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    資源環境學院王瑞龍研究員團隊在外來入侵植物與畜禽糞污資源化利用方面取得系列進展

    來源單位及審核人:資源環境學院 方秋中編輯:李彥華審核發布:曾子焉 發布時間:2024-04-28

      近期,我校資源環境學院王瑞龍研究員團隊在外來入侵植物與畜禽糞污資源化利用方面取得系列進展,在環境科學與生態學、工程技術領域的國際主流期刊Bioresource Technology(一區,影響因子11.4)、Journal of Cleaner Production(一區,影響因子11.1)、Environmental Pollution(二區,影響因子8.9)、Journal of Environmental Chemical Engineering(二區,影響因子7.7)上發表4篇高水平論文。

      外來入侵植物對入侵地生態環境造成了嚴重危害,入侵植物薇甘菊體內含有豐富的抗菌性化學物質??股卦谛笄蒺B殖業中的大量使用造成抗生素抗性基因(ARGs)污染日益嚴重,畜禽糞污成為環境中抗生素和病原微生物的主要來源之一。研究通過在雞糞堆肥過程中添加薇甘菊,探討其對抗生素基因(ARGs)和病原微生物的影響。研究結果表明添加薇甘菊顯著增加了堆肥中的芪類、二芳基庚烷類等植物源化合物的豐度,而rpoB2,RbpA,FosB1等抗生素基因顯著降低甚至消失。此外,肺炎鏈球菌和霍亂弧菌等病原微生物的生長也受到抑制。通過多變量分析表明溫度和pH是降低堆肥中的抗生素基因和病原微生物的關鍵因素。該研究探究了薇甘菊對雞糞堆肥過程中病原微生物和抗生素抗性基因(ARGs)的影響,證明在堆肥過程中添加薇甘菊可通過抑制病原微生物的生長來降低其毒力,同時顯著降低環境中ARGs的豐度,表明薇甘菊可作為堆肥過程中的添加劑材料來進一步控制ARGs和病原微生物在自然界的擴散。

      在畜禽養殖過程中抗生素的過度使用及其在堆肥中的積累會增加肥料產品中抗生素抗性基因(ARGs)的豐度。腐殖酸(HA)已被證實在治理有機污染物方面具有顯著效果,但HA在堆肥過程中對于ARGs豐度、微生物結構和產品質量方面的作用尚不清楚。因此,本研究通過向豬糞中添加0%,1%,2%,4%和6%的HA,探究HA不同添加量對豬糞堆肥過程中抗生素和ARGs豐度的影響。結果表明,添加6% HA時,桿菌肽、四環素和萬古霉素等ARGs豐度顯著降低,重新塑造了堆肥過程中細菌群落中物種的豐度,有效改善了碳水化合物代謝和氨基酸代謝水平,顯著提高腐殖質的總含量,同時降低黃腐酸含量,從而促進了抗生素去除和抗性基因消減。此外,通過RDA分析發現,微生物的活性和ARGs的降低主要受到TOC、含水量和pH的影響。該項研究結果表明堆肥過程中添加6%的HA可促進抗生素分解、降低ARGs豐度并有效提高堆肥產品的質量。

      畜禽糞污中重金屬超標對人類、動物和植物構成潛在威脅,重金屬污染成為全球性熱點環境問題之一。

    對此,研究通過全球薈萃分析討論了通過堆肥添加劑來加速畜禽糞污堆肥腐熟過程及減輕重金屬污染物向環境擴散的可行性。研究發現糞污堆肥過程中加入堆肥添加劑可顯著降低40%以上的重金屬生物有效性,同時顯著提高了總氮(+16%)、pH值(+5%)和堆肥溫度(+5%),降低了總有機碳(-17%)、含水量(-18%)和碳氮比(-19%)。此外,延長堆肥時間顯著提高了降低重金屬生物有效性的效果。其中,以雞糞為原料、鋸末為填料劑時加入添加劑沸石對降低重金屬生物有效性效果最為顯著。

      該項研究評估了重金屬生物有效性以及最終堆肥產物中營養成分對不同添加劑、堆肥時間和堆肥因素(添加劑類型、原料、填料劑和堆肥方法)的響應模式,為畜禽糞污堆肥管理和添加劑的合理使用提供了理論基礎。

      隨著全球畜禽養殖行業的快速發展,產生的大量畜禽糞污對土壤和水體環境造成嚴重污染成為一個不可忽視的問題。畜禽糞污堆肥是一種環境友好型的糞污處理方法,具有較低的成本和較高的經濟價值和生態價值。但傳統的堆肥技術具有處理效率低、污染水平高、最終產品質量差,可對自然環境構成一定威脅等問題。堆肥添加劑可促進堆肥過程中有機物的分解并增加營養成分的含量。因此,全面、定量地評估和比較各種添加劑對提高堆肥產品質量具有重要的理論和實踐指導意義。

      研究通過全球薈萃分析,探究了不同添加劑對畜禽糞污堆肥過程中理化性質和成熟度指數的影響。結果表明加入堆肥添加劑后,堆肥中胡敏素、胡敏酸、總氮等營養成分顯著增加、溫度和pH顯著提高,而黃腐酸、總有機碳、含水量和碳氮比顯著降低。同時,堆肥時間、原料、添加劑類型和填充劑是腐殖質對不同添加劑響應的關鍵因子。因此,調整堆肥時間、添加劑和填充劑等因素對堆肥產品中腐殖質和營養成分的含量具有促進作用,研究可為實現禽畜糞污的資源化利用提供了科學依據。

      上述論文第一作者為資源環境學院博士后Yousif Abdelrahman Yousif Abdellah,通訊作者為王瑞龍研究員,博士生陳泓宇,碩士生侯文韜、羅宇森、楊溪、李婉婷、任絨節等參與了研究工作。研究得到了國家自然科學基金項目(31971554)、廣東省基礎與應用基礎研究基金項目(2019A1515012206、2023A1515011565)、嶺南現代農業科學與技術廣東省實驗室河源分中心項目(DT20220002,DT20220015) 等項目資助。

      相關論文信息:

    https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.128241

    https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.110412

    https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119549

    https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.132953


    圖/資源環境學院 王瑞龍

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