污泥合理施用的判断依据。     

施肥技术在茭白-水稻轮作系统中对生态环境及产量的影响

通过田间试验,研究了3种不同施肥处理对茭白-水稻轮作系统中土壤理化性质与产品产量的影响.结果表明,在水稻收获后,有机肥处理的土壤容重达到最低,为1.15 g/cm3; 总孔隙度最大,为54.92%;贮水量最高,为27.36 mm.施用有机肥能提高土壤肥力,有机肥处理的土壤有机质、全氮总体最大,0～10 cm土壤有机质,...     

施粪肥土壤中抗生素的提取条件优化及残留特征

为确立高效的土壤抗生素提取条件,揭示施用粪肥土壤中抗生素的残留水平,分别采集江苏省常州市某养猪场新鲜猪粪样品6份、施用粪肥及无机肥水稻土壤样品各13份,对土壤抗生素提取液配比与超声提取时间进行筛选,利用高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)对生猪粪便和土壤中的四大类(四环素类、磺胺类、喹诺酮类和大环内脂类)15种抗生素含量进行检测分析。结果表明,最优提取条件选择为:提取液配比为甲醇:EDTA=1∶1,超声提取时间为10 min,四环素类抗生素的加标回收率为73.2%~93.4%,磺胺类为81.2%~101.1%,喹诺酮类为106.3%~110.8%。该养猪场猪粪与施粪肥土壤中均未检测到大环内脂类抗生素,其余各类抗生素平均残留量从高到低排序分别为:猪粪中四环素类磺胺类喹诺酮类;施粪肥土壤中四环素类喹诺酮类磺胺类,四环素类是最主要的抗生素污染物,残留量分别为猪粪中1.9~12.5 mg·kg-1、施粪肥土壤中23.9~212.4μg·kg-1;施无机肥土壤中未检测出抗生素,施粪肥土壤中的抗生素来源于生猪粪便。     

典型生境中氨氧化古菌和厌氧氨氧化细菌的分布和丰度

运用分子生物学方法研究了某富营养化湖泊污泥(以下简称湖泊污泥)、某长期施肥的稻田土壤(以下简称稻田土壤)和某污水处理厂硝化污泥(以下简称硝化污泥)中氨氧化古菌(AOA)和厌氧氨氧化(ANAMMOX)细菌的分布及丰度。结果表明,湖泊污泥、稻田土壤和硝化污泥中AOA的amoA基因Shannon指数分别为1.64、2.14、0.57,稻田土壤的生物多样性最丰富;但以上3种生境中AOA的amoA基因丰度分别为(1.45±0.13)×10~7、(7.24±0.25)×10~5、(3.46±0.22)×10~5拷贝数/g(以干质量计,下同),湖泊污泥中最大。湖泊污泥和稻田土壤中的AOA与水/沉积物中的古菌亲缘关系相近,既有来自水/沉积物分支,又有来自土壤/沉积物分支;硝化污泥中的AOA与土壤/沉积物中的古菌亲缘关系相近,全部来自土壤/沉积物分支。湖泊污泥、稻田土壤和硝化污泥中ANAMMOX细菌的16SrRNA基因Shannon指数都较小,生物多样性不丰富,但hzsB基因的丰度分别达到(1.32±0.17)×10~8、(2.88±0.28)×10~8、(7.76±0.25)×10~8拷贝数/g。湖泊污泥、稻田土壤中ANAMMOX细菌的优势种属于Brocadia属;硝化污泥中ANAMMOX细菌的Brocadia和Kuenenia几乎各占一半。     

城市污泥堆肥产品施用对沙荒地土壤理化性质及高羊茅生长的影响

通过盆栽实验研究了城市污泥堆肥产品4种施用比例(0、10%、25%和50%)对沙荒地土壤理化性质及高羊茅生长的影响,结果表明:污泥堆肥产品的施加使混配土壤p H值向更利于高羊茅生长的p H范围(6.0~7.0)变化,土壤电导率随着施肥比例的增大有显著的增加,当施肥比例为10%、25%、50%时,土壤电导率分别为不施肥沙土的11.93、12.66和19.81倍;城市污泥堆肥产品施用后可显著提高沙荒地土壤中全氮、全磷、全钾及有机质含量,施肥比例为10%、25%和50%的沙土中有机质含量分别是不施肥沙土的3.69、4.22和5.65倍。污泥堆肥产品的施入有利于高羊茅对营养元素氮、磷和钾的吸收,进而促进了高羊茅的生长,但是这种促进作用在实验初期较为缓慢,直到实验后期方才显现出来。当施肥比例为25%时,高羊茅对营养物质的利用率达到最高,确定其为沙荒地土壤改良较为适宜的施肥比例。     

人工湿地中抗生素抗性大肠杆菌和抗性基因的去除与分布

抗生素的滥用导致抗生素抗性菌和抗性基因随生活污水和养殖废水的排放在环境中肆意散播,其去除及环境行为越来越受到关注。采用K-B纸片法测定了9套不同工艺构型模拟人工湿地中大肠杆菌对7种抗生素的抗性率,并应用多重PCR检测磺胺类sul1、2、3与四环素tetA、B、C、D抗性基因,探究人工湿地对抗性菌的去除效率及抗性菌、抗性基因的分布规律。结果显示,人工湿地能有效去除污水中70%左右的抗性大肠杆菌,有效降低了细菌抗性的传播风险;共计分离出535株大肠肝菌中有378株对一种以上抗生素有抗性性,以四环素、磺胺类和氨苄西林抗性率最高,达到25%以上,其他4种抗性率较低,不足20%;2种抗性基因的检出率都在70%以上;对不同采样点大肠杆菌的抗性性及抗性基因的比较发现,各部分大肠杆菌的抗性水平、多重抗性指数(MRI)以及抗性基因(sul、tet)检出率和组合数表现出:基质≥出水>进水,推测抗性菌被湿地基质截留,在基质生物膜上发生抗性基因的重组,并释放抗性菌,提高了出水中抗性水平和抗性基因检出率。     

环境因素对不同工艺人工湿地反硝化功能基因丰度影响

反硝化细菌在人工湿地对N元素去除的过程中发挥着关键作用.为了解湿地类型、基质、植被和水力负荷及物理参数对人工湿地反硝化功能细菌丰度的影响,构建了9个不同工艺组合的人工湿地小试装置.利用实时荧光定量PCR技术检测湿地基质中反硝化功能基因nirS,nirK和nosZ的丰度.结果显示,湿地中nirS,nirK和nosZ丰度(以每ng总DNA中的拷贝数计)分别为4.88×103～2.13×105 copies/ng,1.2×101 ～ 2.14×103 copies/ng和1.98×103～ 2.09 × 105copies/ng,其中nirS显著高于nirK丰度,nirS丰度与湿地出水的pH显著正相关.分析湿地4种设计参数对反硝化功能基因丰度的影响程度,结果显示,对nirS丰度影响程度大小依次为湿地类型＞植被类型＞水力负荷＞基质类型,水平潜流和上行垂直流人工湿地中nirS丰度显著高于下行垂直流人工湿地,无植物人工湿地nirS丰度显著高于有植物人工湿地;对nirK丰度影响程度大小依次为湿地类型＞植被类型＞基质类型＞水力负荷,水平潜流人工湿地nirK丰度显著高于下行垂直流湿地;对nosZ丰度影响程度大小依次为湿地类型＞水力负荷＞植被类型＞基质类型,但影响都不显著.     

不同浓度鼠李糖脂对土壤多环芳烃去除率及微生物群落结构的影响

研究了鼠李糖脂浓度对3种多环芳烃(PAHs)菲、荧蒽和芘去除率的影响,以及对土壤微生物群落结构的影响。结果表明,培养35d后,鼠李糖脂质量浓度为100～200mg/kg时,菲、荧蒽和芘的去除率相对最高,土壤中细菌16SrRNA基因和phnAc基因的丰度也达到最大。土壤中天然的PAHs降解菌群主要是假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、溶杆菌属(Lysobacter)和环脂酸芽孢杆菌属(Tumebacillus)等;加入鼠李糖脂后,赭黄嗜盐囊菌属(Haliangium)和土壤红杆菌属(Solirubrobacter)的丰度增加,促进了PAHs更高效的降解。     

BPAC-UF对二级出水中抗生素抗性基因的去除及膜污染缓解机制

采用生物粉末活性炭(BPAC)-超滤(UF)组合工艺去除控制二级出水中抗生素抗性基因(ARGs),并对ARGs的去除和BPAC缓解膜污染机制进行了探讨。结果表明:与直接超滤工艺相比,组合工艺对水中四环素类抗性基因(tetA、tetW)、磺胺类抗性基因(sulⅠ、sulⅡ)以及溶解性有机碳(DOC)的去除效果均有较大的改善,这主要是由于BPAC对ARGs的吸附降解作用所致;水中16S rDNA、intⅠ1和DOC含量与不同种类ARGs浓度具有显著相关性,强化上述指标的去除可有效促进ARGs的削减;在BPAC投加量较低时,组合工艺的膜比通量较直接UF有所提高,膜污染状况明显改善;直接UF时,膜污染状况与滤饼层过滤模型的拟合度最好,而组合工艺的膜污染状况与标准膜孔堵塞模型和滤饼层过滤模型拟合度均较好。BPAC-UF组合工艺是一种较好的去除ARGs的工艺。     

施用高炉渣对土壤磷吸附-解吸特性的影响

采用振荡平衡法,研究了施用高炉渣对土壤磷的吸附解吸特征的影响。结果表明:Langmuir、Freundlich和Temkin方程都能较好地描述高炉渣对土壤磷的吸附特征,但以Langmuir模型为最优。与对照处理相比,施用高炉渣的土壤吸附平衡常数k值增大,自由能ΔG降低,最大吸附量Xm和最大缓冲容量MBC提高;磷的解吸量增加,总解吸量和总解吸率分别是对照处理的1.05～1.25倍和1.02～1.36倍;施用高炉渣还能减弱吸附-解吸过程中的滞后效应。上述结果说明施用高炉渣可以改善土壤保蓄和供应磷的能力。     

混凝法去除城市生活污水中抗性基因

采用聚合氯化铝(PACl)和聚合硫酸铁(PFS)混凝处理城市生活污水(格栅出水和二级出水),考察混凝剂投加量、p H值对污水中抗生素抗性基因(ARGs)的去除率影响。结果表明,随着PACl和PFS投加量的增加,污水中目标基因的去除率先升高后降低;在p H 3~10的范围内,PACl对目标基因的去除效果随p H值的增加而降低,PFS对目标基因的去除随着p H值的增加先升高后降低。对于格栅出水,PACl和PFS的最佳投加量为400 mg/L,基因的去除率分别达到2.33~2.97 log和0.98~2.11 log,对于二级出水,PACl和PFS的最佳投加量分别为200 mg/L和150 mg/L,基因的去除率分别为1.85~2.64log、1.81~2.46 log;混凝去除最优p H条件分别为p H=3(投加PACl)及p H=5~6(投加PFS)。PACl的处理效果优于PFS。     

石油污染土壤中孤东原油及其馏分的微生物降解性能

分别以孤东油区石油污染土壤中的原油、柴油馏分(180～360℃)、蜡油馏分(360 ～ 500℃)为研究对象,采用BC-Ⅰ和BC-E 2种菌剂,对其进行微生物降解.研究表明,BC-Ⅰ和BC-E菌剂对石油污染土壤中石油烃的降解效果明显,BC-E菌剂对孤东油区石油污染土壤中石油烃的降解率达35.7％.2种菌剂对石油烃中轻馏分的降解效率均远远高于其对重馏分的降解效率.柴油馏分降解产物中鉴定出O1、O2、N1等多种分子类型,其中O2相对丰度远高于O1、N1类型,研究表明,该类化合物是脂肪酸,油样中脂肪酸存在明显的C16、C18优势,降解后低碳数脂肪酸相对丰度略有增加.蜡油(VGO)降解后以m/z=293(C19双环环烷酸)为中心正态分布,烷基咔唑中C5-咔唑丰度最高,苯并咔唑相对丰度很低.O2类化合物丰度很低,表明脂肪酸含量很低,DBE为4或5的O2类化合物明显占优势,对应3～4环环烷酸丰度较高.     

超声破解吸持稠油粘土颗粒的研究

在频率为28 kHz的超声辐照下，研究了超声作用功率和辐照时间对石油污染土壤淋洗液中吸持稠油粘土颗粒的破解作用，并采用GC/MS分析了超声辐照时间对淋洗液中特征有机物的影响。结果表明，随着超声作用功率和辐照时间的增加，粘土颗粒吸持的稠油显著下降，辐照时间为45 min，作用功率为100 W时，粘土颗粒吸持稠油的解吸率为7925%；作用功率为60 W，辐照时间为75 min时，粘土颗粒吸持稠油的解吸率为77.36%。超声波能够显著增加解吸稠油在水中的溶解率，辐照时间为45 min，作用功率为80 W时，水相含油率升高92%；当作用功率为60 W，辐照时间为75 min时，水相含油率升高近1倍。随着超声辐照时间的增加，极性相对较强的环烷酮类有机物的相对丰度随之增加，极性相对较弱的环烷二酮类有机物相对丰度则显著减小。超声波有利于异位化学淋洗在高含粘土颗粒石油污染土壤修复中的应用。     

石灰钝化法原位修复酸性镉污染菜地土壤

在湖南省湘潭县酸性(pH=5.47±0.64)镉污染((1.06±0.08)mg·kg~(-1))菜地,进行为期1年的田间修复实验。研究施用石灰类钝化剂(石灰石或生石灰)对菜地土壤镉(Cd)的有效性、当地常见蔬菜可食部位Cd含量的影响,分析蔬菜种植过程中农业投入品对表层土壤(20 cm)Cd积累的影响,确定Cd污染菜地蔬菜安全生产的措施。结果表明:与对照相比,施加4 500 kg·hm~(-2)CaCO_3或3 000 kg·hm~(-2)CaO分别使土壤pH升高了1.48和1.73,土壤有效态Cd含量分别降低了87.8%和78.1%;叶菜类、根茎类、茄果类和豆类蔬菜可食部位Cd含量分别降低了5.9%～70.5%、59.8%～65.8%、4.0%～50.0%和35.0%～76.4%,但施用4 500 kg·hm~(-2)CaCO_3或3 000 kg·hm~(-2)CaO不能使叶菜类、茄果类蔬菜中Cd含量降低到相应的国家食品安全标准限值(叶菜类蔬菜,0.2 mg·kg~(-1);茄果类蔬菜,0.05mg·kg~(-1))以下;蔬菜种植过程中施用的基肥、灌溉水、CaCO_3或CaO不会导致表层土壤Cd含量增加。在酸性Cd污染菜地施用CaCO_3或CaO、并种植低Cd积累蔬菜,可以实现蔬菜的安全生产。     

无机碳在厌氧氨氧化系统中的迁移转化

基于厌氧氨氧化(Anammox)反应,采用13C同位素示踪法分析无机碳(IC)在工艺中的迁移转化路径,考查厌氧氨氧化工艺的固碳潜力及厌氧氨氧化菌相关的固碳机理;同时,结合微生物分子学等方法,通过比较反应前后NH_4~+-N、NO_2~--N、TN及IC的变化,分析推导出工艺的固碳机理。结果表明,在进水IC为10.70 mg左右时,系统平均固碳率在12.05%以上;经~(13)C标记处理后的Anammox污泥中~(13)C丰度值由1.07%增加至1.17%以上;Anammox污泥中cbbLR1基因拷贝数经氮素和IC影响后分别为5.79×10~8copies·g~(-1)和5.56×10~8copies·g~(-1),较处理前均有所增加,但变化不明显。进水中投加的IC参与了微生物体内的碳代谢;厌氧氨氧化菌存在遵循卡尔文循环固碳途径的功能基因。cbbLR1基因丰度与氮素浓度之间呈显著相关,与IC浓度之间的相关性不明显,说明该基因丰度对氮素的响应度比IC大。     

厌氧反硝化生物反应器恢复启动过程中微生物群落特征分析

针对厌氧反硝化工艺在处置高浓度硝酸盐废液过程中难以连续运行的实际情况,系统研究了升流式污泥床(USB)反应器恢复启动过程中微生物群落变化过程。结果表明:采用原水NO-3-N负荷的30%(710.7 mg·L~(-1))恢复启动23 d,NO-3-N平均去除率为99%,比反硝化速率(RNO-3)从49.4 mg·(g·h)-1提升到170.7 mg·(g·h)-1(以VSS计),提高了3~4倍。高通量测序分析发现,Halomonas(盐单胞菌属)、Pseudomonas(假单胞菌属)、Alcaligenes(产碱杆菌属)为脱氮的优势菌种,与启动初期相比,启动末期的相对丰度分别增长了35%、31%和14%。优势菌种的相对丰度与RNO-3之间存在一定的正相关性,RNO-3每增加1倍,优势菌种的相对丰度平均扩增6.7%。USB厌氧反硝化反应器可以快速恢复启动,具有较好的工程应用可行性和运行灵活性。     

不同生物炭对猪粪堆肥过程中抗生素及抗生素抗性基因的削减规律研究

为探讨不同类型生物炭对猪粪堆肥过程中抗生素和抗生素抗性基因(ARGs)的削减规律,分别将玉米秸秆生物炭、竹炭和猪粪生物炭添加到猪粪中进行好氧堆肥,解析不同类型生物炭添加对猪粪堆肥过程中抗生素浓度和ARGs丰度的影响.研究发现,添加竹炭堆肥对抗生素的平均去除率最高(97％),其中对四环素类抗生素的去除率高达98％;添加玉...