煤气化渣对农业废弃物堆肥过程中抗生素抗性基因的影响

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Nick0409
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畜禽养殖中抗生素的滥用使得畜禽粪便中高浓度抗生素残留,诱导环境中抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的产生。ARGs可以通过移动基因元件(Mobile genetic elements,MGEs)在环境中扩散富集,使抗生素疗效降低,威胁人类生命健康。好氧堆肥是畜禽粪便无害化处理和资源化利用的主要手段。然而,堆肥产品的农业利用已成为ARGs进入土壤的重要途径。煤气化渣(Coal gasification slag,CGS)是煤气化过程中不可避免的副产物,具有多孔结构、较大比表面积和较好的吸附性能。因此,本文以不同比例的CGS(0%、5%和10%)作为添加剂,研究了CGS对猪粪好氧堆肥过程中堆料的化学性质、ARGs和MGEs基因丰度及微生物群落的影响,明确了ARGs与MGEs、微生物群落及环境因子间的相关性,揭示了CGS对堆肥中ARGs的影响机理。取得的主要结果和结论如下:(1)CK、L和H三个处理在高温期持续了4d、5d和6d。堆肥结束后,所有处理C/N低于20,GI指数大于80%,达到完全腐熟;添加CGS可以加速堆肥体系的启动,延长堆肥的高温期,增强其腐熟程度。CGS的添加降低了堆肥产物中bio-Cu和bio-Zn的含量,特别是10%CGS。(2)好氧堆肥使猪粪中dfrA7、tetW、ermX、qnrS、aac(6?)-ib-crs、intI2、ISCR1和Tn916/1545的丰度降低,降幅为0.24–1.49 logs。在一定范围内,随着CGS添加比例的增加,堆肥中ARGs和MGEs的去除效果增强。与CK相比,10%CGS有效地阻止了堆肥产品中部分ARGs和intI1的富集。(3)Firmicutes、Proteobacteria和Actinobacteria是堆肥过程中的主要门类。堆肥时间主导了微生物群落结构的变化。RDA分析表明细菌群落和MGEs是引起堆肥中ARGs丰度变化的主要原因。Network分析发现了14种ARGs的潜在宿主菌。CGS可以通过削减MGEs丰度减少水平基因转移的发生,以及减少ARGs的潜在宿主细菌,提高ARGs去除效果,降低堆肥产品中ARGs存在风险。综上所述,CGS可以加快堆肥进程,促进堆肥腐熟,降低堆肥产物中生物有效态Cu和Zn的含量。10%CGS对堆肥中ARGs和MGEs的削减效果最好。细菌群落和MGEs是引起堆肥中ARGs丰度变化的主要原因。研究结论为CGS在堆肥中的应用提供了理论依据。
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