玉米芯生物炭对污泥蚯蚓粪中微生物种群及ARGs的影响

关孟欣,彭兰生,陈景阳,黄 魁,2*,夏 慧

玉米芯生物炭对污泥蚯蚓粪中微生物种群及ARGs的影响

关孟欣1,彭兰生1,陈景阳3,黄 魁1,2*,夏 慧1

(1.兰州交通大学环境与市政工程学院,甘肃 兰州 730070；2.甘肃省黄河水环境重点实验室,甘肃 兰州 730070；3.金风环保有限公司,北京 102600)

较多的抗生素抗性基因(ARGs)积蓄于剩余污泥中降低了污泥蚯蚓粪的农用价值.为削减污泥蚯蚓粪中的ARGs,向污泥中分别添加1.25%和5%(质量比)的玉米芯生物炭(简称玉米芯炭),以无添加为对照组,揭示玉米芯炭对污泥蚯蚓堆肥过程中微生物种群结构及ARGs的影响.结果表明:添加高含量玉米芯炭显著促进污泥有机质的矿化,提升蚯蚓堆肥产物的电导率和pH值(<0.05).同时,添加玉米芯炭能增加污泥蚯蚓粪中细菌16S rDNA和真核生物18S rDNA的丰度,且其丰度均与玉米芯炭添加量呈显著正相关性(<0.05).与对照组相比,高含量玉米芯炭污泥蚯蚓粪中变形菌门、拟杆菌门、放线菌门与浮霉菌门的相对丰度分别降低了11.8%、7.1%、33.3%和20%,但厚壁菌门的丰度显著增加了40%(<0.05).此外,添加玉米芯炭蚯蚓粪中大环内酯类抗性基因(F)和四环素类抗性基因(X)的绝对丰度较对照组分别显著降低了32%～45%和13%～31%(<0.05),但同时整合子基因(I1)和磺胺类抗性基因(2)的丰度分别显著增加了47%～135%和9%～42%(<0.05).研究结果显示,添加玉米芯炭能增加污泥蚯蚓粪中微生物数量和种群多样性,加速有机质矿化,但对ARGs的削减具有选择性.

生物质炭；蚯蚓堆肥；污泥资源化；抗生素抗性基因；蚯蚓粪有机肥；生物污染物

随着我国污水处理能力的不断提升,剩余污泥产量越来越多[1-2],其处理处置已经成为我国生态文明建设过程中急需解决的难题.蚯蚓堆肥是一种蚯蚓协同微生物共同降解有机物的污泥肥料化技术[3],其产物蚯蚓粪富含多种土壤养分及益生菌群[4-5],是一种高质量的生物有机肥.由于我国城市生活污水和工业污水管网的分流,市政污泥中的重金属与有毒有机物含量已不再是污泥蚯蚓堆肥的瓶颈.但新近研究发现剩余污泥中积蓄大量抗生素及其抗性基因(ARGs)[6],亦会造成污泥蚯蚓粪中功能性菌群携带有大量ARGs[7].ARGs作为新型生物污染物,具有很强的遗传性和传播性,难以在生物介质……