青霉素菌渣堆肥中細菌豐度、多樣性及群落結構的研究.pdf

1、抗生素菌渣因其含有抗生素殘留及其代謝產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?？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構的研究是關注的熱點，它們對堆肥產品質量及其運用具有指導意義。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氨氧化作用的氨氧化菌群群落結構和多樣性研究較少。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、多樣性及群落結構隨堆肥過程的變化。結果如下:
　　在30天的高溫好氧堆肥過程中，堆肥中理化指標如溫度、水

3、分、pH、電導率，碳氮比、發(fā)芽指數等的動態(tài)變化是評價堆肥腐熟的重要指標。4個不同堆肥系統歷經升溫，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;堆肥結束后，4個堆肥系統的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)相關的理化指標堆肥前后變

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。通過各理化指標與發(fā)芽指數的相關性分析發(fā)現水分含量、電導率、碳氮比、銨態(tài)氮是更為可靠地評價堆肥腐熟的理化指標。4個不同原料堆肥中的物理、化學及生物指標均表明堆肥已經達到腐熟。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研究糞-濕菌渣和純豬糞堆肥系統中細菌的多樣性及群落結構演替發(fā)現，除第25d之外，糞-濕菌渣堆肥中的Chao1多樣性指數高于純豬糞堆肥;而糞-濕菌渣堆肥中的Shannon多樣性指數在堆肥整個進程一直高于純豬糞堆肥。采用操作典范對應分析(CCA)研究細菌群落結構特征和群落分布與不同環(huán)境因子之間的關系，結果表明青霉

6、素菌渣的添加改變了堆肥中細菌菌落的結構及其分布，且物種構成的差異隨著堆肥的進程逐漸增大;其中水分含量和發(fā)芽指數的動態(tài)變化顯著影響細菌群落結構組成的變化。在糞-濕菌渣和純豬糞堆肥系統中，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構中優(yōu)勢菌群有差異。
　　采用定量PCR技術分析堆肥中氨氧化菌群豐度動態(tài)變化，結果表明，不同堆肥系統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相關性分析中，氨氧化細菌amoA基因豐度與電導率、碳氮比、硝態(tài)氮濃度呈現顯著負相關;氨氧化古菌amoA基因豐度與銨態(tài)氮濃度呈顯著正相關。樣品PCR-D