【摘 要】
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粪源抗生素残留及其诱导的抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)传播于土壤-蔬菜系统中,可通过食物链威胁人类健康。目前的堆肥添加剂能否有效削减猪粪中的抗生素/ARGs,以及粪源抗生素/ARGs在土壤-蔬菜系统中的环境行为尚不明确。因此,本研究通过不同生物炭-猪粪复合堆肥和室内盆栽实验,以蔬菜(苏州青)为例,研究粪源抗生素/ARGs在土壤-蔬菜系统不同界面中
【基金项目】
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国家自然科学基金青年项目(41701564)—“青霉素菌渣堆肥农用土壤中抗生素抗性基因的污染特征及扩散机制研究”;
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粪源抗生素残留及其诱导的抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)传播于土壤-蔬菜系统中,可通过食物链威胁人类健康。目前的堆肥添加剂能否有效削减猪粪中的抗生素/ARGs,以及粪源抗生素/ARGs在土壤-蔬菜系统中的环境行为尚不明确。因此,本研究通过不同生物炭-猪粪复合堆肥和室内盆栽实验,以蔬菜(苏州青)为例,研究粪源抗生素/ARGs在土壤-蔬菜系统不同界面中的迁移和扩散机制。论文的主要研究结论如下:(1)3种不同生物质来源的生物炭(草本类、木本类、动物生物质类)分别与猪粪复合堆肥,以不同阶段(1、7、15、45、60 d)堆体的抗生素浓度和ARGs丰度为指标,表征不同生物炭对堆肥中抗生素/ARGs降解的影响,从多个方面(元素组成、比表面积和孔隙结构)揭示生物炭的吸附机理。结果表明,木本类生物炭的比表面积和孔隙结构最优,对抗生素/ARGs的去除最有效;而草本类生物炭和动物生物质类生物炭对抗生素/ARGs的去除具有选择性。(2)将堆肥后的肥料施入土壤并种植苏州青,以不同界面(非根际土壤、根际土壤、根内生菌、叶际)中ARGs的丰度为指标,探讨施加不同生物炭-猪粪复合堆肥的土壤-蔬菜系统中ARGs分布和转移的差异性。结果表明,各处理组中,酶钝化基因tet X、sul1和sul2在蔬菜叶际的检出量最高,是土壤-蔬菜系统中的优势基因;sul1在木本类生物炭处理组蔬菜根内生菌中的检出量是最高的,qnr S在草本类生物炭处理组蔬菜叶际的检出量是最高的;泵外排基因tet G在木本类生物炭处理组中的丰度显著低于草本类生物炭和动物生物质类生物炭处理组。(3)通过16S r RNA高通量测序,进一步探讨细菌群落的演替对土壤中ARGs的影响,明确ARGs的潜在宿主细菌。通过冗余分析,发现蓝细菌门、变形杆菌和拟杆菌门是影响土壤中ARGs变化的主要菌种,草本类生物炭处理组和木本类生物炭处理组有效地抑制了主要的驱动菌种。网络分析表明,一些关键功能微生物(变形菌门、拟杆菌门、放线菌门)或为根际土壤中主要的ARGs潜在宿主菌,包括6个潜在致病菌。其中,致病菌在木本类生物炭处理组中的检出量最低。综上所述:三种不同生物质来源的生物炭中,木本类生物炭能够有效地削减抗生素/ARGs和潜在人类致病菌,是一种较好的堆肥添加剂。
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