CN107129374A - 一种降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法，首先将竹材在600℃温度下裂解制成生物炭，然后在鸡粪堆肥中以小麦秸秆作为调理剂，将风干的鸡粪与剪碎的小麦秸秆混合均匀，调节初始C/N比为25:1，按照混合物干重2.5％的比例添加生物炭于混合物中，添加蒸馏水调节含水率至60％，将堆料充分混匀后在全自动堆肥装置中进行堆置，采用强制通风的方法以确保通氧，经过26天的堆肥，添加生物炭的处理四环素类抗性基因(tetG、tetW、tetX)降低70％以上，去除率显著高于对照处理。本发明降低了鸡粪堆肥中四环素类抗性基因丰度，同时具有堆肥周期短、设备简易、操作易行、成本低廉，且堆肥产品稳定安全等优点。

Description

一种降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法
技术领域
本发明属于养殖业固体废弃物处理技术领域，特别涉及一种降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法。
背景技术
由于抗生素具有促进动物生长和预防疾病的作用，抗生素被广泛应用于集约化畜禽养殖业中。抗生素可直接诱导动物体内微生物(如肠道细菌)产生抗性，并随动物粪便直接排出体外。利用这些携带抗性基因的畜禽粪便制做的有机肥被施用后会对土壤、水体等环境产生不良影响。最近的研究在土壤和蔬菜中均已检测出抗性基因的存在。抗性基因可通过水平基因转移(结合、转化和转导)在微生物之间传播，一旦这些抗性基因转移给致病菌，就会对人类健康造成严重的威胁。因此，在畜禽粪便施加到土壤之前把抗性基因去除是一种保护人类健康的重要手段。
集约化养殖场畜禽粪便是重要的抗性基因储存库。由于鸡的养殖密度大，出栏期短，使用抗生素(尤其是四环素类抗生素)比较频繁，导致鸡粪中抗性基因丰度高于其他动物粪便。因此，减轻养殖业以鸡粪为原料的有机肥中的四环素类抗性基因污染，实现粪便无害化处理是解决抗性基因污染的重要课题。
堆肥是一种将有机废物转化为稳定、无害、无人类致病菌常见的方法，并且堆肥产物可用于生产肥料和土壤改良。近年来有研究表明堆肥可去除畜禽粪便中的抗性基因，但传统的堆肥存在堆肥周期长，堆肥产物有效态的重金属含量高且肥效低等问题。生物炭是生物质在部分或完全缺氧的条件经热解炭化产生的一类富碳物质，其在堆肥过程中作为一种调理剂可提高堆体的通气性和保水能力，同时起到保氮、钝化重金属的作用。生物炭拥有巨大的比表面积和多孔结构等独特性质，可为微生物的生长繁殖提供合适的条件和繁殖环境，此外生物炭作为一种堆肥添加物可增加堆体温度、延长高温期，从而进一步杀死携带抗生素抗性基因的人类致病菌。重金属对抗生素抗性基因存在共选择作用，生物有效态重金属的存在会有促进抗性基因的传播。生物炭可降低重金属生物有效态，因此生物炭还可通过降低重金属的生物有效性从而可能进一步降低抗性基因丰度。因此，结合堆肥的方法，探究出一种合适的生物炭比例对于去除有机肥中的抗生素抗性基因具有重要的意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法，将合适的生物炭以一定比例加入到鸡粪堆肥中，降低有机肥中四环素类抗性基因丰度，为去除四环素类抗性基因及保障人类健康提供理论指导。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法，包括如下步骤：
(1)制备生物炭材料的选取和预处理；
(2)生物炭的制备；
(3)测定风干后的小麦秸秆和有机肥(鸡粪)的有机碳、有机氮含量及含水率，其中，小麦秸秆为堆肥调理剂；
(4)将小麦秸秆粉碎至1cm左右，与鸡粪充分混合，根据步骤(3)中测定的有机碳和有机氮的值，调节初始C/N比至25:1；
(5)将步骤(2)中得到的生物炭，按照干重2.5％的比例添加到小麦秸秆和鸡粪的混合物中，混合均匀，然后加蒸馏水使混合物的含水率达到60％，得到堆肥原料；
(6)将堆料堆制于有效体积为0.1m3的全自动堆肥装置中，高温期通风量调节为0.15m3/(m3min)，降温期和腐熟期调节为0.10m3/(m3min)，放置于堆肥试验场26天，达到腐熟。
所述步骤(1)中，制备生物炭的原料为竹材，尤其是木质素含量丰富的竹材。将竹材切至长度100mm左右，放置烘箱中在105℃条件下烘12小时；所述步骤(2)生物炭的制备是将步骤(1)中预处理的竹炭冷却至室温后放置炭化炉中，高温裂解4小时，冷却至室温后磨碎，过1mm筛。
所述步骤(2)中，高温裂解的温度是600℃。
翻堆时添加蒸馏水保证堆料含水率为60％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)将小麦秸秆粉碎至1cm左右，可增大堆料与生物炭接触的比表面积，有利于纤维素的降解，改善堆体中氧气和水分条件，为堆肥中微生物的生长创造良好的条件。
(2)采用强制通风的方法可使堆体有充足的氧气供应。
(3)在堆肥中添加生物炭能够提高堆体温度，提高微生物活性，加速堆肥腐熟，同时还可以降低重金属铜锌的生物有效性和有机肥中四环素类抗性基因(tetG、tetW、tetX)的丰度，使其丰度比原料中降低70.6％～99.4％。
同时，本发明所使用的设备构造简易、原料易得、价格低廉、操作简单，且堆肥产品稳定安全。
附图说明
图1全自动好氧堆肥装置结构组成。
图2堆肥前后tetG相对丰度的变化。
图3堆肥前后tetW相对丰度的变化。
图4堆肥前后tetX相对丰度的变化。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明一种降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法，包括：
生物炭的获取：选择竹材为原料，将竹材切至长度100mm左右，放置烘箱中在105℃下烘12小时；冷却后放置炭化炉中，600℃高温裂解4小时，冷却至室温后磨碎，过1mm筛得到竹炭。
堆肥过程：将鸡粪和小麦秸秆风干，风干后测定含水率、有机碳和有机氮，再将小麦秸秆粉碎至1cm左右，按照计算出碳氮含量配比调节初始C/N比为25:1(鸡粪小麦秸秆干重为7kg)，充分混合均匀。堆肥实验分为5组，分别是CK(鸡粪+小麦秸秆)，BC2.5(鸡粪+小麦秸秆+2.5％生物炭)，BC5(鸡粪+小麦秸秆+5％生物炭)，BC10(鸡粪+小麦秸秆+10.0％生物炭)，BC20(鸡粪+小麦秸秆+20％生物炭)，调节含水率至60％。每组实验设3次重复。将堆料充分混匀后装入有效体积为0.1m3的自动好氧堆肥罐中，强制通风(高温期通风量为0.15m3/(m3min)，降温期和腐熟期为0.10m3/(m3min))以确保氧气的供应，堆置26天。本发明所用的自动好氧堆肥罐如图1所示，包括排气阀1、罐盖2、取样口3、堆体传感设备4、排液口5、进料口6、布气饼7、布气柱8、气体流量计9、室温传感器10、PLC模块11、显示器12、温度模块13、电磁阀14、空气加热器15、温度保护开关16、贮气罐17、空气泵18等。
由图2、3、4可知，经过堆肥后有机肥中四环素类抗性基因(tetG、tetW、tetX)的丰度显著下降。四个添加生物炭处理的三种四环素类抗性基因丰度显著低于CK处理，不同比例生物炭之间无显著差异，2.5％生物炭即可有效的去除有机肥中四环素类抗性基因，其中tetG、tetW、tetX基因的丰度较CK处理的丰度分别下降54.9％，96.3％和21.6％。本方法实施起来简单、方便、成本低廉，可有效的减少有机肥中四环素类抗性基因的积累和转移，并最终降低抗性基因对人类健康造成的危害。

Claims (3)

1.一种降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备生物炭材料的选取和预处理；
(2)生物炭的制备；
(3)测定风干后的小麦秸秆和鸡粪的有机碳、有机氮含量及含水率；
(4)将小麦秸秆粉碎至1cm左右，与鸡粪充分混合，根据步骤(3)中测定的有机碳和有机氮的值，调节初始C/N比至25:1；
(5)将步骤(2)中得到的生物炭，按照干重2.5％的比例添加到小麦秸秆和鸡粪的混合物中，混合均匀，然后加蒸馏水使混合物的含水率达到60％，得到堆肥原料；
(6)将堆料堆制于有效体积为0.1m3的全自动堆肥装置中，高温期通风量调节为0.15m3/(m3min)，降温期和腐熟期调节为0.10m3/(m3min)，放置于堆肥试验场26天，达到腐熟。
2.根据权利要求1所述降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，制备生物炭的原料为竹材，将竹材切至长度100mm左右，放置烘箱中在105℃条件下烘12小时；所述步骤(2)生物炭的制备是将步骤(1)中预处理的竹炭冷却至室温后放置炭化炉中，高温裂解4小时，冷却至室温后磨碎，过1mm筛。
3.根据权利要求1所述降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，高温裂解的温度是600℃。
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