生物处理下养殖粪污中污染物消减和微生物抗性响应的最新研究进展

　　重金属与抗生素常被用作饲料添加剂，以预防动物疾病，促进生长和提高产量。由于过度使用或使用不合格的饲料添加剂，动物粪便及其堆肥产品中会残存大量铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）等重金属（HMs）和四环素等抗生素。不合格堆肥产品一旦应用于环境，可对生态系统和人类健康造成严重威胁。

　　好氧堆肥是一种低成本、高效的绿色生物处理方法，能有效降低有机废物中污染物含量和毒性，并在微生物的作用下将有机质转化为腐殖质。目前在堆肥过程中细菌群落、堆肥成分、HMs和HMs抗性基因（HRGs）、抗生素与抗生素抗性基因（AGRs）之间的相互关系尚未被揭示，HMs和抗生素对微生物制剂强化下的堆肥过程影响仍是未知的。

　　基于此，西南交通大学邱忠平教授、王璨副教授团队通过对堆肥过程的动态监测，探讨堆肥过程中微生物群落变化、微生物功能变化、重金属形态、抗生素含量以及ARGs、HRGs丰度变化，研究物料组成和污染物消减和抗性演变之间的交互关系。深入研究外源微生物和重金属和抗生素在堆肥中共存时，生物强化对堆肥过程的影响，从而降低畜禽粪便堆肥产品的环境风险。此外，研究团队进一步地利用电化学细菌S. oneidensis MR-4构建自组装微生物-光催化耦合系统（SA-ICPB），探究其去除废水中HMs和抗生素的可行性，这有望为污染养殖废水的深度处理提供一种新的方法，具有重要的发展意义。

　　热

　　烈

　　祝

　　贺

　　上述研究发表在期刊Journal of Hazardous Materials和Science of The Total Environment。在此向西南交通大学邱忠平教授、王璨副教授团队表示热烈祝贺~

　　（一）

　　In?uence of microbial augmentation on contaminated manure composting: metal immobilization, matter transformation, and bacterial response

　　微生物强化对受污染粪肥堆肥的影响：金属固定、物质转化和细菌响应

　　

　　期刊：Journal of Hazardous Materials

　　时间：2022.08.11

　　影响因子：14.224

　　DOI：10.1016/j.jhazmat.2022.129762

　　文章摘要

　　畜牧废弃物中的重金属（HMs）污染已成为一个严重问题。为了解生物强化对HMs污染粪污堆肥的影响，在HMs污染猪粪堆肥过程中添加保氮微生物菌剂（NRMA）进行强化处理。与对照组（CG）相比，添加NRMA组别（EG）的HOAc可提取Cd（23.10％）、Cu（48.15％）、Cr（82.79％）、Pb（4.49％）和Zn（29.15％）显著降低（P＜0.05）。强化下，EG堆肥处理高温期也延长了5天。堆肥处理后，EG的总氮（27.93 g / kg）比CG（26.82 g / kg）高4.14％，但NH4 +-N降低了32.26％。微生物活性驱动pH和NH4 +-N的变化是HMs生物有效性降低的主要原因。另一方面，NRMA显著增强了EG中放线菌门和绿曲菌等HMs抗性细菌的富集，其丰度分别比堆肥前增加了21.23%和2473.75%。同时EG中HMs抗性基因copA（增加936.84％）、czcA（62.95％）、cadC（63.06％）和pbrT（684.08％）和chrB（16.89％）也显著高于CG。总而言之，NRMA能够调节HMs污染粪污堆肥中微生物组成，降低HMs毒性并提高堆肥处理效率。然而，在后续研究中应进一步考虑此类堆肥过程中的抗性扩散风险。

　　

　　研究内容简要示意图

　　（二）

　　Effect of bioaugmentation on tetracyclines influenced chicken manure composting and antibiotics resistance生物强化对四环素鸡粪堆肥和抗生素耐药性的影响

　　

　　期刊：Science of The Total Environment

　　时间：2023.01.07

　　影响因子：10.753

　　DOI：10.1016/j.scitotenv.2023.161457

　　文章摘要

　　畜牧业废弃物中的抗生素残留已成为一个严重的问题。本研究以抗生素污染污染鸡粪堆肥为研究对象，探讨生物强化堆肥对四环素类抗性素残留和耐药基因（ARGs）的影响。生物强化堆肥在7天内去除了大部分抗生素，四环素和土霉素的去除率分别为96.88%和92.31%，较对照组分别提高了6.32 %和20.93 %（P < 0.05）。高温期是分解抗生素最有效的阶段。强化下的处理有较长高温期（7天），而对照组全程未达到高温期温度要求。堆肥后，处理组中的TN（26.51 g/kg）和NO3?-N（2.45 g/kg）分别比对照（23.28 g/kg和2.16 g/kg）高13.87%和13.42%，C/N低12.72%，表明生物强化下物料分解转化快，养分损失少。外源微生物强化显著重塑了微生物群落结构，促进了Truepera和Fermentimonas等属的富集，其丰度分别比对照提高了71.10 %和75.37 %。值得注意的是，ARGs（包括tetC、tetG和tetW）与对照组相比分别提高了198.77%、846.77%和62.63%，整合子基因（intl1）则提高了700.26%，表明ARGs基因水平转移事件的发生。最终得出，生物强化在消除堆肥中抗生素、调节微生物群落结构方面具有重要作用。然而，生物强化堆肥去除污染物料中ARGs的能力还需要进一步研究。未来研究中，应进一步考虑采用这种方法处理受污染有机废物，消除环境风险。

　　

　　研究内容简要示意图

　　（三）

　　Effect and mechanism of simultaneous cadmium-tetracycline removal by a self-assembled microbial-photocatalytic coupling system自组装微生物-光催化耦合系统去除镉-四环素的效果及机理

　　期刊：Journal of Hazardous Materials

　　时间：2023.02.16

　　影响因子：14.224

　　DOI：10.1016/j.jhazmat.2023.131018

　　文章摘要

　　电化学细菌Shewanella oneidensis MR-4（MR-4）用于生物生成硫化镉（bio-CdS）纳米晶体，并自组装构建紧密耦合光催化-生物降解系统（SA-ICPB）以去除镉（Cd）和废水中的盐酸四环素（TCH）。通过EDS、TEM、XRD、XPS和UV-vis等方法验证CdS的生物合成及其可见光响应能力（520 nm）。在合成bio-CdS的30分钟内对Cd2+（2 mM）的去除率可达到98.4%。电化学分析证实了生物硫化镉的光电响应能力及其光催化效率。在可见光下，SA-ICPB完全清除了TCH（30 mg/L）。处理2h后，在有氧和无氧条件下TCH的去除率分别达到了87.2%和43.0%。氧气参与下整个运行阶段SA-ICPB去除了55.7%以上的化学需氧量（COD），表明SA-ICPB消除降解中间体需要氧气参与，而生物降解是深度矿化TCH的关键。电子顺磁共振分析表明h+和O2-对光催化降解起决定性作用。质谱分析证明，TCH在矿化前发生了脱水、脱烷基化和开环。总而言之，MR-4可以自发组装SA-ICPB并通过光催化和微生物耦合降解作用快速深度降解抗生素。因此这种方法对于深度降解具有抗菌特性的持久性有机污染物是有效的。

　　

　　研究内容简要示意图

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