青霉素菌渣堆肥中細菌豐度、多樣性及群落結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、抗生素菌渣因其含有抗生素殘留及其代謝產(chǎn)物已被列為危險廢物。高溫好氧堆肥是一種無害化和資源化利用抗生素菌渣的重要途徑，具有易操作、低成本、能有效去除抗生素殘留等優(yōu)點;但同時存在氮素損失現(xiàn)象，因此研究氮循環(huán)的限速步驟氨氧化過程是氮素損失控制的基礎(chǔ)?？股鼐逊蔬^程中的腐熟度評價與抗生素殘留以及微生物群落結(jié)構(gòu)的研究是關(guān)注的熱點，它們對堆肥產(chǎn)品質(zhì)量及其運用具有指導(dǎo)意義。但是，文獻報道的微生物研究主要集中在活性、豐度、抗性基因等方面，而抗生素菌

2、渣堆肥過程中細菌及介導(dǎo)氨氧化作用的氨氧化菌群群落結(jié)構(gòu)和多樣性研究較少。因此，本研究借助定量PCR、PCR-DGGE和高通量測序等技術(shù)分析以青霉素菌渣和豬糞為原料的堆肥處理。試驗主要基于有糞-濕菌渣、糞-干菌渣、糞-青霉素和純豬糞4種堆肥原料，分析其腐熟速度與程度、堆肥過程中的氮素循環(huán)轉(zhuǎn)化規(guī)律，以及堆體中的細菌與氨氧化菌群的豐度、多樣性及群落結(jié)構(gòu)隨堆肥過程的變化。結(jié)果如下:
　　在30天的高溫好氧堆肥過程中，堆肥中理化指標(biāo)如溫度、水

3、分、pH、電導(dǎo)率，碳氮比、發(fā)芽指數(shù)等的動態(tài)變化是評價堆肥腐熟的重要指標(biāo)。4個不同堆肥系統(tǒng)歷經(jīng)升溫，高溫和降溫后堆體的溫度逐漸接近室溫;水分散失了29.8％-36.5％，其主要發(fā)生在高溫期;堆肥結(jié)束后，4個堆肥系統(tǒng)的pH值為7.4-7.9之間;EC值為5.5-4.1mS/cm;碳氮比穩(wěn)定在17.6-20.3之間;發(fā)芽指數(shù)GI都在119.7％-139.3％之間。糞-濕菌渣、糞-干菌渣、糞-青霉素和純豬糞堆體中氮素循環(huán)相關(guān)的理化指標(biāo)堆肥前后變

4、化為銨態(tài)氮損失量分別為2.7g/kg、1.6g/kg、1.5g/kg和0.9g/kg;硝態(tài)氮分別增加了88.2mg/kg、319.8mg/kg、101.7mg/kg、131.9mg/kg。通過各理化指標(biāo)與發(fā)芽指數(shù)的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)水分含量、電導(dǎo)率、碳氮比、銨態(tài)氮是更為可靠地評價堆肥腐熟的理化指標(biāo)。4個不同原料堆肥中的物理、化學(xué)及生物指標(biāo)均表明堆肥已經(jīng)達到腐熟。高溫好氧堆肥能快速降解青霉素菌渣堆肥中的青霉素殘留。糞-濕菌渣和糞-青霉素堆體分

5、別在堆肥第9d，2d青霉素濃度降低至低于UPLC方法檢測限，糞-干菌渣和純豬糞堆體中未檢測到青霉素。
　　通過高通量測序技術(shù)研究糞-濕菌渣和純豬糞堆肥系統(tǒng)中細菌的多樣性及群落結(jié)構(gòu)演替發(fā)現(xiàn)，除第25d之外，糞-濕菌渣堆肥中的Chao1多樣性指數(shù)高于純豬糞堆肥;而糞-濕菌渣堆肥中的Shannon多樣性指數(shù)在堆肥整個進程一直高于純豬糞堆肥。采用操作典范對應(yīng)分析(CCA)研究細菌群落結(jié)構(gòu)特征和群落分布與不同環(huán)境因子之間的關(guān)系，結(jié)果表明青霉

6、素菌渣的添加改變了堆肥中細菌菌落的結(jié)構(gòu)及其分布，且物種構(gòu)成的差異隨著堆肥的進程逐漸增大;其中水分含量和發(fā)芽指數(shù)的動態(tài)變化顯著影響細菌群落結(jié)構(gòu)組成的變化。在糞-濕菌渣和純豬糞堆肥系統(tǒng)中，在升溫階段(0d)占優(yōu)勢地位的是梭菌綱（Clostridia）、變形菌綱（Gammaproteobacteria）和芽孢桿菌綱(Bacilli)，優(yōu)勢菌屬為假單胞菌屬（Pseudomonas），糞球菌屬（Coprococcus），芽孢桿菌屬(Bacillu

7、s);在高溫期(9d)處于優(yōu)勢地位的是擬桿菌綱（Bacteroidia）和梭菌綱（Clostridia）;最豐富的屬分別是梭菌屬（Clostridium），纖線菌屬（Leptonema），Sphaerisporangium;到腐熟期(30d)相對豐度高的為梭菌綱（Clostridia），擬桿菌綱（Bacteroidia）和變形菌綱（Gammaproteobacteria）且梭菌屬（Clostridium）是相對豐度最高的屬。不同堆肥原料

8、堆體中不同時期的細菌群落結(jié)構(gòu)中優(yōu)勢菌群有差異。
　　采用定量PCR技術(shù)分析堆肥中氨氧化菌群豐度動態(tài)變化，結(jié)果表明，不同堆肥系統(tǒng)中氨氧化古菌和氨氧化細菌在不同的堆肥階段交替成為優(yōu)勢種群，且表明在不同原料堆肥中的升溫階段，氨氧化細菌對氨氮的氧化作用發(fā)揮著重要的作用。在氨氧化菌群與理化指標(biāo)相關(guān)性分析中，氨氧化細菌amoA基因豐度與電導(dǎo)率、碳氮比、硝態(tài)氮濃度呈現(xiàn)顯著負相關(guān);氨氧化古菌amoA基因豐度與銨態(tài)氮濃度呈顯著正相關(guān)。樣品PCR-D