资源环境学院王瑞龙研究员团队在外来入侵植物与畜禽粪污资源化利用方面取得系列进展

来源单位及审核人:资源环境学院 方秋中编辑:李彦华审核发布:曾子焉 发布时间:2024-04-28

  近期,十大电子娱乐网站-中国有限分公司资源环境学院王瑞龙研究员团队在外来入侵植物与畜禽粪污资源化利用方面取得系列进展,在环境科学与生态学、工程技术领域的国际主流期刊Bioresource Technology(一区,影响因子11.4)、Journal of Cleaner Production(一区,影响因子11.1)、Environmental Pollution(二区,影响因子8.9)、Journal of Environmental Chemical Engineering(二区,影响因子7.7)上发表4篇高水平论文。

  外来入侵植物对入侵地生态环境造成了严重危害,入侵植物薇甘菊体内含有丰富的抗菌性化学物质。抗生素在畜禽养殖业中的大量使用造成抗生素抗性基因(ARGs)污染日益严重,畜禽粪污成为环境中抗生素和病原微生物的主要来源之一。研究通过在鸡粪堆肥过程中添加薇甘菊,探讨其对抗生素基因(ARGs)和病原微生物的影响。研究结果表明添加薇甘菊显著增加了堆肥中的芪类、二芳基庚烷类等植物源化合物的丰度,而rpoB2,RbpA,FosB1等抗生素基因显著降低甚至消失。此外,肺炎链球菌和霍乱弧菌等病原微生物的生长也受到抑制。通过多变量分析表明温度和pH是降低堆肥中的抗生素基因和病原微生物的关键因素。该研究探究了薇甘菊对鸡粪堆肥过程中病原微生物和抗生素抗性基因(ARGs)的影响,证明在堆肥过程中添加薇甘菊可通过抑制病原微生物的生长来降低其毒力,同时显著降低环境中ARGs的丰度,表明薇甘菊可作为堆肥过程中的添加剂材料来进一步控制ARGs和病原微生物在自然界的扩散。

  在畜禽养殖过程中抗生素的过度使用及其在堆肥中的积累会增加肥料产品中抗生素抗性基因(ARGs)的丰度。腐殖酸(HA)已被证实在治理有机污染物方面具有显著效果,但HA在堆肥过程中对于ARGs丰度、微生物结构和产品质量方面的作用尚不清楚。因此,本研究通过向猪粪中添加0%,1%,2%,4%和6%的HA,探究HA不同添加量对猪粪堆肥过程中抗生素和ARGs丰度的影响。结果表明,添加6% HA时,杆菌肽、四环素和万古霉素等ARGs丰度显著降低,重新塑造了堆肥过程中细菌群落中物种的丰度,有效改善了碳水化合物代谢和氨基酸代谢水平,显著提高腐殖质的总含量,同时降低黄腐酸含量,从而促进了抗生素去除和抗性基因消减。此外,通过RDA分析发现,微生物的活性和ARGs的降低主要受到TOC、含水量和pH的影响。该项研究结果表明堆肥过程中添加6%的HA可促进抗生素分解、降低ARGs丰度并有效提高堆肥产品的质量。

  畜禽粪污中重金属超标对人类、动物和植物构成潜在威胁,重金属污染成为全球性热点环境问题之一。

对此,研究通过全球荟萃分析讨论了通过堆肥添加剂来加速畜禽粪污堆肥腐熟过程及减轻重金属污染物向环境扩散的可行性。研究发现粪污堆肥过程中加入堆肥添加剂可显著降低40%以上的重金属生物有效性,同时显著提高了总氮(+16%)、pH值(+5%)和堆肥温度(+5%),降低了总有机碳(-17%)、含水量(-18%)和碳氮比(-19%)。此外,延长堆肥时间显著提高了降低重金属生物有效性的效果。其中,以鸡粪为原料、锯末为填料剂时加入添加剂沸石对降低重金属生物有效性效果最为显著。

  该项研究评估了重金属生物有效性以及最终堆肥产物中营养成分对不同添加剂、堆肥时间和堆肥因素(添加剂类型、原料、填料剂和堆肥方法)的响应模式,为畜禽粪污堆肥管理和添加剂的合理使用提供了理论基础。

  随着全球畜禽养殖行业的快速发展,产生的大量畜禽粪污对土壤和水体环境造成严重污染成为一个不可忽视的问题。畜禽粪污堆肥是一种环境友好型的粪污处理方法,具有较低的成本和较高的经济价值和生态价值。但传统的堆肥技术具有处理效率低、污染水平高、最终产品质量差,可对自然环境构成一定威胁等问题。堆肥添加剂可促进堆肥过程中有机物的分解并增加营养成分的含量。因此,全面、定量地评估和比较各种添加剂对提高堆肥产品质量具有重要的理论和实践指导意义。

  研究通过全球荟萃分析,探究了不同添加剂对畜禽粪污堆肥过程中理化性质和成熟度指数的影响。结果表明加入堆肥添加剂后,堆肥中胡敏素、胡敏酸、总氮等营养成分显著增加、温度和pH显著提高,而黄腐酸、总有机碳、含水量和碳氮比显著降低。同时,堆肥时间、原料、添加剂类型和填充剂是腐殖质对不同添加剂响应的关键因子。因此,调整堆肥时间、添加剂和填充剂等因素对堆肥产品中腐殖质和营养成分的含量具有促进作用,研究可为实现禽畜粪污的资源化利用提供了科学依据。

  上述论文第一作者为资源环境学院博士后Yousif Abdelrahman Yousif Abdellah,通讯作者为王瑞龙研究员,博士生陈泓宇,硕士生侯文韬、罗宇森、杨溪、李婉婷、任绒节等参与了研究工作。研究得到了国家自然科学基金项目(31971554)、广东省基础与应用基础研究基金项目(2019A1515012206、2023A1515011565)、岭南现代农业科学与技术广东省实验室河源分中心项目(DT20220002,DT20220015) 等项目资助。

  相关论文信息:

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


图/资源环境学院 王瑞龙

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