微生物菌剂对堆肥功能微生物重构的影响

堆肥产品不仅可以作为有机肥或土壤改良剂,还可以在包气带土层防护地下水污染的过程中起到微生物载体的作用.在堆肥中接种菌剂能够加速堆肥进程,促进堆肥材料的腐熟,但是也有研究认为接种剂与堆肥土著微生物的竞争会导致菌剂无法发挥作用.为了阐明菌剂与土著微生物之间的相互作用,采用宏蛋白质组学方法,分析餐厨垃圾堆肥接菌组（木质纤维素混合菌剂）和对照组（未接菌）中功能微生物群落和碳水化合物代谢途径的变化.结果表明:接菌组中假单胞菌目（Pseudomonadales）和散囊菌纲（Eurotiomycetes）菌群的相对丰度比对照组分别提高了12.5%和22.0%,成为优势细菌和真菌,二者在碳水化合物代谢活性上也成为优势菌群.菌剂主要是由芽孢杆菌目（Bacillales）和散囊菌纲的曲霉（Aspergillus）组成,曲霉因具有堆肥系统所需的木质纤维素分解能力而成为优势真菌,而菌剂中的芽孢杆菌虽然数量较多,但是缺乏堆肥系统所需的功能而无法成为优势细菌.餐厨垃圾中易降解物质分解过程中产生的有机酸会导致酸性环境,对照组中能够适应酸性环境的芽孢杆菌目和酵母菌纲（Saccharomycetes）是优势群落,添加菌剂后,堆肥系统中土著的假单胞菌目和散囊菌纲具有较高的碳水化合物代谢活性和多种有机酸转化通路,因此在与菌剂中的芽孢杆菌目和土著的芽孢杆菌及酵母菌的竞争中成为优势菌群.研究显示,外源菌剂与土著微生物之间以及各土著微生物之间都会发生竞争作用,能否成为优势菌群取决于是否适应堆肥底物新陈代谢的变化,因此只要选择好菌剂的功能和接种时机,菌剂就能够发挥原有的作用.      

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.     

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.     

高效纤维素分解菌在蔬菜-花卉秸秆联合好氧堆肥中的应用

以滇池流域典型的蔬菜废物和花卉秸秆为堆肥原料,以本实验室筛选、保存的17株纤维素降解菌和1株购买的产黄纤维单胞菌(Cellulomonas Flavigena)为复合接种剂,对不同接种条件和控温条件下的联合堆肥中试进行了研究.实验结果表明,在一次发酵的初始阶段,以体积分数0.5%的接种量向堆肥中接种纤维素降解复合菌剂可有效提高发酵过程堆料中纤维素降解菌的种群密度,并使其迅速成为优势菌群,尤其是当堆体处于控温55℃的工况条件时,其菌群密度可保持在3.84×10⁹～1.80×10¹⁰CFU/g;在二次发酵的初始阶段,以体积分数1%的接种量接种,可有效提高二次发酵阶段堆温的回升.对堆料中木质素和纤维素含量以及堆肥终产物的粒径分布指标--过筛率的检测表明,接种的复合纤维素降解菌可有效地降解堆料中的木质纤维素,接种处理中纤维素的降解率比不接种处理高23.64%,接种处理堆肥终产物的过筛率(2.0 cm)比不接种处理高18.28%.研究表明,用纤维素降解复合菌剂进行二次接种二次发酵,能够有效地促进蔬菜-花卉秸秆联合好氧堆肥中物料的纤维素组分的降解,达到加快堆肥进程,提高堆肥品质的目的.     

堆肥反应器中2种微生物接种剂的堆肥效果研究

在严格控制堆肥条件的情况下,以鸡粪为堆肥基本原料,选用单一微生物巨大芽孢杆菌和复合微生物VT菌为接种剂,通过研究堆肥过程中的温度、氧气浓度、C/N、WSC(水溶性碳)、发芽指数(GI)以及脱氢酶和纤维素酶的活性动态变化来反映这2种微生物接种剂对堆肥效果的影响.结果表明,接种复合微生物菌剂VT的处理在堆肥升温和保持高温效果明显,接种微生物菌剂的2个处理的堆体内氧气浓度都较CK低,其中最低的为接种复合微生物菌剂VT的处理.接种微生物菌剂,C/N下降速度快,WSC浓度相对高,GI值上升速度明显加快,有利于加快堆肥腐熟进程,其中接种复合微生物菌剂VT的效果较单一微生物菌剂巨大芽孢杆菌好.接种微生物菌剂有利于堆肥升温期脱氢酶和纤维素酶活性增加,促进堆肥的氧化还原反应和纤维素的分解,且接种复合微生物VT的效果明显.     

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.     

堆肥过程多阶段强化接种对细菌群落多样性的影响

以生活垃圾为原料进行好氧堆肥,采用多阶段的方式强化接种功能微生物菌剂,利用PCR-DGGE方法并结合聚类分析和Shannon-Weaver指数变化来研究堆肥过程中多阶段强化接种对细菌群落多样性的影响,同时监测木质纤维素降解率的变化.结果表明,多阶段接种堆肥能有效提高堆体降温期和二次发酵期的温度;和普通接种堆肥相比可使半...     

生活垃圾堆肥过程中细菌群落演替规律

应用PCR-DGGE技术研究生活垃圾堆肥过程中的细菌群落演替规律,对堆肥不同时期的宏基因组DNA进行提取,扩增16S rDNA的V3区,分析生活垃圾堆肥过程中细菌群落的变化. DGGE图谱表明,随着堆体温度的升高,DNA条带表现出了明显的动态变化,降温期出现了新的优势条带并趋于稳定,说明堆肥不同时期的细菌群落发生了更替. 对条带分布进行聚类分析,结果表明:以55 ℃为界,将14个堆肥样品划分为2个族,族间的相似性仅为13%,说明堆肥过程中常温期(<55 ℃)和高温期(>55 ℃)微生物群落结构差别较大. 对优势条带回收测序的结果表明:在升温期,堆肥堆体中检测到H. obtusa和人类排泄物中的细菌;但随着温度的升高,具有纤维素降解功能的嗜热微生物Clostridium thermocellum成为堆肥高温期的优势细菌;当堆体温度小于55 ℃时出现了大量的未培养微生物.      

分阶段接菌对中药残渣堆肥腐熟度及微生物多样性的影响

堆肥通常用于处理有机固体废弃物,可通过接种木质纤维素降解功能菌群提高堆肥进程及产品品质.然而,堆肥过程中传统的功能菌群一次性添加方式,不仅造成了堆肥过程中较低的堆肥效率,而且堆肥产品品质也并不稳定.为了探究基于不同接种方法对堆肥过程腐熟度和品质的影响,设置M0（不接菌）、M1（分阶段接菌）及M2（一次性接菌）3个好氧堆肥处理,考察各处理堆肥过程中理化性质变化、木质纤维素降解及微生物群落多样性.结果表明:M1处理下,堆肥至第20天,堆体温度达到51.2℃且拥有最高的嗜热温度（67.8℃）;堆肥至第67天,发芽指数达到83.61%.此外,M1处理下腐殖质增长率、总有机碳降解率、纤维素降解率和木质素降解率均最高,分别为50.20%、53.86%、59.87%和40.61%,远高于其他2个处理.变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析显示,在嗜热期,真菌种群对于木质纤维素生物降解的作用比细菌种群更加突出,并且受到总磷含量、pH、碱解氮含量和碳氮比的显著影响.研究显示,分阶段接菌可以显著提高堆体温度及堆体中木质纤维素降解酶活性,促进堆体腐熟进程及堆肥产品中腐殖质等养分积累.      

一种快腐菌剂在堆肥制作中的应用研究

在接种和未接种条件下,研究了一种菌剂YD-KFI对堆肥制作效果.结果发现,接种该菌剂加快堆肥升温速度、提高最高温度、延长高温维持时间;堆肥制作的升温期和高温期,接种菌剂分别促进了淀粉、可溶性糖和粗纤维等物质的降解,加快了堆肥的腐熟进程.采用PCR-DGGE方法,分析该菌剂对堆肥制作不同阶段微生物群落的影响,发现在堆肥制...     

三阶段控温堆肥过程中接种复合微生物菌群的变化规律研究

接种复合微生物是提高堆肥效率的主要方法之一,但由于堆料中土生微生物的竞争,较高浓度的土生微生物浓度会抑制接种微生物的长生繁殖.实验表明:当堆料中土生微生物初始浓度为4×10⁸CFU/g时,所接种的微生物不增殖,且随着堆肥的进行,浓度下降很快;而非接种微生物增殖很快,最高浓度可达10¹⁰CFU/g.当土生微生物浓度降低至4×10⁵个/g,接种微生物增殖较快,最高达10¹¹CFU/g.因此,本文利用堆肥自身产热和少许外来热源加热的三阶段控温法进行堆肥.使堆温在4 h内迅速升到70℃以上,并维持8 h,从而使土生微生物浓度降至4×10⁵个/g以下,并起到软化堆料,便于微生物降解的目的.待温度冷却至35℃～45℃时,接种复合微生物,使其快速生长繁殖,数量从10⁸ CFU/g上升到10¹¹CFU/g(干样品),且接种微生物以非接种做生物保持优势地位,从而快速分解垃圾中的有机物.由于在最终产品中含有大量接种有益微生物,可利用其作为菌肥进行回流接种堆肥,以增加堆料中接种微生物数目、改善堆肥微环境、节约菌剂用量、缩短堆肥发酵周期和降低堆肥成本.但利用接种微生物堆肥产品作为菌肥反复接种时,随着反复次数的增加,非接种微生物高浓度繁殖;接种微生物和非接种微生物浓度比约为1:3(反复接种5次),浓度情况发生了逆变.因此,回流菌肥反复接种5次后,接种菌剂基本上就不再起作用了.     

接种纤维素降解菌对牛粪堆肥微生物群落的影响

以牛粪和稻草为堆肥原料,利用传统培养法和PCR-DGGE技术相结合对接种纤维素降解菌后堆肥的微生物群落的动态变化进行了分析.结果表明,接种菌堆肥与自然堆肥相比,微生物数量的变化趋势快于自然堆肥,接种菌在堆肥初期能够激发微生物增殖,快速启动堆肥发酵,缩短堆肥进程.接种菌堆肥比自然堆肥的DGGE凝胶图谱条带的差异性大,接种...     

外接菌种对污泥堆肥效能及堆体细菌群落的影响

以污泥、锯末、蘑菇渣为堆肥原料,分阶段添加高温复合菌和白腐真菌,通过测定温度、pH、有机质、水溶性有机碳、含水率、总氮、NH_4~+-N、NO_3~--N和种子发芽率,比较了外接菌种对堆肥效能的影响.利用高通量测序技术,研究了污泥堆肥过程中细菌群落结构变化及外接菌种对细菌群落的影响.结果表明,外接菌种可以延长堆体高温持续时间,降低氮损失,加快堆体腐熟脱毒.在整个堆肥过程中,细菌群落结构发生了较大的演变,同一堆肥的不同阶段的细菌群落结构相似性较低,同一时期不同堆肥的细菌群落结构相似性较高.外接菌种提高了堆体中细菌群落的丰富度,增加了高温期优势菌的所占比例,但未改变优势菌的种类.典型对应分析(CCA)表明pH对细菌群落结构的影响最大,温度主要与9个菌属呈正相关关系.     

添加猪粪对不同施肥历史土壤细菌群落的影响

为探讨粪肥携带的微生物对土壤微生物的影响，以长期施用粪肥和化肥的土壤为研究对象，耦合传统微生物学培养方法和现代分子微生物学方法，分析了猪粪和灭菌猪粪对2种土壤的细菌数量、群落结构和热代谢活性的影响.结果表明，以9.0t/hm²的用量施入时，猪粪和灭菌猪粪对两种土壤中的可培养细菌数量以及细菌16S-rRNA拷贝数均无明显影响；土壤中的土著微生物对猪粪携带的外源细菌在土壤中定殖具有明显的抑制作用，将2种土壤灭菌后添加猪粪，可培养细菌平均数量较未灭菌土壤分别增加45.96和96.21倍.粪肥输入的化学物质未导致土壤细菌群落结构和相对丰度发生明显变化；而粪肥输入的外源细菌Marinilabiaceae、Porphyromonadaceae、Bacteroidale和Pseudomonadaceae则可以在长期施用化肥的土壤中定殖并对相应的细菌丰度造成影响，但是在长期施用粪肥的土壤中，这些细菌在最开始就被抑制.添加粪肥提高了长期施用化肥土壤的微生物热代谢活性，但对长期施用粪肥的土壤无明显影响.长期施用化肥的土壤受粪源细菌的影响较大，而长期施用粪肥的土壤对粪肥的敏感度降低，对粪肥携带的外源细菌的抑制作用增强.     

畜禽粪便和桃树枝工业化堆肥过程中微生物群演替及其与环境因子的关系

为了解畜禽粪便和桃树枝工业化堆肥中微生物群落的变化,本研究以猪粪、桃树枝和腐熟有机肥为堆肥原料进行堆肥,通过测定理化指标和利用高通量测序技术,分析了堆肥中理化参数的变化和堆肥微生物群落结构变化.理化参数结果表明,堆体于第2 d快速进入高温期,整个高温期持续30 d;堆肥过程中有机质含量呈波动性变化,但总体下降;堆肥结束时TN含量为20. 58 g·kg~(-1),与堆肥初期相比损失了5. 90%.α多样性分析表明,不同好氧堆肥时期具有不同的微生物群落多样性.在细菌门水平上,厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)在整个堆肥过程中占主导地位,其相对丰度所占比例分别为79. 31%～95. 09%和2. 98%～19. 70%;此外,在堆肥初期,厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)相对丰度分别为87. 36%和9. 66%,在堆肥末期,两者的相对丰度分别为79. 38%和19. 70%;在细菌属水平上,随着堆肥的进行,优势类群从Clostridium_sensu_stricto_1、Terrisporobacter和Bacillus演变为norank_f_Bacillaceae、Bacillus、Oceanbacillus和Pseudogracilibacillus;在真菌门水平上,Ascomycota始终为优势门类;在真菌属水平上,norank_c_Sordariomycetes的比例逐渐增加,在堆肥末期成为优势类群.冗余分析结果显示,环境因子对细菌和真菌群落结构影响相关性排序均为pH铵态氮温度 TOC TN,其中pH对微生物群落组成影响最大. norank_c_Sordariomycetes、norank_o_Sordariales和norank_c_Agaricomycetes可能与铵态氮的挥发有关.     

磺胺抗性消长与堆肥进程的交互特征

基于添加和不添加磺胺药[m(磺胺二甲嘧啶SM2)∶m(磺胺-6-甲氧嘧啶SMM)=1∶1]的好氧堆肥试验,分析堆肥过程中鸡粪理化性质、微生物群落代谢特征、磺胺抗生素以及5种抗性基因变化,探明磺胺抗性消长与堆肥过程的交互特征.结果表明,磺胺药添加抑制了堆肥基础呼吸,延长了堆体达到高温的时间,减缓了养分转化速度,显著影响堆肥中期微生物群落结构特征.鸡粪中SMM和SM2在堆肥14 d内即可完全降解,且SMM降解速率高于SM2.随堆肥进行,sul1和sul2呈先下降后轻微回升的趋势,磺胺药添加对sul1和Int I1丰度无明显提高作用,但可促进sul2扩散.堆肥过程中,tet Q和tet W变化与磺胺抗性基因不同,但磺胺药添加亦增加tet Q和tet W相对丰度.冗余分析结果显示,温度与sul1、sul2和Int I1明显负相关,与tet Q和tet W无明显相关性;5种抗性基因相对丰度均与碳氮比和硝态氮含量负相关,与p H、含水率和铵态氮含量正相关.     

四环素对人粪便好氧堆肥过程及微生物群落演替的影响

以人粪便和锯末为实验材料,研究了四环素(TC)对好氧堆肥过程中理化性质、酶活性以及微生物群落演替的影响.实验共设4个处理:CK(不添加TC)、TC100(100 mg·kg~(-1)TC)、TC250(250 mg·kg~(-1)TC)和TC500(500 mg·kg~(-1)TC).采用高通量16S rRNA基因测序技术对堆肥中微生物群落结构进行分析.结果表明,TC对堆肥理化性质的影响与其浓度有关,堆肥中TC浓度的增加显著抑制了堆肥温度的升高,增加了水溶性碳(WSC)的残留,降低了种子发芽率(GI)并抑制了脱氢酶活性(DHA).堆肥温度、WSC、GI和DHA等堆肥参数都可以用来表征堆肥的腐熟度,以上结果表明堆肥中TC浓度高达500 mg·kg~(-1)时,TC阻碍了人粪便好氧堆肥过程并影响堆肥产物的腐熟.而且,TC浓度的增加显著改变了堆肥中的微生物群落演替,降低了微生物的多样性和丰度.TC对堆肥过程和堆肥产物腐熟的主要不利影响是对微生物群落结构的干扰和对生物活性的抑制.     

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.     

环丙沙星胁迫猪粪生物转化中抗性基因微生物响应分析

抗性基因（Antibiotic Resistance Genes,ARGs）是一种新兴污染物,持续累积会引发环境健康风险,也可通过水平转移诱导耐药细菌产生,从而危害人类健康与国家生物安全.当前关于ARGs的研究多集中于水、土壤、大气等环境介质,固体废弃物领域ARGs研究尚局限于其丰度变化与影响因素方面,对抗生素-ARGs剂量-效应关系、导致ARGs丰度变化的微生物响应机制仍有待深入研究.基于此,开展了不同浓度水平环丙沙星（Ciprofloxacin,CIP）胁迫下猪粪堆肥试验,环丙沙星添加量分别为25 mg/kg（A25）、50 mg/kg（A50）、100 mg/kg（A100）,同时设置空白对照0 mg/kg（CK）.采用分子生物学手段、网络分析、统计学分析等方法,解析了不同浓度环丙沙星胁迫猪粪好氧堆肥过程中喹诺酮类ARGs丰度变化的微生物响应关系,并重点探讨了潜在宿主菌中致病菌的分布及其与ARGs的相关性.结果表明:①经堆肥处理,CK、A25和A100堆体中喹诺酮类ARGs总丰度均受到不同程度削减,A50堆体中ARGs总丰度未被削减（升高2.73倍）.而高温期除CK外,3个处理组中ARGs丰度均显著降低（P < 0.05）,表明堆肥高温期或是削减ARGs的关键阶段.②狭义梭菌属（Clostridium_sensu_stricto_1）、水微菌属（Aquamicrobium）、乳杆菌属（Lactobacillus）及交替赤杆菌属（Altererythrobacter）既是堆肥环境中优势菌属,也是喹诺酮类ARGs潜在宿主微生物,主要分布在厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）.③丰度较高的致病菌Clostridium_sensu_stricto_1和链球菌（Streptococcus）是喹诺酮类ARGs的潜在宿主菌,且至堆肥腐熟期,仍有部分致病菌均未被完全去除,可见猪粪堆肥过程中存在ARGs向致病菌转移的环境健康风险.研究显示,加强高温期干预调控,是有效阻控ARGs环境污染行为的关键节点,研究可为固废资源化过程中ARGs环境健康风险防控提供参考.