鸡粪堆肥过程中诺氟沙星削减规律及微生物分子生态学机制

发布时间：2017-09-19 06:09

  本文关键词：鸡粪堆肥过程中诺氟沙星削减规律及微生物分子生态学机制

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【摘要】：抗生素作为饲料添加剂被广泛应用于畜禽养殖业中,然而并不能被畜禽完全吸收,部分随粪便排出体外,通过有机肥施用等途径进入农田环境中,对农业生态环境和人类健康造成严重危害。本文针对畜禽粪便中抗生素多残留问题,建立畜禽粪便中多种抗生素同时检测的高效液相色谱法,在明确畜禽粪便中氟喹诺酮类抗生素残留现象严重的基础上,以诺氟沙星作为氟喹诺酮类抗生素模式化合物,采用保温泡沫箱堆肥反应器等,重点研究了堆体初始碳氮比和外源抗生素降解功能菌剂对堆肥中诺氟沙星降解及堆肥参数的影响,并采用现代测序技术,从分子水平上探讨了堆肥过程中诺氟沙星削减的微生物分子生态学机制。取得的具体结果如下:(1)通过对畜禽粪便中残留抗生素提取剂、固相萃取柱及淋洗液和洗脱液的选择优化,建立了简便价廉的同时检测畜禽粪便中11种抗生素的固相萃取-高效液相色谱法。抗生素加标回收率介于62.7%~99.2%之间,检测限为0.1~1.9μg·kg~(-1),定量限为0.3~5.9μg·kg~(-1),可以完成畜禽粪便中抗生素残留的快速定量检测。利用该方法测定了北京市郊区规模化养殖场中牛粪、猪粪、鸡粪的抗生素残留情况,结果发现,粪便中抗生素残留以四环素类、氟喹诺酮类、磺胺类为主,占畜禽粪便中抗生素总残留量的99%以上,在3种主要畜禽粪便中,鸡粪残留抗生素现象最突出。(2)堆体初始碳氮比(分别为10、15、20、25、35)和外源抗生素降解功能菌剂(细菌T4和真菌FZC3,由本实验室筛选分离而得)对鸡粪堆肥中诺氟沙星(浓度为100 mg·kg~(-1))的削减是有影响的。堆体初始C/N为25对堆肥中诺氟沙星的去除效果优于其他处理;堆肥结束时,诺氟沙星在堆体初始C/N为25处理的去除率为71.37%,与其他处理相比,分别增加13.18%(C/N为10)、1.76%(C/N为15)、0.25%(C/N为20)、15.69%(C/N为35),发芽指数GI为82.14%,相比其他处理分别增加25.42%(C/N为10)、9.14%(C/N为15)、3.90%(C/N为20)、21.05%(C/N为35)。添加外源菌剂在一定程度上提高了诺氟沙星的降解,细菌处理优于真菌,但效果不显著;外源细菌降低了堆体的毒性,有助于堆肥的腐熟,堆肥结束时,外源细菌处理的发芽指数GI为82.28%(高浓度)和80.55%(低浓度),而其他处理的GI均低于80%;高浓度外源真菌能够减少氮素损失,堆肥结束时全氮含量降低11.31%,比其他处理降低率减少1.84%~7.93%。(3)优化条件下诺氟沙星在鸡粪堆肥中的削减规律及微生物多样性动态变化研究结果表明:诺氟沙星的存在缩短了堆肥高温期时间,降低了堆体pH和总有机碳含量,提高了堆体全氮含量;诺氟沙星在鸡粪堆肥中的削减规律符合一级动力学方程,相关系数介于0.7357~0.9396,但不同浓度的降解情况存在差异,添加浓度为50 mg·kg~(-1)的去除效果最好,去除率达80.78%,含量过高会抑制微生物活性,影响去除效果,含量低时会吸附在堆体物质上,不利于其彻底去除;添加浓度50mg·kg~(-1)的处理发芽指数GI低于80%,显著降低鸡粪堆肥产品的腐熟度。诺氟沙星的存在提高了堆肥高温期微生物群落的丰度和整个堆肥过程中的真菌多样性,对细菌多样性影响不明显;与诺氟沙星降解有一定关系的细菌主要是芽孢杆菌属、芽孢八叠球菌属和拟杆菌属,真菌包括酵母属、曲霉属、节担菌属以及一个未被辨识的菌属。
【关键词】：诺氟沙星 检测方法 碳氮比 外源菌剂 微生物多样性
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S141.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第一章 引言13-21
• 1.1 抗生素简介13-16
• 1.1.1 氟喹诺酮类抗生素简介13-14
• 1.1.2 抗生素在畜禽养殖业中的使用现状14
• 1.1.3 抗生素残留的潜在生态风险14-16
• 1.2 好氧堆肥技术简介及其在有机污染物去除中的应用16-19
• 1.2.1 堆肥评价指标16-17
• 1.2.2 好氧堆肥过程中有机污染物削减及其影响因素17-18
• 1.2.3 堆肥微生物研究18-19
• 1.2.4 高通量测序在堆肥过程中微生物多样性变化研究中的应用19
• 1.3 本研究的目的与意义19-21
• 第二章 畜禽粪便中抗生素残留的高效液相色谱检测方法建立21-34
• 2.1 引言21-23
• 2.2 材料与方法23-27
• 2.2.1 仪器与试剂23
• 2.2.2 样品采集23-26
• 2.2.3 样品处理与分析26-27
• 2.2.4 质量保证与控制27
• 2.3 结果与讨论27-33
• 2.3.1 萃取条件及方法优化27-30
• 2.3.2 定量方法30-32
• 2.3.3 粪便样品中抗生素残留测定32-33
• 2.4 小结33-34
• 第三章 碳氮比和外源菌剂对鸡粪堆肥中诺氟沙星降解及堆肥参数的影响34-51
• 3.1 引言34
• 3.2 材料与方法34-37
• 3.2.1 试验材料34-35
• 3.2.2 试验设计及取样35-36
• 3.2.3 分析项目及测定方法36-37
• 3.2.4 数据处理方法37
• 3.3 结果分析37-47
• 3.3.1 碳氮比对鸡粪堆肥中诺氟沙星降解及堆肥参数的影响37-42
• 3.3.2 外源菌剂对鸡粪堆肥中诺氟沙星降解及堆肥参数的影响42-47
• 3.4 讨论47-49
• 3.4.1 碳氮比对鸡粪好氧堆肥过程的影响47-48
• 3.4.2 外源菌剂对鸡粪好氧堆肥过程的影响48-49
• 3.5 小结49-51
• 第四章 诺氟沙星在优化条件下鸡粪堆肥中的降解规律及其对微生物多样性的影响51-68
• 4.1 引言51
• 4.2 材料与方法51-54
• 4.2.1 试验材料51
• 4.2.2 试验设计及取样51-52
• 4.2.3 分析项目及测定方法52
• 4.2.4 堆肥样品总DNA的提取及高通量测序52-53
• 4.2.5 数据处理与分析53-54
• 4.3 结果分析54-65
• 4.3.1 诺氟沙星在鸡粪堆肥过程中的降解规律54-55
• 4.3.2 诺氟沙星对鸡粪堆肥中相关参数的影响55-58
• 4.3.3 种子发芽指数58-59
• 4.3.4 诺氟沙星对堆肥中微生物多样性的影响59-65
• 4.4 讨论65-66
• 4.4.1 诺氟沙星在鸡粪堆肥过程中的降解规律65
• 4.4.2 诺氟沙星对鸡粪堆肥参数及种子发芽指数的影响65-66
• 4.4.3 诺氟沙星对堆肥中微生物多样性的影响66
• 4.5 小结66-68
• 第五章 全文结论68-69
• 5.1 结论68
• 5.2 创新点68
• 5.3 展望68-69
• 参考文献69-78
• 致谢78-79
• 作者简历79

【参考文献】

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1 郭亚萍;张国庆;陈青君;程继鸿;;双孢蘑菇堆肥中真菌群落多样性分析[J];菌物学报;2014年02期

2 郝宏珊;杨保伟;师俊玲;席美丽;王新;崔s，

本文编号：879940