猪场废水生物处理与土地利用过程抗生素抗性基因的转归研究

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题名	猪场废水生物处理与土地利用过程抗生素抗性基因的转归研究
作者	隋倩雯
答辩日期	2017-07
文献子类	博士后
授予单位	中国科学院大学
授予地点	北京
导师	魏源送
关键词	抗生素抗性基因猪场废水 Antibiotic Resistance Genes 生物处理 Swine Wastewater 序批式膜生物反应器 Biologicaltreatment 土地利用 Sequencing Batch Membrane Bioreactor Land Application
学位专业	环境科学与工程
英文摘要	抗生素抗性污染是二十一世纪公共卫生面临的巨大的威胁，畜禽养殖过程抗生素用量大，而针对畜禽养殖过程抗生素抗性污染的数据却非常缺乏。抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes, ARGs）作为一种新型污染物，通过畜禽养殖废弃物的排放或还田利用等途径向环境中传播，引起环境抗性水平提高，并对公共健康安全造成威胁。因此，本研究以猪场废水中典型的 ARGs为研究对象，以现场调研和实验室模拟为研究手段，针对猪场废水的主要处理工艺和利用过程开展研究，探讨猪场废水 ARGs的时空分布特征、生物处理过程抗性基因去除及其参数优化、以及猪场废水土地利用过程抗性基因的归趋。以期为畜禽养殖废水 ARGs消减提供科学与技术支持。通过对我国南北方典型规模化猪场冬、夏季猪场废水处理与土地利用过程 ARGs的调研，结果表明 tetM、tetX、ermB、ermF、mefA、sul1和 sul2是猪场废水中的优势 ARGs，冬季 ARGs的拷贝数大于夏季，冬、夏季拷贝数差异在 0.26-3.16 log。猪场废水处理过程对 ARGs拷贝数具有较好去除，冬季去除效果优于夏季。但 ARGs丰度在不同处理工艺下，去除效果不一。tetG、ereA、sul1 和 sul2在猪场废水处理过程中丰度不断升高，其丰度与 intI1具有显著正相关关系（p<0.01），这表明 ARGs可能在猪场废水处理过程中发生水平转移，其风险需要特别关注。在猪场废水土地利用过程，北方冬季土地休耕停止施用沼液可有效降低土壤中 ARGs的含量，消减了 1.66 log。而南方猪场在全年施用沼液的情况下，冬、夏季土壤中 ARGs的拷贝数总数相似（p>0.05）。在猪粪水厌氧消化与土地利用过程中持久性 ARGs（sul1和 sul2）和逐渐升高的 ARGs（tetG 和 ereA）需要特别关注。序批式膜生物反应器（Sequencing batch membrane bioreactor, SMBR）小试装置处理猪场废水的结果表明，SRT是影响 ARGs转归最大的单一因子，对 ARGs变化贡献了 17.4%。而环境因子（SRT、SS、温度、COD、NH4+-N、NO2--N 和 NO3--N）较菌群结构在影响 ARGs转归方面占主导地位，可以解释 ARGs变化的 45.8%。较短的 SRT（12天）时，SMBR对 ARGs的拷贝数去除效率最高为 2.91 log。通过 SMBR试验验证了现场调研结果，即猪场废水生物处理后 tetG、 ereA、sul1和 sul2丰度提高，且 SRT越长，反应器内上清液 tetG和 ereA丰度提高幅度越大。提高 SRT，生物处理（进水与上清液比较）ARGs拷贝数和丰度的去除率均呈现降低的趋势，反应器中可能发生了较高频率的 ARGs的增殖以及水平转移。反应器内样品（混合液、微滤膜表面附着的生物膜、上清液）受 SRT的影响较大，而出水受 SRT影响较小。猪粪水、沼液土地利用的盆栽试验结果表明，猪粪水还田比沼液还田对土壤的菌群结构、ARGs和 ARB影响大，化肥添加组和 CK组变化规律相似；经过猪粪水、沼液还田处理，红土受影响最大，其次是黄土，黑土受粪源细菌、 ARGs和 ARB污染最小。tetG、tetM和 ermF是猪粪水土地利用土壤中的优势 ARGs，在土壤中衰减符合一级反应动力学反应，它们的消减速率黑土 >黄土> 红土。盆栽试验一定程度上验证了现场调研的结果，即 tetG和 ereA在粪水还田的土壤中丰度升高，尤其在红土和黄土中，说明 tetG和 ereA在土壤中发生了增长与传播，其影响不容忽视。通过偏 RDA，土壤菌群对 ARGs变化贡献 63.7%，土壤理化特性贡献 39.8%，对 ARGs变化的贡献总计 81.4%。
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/38695]
专题	生态环境研究中心_水污染控制实验室
作者单位	中国科学院生态环境研究中心
推荐引用方式 GB/T 7714	隋倩雯. 猪场废水生物处理与土地利用过程抗生素抗性基因的转归研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2017.