外加纤维素酶和α-淀粉酶对猪粪厌氧发酵的促进机制

为有效缩短有机物厌氧发酵限制阶段的反应时间,提高发酵底物的生物产甲烷效率,以猪粪为发酵底物,添加外源纤维素酶和α-淀粉酶,应用一级动力学模型和Gompertz模型拟合厌氧发酵过程.结果表明:适量添加纤维素酶和α-淀粉酶对厌氧发酵系统的水解反应具有积极的促进作用,当两种酶的总添加量为40 mg/g、纤维素酶和α-淀粉酶配比为1:3时促进作用最为显著,其多糖浓度、TVFAs（乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的统称）浓度峰值、累积沼气产气量、甲烷产率（基于猪粪中挥发性固体含量计算）分别为4 494 mg/L、8 666 mg/L、187 688 mL、392.1 mL/g,与CK（对照）组比分别提高了171.0%、23.3%、23.5%、24.3%.相关性分析表明,外源酶的添加对厌氧发酵系统中微生物可利用的C/N具有显著影响,可有效促进TVFAs转化产甲烷,当纤维素酶和α-淀粉酶配比为1:3时,厌氧发酵过程具有最大反应速率〔32.95 mL/（g·d）〕,与CK组相比水力停留时间（HRT）缩短了2.5 d,生物产甲烷效率提高了24.3%,厌氧发酵过程符合Gompertz模型（R2=0.999 2）.研究显示,纤维素酶和α-淀粉酶对促进猪粪厌氧发酵有协同作用,当α-淀粉酶添加量不超过30 mg/g时,α-淀粉酶添加量与甲烷产率呈正相关;当纤维素酶添加量超过10 mg/g时,纤维系酶添加量与甲烷产率呈负相关.      

猪粪中有机成分对生物产甲烷潜力的影响研究

为研究不同生长期猪粪中有机成分对生物产甲烷潜力的影响关系,文章采用全自动甲烷潜力测试系统,研究了3种猪粪在中温厌氧发酵中的产甲烷潜力(BMP)。结果表明,保育猪粪便和生长猪粪便的BMP值分别为273 mL CH_4/gVS和272 mL CH_4/gVS,二者相接近,妊娠母猪的BMP为220 mL CH_4/gVS,是3种猪粪中最低的。利用傅里叶红外光谱仪和热重分析仪检测猪粪样品中的有机物,使紫外-可见分光光度计谱和荧光光谱仪检测了粪便DOM提取液中的有机组分。通过检测得出,保育猪粪便和生长猪粪便的有机物含量和组分相接近,而妊娠母猪的有机物含量低,且含有更多的纤维素、木质素和芳香族化合物等难降解有机物,这些物质高度腐殖化,生物难降解,因此导致其甲烷产生潜力低。     

猪粪污厌氧发酵进程中的Cu、Zn钝化调控机制研究

厌氧发酵技术是实现猪粪污减量化、无害化、资源化的主要途径。厌氧发酵过程中有效钝化Cu、Zn等重金属、降低重金属对土壤及农产品污染风险仍需持续地开展相关研究。该文以猪粪/玉米秸秆为发酵原料，选用腐殖酸、生物炭和粉煤灰制备复合钝化剂，以厌氧发酵产气率和Cu、Zn稳定态钝化率来优化钝化剂复合比，从Cu、Zn的可还原态、可氧化态、残渣态、生物有效态等方面对猪粪污厌氧发酵进程中的钝化调控机制进行研究。结果表明，当腐殖酸、粉煤灰、生物炭的添加比例为发酵系统中干物质量的7.5%、7.5%、5.0%时产气量最高。影响Cu、Zn稳定态钝化率的主次因素并不相同：影响Cu稳定态钝化率的主次因素顺序为腐殖酸>生物炭>粉煤灰，腐殖酸∶粉煤灰∶生物炭最佳复合比为7.5%∶7.5%∶7.5%，影响Zn稳定态钝化率的主次因素顺序为粉煤灰>腐殖酸>生物炭，腐殖酸∶粉煤灰∶生物炭最佳复合比为5.0%∶7.5%∶7.5%。此外，添加复合钝化剂使得发酵沼渣中Cu、Zn可还原态、可氧化态、残渣态、生物有效态发生显著改变，Cu、Zn由不稳定态向稳定态转化，生物有效性降低。复合钝化剂中的有机、无机成分之间存...     

猪粪堆肥中一株溶磷菌的筛选鉴定及溶磷能力初步测定

从猪粪堆肥中分离纯化得到一株具有较强溶磷能力的菌株PSM-1,进行了形态学和分子生物学鉴定,研究了其溶磷能力和遗传稳定性.结果表明:通过菌落形态和ITS基因序列分析鉴定,菌株PSM-1为产黄青霉(Penicillium chrysogenum);在3种不同无机磷源液体培养基中其溶磷量依次为Ca3(PO4)2(138.36 mg·L-1)Fe PO4(117.38 mg·L-1)Al PO4(113.76 mg·L-1),且PSM-1的溶磷量均与培养液p H值呈现出显著负相关性;以葡萄糖为碳源、硝酸铵为氮源时,菌株PSM-1的溶磷量最高可达195.67 mg·L-1,比初始有效磷高141.42%;该菌株对碳源和氮源的利用效率分别依次为:葡糖糖蔗糖麦芽糖淀粉,硝酸铵硝酸钾硫酸铵草酸铵;经过20次传代培养后PSM-1的溶磷量保持在(124.54±3.50)mg·L-1,说明其溶磷遗传稳定性良好.研究表明:PSM-1菌株具有良好的溶解无机磷的能力,在土壤微生态改良方面具有重要的应用潜力.     

长期施用猪粪水稻土抗生素抗性基因污染研究

为了全面研究猪粪有机肥对水稻土抗生素抗性及分布格局的影响,选择295对抗生素抗性基因引物,采用高通量荧光定量PCR对水稻土中的抗生素抗性基因污染情况进行了研究.结果表明,未施用猪粪水稻土检测出66种抗性基因,而施用猪粪水稻土则检测出107种抗生素抗性基因,施用猪粪后水稻土中抗生素抗性基因种类显著增加(P<0.05).相对于未施用猪粪水稻土,施用猪粪水稻土有49种抗生素抗性基因丰度显著增加(P<0.05),其中施用猪粪水稻土中喹诺酮类/氯霉素类抗性基因的mexF的丰度相对于未施用猪粪水稻土增加1791倍.高通量定量结果表明,施用猪粪的水稻土抗生素抗性基因分布格局发生显著变化,高通量定量技术是研究环境抗生素抗性基因的一个非常实用的工具.     

对养猪业粪便污染治理方法的初步探讨

摘要：猪粪便如果得以利用就是宝贵资源，如处置不当或不经妥善处理排入环境，就会严重污染环境，将会对地袁水、地下水、土壤和空气造成严重污染，也会危及猪群本身的健康。本文对襄城县养猪粪便的污染治疗方法进行探讨。     

雌二醇在土壤/沉积物中的吸附特征及猪粪DOM对吸附的影响

天然类固醇雌激素如17β-雌二醇(E2)在极低质量浓度下(ng.L-1)即可干扰水生生物的生殖功能.为准确预测E2向水体迁移,通过摇床实验研究了E2在中国北方3种不同土壤/沉积物表面的吸附特征,同时探讨了猪粪及其堆肥可溶态有机质(DOM)对E2吸附的影响.结果发现,E2在土壤/沉积物表面吸附符合Freundlich等温吸附方程(R2>0.76),E2在河流沉积物、潮土、黑土皆表现为非线性,其中黑土吸附的非线性最强(n=0.74);吸附系数Kf介于26.2～57.5,并与有机质含量呈显著正相关(P<0.05).猪粪及其堆肥DOM显著抑制E2在土壤/沉积物表面的吸附,其中堆肥DOM的影响尤为显著.研究认为,有机质是土壤/沉积物中吸附E2的主要组分,共存猪粪DOM在较低浓度下可提高E2迁移性,增加E2向地表和地下水的迁移风险.     

不同肥源条件下Zn对农田土壤N2O排放的影响及其机制

为探究锌（Zn）污染对农田土壤氧化亚氮（N₂O）排放的影响,分别以猪粪和尿素为肥源进行室内培养实验,对比分析不同含量Zn （0、50、500、1500和5000mg/kg）对N₂O排放的影响及其机制,并在培养第52d向所有处理再次添加尿素以探究其长期效应,共培养80d.结果表明：第1次添加肥料阶段,在尿素为肥源处理中不同含量Zn均表现为显著抑制作用（P<0.05）,而猪粪为肥源处理中除50mg/kg无显著影响外（P>0.05）,其它含量处理均显著促进N₂O排放（P<0.05）.第2次添加肥料阶段,不同肥源条件下Zn的作用规律一致,即50mg/kg无显著影响（P>0.05）,500和1500mg/kg显著提高N₂O排放而5000mg/kg处理与之相反（P<0.05）.此阶段500、1500和5000mg/kg处理以猪粪和尿素为肥源时其N₂O累积排放量与同肥源对照的比值分别为3.49、3.13、0.01和2.53、2.74、0.04,可见同等含量Zn在猪粪为肥源条件下作用更强,500和1500mg/kg Zn的促进机制为Zn提高了土壤中NH₄⁺-N、NO₃^--N含量以及控制反硝化过程N₂O产生和还原功能基因相对丰度的比值（nirS/nosZ）,而5000mg/kg Zn抑制了土壤中NH₄⁺-N进一步转化为NO₃^--N,从而降低了N₂O排放.     

典型兽用抗生素对猪粪厌氧消化产甲烷效率及微生物代谢产物的影响

为明晰猪粪厌氧消化过程中抗生素对于反应体系的影响,对3种典型抗生素处理组下猪粪厌氧消化产气潜能、代谢路径及产物进行研究。四环素和磺胺嘧啶处理组的甲烷回收潜能更高,四环素处理组的最大累积甲烷产量可达到60.92~67.00 mL/g TS,磺胺嘧啶处理组可达到55.88~62.13 mL/g TS,均高于对照组58.15 mL/g TS;而土霉素处理组的甲烷产量为42.27~50.43 mL/g TS,仅有16%~19%的COD转化为CH₄。土霉素处理下,水解过程受促进,而产甲烷过程受到抑制。3类抗生素处理均会促进厌氧消化系统中厌氧微生物对溶解性蛋白质的转化,而抑制溶解性多糖的转化;进一步对发酵液中的溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)成分进行分析,发现土霉素处理组中富里酸和腐植酸类代谢产物相对于其他组更少。结果表明:不同种类抗生素对于厌氧发酵系统中厌氧微生物代谢降解产物与路径产生较大影响,进而影响有机物的能源转化及污染物处理效率。     

猪粪堆肥过程中腐殖酸电子转移机制及光谱演化特征

3D-EEM),探究了猪粪堆肥过程中HA和FA的化学结构变化以及对ETC的影响。结果表明:HA的ETC由堆肥初期10.06 μmol e-/g C增长至末期40.07 μmol e-/g C,FA的ETC由堆肥初期的15.36 μmol e-/g C增长至末期的69.73 μmol e-/g C,二者均随时间变化呈波动上升趋势,且EDC在电子转移中占主要地位。光谱分析表明,堆肥中的木质素类物质经堆肥化后会转变为聚合度高的腐殖质类物质,相比于堆肥初期,腐熟期时有机质的腐殖化程度和芳香化程度增大,相对分子质量也增高。类蛋白物质(组分C4)在堆肥过程中逐渐减少,易被微生物作为碳源利用从而转化为类腐殖质物质(组分C2),且C2是堆肥中较为稳定的组分。相关性分析表明:类蛋白质物质减少、腐殖化程度增加会使HA和FA的ETC增强,FA的电子转移能力更容易受到腐殖化程度的影响。