Concentrations of additive arsenic in Beijing pig feeds and the residues in pig manure

The swine industry in China has grown rapidly over last two decades. Great amount of pig manure is generated in China, which can be used as organic fertilizers on agricultural lands. Meanwhile, the organic arsenic compounds have been used as feed additives for swine disease control and weight improvement. Once the excessive additives are released in the environment, arsenic may compromise food safety and environmental quality. There is a growing public concern about the arsenic residues accumulation in pig manure, however, little work has been done to investigate the exact arsenic content in pig feed and the residues in manure in China This study investigates the concentrations of arsenic in 29 pig feed samples and 29 manure samples collected from eight pig farms in the Chaoyang district, Beijing city. The detected rate of arsenic in 29 couples of samples was 100%. The concentrations of arsenic in pig feeds and manures ranged from 0.15 to 37.8 mg/kg and 0.42 to 119.0 mg/kg, respectively. The result showed that arsenic concentration in pig manure will be greatly elevated when the arsenic in pig feed was largely increased. The loading rates of pig manure in fourteen Beijing counties and districts were in the range of 2.7–57.2 t/ha yr. Accordingly, the potential soil arsenic increase rates resulting from land application of pig manure might range between 11.8 and 78.9 μg/kg yr. Despite these findings, it is too early to draw the conclusion that arsenic pollution from pig manure is serious in Beijing farmland; therefore, longitudinal studies about the chemical form transformation and the environmental behaviors of pig manure arsenic are required in order to come up with more definitive conclusions.     

畜禽粪便堆腐过程中有机碳组分与腐熟指标的变化

以牛粪、菌糠、鸡粪等为材料按照两种比例调配为混合基质,在添加或不添加发酵启动剂的条件下在发酵罐中进行为期38 d的堆肥发酵试验,研究4种处理方式下畜禽粪便腐解过程中有机碳及其组分的变化,同时通过综合发芽指数(GI)评判腐解物料的腐熟度,确定GI与有机碳组分的关系.结果表明,添加发酵启动剂可以加速有机物质的降解,使水溶性有机碳和有机酸的含量下降(比初始值含量分别下降了41.85%、85.18%),促进类富里酸向胡敏酸转化,使畜禽粪便达到快速腐熟.在两种物料配比下,较高比例的牛粪不利于堆肥物质的分解和腐熟.根据达到腐熟要求的标准(GI0.8),当TOC357.27 g·kg-1,DOC7.00 g·kg-1,FA6.45 g·kg-1,腐解后期物料的红外光谱在1020 cm-1、1427 cm-1出现较为尖锐的峰值,即碳酸盐和硝酸盐含量增加,且草酸大幅度下降时,可以认为有机物料达到完全腐熟.当牛粪、菌糠、鸡粪的混合体积比为1∶1∶1时,在添加发酵启动剂条件下有机物料在腐解29 d时达到以上腐熟指标.     

热碱-分步酶水解-厌氧消化工艺处理秸秆畜粪混合物料及其甲烷高值化条件

为获得秸秆畜粪混合物料在厌氧消化过程中的甲烷高值化产出,提出了一种新型"热碱-分步酶水解-厌氧消化"组合工艺.以玉米秸秆和牛粪混合物料作为实验对象,考察物料中纤维素、半纤维素、蛋白质获得高溶出效率的热碱预处理条件;分步投加纤维素酶和蛋白酶的剂量及水解时间;热碱预处理后的混合浆液和热碱-酶水解后的混合水解液厌氧消化甲烷产率及产气周期.结果表明,在80℃和0. 5%Na OH碱用量条件下,纤维素、半纤维素和蛋白质的溶出效率(%TS)最高,与未预处理相比(对照组),分别提高24. 84%、12. 24%和8. 92%;分步酶水解的过程和条件为:先投加80 U·g-1的纤维素酶水解18 h,再投加20 U·g-1的蛋白酶水解4 h,纤维素和蛋白质的水解效率可分别达到74. 08%和74. 01%,获得的水解液中糖类提高12～32倍;在厌氧消化阶段,热碱-酶水解后的水解液甲烷产量最高值可达750 m L·h-1,产气周期50 h,相比于热碱预处理后的底物消化(对照组),产甲烷效率提高了约14倍,产气周期缩短了约17 d.热碱-酶水解预处理能有效地解除混合物料厌氧消化过程的水解限速,研究结果可以为开发高效的农业废弃物能源高值化利用技术提供参考依据.     

红壤重金属复合污染修复的生态环境效应与评价指标

通过对重金属复合污染红壤菜园土和水稻土的培育试验,研究施用有机肥和石灰对红壤中生物有效性重金属(Cd、Cu、Pb)含量、土壤微生物和植物生理过程的影响.试验结果表明,石灰对土壤重金属污染的修复效果比有机肥好.施用石灰降低了0.05mol/L HCl提取的土壤生物有效性Cu和Pb的含量,施用猪粪后显著增加了土壤生物有效性Cd的含量,红薯植株中重金属含量的变化与此一致.土壤生物有效性重金属含量与可溶性有机碳(DOC)呈极显著相关.施用石灰和有机肥后,土壤微生物数量增加,3大菌中放线菌数量与生物有效性重金属的含量之间显著相关,但微生物生物量碳只与土壤生物有效性Cd含量显著相关.红薯根系中重金属含量与土壤生物有效性重金属含量之间显著相关,但在茎叶中只有Cu表现出显著相关性.施用石灰和有机肥后红薯的生理指标大多增加.土壤生物有效性Cu、Pb含量与红薯的平均蒸腾速率、净生物量和叶面积指数之间表现出很好的相关性,但土壤生物有效性Cd含量与红薯生理指标相关性不强.在红薯苗期,土壤生物有效性Cu、Pb与红薯的日平均净光合速率和蒸腾速率之间相关显著.因此作物生长期的生理指标可以指示土壤重金属生物有效性的变化.     

畜禽粪便生物处理与土地利用全过程中抗生素和重金属抗性基因的赋存与转归特征研究进展

抗生素抗性基因(antibiotic resistance gene,ARG)在全球范围内的传播已引起国际上的广泛关注.越来越多的证据显示抗生素和重金属对抗生素抗性基因在环境中的分布和传播起到了重要作用.畜禽粪便是环境中抗生素和重金属的主要污染源之一,并已成为抗生素抗性基因重要的蓄积库.生物处理(如厌氧发酵和好氧堆肥)和土地利用是畜禽粪便广泛应用的处理与处置方式.本文通过文献调研,综述国内外抗生素抗性基因和重金属抗性基因在畜禽粪便生物处理及土地利用全过程中的传播、分布及控制的研究进展,并对今后的研究重点和方向提出建议和展望,以期为我国畜禽养殖粪便的风险控制和资源化利用提供借鉴.针对畜禽粪便处理处置全过程中抗性基因的削减与控制,我们建议在以下方面开展深入研究:1抗生素抗性基因和重金属抗性基因在全过程中的赋存与转归特征;2生物处理工艺操作参数对畜禽粪便中抗性基因分布及其削减的影响;3加强综合管理研究,源头控制抗性基因;4研发适于全过程抗性基因的协同控制关键技术等.     

对比研究槽式堆肥处理不同畜禽粪便对植物毒性的影响

为揭示槽式堆肥过程中不同畜禽粪便堆肥理化性质的变化及其对植物毒性的影响,分别开展了以羊、牛、鸡、猪粪便与木屑为堆料、为期44 d的好氧槽式堆肥对比试验,采集了不同堆肥期的堆肥样品,测定了堆肥的pH、电导率（EC）、可溶性有机碳（DOC）、硝氮（NO₃^--N）、氨氮（NH₄⁺-N）、全氮（TN）、碳氮比（C/N）、全磷（TP）、全钾（TK）、铜（Cu）、锌（Zn）含量及水堇的相对生长指数（RGI）和种子发芽指数（GI）,并通过相关分析和线性回归拟合,分析了堆肥过程粪便对水堇种子植物毒性的影响机制.结果表明,槽式堆肥过程中,羊粪的高温期持续时间最长,牛粪其次,猪粪和鸡粪最短;堆肥结束时4种粪便均呈弱碱性.堆肥过程中猪粪和鸡粪的EC降低,其他粪便的EC变化幅度较小,各粪便的DOC、NH₄⁺-N含量降低,NO₃^--N、TP、TK、Cu和Zn含量增加,牛粪和鸡粪的C/N逐渐降低,而猪粪和羊粪的C/N呈先升后降的趋势,羊粪和猪粪的TN含量下降,鸡粪和牛粪的TN含量缓慢上升.堆肥过程中4种粪便对水堇种子的植物毒性均降低,且RGI和GI升幅由高到低为：牛粪 > 羊粪 > 鸡粪 > 猪粪.相关分析表明,堆肥过程中羊粪的TP、Cu、Zn,牛粪的Zn、TK、TP、NO₃^--N,鸡粪的NO₃^--N、TN、Cu,猪粪的NO₃^--N、TP、Zn、TK与RGI呈显著正相关（p<0.01）;而羊粪的Cu、TP、TK,牛粪的Zn、TK、TP,鸡粪的Cu、TN、NO₃^--N、TK,猪粪的TP、Zn、NO₃^--N与GI呈显著正相关（p<0.01）.由此表明,不同粪便堆肥的以上指标促进了植物的根伸长和种子发芽.但堆肥过程中羊粪的NH₄⁺-N、TN、DOC,牛粪的NH₄⁺-N、DOC、C/N、EC,鸡粪的C/N、EC、DOC,猪粪的NH₄⁺-N、DOC、EC与RGI呈显著负相关（p<0.01）;羊粪的NH₄⁺-N、TN、DOC,牛粪的NH₄⁺-N、DOC、C/N,鸡粪EC、DOC、C/N,猪粪的NH₄⁺-N、DOC、EC与GI呈显著负相关（p<0.01）.由此表明,不同粪便的以上指标显著抑制了植物的根伸长和种子发芽.多元回归分析说明,堆肥过程羊粪和牛粪的NH₄⁺-N,鸡粪的NO₃^--N、Cu、C/N和EC,猪粪的NO₃^--N和TK对水堇种子根伸长具有显著的影响,而羊粪的NH₄⁺-N和TK,牛粪的DOC、pH和EC,鸡粪Cu、TN和NO₃^--N,猪粪的TK对水堇种子发芽具有显著的影响.以上对比研究结果可为不同畜禽粪便槽式堆肥处理和土地利用提供重要的理论依据和决策支持.     

不同肥料施用对设施菠菜地NH3挥发和N2O排放的影响

以湖南设施菠菜地为研究对象,采用通气法和静态箱-气相色谱法研究了设施菠菜生长季施用工厂化堆肥(SC)、农民传统堆肥(SS)和单施化肥(FC)对土壤NH_3和N_2O排放的影响.结果表明在同等施氮水平下,与FC相比,SC处理能减少NH_3和N_2O排放量,分别减少52.9%和95.12%(P0.01);SS处理则增加NH_3挥发量24.8%,减少N_2O排放量48.8%.不同处理NH_3损失率分别为SS(10.97%)FC(4.19%)SC(2.74%);N_2O排放系数分别为FC(4.50%)SC(2.21%)SS(0.60%);与FC处理相比,SC处理条件下菠菜产量和作物吸氮量分别降低19.61%和13.20%,差异不显著;SS处理则显著降低27.9%和40.0%(P0.05).在该地区冬季设施菠菜田中,影响NH_3和N_2O排放的主要因素为土壤水分,环境温度不是此研究中影响气体排放的主要因素.因此,畜禽养殖固体废弃物经过不同处理后作为有机肥施入菠菜田,SC处理的菠菜可保证产量的同时,减少NH_3挥发和N_2O排放损失.     

高温堆肥过程对猪粪来源抗生素抗性基因的影响

为研究大规模好氧高温堆肥过程对猪粪来源抗生素抗性基因的影响,采用荧光定量PCR法检测了4个大环内酯类抗性基因(erythromycin resistance methylase,erm A、erm B、erm C和erm F)、3个β-内酰胺抗性基因(beta-lactamase,bla TEM、bla CTX和bla SHV)和2个喹诺酮类抗性基因(quinolone resistance,qnr A和qnr S)在堆肥过程中的变化趋势.结果表明,堆肥初期大环内酯类抗性基因含量显著高于β-内酰胺类和喹诺酮类抗性基因(P0.01),其中erm B基因丰度最高为9.88×10~8copies·g~(-1),其次是erm F为9.40×10~8copies·g~(-1).在高温堆肥结束时β-内酰胺抗性基因和喹诺酮类抗性基因丰度维持在较低水平,而大环内酯类抗性基因在堆肥结束后仍然具有较高含量.其中,erm F基因与堆肥初期相比甚至出现了增加的情况,这表明高温堆肥过程不能有效去除所有抗生素抗性基因.对于某些抗生素抗性基因,堆肥可能还是良好的生物反应器而导致抗性基因的增殖,农田中堆肥产品的施用有可能会造成抗生素抗性基因的传递.     

重庆市畜禽粪便及菜田土壤中四环素类抗生素生态风险评价

近年来新型有机污染物抗生素在环境中的残留及对生态环境的风险成为国内外研究的热点.在畜禽养殖业中四环素类抗生素(tetracycline antibiotics,TCs)使用量最大,在畜禽粪便中的残留量也最高.本文采用调查研究结合室内分析,客观评价了重庆市主要大型养殖场畜禽粪便和主要蔬菜基地菜田土壤中3种农用四环素类抗生素[土霉素(OTC)、四环素(TC)和金霉素(CTC)]可能存在的环境生态风险.结果表明, 2014年猪粪和鸡粪中的OTC、TC、CTC和TCs总量(∑TCs)的平均值分别为13.05、 91.81、 62.48、 167.34 mg·kg^-1和4.25、 4.6、 28.55、 37.40 mg·kg^-1.2019年所调查的样品中猪粪和鸡粪中的OTC、TC、CTC和∑TCs平均含量分别为3.39、 4.82、 5.92、 15.95 mg·kg^-1和1.10、 1.35、 4.22、 5.16 mg·kg^-1,相比2014年, 2019年重庆市畜禽粪便中TCs含量有大幅度的下降,TC...     

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...