猪粪、沼液农用重金属和抗生素的生态风险及生物调控研究

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我国畜禽养殖业飞速发展的同时产生了大量畜禽粪便,畜禽粪便及厌氧发酵产生的沼液都是优质有机肥。广东省的丘陵山地是林业生产的重点区域,其土壤酸性高、养分含量低,严重制约了林业发展。施用畜禽粪便和沼液于酸化贫瘠的林地土壤可实现废弃物的资源化利用和促进林木高效生长。畜禽粪便和沼液中重金属和抗生素含量普遍超标,长期施用具有潜在生态危害。蚯蚓和菌肥可促进有机质分解、矿物营养释放,进而影响重金属和抗生素迁移转化,但关于自然条件下蚯蚓、菌肥对猪粪、沼液农用生态风险调控方面的研究还鲜见报道。本文以广东省云浮市新兴县罗陈猪场黄梁木速生林为试验区域,研究了猪粪、沼液农用后重金属和抗生素的污染特征及蚯蚓和菌肥调控作用,进行了四环素类抗生素降解菌筛选和鉴定。主要研究结果如下:(1)猪粪可提高土壤pH,沼液作用不明显。猪粪-沼液配施降低交换性酸的速度大于单施猪粪,蚯蚓和蚯蚓-菌肥配施可快速降低交换性酸。猪粪和猪粪-沼液配施可提高土壤电导率,两者间无显著差异(P>0.05)。蚯蚓和蚯蚓-菌肥配施都可提高土壤电导率,蚯蚓效果更为明显。施加猪粪可提高盐基离子浓度,尤其是交换性钙、镁,沼液作用较小,蚯蚓和蚯蚓-菌肥配施可促进交换性钙、镁累积。单施猪粪和猪粪-沼液配施土壤C/N基本相同,接种蚯蚓可降低土壤C/N。蚯蚓和蚯蚓-菌肥配施土壤有机质组分相似度较高。猪粪、沼液及添加生物对土壤物理性质无显著影响(P>0.05)。蚯蚓可降低细菌、真菌多样性,蚯蚓和菌肥配施对真菌的抑制作用更为明显。猪粪可改善土壤化学性质,沼液作用较小,蚯蚓和菌肥可提高土壤缓冲和保肥能力。(2)单施猪粪土壤中Pb含量上升,施加沼液可降低其含量,蚯蚓和蚯蚓-菌肥配施土壤中Pb含量呈下降趋势。单施猪粪和猪粪-沼液配施土壤中Cu浓度无显著差异(P>0.05),蚯蚓可降低Cu含量。单施猪粪和猪粪-沼液配施土壤中Zn含量差异显著(P<0.05),蚯蚓可降低Zn含量。各处理土壤中As含量无显著差异(P>0.05),蚯蚓和菌肥可提高土壤中As含量。蚯蚓可提高黄梁木对Pb、Cu、Zn、As的富集和转运,减轻污染和生态危害。长期施加猪粪主要导致Cu、Zn污染,施加沼液可降低其含量。蚯蚓可有效降低重金属生态危害,菌肥作用相对较弱。(3)单施猪粪土壤中土霉素含量(138.26μg·kg-1)显著高于对照(40.5μg·kg-1)和猪粪-沼液配施(37.84μg·kg-1)(P<0.05),蚯蚓和蚯蚓-菌肥配施土霉素含量上升。单施猪粪土壤中四环素含量(175.56μg·kg-1)显著高于对照(20.63μg·kg-1)和猪粪-沼液配施(74.35μg·kg-1)(P<0.05),蚯蚓和蚯蚓-菌肥配施可提高四环素含量,且单独接种蚯蚓含量最高(226.55μg·kg-1)。施加猪粪和猪粪-沼液配施可提高土壤中金霉素含量,猪粪-沼液配施高于单施猪粪,接种蚯蚓后金霉素累积最为明显。施加猪粪可造成四环素类抗生素富集,沼液可降低其含量,蚯蚓和菌肥可促进其富集。(4)筛选出2株四环素降解菌,4株土霉素降解菌,1株金霉素降解菌,1株四环素和金霉素复合降解菌。6株为杆状菌,2株为球形菌,都为革兰氏阴性菌。确定为弗氏柠檬酸杆菌Citrobacter werkmanii、雷氏普罗威登菌Providencia rettgeri strain、弗氏柠檬酸杆菌Citrobacter werkmanii、巨大芽孢杆菌Bacillμs megaterium、节杆菌属Arthrobacter sp、高地芽孢杆菌Bacillμs altitudinis、恶臭假单胞菌Pseudomonas putida、睾丸酮丛毛单胞菌Comamonas testosterone。以上菌株能以四环素类抗生素为唯一碳源,促进其降解,有望用于抗生素污染治理。(5)土壤理化性质、污染物、微生物间相关性分析结果表明:阳离子交换量是影响细菌群落的最重要因子,蚯蚓和菌肥可降低阳离子交换量从而降低细菌多样性。交换性铝对真菌群落影响最大,蚯蚓和菌肥可通过降低交换性铝含量提高真菌多样性。在所测重金属和抗生素中,对细菌和真菌影响最大的是Cu、Zn,蚯蚓和菌肥可减轻其对微生物的抑制作用。
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