表面活性剂对堆肥过程中微生物群落多样性及抗生素抗性基因丰度的影响

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抗生素在促进动物生长和预防动物疾病方面有重要作用,近年来被大量的用于畜禽养殖业。抗生素的滥用使得其大部分以原形或代谢物的形式随畜禽粪尿排出,造成畜禽粪便中的残留量较高。然而,畜禽粪便中大量残留的抗生素可诱导环境中抗性微生物和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的产生。好氧高温堆肥是畜禽粪便无害化处理和资源化利用的主要手段。表面活性剂是一种可以降低液/固界面张力的活性物质,它可以改变固体颗粒表面的固液界面性质,改善微生物生长的微环境,进而提高堆肥的效率。表面活性剂在堆肥中的应用陆续报道,其中在污泥,园林废弃物堆肥中的应用较多。但将表面活性剂用于畜禽粪便堆肥中,探究其对堆肥过程中微生物群落多样性以及抗生素抗性基因的影响的研究甚少。本试验以小麦秸秆和鸡粪为堆肥原料,通过鸡粪好氧堆肥试验,添加不同类型的表面活性剂鼠李糖脂(RL)和吐温80(Tw),主要采用酶活分析法、Biolog法、实时定量PCR技术等,研究了鼠李糖脂和吐温80对堆肥过程中堆料理化性质、有效态重金属含量、酶活性、微生物群落多样性、抗性基因的影响。主要结果如下:  1.RL和Tw对堆料理化性质及有效态重金属的影响  经过30d的堆肥处理,各处理堆体温度均在55℃以上保持4d,达到了无害化处理的标准。各处理GI指数均大于80%,C/N小于16,达到了腐熟标准,其中添加表面活性剂处理升温较快,高温期延长,提前腐熟,且能有效地降低有效态重金属Zn和Cu的浓度。  2.RL和Tw对堆肥过程中酶活性及微生物群落多样性的影响  添加表面活性剂鼠李糖脂和吐温80提高了脲酶、纤维素酶活性,促进了堆肥中纤维素的降解。添加表面活性剂AWCD值、Shannon指数和Simpson指数显著大于CK处理。表面活性剂改变了堆肥过程中微生物群落功能多样性,起分异作用的碳源主要为糖类、羧酸类及氨基酸类。  3.RL和Tw对堆肥过程中抗生素抗性基因和一类整合子丰度的影响  从堆肥各时期样品中共检出6种四环素类抗性基因,3种磺胺类抗性基因,3种大环内脂类抗性基因,1种喹诺酮类抗性基因,1种Ⅰ类整合子。堆肥结束后,Tw处理的抗性基因丰度降低1-4.7logs,RL处理降低0.8-3.7logs,添加表面活性剂处理的抗性基因丰度均比CK处理低。结果表明,在好氧高温堆肥中添加表面活性剂是一种有效降低抗生素抗性基因的方法,但不能彻底去除抗性基因,还需要进一步处理降低抗性基因对环境带来的风险。  鼠李糖脂和吐温80可使农业废弃物堆肥过程升温加快,高温期延长,降低了生物有效态重金属Zn和Cu的浓度,增强微生物的活性,提高堆料中微生物群落多样性,增强堆肥中脲酶活性、纤维素酶活性,促进了堆肥过程纤维素的降解。有效降低堆料中抗生素抗性基因丰度和一类整合子丰度。
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