土霉素在鸡粪好氧堆肥过程中的降解及其对相关参数的影响

为了探明四环素类抗生素在鸡粪好氧堆肥过程中的降解及其对鸡粪好氧堆肥过程参数的影响,采用室内好氧堆肥法,以土霉素为四环素类抗生素模式化合物,研究了鸡粪好氧堆肥过程中,不同起始浓度土霉素在鸡粪好氧堆肥过程中的降解及其对堆体温度、pH、发芽指数等指标的影响.结果表明:①土霉素在鸡粪堆肥初期(0～10 d)降解较快,随后逐渐减缓.在堆肥开始0～10 d内,添加浓度为25 mg·kg-1处理组土霉素降解最快,去除率达67.43%;添加浓度为75 mg·kg-1处理组土霉素降解最慢,去除率仅为45.91%.土霉素在各堆肥处理中的降解均符合一级动力学方程,其相关系数介于0.911 1～0.991 3.②土霉素对鸡粪堆肥过程具有一定的影响.土霉素处理在一定程度上降低了鸡粪堆肥堆体温度升高的速率,缩短了堆肥高温期的时间.③高浓度(100 mg·kg-1)土霉素处理对鸡粪堆肥过程中pH等指标是有影响的,堆肥第42 d时,堆体pH较对照增加4.58%;堆体TN、WSC分别较对照增加12.62%和49.06%;堆体NH4+-N较对照增加35.30%.④土霉素能够在一定程度上降低鸡粪堆肥堆体的腐熟度.当土霉素初始添加浓度低于50 mg·kg-1时,对腐熟度没有太大影响,而当土霉素初始浓度>50mg·kg-1可以显著降低鸡粪堆肥产品的腐熟度,主要表现为NH4+-N/NO3--N>0.5,GI<80%.结果表明,尽管土霉素在鸡粪好氧堆肥中可以快速降解,半衰期仅为1.79～4.88 d,但当鸡粪中土霉素浓度高于50 mg·kg-1即会抑制堆肥过程的顺利进行.     

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.     

锌污染对猪粪堆肥过程中氧化还原类酶活性的影响

以猪粪和秸秆为主要试验材料,添加不同浓度重金属Zn,采取发酵罐处理方法,在好氧高温条件下,研究了重金属锌污染对猪粪堆肥过程中多酚氧化酶、脱氢酶活性的影响,以及对堆腐过程堆体温度、堆料pH值、胡敏酸E4/E6值的影响.结果表明:①CK以及低量重金属Zn污染的堆料升温快,高温期持续时间长,达到无害化处理.②Zn含量为600mg·kg-1和900mg·kg-1的堆料E4/E6平均值小,有利于腐殖质的缩合和芳构化.③Zn含量为600mg·kg-1的堆料多酚氧化酶平均活性、脱氢酶平均活性最高,有助于堆料中木质素的降解及其产物的转化、微生物生长繁殖.④Zn含量为300mg·kg-1、600mg·kg-1、900mg·kg-1的堆料对pH有较强的控制能力,其脱氢酶活性均表现出一定的不稳定性,可能是重金属对脱氢酶活性有抑制作用的同时发生"抗性酶活性现象".     

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.     

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.     

磺胺甲噁唑对堆肥过程中酶活性及微生物群落功能多样性的影响

为了探讨磺胺甲噁唑(Sulfamethoxazole,SMZ)对猪粪堆肥过程的影响,以猪粪、小麦秸秆为试验材料,研究了SMZ对好氧高温堆肥过程中温度、脱氢酶活性及微生物群落功能多样性的影响.结果表明,在整个堆腐过程中,SMZ含量为50 mg·kg-1的处理中脱氢酶活性受到不同程度的抑制作用;SMZ含量为95 mg·kg-1时对脱氢酶活性有激活作用.SMZ含量为95 mg·kg-1的处理中AWCD值与未添加SMZ的处理差异不显著,Simpson指数显著高于其他处理,有利于提高微生物的优势度,Shannon多样性指数显著高于未添加SMZ的处理,提高了微生物群落的丰富度和均匀度.SMZ含量为50 mg·kg-1的处理中AWCD值显著低于其他处理,对微生物活性具有一定的抑制作用.SMZ含量为50 mg·kg-1的堆料中微生物对多酚化合物类和多胺类等物质利用率显著低于其他处理,SMZ含量为95 mg·kg-1的堆料中微生物对糖类、多聚物类及多胺类等物质利用率较低.主成分分析表明,堆料中微生物中起分异作用的碳源主要为糖类、羧酸类及AA酸类.     

重金属Zn对猪粪堆肥过程中微生物群落的影响

利用Biolog微平板技术,对不同浓度重金属Zn影响下堆料微生物群落多样性进行了研究.结果表明,较低浓度Zn处理（Zn含量分别为0mg.kg-1,300mg.kg-1,600mg.kg-1,900mg.kg-1）的堆料升温快,在高温期持续时间长,并达到无害化处理,堆料微生物中起分异作用的碳源主要为多聚物类和糖类.重金属...     

通风控制方式对动物粪便堆肥过程中氮、磷变化的影响

以动物园内的动物粪便和水杉落叶为原料,分别采用时间-温度联合控制(Ⅰ号堆体)、时间控制(Ⅱ号堆体)的强制通风控制方式进行堆肥试验,考察了2种强制通风控制方式对动物粪便堆肥过程中氮、磷元素变化的影响.研究结果表明,经过51d的堆肥化以后,Ⅰ、Ⅱ号堆体的NH4 -N平均含量分别从0.95 g·kg-1和0.78 g·kg-1下降到0.36 g·kg-1和0.62 g·kg-1,NO3--N平均含量分别从152mg·kg-1和120mg·kg-1增加到351 mg·kg-1和243 mg·kg-1.由于"浓缩效应",堆肥过程中TN、TP、速效磷的含量均有所增加,Ⅰ、Ⅱ号堆体的TN平均含量分别从16.05 g·kg-1和15.71 g·kg-1增加到19.70 g·kg-1和21.41 g·kg-1,TP平均含量分别从8.17 g·kg-1和8.23 g·kg-1增加到9.38 g·kg-1和9.62 g·kg-1,速效磷平均含量分别从1.83 g·kg-1和1.99 g·kg-1增加到2.81 g·kg-1和3.57 g·kg-1.统计分析结果表明,这2种强制通风控制方式对堆肥过程中速效磷含量变化有着显著的影响(p=0.002),但对其它指标(C/N比、NH4 -N、TN、NO3--N、TP)含量变化的影响却不显著(p＞0.05).     

青霉素菌渣堆肥过程中青霉素钠降解菌的分离与鉴定

为了研究开发青霉素发酵菌渣堆肥资源化与无害化技术,采用传统的富集、分离、纯化等微生物学方法,在青霉素菌渣与猪粪混合堆肥过程中筛选出一株青霉素钠高效降解菌——PC-2,并对其进行形态表征和基于16S rRNA基因序列的微生物种属鉴定. 结果表明:菌株PC-2属螯合球菌属(Chelatococcus sp.),其能够利用青霉素钠为唯一碳源生长,但外加碳、氮源可显著提高菌株PC-2对青霉素钠的降解效率. 当葡萄糖为碳源、蛋白胨为氮源、菌株PC-2接种量为14%、pH为6~8时,菌株PC-2在37 ℃下振荡培养6 h,对初始ρ(青霉素钠)为400 mg/L的青霉素钠的降解率可达98%以上. 自堆肥过程中获取高效青霉素钠降解菌PC-2,预示着其在菌渣堆肥过程中的应用潜力,也有助于深入开展青霉素制药菌渣的安全有效与无害化处理处置方法的研究.      

复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响

秸秆资源化利用对于农业环境保护和可持续农业发展具有重要意义.利用实验室分离获得的15株高效纤维素降解菌,筛选出可有效降解秸秆的复合菌剂JFB-1,研究了复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响.结果表明,接种该复合菌剂能将秸秆堆肥的单个发酵周期缩短1~2 d,堆肥中有机质含量达到403.5~515.1 g·kg-1,C/N比降低至15.30~10.53.盆栽试验发现,施用水稻秸秆堆肥的效果总体好于相应的芦笋秸秆堆肥.与水稻秸秆对照堆肥比较,施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥150 g·kg-1时,土壤中有机质和全氮含量分别提高33.5%和7.3%,土壤脲酶和纤维素酶活性分别提高16.7%和30.8%;与不施肥处理比较,施用秸秆堆肥可改善土壤微生物群落结构,增加微生物多样性指数.当施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥100 g·kg-1时,栽培30 d的普通白菜生物量比水稻秸秆对照堆肥提高46.4%,表明复合菌剂JFB-1在秸秆堆肥中具有很大的应用潜力.     

高温堆肥对猪粪中四环素类抗生素及抗性基因的影响

为了研究高温堆肥对猪粪中抗生素及抗生素抗性基因的影响,对不同堆肥处理中的四环素类抗生素(四环素、土霉素、金霉素)及其抗性基因(tetA、tetC、tetG、tetM、tetQ、tetW)的动态变化进行了定量研究.结果表明:低剂量组(10 mg·kg~(-1))中四环素、土霉素、金霉素的去除率分别为91%、94%、92%,高剂量组(50 mg·kg-1)中四环素、土霉素、金霉素的去除率分别为60%、62%、71%.在堆肥过程中,抗生素处理组目标基因相对丰度高于对照组,而低剂量组目标基因相对丰度(tetW除外)又普遍高于高剂量组.经堆肥处理后,tetA的相对丰度增加,tetC、tetG、tetM、tetQ、tetW的相对丰度均下降.高温堆肥可以有效去除猪粪中一定浓度的四环素类抗生素,并对四环素类抗性基因也有一定的削减作用.     

磺胺甲噁唑对猪粪堆肥过程中堆料性质与酶活性的影响

以猪粪、小麦秸秆为材料,研究了磺胺甲噁唑（SMZ）对高温堆肥过程中理化性质（温度、pH值、E₄/E₆）和酶活性（纤维素酶、磷酸酶、脲酶、多酚氧化酶）的影响.结果表明：SMZ对堆肥理化性质的影响与其浓度有关.高浓度（95 mg·kg^-1）SMZ会对微生物活性产生显著抑制作用,表现出堆肥温度难以达到无害化标准,堆料pH值较低（<9.0）.但高浓度（95 mg·kg^-1）SMZ能激活多酚氧化酶活性,且水提浸液E₄/E₆值较低.在堆肥过程中,SMZ对纤维素酶和脲酶活性呈现出“抑制-激活-抑制”的作用,50 mg·kg^-1的SMZ对纤维素酶产生不同程度的激活作用.相比之下,脲酶活性对SMZ的敏感性比纤维素酶更敏感,5 mg·kg^-1的SMZ即能显著抑制脲酶活性,中浓度（50 mg·kg^-1）的SMZ对碱性磷酸酶活性产生了显著的抑制作用.综上,SMZ通过影响酶活性而影响堆肥过程的物质转化.此外,SMZ浓度越大,种子发芽指数越低.当SMZ≥50 mg·kg^-1时,堆肥难以腐熟而对植物毒性较大.     

施用不同来源粪肥对土壤中抗生素淋溶的影响

含有抗生素的粪肥进入农田土壤中对土壤生态系统和水体环境产生危害,同时也会造成抗生素耐药性的传播,对环境安全和人体健康存在威胁.本研究采用土柱淋溶法,以添加四环素类抗生素（四环素、土霉素和金霉素）的猪粪（PM-T）、牛粪（CM-T）、鸡粪（CHM-T）及空白处理（CK-T）为实验组,未添加抗生素的处理为对照组,研究了模拟淋溶条件下施用不同来源粪肥对土壤理化指标和细菌丰度的影响,阐述不同处理四环素类抗生素的迁移规律.结果表明,相比于CHM-T和CM-T处理组,四环素类抗生素更容易在PM-T处理中累积,残留量为0.90~6.91 mg·kg^-1,明显高于其他处理（0.33~4.42 mg·kg^-1）;相比于表层土壤（0~4 cm）,四环素类抗生素在下层土壤（16~24 cm）的浓度更高.PM-T处理土壤中TN和NH₄⁺-N含量分别增加44 mg·kg^-1和14.11 mg·kg^-1,明显高于其他处理.在抗生素的抑制作用下土壤中细菌丰度减少,PM-T处理土壤中的细菌丰度降低39.66%,高于其他添加抗生素处理组（12.38%~35.26%）.CHM-T处理中抗生素更容易从土壤中淋出,淋出总量为9.91 mg,明显高于其他粪肥处理组（P<0.05）.TN、NH₄⁺-N、四环素、土霉素和金霉素等指标为第一主成分因子,解释量为54.55%,其土壤中的含量与土层深度正相关.总结得出,以猪粪为原料的粪肥处理中四环素类抗生素更容易累积在土壤中,特别是土壤下层,同时更容易造成土壤中微生物环境的改变;而以鸡粪为原料的粪肥施用后抗生素更容易淋出土壤,增加水体污染的风险.     

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.     

污泥堆肥过程中氮素形态的变化

以污水污泥(SS)为原料,小麦秸秆糠(WSB,粒径小于0.5cm)和小麦秸秆段(WSS,长度约3cm)为调理剂,采用强制通风静态好氧堆肥与自然通风好氧堆肥相结合的堆肥方法进行了为期120d的堆肥化处理,研究了堆肥化过程中各种氮素形态的变化特征.结果表明,在堆肥过程中,2次处理的堆温变化明显呈现出升温期、高温期和降温期3个阶段.在堆肥过程中,处理ss WSB比处理ss WSS的堆体升温快,高温期持续时间长,并且堆体的含水率也高.处理ss WSB和处理ss WSS的pH值分别从初始的8.74和8.06下降为6.69和6.18,TN含量分别从21.16g·kg-1和11.57g·kg-1增加到31.93g·kg-1和28.02g·kg-1,C/N比分别从23.39和22.90下降到15.31和13.75,水溶性总凯氏氮(TKN(w))含量降低幅度分别为70.43%和34.05%,NH -N含量分别从3.43g·kg-1和1.31 g·kgll下降到0.35g·kg-1和0.42g·kg-1并且在2次处理中NH1 ;-N与pH达到最大值的时间相一致.处理SS WSS比处理SS WSB的高温持续时间短,NO-3 -N含量高,含量高,说明控制堆体的高温期持续时间,有利于硝化反应的进行.处理SS WSB和处理SS WSS的种子发芽指数(GI)在堆肥结束时分别为115.8%和97.52%,说明处理SS WSB的腐熟情况明显优于处理SS WSS.统计分析结果表明,添加不同形态的小麦秸秆作为调理剂对污泥堆肥中pH、NO;.N、GI、含水率、TN、水溶性凯氏氮(TKN(W))和NH 4-N含量变化的影响显著(P<0.05);对C/N比变化的影响不显著(P=0.125);2次处理中NH 4-N的含量对pH的影响均显著(P均为0.027).     

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.     

鸡粪好氧堆肥氨氧化霉菌的筛选及氮转化能力的研究

为明确鸡粪好氧堆肥过程氨氧化霉菌的存在情况及其氮转化能力,以鸡粪好氧堆肥中分离的10株霉菌为对象,采用氨氧化霉菌培养基筛选氨氧化菌株;对所选菌株进行生长量及氮转化指标的测定及相关分析,以明确菌体生长与氨氧化作用的关系;对确定的高效氨氧化菌株进行氮转化能力测定,并做回归堆肥的效果验证.结果表明,所试菌株均能氧化NH4+-N生成亚硝态氮和硝态氮,证明在鸡粪好氧堆肥过程中存在氨氧化霉菌,且提示该环境的霉菌可能具有普遍的氨氧化能力;氨氧化霉菌生成的亚硝态氮和硝态氮总量、菌体干重、菌体凯氏氮量间均存在着显著的正相关;确定的2株高效氨氧化菌株M25-22(Penicilliumsp.)与M40-4(Aspergillussp.)在培养基中培养144h后,均能使NH4+-N降低0.3mg·mL-1以上,生成亚硝态氮和硝态氮总量约在1.1×10-3mg·mL-1和1.5×10-3mg·mL-1;2株菌回归堆肥后,均能使堆肥体系中NH4+-N含量明显降低,硝态氮及总氮含量明显增加,这对减少堆肥过程氮素损失具有实际意义.