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.     

畜禽粪便中多重耐药细菌及耐药基因的分布特征

为了解畜禽粪便中多重抗生素耐药细菌及耐药基因的污染特征,采用微生物培养的方法调查了鸡粪、猪粪中多重耐药细菌的数量,并挑取部分菌株进行16S rDNA鉴定和抗生素敏感性试验;进一步通过高通量测序技术解析多重耐药细菌的群落结构,利用高通量定量PCR对粪便中176种耐药基因的分布情况进行研究.结果表明,不同鸡粪、猪粪中对四环素、环丙沙星和庆大霉素同时耐药的多重耐药细菌比例在7.96%~12.40%;单菌株鉴定和群落结构分析均显示,可培养的多重耐药细菌主要集中在Escherichia(埃希氏杆菌属)、Acinetobacter(不动杆菌属)和Proteus(变形杆菌属)中.与未饲用抗生素的猪粪相比,猪粪样品中耐药基因的总富集倍数达到1.96×10~4~1.54×10~5倍,各类耐药基因的富集情况为:四环素类β-内酰胺类MLSB(大环内酯、林可酰胺和链阳性菌素B类)氨基糖苷类FCA(氟喹诺酮、喹诺酮、氟苯尼考、氯霉素和酰胺醇类)磺胺类万古霉素类.     

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.     

鸡粪与猪粪所含土霉素在土壤中降解的动态变化及原因分析

采用室内模拟培养实验,研究不同用量鸡粪与猪粪所含土霉素在土壤中降解的动态变化规律及消解途径.结果表明,畜禽粪便中土霉素在土壤中能迅速进入降解期,含量变化呈"L"型,但不同粪肥种类和用量处理的降解率和变化幅度有显著差异(P<0.05).180 d时,鸡粪处理土壤中OTC的降解率高于猪粪处理,半衰期分别为26.98 d和31.32 d.低用量鸡粪和猪粪处理土壤中OTC降解率最大,对应分别可达84.06%和80.47%.降解率与畜禽粪便用量呈负相关,与时间呈正相关且可用v=A+Blnt回归方程拟合(r>0.96).土霉素进入土壤50 d时,光降解量占减少总量的20.03%,下降了25.05%;微生物降解量占3.16%,增加了2.50%.可见,鸡粪所含土霉素在土壤中的降解情况好于猪粪,光照对土壤中土霉素有较好的降解作用,土壤微生物降解作用很小,且随着培养时间的延长,微生物降解增加,光降解减弱.     

有机肥源磺胺类抗生素在土壤中的降解规律及影响因素分析

运用室内模拟降解法,研究了有机肥源磺胺类抗生素(磺胺嘧啶、磺胺甲嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺二甲氧嘧啶和磺胺甲恶唑)在光照或避光条件下、不同类型土壤中的降解能力.结果表明,5种磺胺类药物在土壤-粪便混合基质中的降解规律均呈"L"型;不同磺胺在土壤中的降解性与药物自身性质相关,江西红壤中降解半衰期长短顺序为:磺胺甲恶唑磺胺二甲嘧啶磺胺嘧啶磺胺甲嘧啶磺胺二甲氧嘧啶;土壤中有机质含量越高,磺胺类药物在土壤中降解性越强,其降解速率大小为:东北黑土≈太湖水稻土江西红壤;磺胺类药物在土壤-粪便混合基质中的降解速率显著大于单一土壤,粪便的加入对磺胺类抗生素的降解性有较大促进作用,光照作用则相对影响较小.     

畜禽粪便堆肥降解残留抗生素的研究进展

兽用抗生素的广泛使用导致了畜禽粪便中抗生素的大量残留,直接将粪便作为有机肥料使用会引起抗生素在环境中的进一步扩散。堆肥技术被认为是一种粪便无害化和资源化处理的简便易行方法,能有效去除粪便中大部分残留的抗生素。文章对畜禽粪便中抗生素的残留概况做了总结,并对堆肥过程中影响抗生素降解的主要因素如温度、通风、C/N、重金属、抗生素类型以及微生物影响降解效率的机制进行了分析。最后,简单介绍了抗生素降解动力学模型的研究和抗生素检测的方法,并对今后抗生素堆肥降解研究的方向提出了建议。     

养猪微生物发酵床垫料细菌多样性分析

为揭示养猪微生物发酵床垫料细菌群落的多样性,明确发酵程度对垫料细菌群落结构的影响.本研究基于高通量测序技术分析了微生物发酵床3个发酵等级垫料的细菌群落特征.测序共获得1198467条序列,包括33个门、73纲、272科,600属的细菌,发酵床垫料细菌多样性与发酵等级相关.其中中度发酵垫料细菌数量最多,深度发酵垫料细菌种类最多.拟杆菌门、变形菌门、放线菌门和厚壁菌门是优势菌类群.随着发酵等级的增加,垫料中的葡萄球菌科和皮杆菌科细菌含量减少,说明发酵床可以抑制致病菌,保护养殖健康.在3个发酵阶段,微生物发酵床中起主要降解作用的细菌不同.在轻度发酵时期,黄单胞杆菌科和间孢囊菌科细菌是主要的降解菌群;在中度发酵时期,变形菌门的腐螺旋菌科、拟杆菌门的黄杆菌科、放线菌门的棒状杆菌科和异常球菌-栖热菌门的特吕珀菌科起主要降解作用;在深度发酵时期,厚壁菌门梭菌目瘤胃菌科、拟杆菌门的紫单胞杆菌科、变形菌门的产碱菌科和假单胞菌科起降解作用.随着垫料等级的增加,粪便中的指示菌——瘤胃菌含量增加,可作为垫料更换的信号.PICRUSt分析显示随着发酵等级增加,细菌代谢水平下降.本研究可为发酵床猪粪的生物降解提供理论依据,同时为发酵床垫料的管理与维护提供参考.     

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.     

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.     

畜禽粪便改良土壤中E1和E2自然降解的影响因素

研究了E1(雌酮)和E2(17β-雌二醇)在牛粪、猪粪和鸡粪改良土壤自然降解过程中灭菌、光照和温度的影响以及泰乐菌素与吐温80的复合影响. 对比灭菌和未灭菌环境中E1和E2的降解效果表明,灭菌能显著抑制E1的降解,而对E2的降解影响不显著;对比光照和黑暗环境中E1和E2的降解可知,光照对二者的影响不大;在前2种条件下,E1和E2的降解效果(以去除率计)不受粪便类型的影响. 在0～35 ℃,雌激素E1和E2的去除率随温度的升高呈增大趋势,其中E1在牛粪改良土壤中的去除率由1.21%增至58.04%,E2的去除率由1.24%增至48.93%;环境中共存的吐温80能促进E1和E2的降解,当泰乐菌素与吐温80共存时,可有效促进E2的降解.      

不同原料厌氧发酵及其微生物种群的研究

使用PCR-DGGE技术,对以鸡粪、猪粪、牛粪、秸秆为发酵原料的发酵体系的微生物群落多样性进行了研究.在发酵不同时间取样,进行了日产甲烷量、日产甲烷浓度的变化分析和DGGE分析.结果表明,日产甲烷量整体趋势为猪粪>鸡粪>秸秆>牛粪,日平均产甲烷量分别为2.67、2.24、0.99、0.49L;猪粪、鸡粪、秸秆的日产甲烷浓度在整个发酵周期大多可维持在50%以上,牛粪的日产甲烷浓度大部分时间低于30%;细菌的优势菌群有拟杆菌属(Bacteroidetes)、密螺旋体属(Treponema)、厌氧绳菌科(Anaerolineaceae)等,新增优势菌群有梭菌属(Clostridium)、脱硫叶菌属(Desulfobulbus)、毛螺旋菌科(Lachnospiraceae)、醋弧菌属(Acetivibrio);古菌的优势菌群有甲烷鬃菌属(Methanosaeta)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales),新增优势菌群有斯氏甲烷球菌属(Methanosphaera stadtmanae).     

紫色土丘陵区畜禽养殖场土壤中抗生素抗性基因分布特征

鉴于紫色土高垦殖丘陵区土壤中抗生素抗性基因的潜在生态环境风险,本研究采用高通量荧光定量PCR技术,分析了抗生素抗性基因在不同类型畜禽养殖场(养猪场、养鸡场和养牛场)土壤中的丰度和多样性.结果表明,3种养殖场土壤中共检出79种抗生素抗性基因和5种可移动基因元件,其中多重耐药类基因是养殖场土壤中丰度最高的耐药基因.不同养殖场土壤中抗生素抗性基因的丰度和多样性均表现为养鸡场和养猪场样品高于养牛场土壤,且3种养殖场土壤样品中的抗性基因表现出不同的类别分布特征.养殖场土壤中较高的可移动基因元件丰度,及其与抗生素抗性基因丰度显著的相关性(P0. 05)说明,可移动基因元件可能促进了抗生素抗性基因在养殖场土壤中的迁移和扩散.     

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.     

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.     

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(P<0.05).PM组土壤微生物多样性显著高于CK组(P<0.05),OF组土壤微生物群落丰富度显著高于CM组(P<0.05).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(P<0.01),达40.56%,但显著增加了硝化细菌陶厄氏菌属(Thauera)的相对丰度(P<0.05),达203.00%; PM组显著增加了氨化细菌Armatimonadetes的相对丰度(P<0.05),达57.51%,还增...