宏基因组学解析蚯蚓粪中微生物种群及耐药基因的组成

为判定蚯蚓粪作为微生物肥料的潜力,本研究采用宏基因组学的方法,对污泥、牛粪与蔬菜蚯蚓粪样品抽提的DNA进行测序,并将结果进行物种注释及功能注释,以揭示不同蚯蚓粪中功能性微生物的种群结构.结果表明：污泥、牛粪和蔬菜蚯蚓粪分别检测到117505、81182、81104条scaftigs.变形菌门、拟杆菌门、疣微菌门与放线菌门为3种蚯蚓粪的优势菌门.氮磷代谢途径分析表明,蚯蚓粪中富含固氮菌（Rhizobium、Mesorhizobium、Bradyrhizobium、Azospirillum）、硝化菌（Nitrosomonas、Nitrosospira、Nitrosococcus、Nitrospira）和溶磷菌（Flavobacterium、Pseudomonas、Arthrobacter、Streptomyces）等肥料功能菌.相比而言,蔬菜蚯蚓粪微生物肥料潜力较高.相对于蔬菜蚯蚓粪（371条Unigenes）,污泥（2461条Unigenes）和牛粪（965条Unigenes）蚯蚓粪中存在较多的病原菌.而且,污泥、牛粪与蔬菜蚯蚓粪中耐药基因相对丰度高达0.93×10^-3、0.32×10^-3和0.32×10^-3,主要为β-内酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类及四环素类耐药基因等.研究结果显示,蚯蚓粪中有益的功能菌群和有害微生物同时存在,其生物污染物的环境风险值得关注.     

不同温度牛粪厌氧消化中四环素类抗性基因的丰度变化特征

为考察不同温度畜禽粪便厌氧消化中抗性基因变化情况,该文在45℃和65℃条件下研究了牛粪的厌氧消化特性,重点分析了消化过程中四环素类抗性基因(tet G、tet T、tet O、tet C、tet X和tet W)的丰度变化,探讨了抗生素抗性基因对厌氧消化温度的响应及其与SCOD、NH_4~+-N和Ⅰ类整合酶基因(int I1)等因子的相互关系。结果表明,65℃较45℃提高了厌氧消化前期产气速率,但总产气量和产甲烷量较45℃无明显差异,消化过程中NH_4~+-N、SCOD、TOC和pH变化趋势相似,无明显差异。45℃下目标基因总拷贝数增加了0.27 logs,其中,tet W和tet G的绝对丰度增加了0.29 logs和0.03 logs,tet T、tet O、tet C和tet X减小了1.67、0.15、0.08和0.84 logs;65℃下目标基因总拷贝数减小了1.22 logs,各目标基因绝对丰度均减小40%以上。RDA分析表明,大多数四环素抗性基因与NH_4~+-N和温度显著负相关,提高消化温度,更有利于抗生素抗性基因的去除。     

农村垃圾蚯蚓堆肥处理的研究

将传统堆肥与蚯蚓堆肥处理相结合,对蚯蚓处理牛粪、玉米秸秆和废弃菜叶等农村垃圾进行了研究,检测处理过程中物料性质的变化和有效磷的含量变化。结果显示:接种蚯蚓时,物料的初始C/N在30~35之间,氨氮浓度在500 mg/kg以下,经蚯蚓处理后,物料的有机质和C/N下降较快,氨氮浓度下降至200 mg/kg左右,总磷含量和有效磷含量显著上升。通风堆肥和翻堆堆肥预处理后,经过蚯蚓堆肥,有效磷分别增加59.09%和53.54%。翻堆堆肥是更适合农村垃圾蚯蚓处理的预处理方法。     

牛粪和厨余垃圾联合厌氧消化试验

在37℃条件下对不同比例的牛粪和厨余垃圾进行为期50d的联合厌氧消化试验.结果表明:(1)牛粪与厨余垃圾质量比2/1和1/2联合厌氧消化的实际产气潜能为0.66和0.71L·g-1(以挥发性固体VS质量计),比加权计算值分别提高50%和29%;(2)4种比例物料的甲烷平均浓度约为50%～55%,其生物能范围为18.92～20.81MJ·m-3;(3)在联合厌氧消化过程中,牛粪和厨余垃圾质量比1/2物料的产气效率最高,反应前10d的产气量占总产气量的55.4%,前20d产气量占总产气量的92.2%;(4)纯牛粪、牛粪和厨余垃圾质量比2/1、牛粪和厨余垃圾质量比1/2及纯厨余垃圾4种比例物料厌氧消化的最终生物降解率分别为46.99%、53.31%、70.12%和66.25%.     

雄烯二酮在我国典型土壤中的吸附特性

采用批吸附室内模拟实验研究了雄烯二酮在我国红壤、潮土、黑土3种典型土壤中的吸附特征,以及牛粪溶解态有机质(DOM)对土壤吸附雄烯二酮的影响。结果表明,雄烯二酮在土壤中吸附动力学符合Elovch方程(R20.89),热力学特征可通过Freundlich等温吸附方程(R20.83)描述,土壤对雄烯二酮的吸附呈非线性吸附特征,其中潮土吸附等温线的非线性最强(n=0.37);吸附系数K f介于6.0~20.2,并与有机质含量呈显著正相关(p0.05)。雄烯二酮浓度较低时,共存牛粪DOM抑制其在土壤表面的吸附作用。研究认为,有机质是土壤吸附雄烯二酮的主要组分,共存牛粪DOM可促进雄烯二酮向地表水和地下水的迁移。     

超声波预处理对牛粪厌氧消化的影响

以牛粪为研究对象,考察超声波预处理对牛粪厌氧消化的影响。结果表明,适宜强度的超声波预处理对牛粪厌氧消化有一定促进作用。与未经预处理牛粪相比,在100、175、250W超声波预处理下牛粪厌氧消化的最高产气速率从127.02mL/d分别提高到179.26、212.73、298.71mL/d,累计产气量从1 674.18mL分别提高到2 279.81、2 508.05、2 730.66mL,消化液达到最低pH的时间从30d分别缩短至25、15、10d;消化液最大溶解性COD从14 881mg/L分别提高到16 450、17 080、19 250mg/L,牛粪挥发性固体的生物降解率从44.7%分别提高到55.4%、57.3%、61.7%。超声波强度过大将对微生物造成破坏,降低生物反应活性,从而抑制牛粪厌氧消化。经325W超声波预处理后,牛粪厌氧消化的最高产气速率、累计产气量等参数均不及未经预处理牛粪。在未来实际应用中,应注意控制超声波强度,以达到最优预处理效果。     

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...     

土壤中溶解性有机质对不同类型堆肥的响应差异

为探究不同类型堆肥施用对土壤溶解性有机质（DOM）的影响,以空白土壤为对照,采用紫外、荧光光谱并结合平行因子分析对分别添加不同比例的牛粪堆肥、餐厨垃圾堆肥和污泥堆肥土壤中DOM进行分析,探究DOM结构变化特征及其驱动因素.结果表明,3种堆肥施用后土壤中AN、NH₄⁺-N、DOC和SOM含量均显著提高,SOM和DOC含量随堆肥添加量的增加而增加;施用牛粪和餐厨垃圾堆肥更有利于土壤中AN、NO₃^--N和DOC含量的提高,而施用污泥堆肥土壤中NH₄⁺-N和SOM含量更高.堆肥施用后DOM结构特性的改变主要表现为共轭苯环结构、疏水性组分、醌基和显色组分含量显著提高,不饱和有机分子π→π^*的跃迁更为活跃,DOM分子量增大,腐殖化程度增强.堆肥低剂量添加（5%）时,餐厨垃圾堆肥更有利于DOM的芳构化和腐殖化;堆肥较高剂量添加（10%和20%）时,牛粪堆肥更能驱动DOM结构变化;污泥堆肥对DOM结构影响最弱.堆肥施用后土壤DOM荧光组分相对含量发生改变,小分子类腐殖质相对含量增加,类蛋白相对含量降低.二维相关光谱表明,施用牛粪和餐厨垃圾堆肥土壤中DOM荧光组分变化顺序为：类蛋白 > 大分子类富里酸 > 小分子类腐殖质;而施用污泥堆肥土壤中表现为：大分子类富里酸 > 类蛋白 > 小分子类腐殖质.DOM结构变化受多种因素共同影响,影响程度表现为：堆肥种类 > 添加比例 > 理化因子 > 培养时间.DOC和AN含量的增加是引起DOM腐殖化程度增强和类蛋白相对含量降低的重要因素,小分子类腐殖质相对含量与NO₃^--N含量显著正相关,DOM中大分子类富里酸相对含量因外源SOM的输入而增加.     

水稻秸秆厌氧发酵制氢技术研究

以水稻秸秆为研究原料,用牛粪为接种物,采用稀硫酸预处理方法来提高秸秆纤维素的降解率,从而提高其发酵产氢的能力,并且进一步考察了发酵初始pH、发酵温度、牛粪与秸秆的质量比和底物浓度四个条件对发酵产氢的影响。实验结果表明:在接种100g/L牛粪的条件下,以1.8%的硫酸加热30min预处理秸秆产氢效果最佳,为19.64mL/gTS,是未经过预处理的秸秆产氢量(0.1mL/gTS)的196倍,粗纤维含量由未处理前的36.7%下降到酸处理后的31.5%。在pH8.0、温度为37℃、牛粪与秸秆质量比为2.5∶1、底物浓度为50g/L时的产氢效果最好,累计产氢量为29.14mL/gTS,此时生物气中没有检测到甲烷气体,氢气浓度达到63.88%。     

微量金属元素对牛粪厌氧发酵产气特性的影响

在以牛粪为原料的厌氧发酵过程中,向厌氧生物反应器中分别连续投加Fe,Co,Ni等微量金属元素,研究其对牛粪厌氧发酵产气特性的影响。实验结果表明:添加适量的微量金属元素可以提高COD去除率及产气量,加速反应器的启动,但当加入微量金属元素过多时,将对微生物产生毒害,抑制微生物活性及对基质的代谢,造成产气量降低。