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猪粪/污泥是抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的重要蓄积库。生物处理和土地利用广泛应用于猪粪/污泥的处理与处置。本文开展了猪粪/污泥生物处理及土地利用全过程中ARGs的归趋与控制研究,以便为控制猪粪/污泥中ARGs及其在环境中的传播提供科学依据。 本文研究了典型集约化养猪场中生猪不同生长阶段猪粪中ARGs分布特征和排放量。结果表明,猪粪中含有ARGs、毒力因子(Virulence factors,VFs)、重金属抗性基因(Heavy metal resistance genes,MRGs)和水平转移元件(Mobilegenetic elements,MGEs)。ARGs排放量依次为育肥期>妊娠期>保育期>哺乳期,生猪保育期的VFs和妊娠期的MGEs排放量最大,且猪粪中ARGs同MGEs显著相关(p<0.05)。统计学分析结果表明,猪粪中微生物群落结构是ARGs分布的主导因素。 本文考察了猪粪堆肥产品在三种典型土壤(红土,黄土和黑土)利用过程的ARGs归趋及其机制。结果表明,猪粪堆肥产品对不同土壤中抗生素抗性菌(Antibiotic resistance bacteria,ARBs)的影响不同,差异较大,且对不同土壤中微生物群落结构的影响显著不同。猪粪堆肥向三种土壤中引入了大量tetG、ermF和tetX,但这些ARGs随时间逐渐削减至对照(Control)水平。同对照相比,猪粪堆肥和无机肥料(NPK)的添加有助于削减土壤中ARGs的丰度,但并未增加土壤中ARGs的丰度风险。统计分析表明,微生物群落结构的演替同各类土壤中ARGs演替具有极强的显著正相关性(p<0.01)。 本文研究了两种污泥厌氧生物处理(污泥和餐厨混合厌氧和基于微波预处理强化污泥厌氧)和两种污泥好氧处理(堆肥和生物干化)对ARGs的削减效果。结果表明,污泥厌氧消化对ARGs具有一定程度的富集作用,但基于微波预处理的污泥和餐厨混合厌氧消化,不仅能够强化污泥厌氧消化,而且削减了ARGs;同单相污泥厌氧消化相比,基于微波预处理的两级厌氧消化同时实现了厌氧消化的强化和ARGs的削减。优化的曝气策略不仅强化了污泥生物干化效果,而且提高了ARGs的削减效果;添加沸石粉不仅能够提高污泥堆肥的保氮效果,而且能够削减ARGs。统计学分析表明,微生物群落结构演替是影响污泥生物处理过程中ARGs归趋的主导因素,依次是微生物群落结构>基因水平转移(HGT)>重金属选择压力。 本文考察了污泥堆肥和污泥生物干化产品土地利用过程中ARGs的归趋,结果表明,污泥堆肥的土地利用对三种土壤均带来了一定的风险,依次为黄土>红土>黑土;各种污泥堆肥产品对tetG在三种土壤中均具有一定的富集作用,可将tetG作为污泥堆肥影响土壤ARGs的一个潜在指标。污泥生物干化产品的土地利用并没有增加红土和黑土中ARGs的丰度,但对黄土中ereA和ermB的丰度有所增加。综合考虑污泥生物处理和土地利用全过程,污泥生物干化相对污泥堆肥具有一定的ARGs削减优势。统计学分析表明,微生物群落结构的变化同ARGs的演替具有极强的显著相关性(p<0.01)。 总之,从猪粪/污泥生物处理和土地利用全过程来看,微生物群落结构的演替是ARGs归趋的主导因素,污泥和猪粪对最终土地利用中产生风险的ARGs也有显著区别,因土壤类型而异。