畜禽粪便厌氧发酵过程抗生素抗性基因归趋及驱动因子分析

针对畜禽养殖业抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)污染问题,该文选取厌氧发酵技术,对比不同厌氧发酵体系内ARGs消长与潜在宿主菌,挖掘不同因子与ARGs的相互关系。结果表明,厌氧发酵体系内微生物群落变化是ARGs消长的主要驱动因子,确定ARGs的潜在宿主菌是目前研究的难点;抗生素和重金属也是ARGs消长的重要驱动因子,控制抗生素污染和重金属污染可有效减缓ARGs污染;可移动遗传元件在ARGs水平传播过程中起着重要作用。综合而言,厌氧发酵体系内各个因子直接或间接影响ARGs消长,其中工艺参数是控制整个厌氧发酵体系的先决因素,在特定工艺参数下,微生物群落与体系物化指标相互影响与制约;微生物通过分子内部可移动遗传元件实现ARGs在不同微生物之间的水平传播。综上所述,通过综合协调各类因子实现厌氧发酵体系内ARGs消控是今后研究重点。     

畜禽粪便与秸秆厌氧-好氧发酵气肥联产碳氮元素变化研究

传统沼气工程的气肥联产工艺中,厌氧发酵产气与好氧发酵产肥互相独立,产气和产肥周期均较长、有机肥品质差,影响工程的高效运行。为缩短发酵周期、提高产气效率和有机肥品质,该研究将猪粪、鸡粪和秸秆混合进行15和30 d的干法厌氧发酵,将得到的沼渣添加秸秆辅料混合,分别设置65%和70%的发酵物料初始含水率进行15 d的高温好氧发酵,对比分析了不同厌氧-好氧发酵组合对产气和产肥的影响。结果表明:厌氧发酵阶段,混合物料的日产气率自发酵开始后逐渐上升,并在第8天达到最高峰,至第15天降至峰值的50%以下,此时累积产气量达到30 d发酵周期的71%,平均容积产气率达到1.91 m~3/(m~3?d),比发酵30 d平均容积产气率高41.5%。好氧发酵阶段,各处理组碳元素含量持续下降,氮元素含量先下降后增加,所得发酵产物均达到腐熟标准。采用15 d厌氧发酵所获得的沼渣进行好氧发酵,所得发酵产物的电导率、腐殖化程度和发芽指数均优于采用30 d厌氧发酵所获得的沼渣进行好氧发酵所得的发酵产物,同时总有机碳和总氮含量也较其分别提高了6.0%～21.7%和3.0%～10.2%,不同好氧发酵物料初始含水率对发酵产物的品质影响较不明显。因此,采用厌氧、好氧发酵周期均为15 d的组合,可缩短发酵周期、大幅提高产气效率和发酵产物的碳氮营养元素含量,有利于提高沼气工程运行效率和经济效益。     

污泥堆肥对早熟禾生长及光合特征的影响

设置不同污泥堆肥施用水平(2%、4%、6%、8%、10%),研究了不同施用量对早熟禾生长指标及光合特征的影响。结果表明:不同水平的污泥堆肥施用量对早熟禾株高、叶面积、生物量、叶绿素含量均有一定的促进作用,以污泥堆肥施用量为8%时效果最好;对早熟禾光合作用效率促进效果最好的也是8%的处理;对早熟禾蒸腾作用促进效果最好的是6%的处理;对早熟禾水分利用效率促进效果最好的是10%的处理。     

Marker‐assisted breeding for improvement of anaerobic germination in japonica rice (Oryza sativa)

Direct seeding is increasingly being practiced in rice cultivation areas because it saves labour and reduces cost of production and management. In this study, four japonica‐type breeding lines were developed from a cross of a japonica cultivar and an AG‐tolerant donor, KHO, using marker‐assisted selection. Validation of the target genes AG1 and AG2 in the selected lines was examined by PCR analysis and the background recovery rate by the recurrent parent was confirmed by genotyping using a 6K SNP chip. Compared to the recurrent, the survival rates of the selected lines were improved in a range from 33% to 115% in three conditions; in particular, the survival rate was increased in more than twice that of the recurrent parent under the hypoxic condition. The main agronomic trait, yield and quality‐related traits were similar to those of the recurrent parent. The use of these lines will contribute to the expansion of the cultivation area due to the proven economic benefits of direct seeding in Korea.     

稻谷颗粒模型离散元接触参数标定与试验

EDEM与FLUENT耦合模拟稻谷清选时,稻谷颗粒参数设置的准确性直接影响仿真结果的可信度。结合稻谷颗粒堆积角的实测试验与仿真试验,标定了稻谷颗粒模型间静摩擦系数、滚动摩擦系数2个主要接触参数。设计了堆积角形成装置,该装置采用坍塌法和注入法同时形成2种堆积角,可以减小非同时形成所引起的测量误差;创建了稻谷颗粒的离散元模型,结合堆积角的实测试验与仿真试验,建立了2个主要接触参数与2种堆积角之间的二元回归方程;以稻谷颗粒2种堆积角的实测结果作为目标值,对回归方程进行数值求解,得到颗粒模型间的静摩擦系数、滚动摩擦系数分别为0.433 6、0.161 5;设计了抛洒试验对标定后的参数进行验证,抛洒长度、宽度和近抛洒端堆积角等特征参数的实测结果与仿真结果的相对误差小于5.7%,这表明颗粒的模拟运动轨迹与实际运动轨迹基本一致,所创建的稻谷颗粒离散元模型及标定得到的接触参数可以为EDEM-FLUENT耦合仿真稻谷清选过程提供参考。     

MBBR和LSP工艺在污水深度处理中的性能探究

指出了MBBR工艺和LSP工艺属于当前应用较多的新型水处理工艺。当将传统的好氧曝气池改造为MBBR工艺时,改造结果表明:COD降低30.8%,BOD 5降低42.8%,氨氮降低25.0%,总氮降低17.2%,SS降低57.9%,总磷降低26.7%;而LSP工艺通过形成复杂的微生物食物链,消耗剩余污泥量,实现对污泥的减量化处理。应用到改造工程中,产泥量降低67.5%,同时能够强化处理系统的生化功能,COD和BOD 5都有明显降低,分别降低了11.7%和12.1%。     

pH调控对瘤胃液接种稻秸厌氧消化中水解菌及产甲烷菌的影响

为了研究pH值调控对瘤胃液接种厌氧消化体系的影响,在半连续条件下考察了稻秆水解和产甲烷特性,并分别利用相对定量PCR(Q-PCR)和Mi Seq高通量测序技术分析了微生物菌群的变化。结果表明:有机负荷为1.5、3.5 g·L-1·d-1和7 g·L-1·d-1时,调控体系中甲烷产率分别比对照提高了1.98、1.99倍和1.53倍;沼气中的甲烷含量明显提高(P0.05),在24%~32%之间变动。pH调控使乙酸和丙酸之间比例逐渐增大,体系中pH值维持在6.24~7.77之间,适宜稻秸产甲烷代谢;滤纸酶和羧甲基纤维素酶活性呈增加趋势。厌氧消化后GH 5水解菌群结构变化明显,梭状芽孢杆菌属(Clostridium)占主导地位,瘤胃球菌属(Ruminococcus)相对丰度提高了12.47倍;来源于瘤胃的纤维杆菌属(Fibrobacter)从体系中消逝。甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)相对丰度提高到3.73%,同时甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)相对丰度增加。研究表明,pH调控体系通过强化水解和产甲烷菌活性提高了稻秸厌氧消化的效率。     

猪粪厌氧发酵消化液回流体系微生物群落结构特征与产气关系研究

为明确厌氧发酵消化液回流体系中微生物群落结构的特征,采用Miseq高通量测序技术,研究回流过程中微生物的多样性和群落结构变化,并分析其与产气性能的关系。结果表明:消化液回流体系中,细菌的丰富度、多样性均高于产甲烷古菌,并随回流时间的延长明显增加,而产甲烷古菌无明显变化;细菌群落主要分为厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)等8个不同的门类,厚壁菌门、梭菌纲(Clostridia)、梭菌属(Clostridium)是不同水平上的优势细菌,相对丰度分别从初期的62.79%、58.62%、35.44%上升到81.46%、68.19%、39.10%;产甲烷古菌中,广古菌门(Euryarchaeota)占绝对优势,在接种物中,第68 d和第219 d相对丰度分别为94.76%、99.89%、99.59%,属分类上主要有7种,其中甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)的相对丰度由23.99%升高到72.28%,而甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)和甲烷球菌属(Methanosphaera)分别由16.34%、21.71%降低至3.70%、12.93%;日平均产气率由初期的409 m L·g~(-1)升高至477 m L·g~(-1),在219 d的试验中,氨氮和有机酸浓度均呈升高趋势,但并未对厌氧发酵产生抑制作用。研究表明:厌氧发酵回流体系中微生物以梭菌属和甲烷八叠球菌属为优势菌属,产气率随其相对丰度的增大而升高,而与甲烷短杆菌属和甲烷球菌属呈负相关。     

水稻秸秆联合剩余污泥共发酵产酸效能探究

[目的]研究稻秆与剩余污泥厌氧发酵产酸性能。[方法]在总固体浓度为20 g/L条件下,用一定比例的稻秆代替部分剩余污泥,构建共发酵产酸系统,探讨其有机物组分变化及其产酸特性。[结果]稻秆的投加能够促进多糖和蛋白溶出,提高SCOD含量,在发酵进行到第4天时,10%预处理稻秆处理和10%稻秆处理发酵体系中SCOD达到最高,分别为3 440和2 810 mg COD/L,与污泥对照相比,分别升高了72.0%和40.5%。与此同时,在发酵结束时,稻秆的投加虽没有增加VFAs积累量,但其在短期内能够促进VFAs转化,缩短发酵时间,在发酵进行到第6天时,与污泥对照组相比,10%预处理稻秆处理中VFAs积累量提升了70.1%。当VFAs积累量趋于稳定时,乙酸和丙酸占总酸的比例和从大到小依次为10%预处理稻秆处理、10%稻秆处理、污泥对照。[结论]稻秆的投加能够改善污泥厌氧发酵产酸性能,可为农业废物的资源化利用提供一种有效途径。     

城市污泥施用对沙地油菜的影响及效果评价

针对京郊沙质土壤贫瘠,植被生长缺乏营养物质等问题,采用盆栽实验研究了污泥添加量对油菜长势及沙质土壤理化性质的影响,测定了油菜长势、营养成分的含量以及重金属的有效浓度,并采用层次分析法构建了污泥改良沙质土壤方案选取分析模型,确立了最佳污泥添加量。结果表明,适量的污泥可有效改善沙质土壤中有机质、全氮和有效磷的含量;且有利于油菜的生长,油菜的发芽率、株高和生物量的增加率分别达到10%、131.55%和58.84%。重金属风险评价结果表明,当污泥浓度低于20%时,土壤处于清洁状态。分析模型评价结果表明3%为污泥的最佳添加量,为今后污泥的资源化利用以及京郊沙质土壤的改良提供了一定的理论依据。