天津市畜禽粪污处理工艺对抗生素抗性基因的去除效果

为了探明养殖场粪污处理工艺对抗生素抗性基因(ARGs)的去除效果,选取天津市不同畜种且具有典型处理工艺的养殖场为研究对象,运用实时荧光定量PCR技术,对养殖场粪便和污水样品中5类13种ARGs和int I1进行检测。结果表明:目标ARGs和int I1在畜禽粪便和污水中普遍存在(10~(-7)～10~(-1)),猪、鸡和牛3种养殖场粪便中喹诺酮类ARGs的相对丰度最低(10~(-7)～10~(-5)),四环素类和磺胺类ARGs的相对丰度较高,分别为10~(-4)～10~(-1)和10~(-4)～10~(-2),猪场污水中13种ARGs和int I1的相对丰度(10~(-3)～10~(-2))普遍高于牛场(10~(-6)～10~(-4))。对于畜禽污水,猪场和牛场的处理工艺可以去除大部分ARGs,尤其是四环素类ARGs,相对丰度(lg值)下降了0～2.09,此外,猪场污水处理工艺中厌氧发酵单元和贮存池单元对ARGs的去除效果较好,牛场污水处理工艺中调节池单元对ARGs的去除效果较好;对于畜禽粪便,异位发酵床、堆肥和无菌晾晒处理均能去除大部分目标ARGs。猪粪在异位发酵床处理后,10种ARGs的相对丰度下降,其lg值平均降低了1.11;牛粪和鸡粪在堆肥后,分别有8种和9种ARGs的相对丰度下降,其lg值平均降低了0.83和1.32;牛粪在灭菌晾晒处理后,5种ARGs的相对丰度下降,其lg值平均降低了1.12。磺胺类ARGs在以上处理工艺中呈现升高趋势,因此,应该对磺胺类ARGs引起的污染予以重视。     

畜禽粪便中兽用抗生素削减方法的研究进展

兽用抗生素具有显著的促动物生长、预防动物疾病的作用。随着集约化畜牧业以及配合饲料工业的不断发展,抗生素作为饲料添加剂在全球范围内已被广泛应用。我国畜禽养殖业对抗生素的依赖甚是严重,每年用于畜禽养殖的兽药抗生素超过了8吨,占抗生素总产量的一半以上。这些兽用抗生素并不能完全被动物体所吸收,绝大部分以原药或者代谢产物的形式随畜禽粪便和尿液排出体外,导致畜禽粪污中多种抗生素残留,最高浓度达到了183.50 mg·kg~(-1)。残留抗生素可能经各种途径进入土壤和水体环境中,一方面影响土著微生物的活性,另一方面引起抗性菌和抗性基因的产生和传播,给生态系统安全和人类身体健康带来巨大的负面效应。因此,充分、有效消减畜禽粪污中兽药抗生素十分重要而迫切。论文作者在总结大量文献的基础上,对国内外畜禽粪便抗生素的污染特点和赋存规律进行了系统介绍,并着重阐述了国内外畜禽粪便中兽用抗生素削减方法的最新研究进展,描述了畜禽粪便好氧堆肥和厌氧发酵的分类及工艺流程。在此基础上重点对好氧堆肥和厌氧发酵两种处理方式下畜禽粪便中兽用抗生素的去除程度进行了详尽、深入分析,同时对抗生素消减效果的影响因素进行了充分讨论。主要结论:好氧堆肥对土霉素、四环素、金霉素、磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、环丙沙星、恩诺沙星和泰乐菌素等主要类别抗生素的最高去除率可达65.5%—100%,去除效果受抗生素种类、初始浓度、添加方式、堆肥温度、供养方式、底物组成影响;厌氧发酵对氨苄青霉素、四环素、磺胺甲氧二嗪的去除可达100%,但几乎无法去除磺胺噻唑、磺胺二甲基嘧啶、磺胺氯哒嗪、泰乐菌素,去除效果受抗生素种类、浓度、发酵温度、污泥性质、混合速率和发酵时间影响。最后,对需要进一步开展的研究进行了展望,建议加强兽用抗生素的监管,制定相关的法规和标准,加速兽用抗生素替代物品的研发,减少源头污染;深入开展畜禽废弃物好氧堆肥或者厌氧发酵过程中抗生素降解产物及机理研究;筛选具有强降解能力的微生物作为菌剂,强化其对畜禽养殖废弃物中兽用抗生素的消减;深入研究好氧堆肥和厌氧发酵过程中抗生素和ARGs之间的相互关系,去除兽用抗生素的同时也加速ARGs的削减。     

畜禽粪便好氧堆肥研究进展

近年来,由于规模化、集约化畜禽养殖业的迅猛发展,及缺少安全有效的处置措施,畜禽粪便正逐渐成为新的环境污染源.为保护环境,促进农业和农村的持续发展,现代学者从生态学观点分析,认为畜禽粪便的最佳利用途径仍是作为有机肥还田.但传统畜禽粪便还田方式,如直接还田、就地发酵还田等,已不能适应现代农业发展要求,即产业化、商品化处置畜禽粪便.     

好氧堆肥去除畜禽粪便病原体的研究进展

近年来，非洲猪瘟、甲型H1N1流感、禽流感和新冠肺炎等疫情频发，其中甲型H1N1流感和禽流感等人畜共患病的病原体引发的疫情传播逐渐受到固体废弃物处理利用领域的关注。携带大量病原体的畜禽粪便若不能合理循环利用，会对人体健康和生态安全造成威胁。高温好氧堆肥是一种处理固体废弃物的常用方法，堆肥过程的高温阶段能够有效降低病原体数量，但仍有部分堆肥产品因病原体残留而存在安全风险。本文综述了堆肥过程对病原体的去除效果及其影响因素，探讨了堆肥产品中病原体残留的可能原因和存在的风险，并基于此提出了可以提高堆肥病原体去除效果的工艺优化方向，这将最大程度降低堆肥产品的安全风险，确保畜禽粪便堆肥产品的安全高效使用。     

畜禽粪便好氧堆肥处理技术探讨

随着我国农业生产水平的不断提升,畜牧业中所产生的畜禽粪便越来越多,畜禽粪便处理也越来越难。当前,许多养殖场有大量废弃的畜禽粪便未被妥善处理,已经成为农业及土壤的污染源之一。分析了我国畜禽粪便的利用现状以及处理技术,并对高温好养堆肥技术进行了改进分析。     

畜禽粪便堆肥技术研究

畜禽粪便给环境带来了极大的影响,但畜禽粪便其实是一种放错了地方的资源。通过畜禽粪便的堆肥处理生产有机肥,可以实现畜禽粪便的肥料化、资源化和无害化处理。本文就畜禽粪便的堆肥技术展开研究,以期能够为畜禽粪便堆肥技术的选择提供一定的依据和参考。     

畜禽粪便堆肥高效固氮添加剂研究

通过在畜禽粪便堆肥过程中加入不同的添加剂,以减少氮素在堆肥过程中的流失.结果表明:添加过磷酸钙、磷石膏、钙镁磷肥可达到固氮的效果.固氮效果最佳的是磷石膏,比对照提高了11.2％;其次为钙镁磷肥、过磷酸钙;过磷酸钙、钙镁磷肥、磷石膏与草炭的组合均有固氮效果,与对照比较,磷石膏+草炭的效果最佳.     

蚯蚓堆肥对畜禽粪污耐药基因的影响研究进展

抗生素耐药基因作为一种新型环境污染物,严重威胁着人体健康与动物安全,与其直接相关的细菌耐药性问题也已成为目前世界环境与医学领域关注的焦点。畜禽养殖业是我国经济发展和农业现代化的中轴产业,同时也是耐药基因污染的重要源头,蚯蚓堆肥对合理利用畜禽粪便、促进我国农业绿色发展具有重要意义,而摸清蚯蚓堆肥畜禽粪便及后续产物利用过程中耐药基因的行为规律和环境归趋则是其合理利用的关键。本文在简要论述蚯蚓堆肥畜禽粪便现状的基础上,聚焦蚯蚓堆肥及产物利用过程中耐药基因污染问题,梳理总结了转化及产物利用过程中耐药基因的污染赋存特征、环境行为规律及迁移主控因子,并提出基于“畜禽粪便-蚯蚓堆肥-蚓粪还田”资源化利用全过程的耐药基因污染防控建议及展望,以期为我国畜禽粪便资源化、无害化利用及农业绿色发展提供参考。     

畜禽粪便超高温好氧堆肥工程案例

超高温好氧堆肥是高效、绿色的有机固体废弃物资源化技术,为了弥补超高温好氧堆肥在大规模工程性处理研究中的不足,通过对规模化畜禽粪便超高温好氧堆肥工程案例（处理量300 t·d^-1）的分析,阐述了超高温好氧堆肥在工程应用中的原理、工艺选择、运行参数以及经济效益。槽式及条垛式规模化畜禽粪便超高温好氧堆肥的最高温度可超过80℃,20~30 d完成堆肥。堆肥结束后,含水率和有机质分别保持在44%和35%左右,EC值为2.9 mS·cm^-1,水溶性有机碳和水溶性总氮的含量分别保持在3.0mg·kg^-1和0.9 mg·kg^-1。此外,腐熟料经过二次加工,可制备为功能性有机肥料。超高温好氧堆肥投资成本小、产品价值高,具有更高的经济效益。目前,已形成的可复制的畜禽粪便循环利用新模式,可为农林残余、生活垃圾、厨房残余等其他有机固废的规模化超高温好氧堆肥处置提供参考。     

通风方式对厨余垃圾堆肥H_2S和NH_3排放的影响

为减少厨余垃圾堆肥过程中恶臭物质的排放,设计通风方式对H_2S和NH_3排放影响的进行研究。厨余垃圾和玉米秸秆按照湿基比例85∶15进行充分混合后作为堆肥原料,堆肥试验在100-L的密闭发酵罐中进行,堆肥周期为30d。堆肥试验分别设置2.2(T1,持续通风)、3.3(T2,通风40min,停20min)和6.6m~3/(m~3·h)(T3,通风20min,停40min)3种通风方式。结果表明:3个堆肥处理均满足无害化和堆肥腐熟的要求;在总通风量相同的情况下,间歇通风方式有利于降低H_2S排放,但是过大的通风量会增加堆肥过程中的总硫损失;通风量对NH_3的排放影响较大,通风量越大,NH_3的排放量越高,通风方式对NH_3的排放几乎没有影响。综合堆肥的无害化指标、H_2S和NH_3的排放以及最终堆肥产品的品质,本试验条件下通风量为3.3m3/(m3·h)的间歇通风方式既能有效控制H_2S和NH_3的排放,减少N和S营养元素损失,又能满足堆肥的无害化和堆肥产品的腐熟。     

花生壳生物炭用量对猪粪堆肥温室气体和NH3排放的影响

为研究不同花生壳生物炭添加比例对猪粪堆肥过程中温室气体和NH3排放的影响。利用强制通风静态堆肥技术,研究0(对照)、3%、6%和9%花生壳生物炭添加比例(质量比)对猪粪堆肥过程CO_2、CH_4、N_2O和NH_3排放和堆肥性质的影响。结果表明:添加生物炭能够延长堆肥高温期持续天数,使pH提高0.09～0.13个单位,EC提高11.7%～50.6%;各堆肥处理CO_2、CH_4和N_2O排放速率均随发酵时间的延长呈先升高后降低的趋势,且CO_2、CH_4和N_2O排放速率均与pH具有显著的相关性;随生物炭用量的增加,猪粪堆肥过程中CO_2排放速率表现为先升高后降低的变化趋势,其中以3%生物炭添加比例处理最高,其平均CO_2排放速率比对照增加12.9%;N_2O排放和NH_3挥发均以9%生物炭添加比例处理最低,分别比对照降低12.5%和29.9%。综上,在整个堆肥过程中,花生壳生物炭的添加降低了N_2O和CH_4的累积排放量,且随花生壳生物炭添加比例的增加,温室气体减排效应增大。     

鸡粪好氧堆肥过程氨气与温室气体排放特征及协同减排机制

为研究畜禽粪便好氧堆肥过程氨气(NH₃)与温室气体的排放特征及协同减排机制,以鸡粪与蘑菇渣为原料,设置9组不同条件的好氧堆肥正交实验,并进行为期45 d的跟踪监测,了解好氧堆肥过程基本理化参数变化,分析NH₃和温室气体的排放规律及最佳减排条件,探究微生物群落与环境因子、气体排放通量之间的相关性。结果表明：含水率与碳氮比(C/N)变化影响整个堆肥进程,经45 d堆肥后,大多数处理组的堆肥均已经完全腐熟,且添加一定比例的椰壳生物炭与钙镁磷肥可以提高堆肥腐熟度。NH₃和4种温室气体(CH₄、N₂O、CO、CO₂)在堆肥前期(1～22 d)排放通量较高,人工翻堆会增加气体排放通量。NH₃和温室气体排放的影响因子和最佳减排条件各不相同,存在“此消彼长”的关系。对NH₃、CH₄、N₂O排放影响较大的因子是椰壳生物炭占比、钙镁磷肥占比和通风速率,有利于这3种气体协同减排的条件为含水率...     

Fe2O3对鸡粪堆肥过程中含硫臭气排放的影响

本文以新鲜鸡粪和玉米秸秆为原料,在60 L密闭式发酵罐内进行联合好氧堆肥,研究了Fe₂O₃作为添加剂对鸡粪堆肥含硫臭气排放和堆肥产品腐熟度的影响。研究结果表明,在为期35 d的堆肥过程中,两处理的高温期（≥ 50℃）均持续10 d以上,满足堆肥产品无害化要求;种子发芽率指数（GI）均超过70%,达到完全腐熟,添加Fe₂O₃不会影响堆肥温度和堆肥产品腐熟度。鸡粪堆肥添加Fe₂O₃可有效降低含硫臭气排放,可使鸡粪堆肥过程中硫化氢（H₂S）、二甲基二硫醚（Me₂SS）和甲硫醚（Me₂S）分别减少38.81%、73.59%和42.59%,累计减少总硫损失63.17%。总体而言,外源添加Fe₂O₃不会影响堆肥进程和腐熟度,可显著降低含硫臭气排放,增加产品中硫含量。     

秸秆与生物炭对棉田碱性土壤NH3挥发与N2O排放的影响

为探究秸秆和秸秆生物炭连续添加5 a后对土壤氨（NH₃）挥发和氧化亚氮（N₂O）排放的影响,并确定合理的秸秆还田措施,以降低碱性棉田氮损失。本研究基于等碳量输入,设置秸秆翻埋、秸秆催腐+覆盖还田、秸秆生物炭翻埋和不还田对照共4个处理,氮磷钾肥统一施用。结果表明：秸秆生物炭翻埋下土壤NH₃挥发和N₂O排放分别较不还田对照显著降低27.3%和56.7%,主要归因于生物炭显著抑制土壤羟胺还原酶与硝酸还原酶活性,增加棉花氮吸收量,也与生物炭自身的强吸附能力有关。而秸秆翻埋、秸秆催腐+覆盖还田分别较对照增加NH₃挥发37.2%和21.2%,但减少N₂O排放17.1%和38.3%,这两种秸秆还田方式均显著促进土壤有机氮矿化和羟胺还原酶活性,抑制硝酸还原酶活性。冗余分析（RDA）结果表明羟胺还原酶和棉花氮吸收是土壤NH₃挥发和N₂O排放的主要影响因子,解释率分别为64.8%和20.1%。研究表明,秸秆生物炭翻埋对NH₃和N₂O减排的综合效果优于秸秆,是碱性棉田土壤值得推荐的氮减排措施。     

清液肥对滴灌棉田NH3挥发和N2O排放的影响

为研究清液肥对滴灌棉田氮素气态损失的影响,试验共设5个处理：不施氮肥（N0）、常规化肥施氮300 kg·hm^-2（TN300）和240 kg·hm^-2（TN240）、清液肥施氮300 kg·hm^-2（LN300）和240 kg·hm^-2（LN240）。结果表明：施用氮肥会显著增加滴灌棉田土壤NH₃挥发和N₂O排放,各施氮处理NH₃挥发总损失量较N0处理增加1.7~3.8倍,N₂O累积排放量较N0处理增加1.8~2.7倍。常规施氮水平下,LN300处理较TN300处理NH₃挥发损失降低42.4%,N₂O排放减少14.1%;同一减氮水平下,LN240处理NH₃挥发损失和N₂O排放分别减少29.5%和18.9%。等量氮肥投入下,施用清液肥可显著降低土壤NO₃^--N和NH₄⁺-N含量,土壤脲酶活性和反硝化酶活性也显著降低。相关性分析表明土壤NH₃挥发总量和N₂O累积排放量与0~20 cm土壤NH₄⁺-N含量、NO₃^--N含量、土壤脲酶活性和硝酸还原酶呈显著正相关,与土壤亚硝酸还原酶和羟胺还原酶无显著性相关。与常规化肥施氮相比,TN240、LN300和LN240处理棉花籽棉产量较TN300处理分别增加12.6%、9.1%和24.5%,LN240处理棉花籽棉产量较TN240处理提高10.6%。综上,清液肥施氮240 kg·hm^-2可显著减少滴灌棉田氮素气态损失,提高棉花产量,是一种值得推荐的施肥措施。     

不同施氮措施对枸杞园土壤NH3挥发和N2O排放的影响

为明确适宜氮肥用量配施硝化抑制剂对柴达木枸杞园土壤NH₃挥发和N₂O排放的影响,在柴达木地区枸杞园开展研究,共设置9个处理:N667、N534、N400、N267、N133、N0处理分别表示施用纯氮667、534、400、267、133、0 kg·hm^-2,N400I2.00、N267I1.33、N133I0.67处理分别表示在N400、N267、N133处理基础上配施2-氯-6(三氯甲基)-吡啶(nitrapyrin)2.00、1.33、0.67 kg·hm^-2,采用通气法和静态暗箱法采集NH₃和NO₂,连续流动分析仪和气相色谱仪测定气体含量。结果表明:NH₃挥发速率与累积量均随施氮量的增加而增加,相同施氮量下配施硝化抑制剂对NH₃挥发无显著影响。N667处理2019年及2020年的NH₃挥发速率峰值分别为0.48 kg·hm^-2·d^-1和0.57 kg·hm^-2·d^-1,NH₃挥发累积量分别为34.49 kg·hm^-2和35.11 kg·hm^-2,显著高于其他处理。两年相同施氮量处理下配施与未配施硝化抑制剂处理的NH₃挥发累积量均无显著差异;N400I2.00、N267I1.33、N133I0.67处理较农民习惯施氮(N667)处理显著降低了N₂O排放。2019年和2020年N667处理的N₂O累积排放量较N400处理分别增加了43.10%、16.11%,N400I2.00、N267I1.33、N133I0.67处理的N₂O累积排放量较N400、N267、N133处理降低了28.52%~41.37%。2019年和2020年N400I2.00处理的产量较N667处理显著提高了9.26%及6.67%,且净收益提高了9.80%、7.10%。研究表明,与农民习惯施氮量相比,减施氮肥且配施硝化抑制剂可显著降低NH₃挥发和N₂O排放,同时可提高枸杞产量与经济效益。施氮量为400 kg·hm^-2且配施nitrapyrin 2.00 kg·hm^-2为柴达木高肥力枸杞园较优的施氮组合。     

免耕稻田氮肥运筹对土壤NH3挥发及氮肥利用率的影响

通过大田试验,设置5种不同的施肥比例(基肥:分蘖肥:拔节肥:穗肥-2:2:3:3(R1)、3:2:2:3(R2)、4:2:2:2(R3)、4:3:1:2(R4)与0:0:0:0(CK)),研究氮肥运筹对稻田NH₃挥发和氮肥利用率的影响。结果表明,(1)相对于不施肥,施肥显著提高了稻田NH₃挥发量。氮肥施用后,NH₃挥发损失量占施氮量的6.2%-8.5%,其中,以分蘖期NH₃挥发损失量最大,齐穗期次之,苗期和拔节期最小。施肥处理间,处理R1稻田累积NH₃挥发量最小,显著低于其它施肥处理,比处理R2、R3和R4分别低9.1%(P<0.05)、10.9%(P<0.05)和17.7%(P<0.05)。(2)相关分析表明,田面水NH₄⁺、pH值和土壤NH₄⁺和pH值均与稻田土壤NH₃挥发通量呈显著或者极显著相关;(3)处理R1水稻氮肥利用率相对于处理R2、R3和R4增加了28.4%(P<0.05)、55.4%(P<0.05)和74.9%(P<0.05)。研究表明,氮肥后移能有效降低免耕稻田NH₃挥发,提高水稻的氮肥利用率。     

田间老化生物质炭对潮土氨挥发的影响

为了揭示不同用量生物质炭田间老化后对土壤氨挥发的影响,采用密闭通气法监测了小麦-玉米轮作下土壤氨挥发损失。试验设5个处理：不施肥（Control）、常规施氮（CN）以及常规施氮加3、6、12 t·hm^-2生物质炭（NB3、NB6、NB12）。结果表明： 6 t·hm^-2和12 t·hm^-2生物质炭施用3 a后降低了小麦产量,但对玉米产量无影响;生物质炭显著降低了小麦籽粒氮吸收量,但3 t·hm^-2和6 t·hm^-2生物质炭增加了玉米籽粒氮吸收量。田间老化生物质炭显著降低了小麦季NH₃挥发,相反增加了玉米季NH₃挥发,但是6 t·hm^-2和12 t·hm^-2生物质炭显著降低了年度NH₃挥发累积量。6 t·hm^-2生物质炭田间老化3 a后显著降低了单位小麦产量NH₃排放量,对单位玉米产量NH₃排放量无显著影响,总体降低了年度单位产量NH₃排放量。研究表明,田间老化3 a后,6 t·hm^-2和12 t·hm^-2生物质炭处理显著降低了年度NH₃挥发量。     

水孔蛋白协助玉米副卫细胞中H2O2的跨膜转运

【目的】探索玉米气孔副卫细胞中H_2O_2的来源,以阐明禾本科植物气孔运动过程中保卫细胞和副卫细胞协同调节的机理。【方法】采用细胞化学方法对H_2O_2进行亚细胞荧光定位,以Tubulin和GAPDH为内参基因,利用qPCR技术,对玉米水孔蛋白基因ZmPIP2;4、ZmPIP2;5和ZmPIP2;6表达量进行分析,从而确定水孔蛋白协助玉米副卫细胞中H_2O_2的跨膜转运。【结果】光暗处理组,加水孔蛋白抑制剂AgNO_3与不加AgNO_3副卫细胞中的H_2O_2积累相反;外源H_2O_2引起副卫细胞中H_2O_2积累,先加入水孔蛋白抑制剂AgNO_3再加外源H_2O_2处理后副卫细胞中H_2O_2不积累;短细胞发生后,副卫细胞中的H_2O_2开始积累,同时ZmPIP2;5基因的相对表达量上调;随着水分胁迫程度增加,ZmPIP2;4、ZmPIP2;5、ZmPIP2;6基因的相对表达量随短细胞发生上调。【结论】水孔蛋白具有转运H_2O_2的功能,玉米叶片下表皮副卫细胞中的H_2O_2是外源的,其积累和清除可能与水孔蛋白ZmPIP2;5的转运有关。