论文部分内容阅读
随着农业生产的规模化、产业化发展,以畜禽粪便与作物秸秆为主的农业废弃物日益增多,不恰当的处理不仅无法减轻环境负担,还会引起环境的二次污染。本研究选择畜禽粪便与秸秆为研究对象。前期大量研究发现畜禽粪便中抗生素及耐药基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)残留量普遍较高,随着其作为肥料被施用,严重威胁农田土壤及农作物的环境健康安全。尤其是ARGs,作为一种新的基因污染物其能够通过水平基因转移增殖扩散,不仅会污染农田土壤,甚至会随食物链进入人体,危及人体健康。因此,开展畜禽粪便中ARGs的消减是保证废弃物资源化利用安全的前提。然而,基于大量研究,发现单一的好氧堆肥或厌氧堆肥存在消减ARGs效率低下的问题,甚至存在一定的增殖扩散风险,亟需对消减ARGs的堆肥工艺进行优化。目前,对于好-厌氧联合堆肥工艺,尚无具体的研究。因此,本文对好-厌氧联合堆肥消减ARGs的工艺进行探究,在保障堆肥肥效为基础前提下,首先筛选出堆肥产出肥效最优的参数组合。以该组合为对照,设置单因素实验,探究不同物料比例、联合厌氧时间、翻堆频率及微生物菌剂的好-厌氧堆肥处理过程中ARGs的动态变化规律,分析ARGs、微生物群落、环境因子之间的关系。旨在明确影响ARGs丰度变化的关键因子,优化堆肥工艺,从而提高堆肥处理对ARGs的消减效果。本研究取得的主要结果如下:(1)为在消减ARGs的同时应确保堆肥产出的肥效,采用正交拉丁方实验对好-厌氧联合堆肥工艺进行参数优化,通过方差分析、指标-因素图综合分析,筛选出了能够同时满足减少试验指标TOC含量损耗及确保种子发芽指数大于80%的最优工艺参数组合A2B3C2D2,即当好-厌氧联合堆肥处理参数组合为物料比例为猪粪:玉米秸秆=3:1,金宝贝作为外源接种菌剂,翻堆频率设定为1次/d,并联合6 d厌氧堆肥时,产出肥料肥效最优。(2)在不同处理条件的好-厌氧联合堆肥中,对ARGs消减效果最优的工艺组合是CK组,即物料比例猪粪:玉米秸秆=3:1,添加外源微生物菌剂金宝贝,按照1次/d的频率进行翻堆,并于好氧堆肥阶段结束后联合6 d的厌氧堆肥。该组合条件下的堆肥处理对ARGs的平均消减效率达97.56%,其中ermF的消减效率最高,可达99.78%。该最优参数组合与结论(1)中筛选出的肥效最佳组合一致,达到了在确保堆肥肥效的同时,使得堆肥处理对ARGs的消减效果达到最优的目标。(3)在不同处理条件下好-厌氧联合堆肥处理中,CK组对消减ARGs宿主细菌及抑制其繁殖扩散的能力最优,其对ARGs宿主细菌的消减效率平均可达72.69%。主成分分析和普氏分析表明,微生物群落结构的演替能够显著影响ARGs的变化。冗余分析得到微生物群落结构对ARGs变化的总解释量为90.3%,其中,对ARGs丰度变化起到主要影响作用的菌属为尿素芽孢杆菌属(Ureibacillus)、Petrimonas、特吕珀菌属(Truepera)、假单胞菌属(Pseudomonas)。(4)在不同处理条件下好-厌氧联合堆肥中,CK组为堆肥效果的最优组合,该结论进一步验证了结论(1)。冗余分析的结果表明,环境因子对ARGs丰度变化影响的总解释量为57.2%,其中,TOC、p H、C/N、NH3-N及温度是对ARGs变化起到关键作用的环境因子。