3.3.4 減少臭味氣體和溫室氣體排放

傳統(tǒng)好氧堆肥過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的惡臭氣體(含氮化合物、含硫化合物以及其他揮發(fā)性有機(jī)物)和溫室氣體(CO₂、CH₄、N₂O)，加重大氣污染和溫室效應(yīng)。研究證實(shí)，在堆肥中添加微生物可以減少惡臭氣體和溫室氣體的排放研究了在堆肥中添加排硫硫桿菌(Thiobacillus thioparus) 1904 和硫磺對(duì)含氮和含硫氣體排放的影響，結(jié)果表明，較單獨(dú)添加排硫硫桿菌 1904 或硫磺，二者共同添加可以更有效地減少堆肥NH₃、N₂O 的累積排放量；而單獨(dú)添加排硫硫桿菌 1904 在減少 H₂S、甲基硫化物、甲硫醇、二甲基二硫的累計(jì)排放量以及增加堆肥產(chǎn)品中有效硫含量方面的效果更加顯著，排硫硫桿菌有助于硫的氧化，促進(jìn)有機(jī)硫和元素硫向硫酸鹽轉(zhuǎn)化，有效提高堆肥中有效硫的比例]。盧彬等在牛糞與稻殼混合堆肥中接種 0.3%的自制復(fù)合微生物菌劑，研究菌劑對(duì)溫室氣體排放的影響，結(jié)果表明，接種微生物菌劑可減少溫室氣體的放，與空白對(duì)照組相比，接種組 CH₄ 和 N₂O 排放量分別減少 33%和 45%。堆肥中臭味氣體和溫室氣體的產(chǎn)生是不同類(lèi)型微生物代謝活動(dòng)的結(jié)果，通過(guò)組學(xué)方法研究添加微生物對(duì)堆肥土著微生物群落組成和結(jié)構(gòu)的影響，找出堆肥中對(duì)這些氣體的產(chǎn)生起到主要作用的微生物類(lèi)群，能夠更有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)減少臭氣和溫室氣體排放的目的。

3.3.5 去除抗生素和抗生素抗性基因

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，抗生素的使用量大幅增加，但畜禽對(duì)抗生素難以完全吸收和代謝，大量抗生素及其代謝產(chǎn)物隨糞便或尿液排出。排出的抗生素如果不加處理，不但污染了環(huán)境，還會(huì)導(dǎo)致環(huán)境中抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes，ARGs)的產(chǎn)生和富集，增加病原微生物耐藥菌株產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。畜禽糞便中的抗生素殘留嚴(yán)重制約了其資源化利用，已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題。

好氧堆肥可以在一定程度上去除抗生素，但好氧堆肥過(guò)程中抗生素的降解效果受到堆體溫度、微生物活性、抗生素種類(lèi)和初始濃度、通風(fēng)方式等因素的影響，使得好氧堆肥并不能完全去除抗生素，堆肥產(chǎn)品中依然存在抗生素殘留。一些從特定環(huán)境中分離的微生物能夠降解抗生素，可以通過(guò)添加來(lái)提高堆肥過(guò)程中抗生素的降解速率。研究發(fā)現(xiàn)，在堆肥的起始階段和腐熟階段分兩次接種由伯克霍爾德(Burkholderia)、蒼白桿菌(Ochrobactrum)和念珠菌(Candida)組成的復(fù)合菌劑，對(duì)于強(qiáng)力霉素的去除率增加了約 7.13%， 而且能夠降低四環(huán)素抗性基因傳播的風(fēng)險(xiǎn)。肖禮等研究了在豬糞堆肥中添加白腐真菌以及白腐真菌、氨化和硝化菌劑的混合菌劑對(duì)豬糞中四環(huán)素類(lèi)抗生素的降解影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加菌劑可以加速堆肥過(guò)程中四環(huán)素的降解。目前，對(duì)于好氧堆肥過(guò)程中抗生素降解的機(jī)理以及這個(gè)過(guò)程中微生物群落的變化尚未完全清楚，仍需深入研究。此外，通過(guò)添加微生物提高好氧堆肥過(guò)程中抗生素的降解效率具有良好的發(fā)展?jié)摿?，?yīng)繼續(xù)研究微生物降解抗生素的機(jī)理，篩選培育高效抗生素降解菌株，探索適宜抗生素降解菌株發(fā)揮功能的堆肥參數(shù)，為相關(guān)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

除了去除抗生素，好氧堆肥也能夠在一定程度上去除堆體中的 ARGs，但同樣存在無(wú)法完全消除的問(wèn)題，使得堆肥產(chǎn)品中依然存在 ARGs。ARGs 主要以水平基因轉(zhuǎn)移(Horizontal Gene Transfer，HGT)方式傳播，它們可以整合到質(zhì)粒、整合子和轉(zhuǎn)座子等可移動(dòng)基因元件(Mobile Gene Elements，MGEs)中，進(jìn)而在菌株之間傳播，增加耐藥菌產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。如何高效消除堆肥中的 ARGs 成為大家關(guān)注的重點(diǎn)。許多研究揭示在堆肥中添加微生物可以降低 ARGs 的豐度。Hu 等研究發(fā)現(xiàn)，在堆肥中添加纖維素降解菌能夠抑制堆肥中潛在的病原菌，從而減少 ARGs 潛在宿主的數(shù)量，降低可移動(dòng)遺傳元件(MGEs)的相對(duì)豐度，從而抑制了水平基因轉(zhuǎn)移的發(fā)生，這兩方面因素共同導(dǎo)致堆肥中 ARGs 相對(duì)豐度的降低。研究不同接種量的枯草芽孢桿菌(B. subtilis)對(duì)堆肥中 ARGs 和 MGEs 豐度的影響，結(jié)果表明，接種 0.5%的枯草芽孢桿菌不會(huì)影響 ARGs 的絕對(duì)豐度，但可以顯著降低 ARGs的相對(duì)豐度以及堆肥產(chǎn)品中病原菌的數(shù)量?？傮w來(lái)說(shuō)，添加微生物去除堆肥中 ARGs 的研究還處在初期階段，關(guān)于添加微生物去除 ARGs 的機(jī)制仍待深入研究。

3.3.6 鈍化或去除重金屬

由于部分重金屬具有促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)和提高免疫力等作用，因此畜禽養(yǎng)殖飼料中添加了過(guò)量的 Cu、Zn、As 等重金屬，而大部分重金屬不能被機(jī)體吸收而隨糞便排出，使得畜禽糞便中普遍存在重金屬超標(biāo)的現(xiàn)象。此外，市政污泥、生活垃圾等材料也含有一定量的重金屬。這些原料如果未被妥善處理就施入土壤，必然造成土壤重金屬污染，危害植物生長(zhǎng)以及人類(lèi)健康。

目前，對(duì)于重金屬污染的治理主要有兩個(gè)思路，即鈍化重金屬和去除重金屬。研究表明，好氧堆肥可以實(shí)現(xiàn)重金屬的鈍化，降低重金屬的生物活性和毒性。堆肥鈍化重金屬的原理主要是堆肥過(guò)程中發(fā)生腐殖化作用形成胡敏酸等復(fù)雜的大分子腐殖類(lèi)物質(zhì)，可以與堆體中的重金屬發(fā)生絡(luò)合，降低重金屬的生物有效性。此外，堆體中部分微生物類(lèi)群也可以對(duì)重金屬進(jìn)行吸附和轉(zhuǎn)化，降低重金屬的毒性。盡管如此，堆肥結(jié)束后堆體內(nèi)依然存在較高含量的生物有效態(tài)重金屬，嚴(yán)重制約了有機(jī)肥的推廣和應(yīng)用。在堆肥過(guò)程中添加鈍化劑可以提高重金屬鈍化效率，降低重金屬的生物有效性，從而降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。目前，常用的鈍化劑包括物理鈍化劑、化學(xué)鈍化劑和生物鈍化劑等。其中，物理鈍化劑存在與堆肥產(chǎn)品難分離、鈍化效率不高等問(wèn)題，仍需進(jìn)一步研發(fā)高效鈍化劑?；瘜W(xué)鈍化劑對(duì)重金屬鈍化效果較好，但易對(duì)環(huán)境造成二次污染。與上述兩類(lèi)材料相比，生物鈍化劑具有易獲得、投資少、無(wú)二次污染、產(chǎn)物大多穩(wěn)定無(wú)害等優(yōu)勢(shì)，因此擁有巨大的發(fā)展?jié)摿?。白腐菌等真菌是研究較多的應(yīng)用于堆肥的生物鈍化劑。研究發(fā)現(xiàn)，在堆肥中添加黃孢原毛平革菌(P. chrysosporium)可以提升對(duì) Zn、Pb、Cu、Ni 的鈍化效果，效果的提升可能與黃孢原毛平革菌促進(jìn)腐殖質(zhì)形成有關(guān)的研究則表明，添加黃孢原毛平革菌可以提高Cu、Pb、Cd 的鈍化效果，但對(duì) Zn 的鈍化效果不明顯。也有研究將生物鈍化劑與其他鈍化材料復(fù)合使用，提高重金屬的鈍化效率。李冉等研究發(fā)現(xiàn)，豬糞堆肥中添加 24%花生殼生物炭和 1%由乳酸菌群、酵母菌群、芽孢桿菌群、光合細(xì)菌群及放線菌群等組成的復(fù)合菌劑對(duì) Pb 表現(xiàn)出相對(duì)較強(qiáng)的鈍化能力，鈍化效率為 74.60%；添加 24%木屑炭和 1.5%菌劑對(duì)Cd 表現(xiàn)出相對(duì)較強(qiáng)的鈍化作用，鈍化效率為 58.13%。Wei 等分離堆肥中的胡敏素和重金抗性細(xì)菌，通過(guò)搖瓶吸附實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)兩者對(duì)重金屬的去除能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，胡敏素與重金屬抗性細(xì)菌結(jié)合使用可以更有效地去除重金屬并提高細(xì)菌群落的多樣性和生物量，使用從堆肥腐熟期分離的胡敏素后這種協(xié)同效果更為明顯；結(jié)構(gòu)方程模型表明，微生物生物量和胡敏素腐殖化程度是影響重金屬生物吸附的關(guān)鍵因素，該結(jié)果證明將堆肥腐熟期來(lái)源的胡敏素與重金屬抗性細(xì)菌結(jié)合使用可以促進(jìn)重金屬的去除，為減少堆肥中重金屬污染提供了一種環(huán)保型的可能手段。目前對(duì)于生物鈍化劑的研究依然不足，生物鈍化劑對(duì)堆肥中重金屬的鈍化效果已在相關(guān)研究中得到驗(yàn)證，但其鈍化重金屬的機(jī)理尚無(wú)深入的研究，進(jìn)一步探索生
物鈍化劑發(fā)揮作用的機(jī)理，可以為生物鈍化劑的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。此外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)于生物鈍化劑與其他鈍化材料復(fù)合使用的研究，研發(fā)新型高效復(fù)合鈍化劑，提高堆肥重金屬鈍化效率。

重金屬的鈍化可以降低堆體中重金屬的毒性，減少堆肥產(chǎn)品的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，但并不能移除堆肥產(chǎn)品中的重金屬，在特定條件下，非活性態(tài)重金屬可能再次轉(zhuǎn)變成生物活性態(tài)重金屬，威脅人類(lèi)健康。提出一種利用微生物和吸附材料去除堆肥中重金屬的方法，即先在堆肥中添加功能微生物來(lái)吸附其中的重金屬，隨后將攜帶重金屬的微生物通過(guò)吸附材料吸附，從而去除重金屬。隨后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，在堆肥中添加具有良好吸附能力的微生物類(lèi)芽孢桿菌(Paenibacillus sp.) WP-1 和開(kāi)目芽孢桿菌(B. gaemokensis) EB-28，以海綿或棉花作為吸附材料，可以有效去除堆肥中的 Cu、Zn、Pb、Cr、Cd，但對(duì) Ni 沒(méi)有去除效果。該研究為消除堆肥中的重金屬提供了新的思路，下一步應(yīng)繼續(xù)挖掘能夠在堆肥中存活并高效吸附重金屬的微生物，評(píng)價(jià)不同添加微生物與吸附材料搭配對(duì)重金屬的去除效率，為此方法的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

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