基于缓释氮磷复合沸石的土壤畜禽有机肥源抗性基因污染阻控机制研究

The long time application of livestock organic fertilizer in farmland not only makes the soil become cross contamination typical environment of heavy metals and antibiotics, but also the selection pressure of combined pollution of heavy metals and antibiotics on the livestock and poultry manure sources of antibiotic resistance genes exacerbates the risk of its pollution. .This study was aimed at the problem of antibiotic resistance gene pollution in livestock manure utilization, with the pig farm soil as the research object, based on the deep analysis of the pollution characteristics of heavy metal, antibiotics and antibiotic resistance genes and their internal relationships, it adopted the nitrogen and phosphorus release composite zeolite obtained from animal slurry as repairing material for in situ high efficiency remediation of resistance gene in the soil, which is realized by multiple effects, such as nitrogen and phosphorus and alkaline slow release, promoting the degradation of antibiotics, the passivation of heavy metals and direct reduction of antibiotic resistance genes. The project take the method of laboratory simulation and field test combination, in-depth study of the synchronous control mechanism and application of key technical parameters of heavy metals, antibiotics and antibiotic resistance genes in soil by using slow-released nitrogen and phosphorus zeolite composite. Relevant research results of this research are practically important for the safety land use of livestock and poultry manure, and have broad application prospects.

畜禽有机肥的长期农田配施不仅使农田土壤成为重金属和抗生素交叉污染的典型环境，而且重金属和抗生素复合污染对畜禽有机肥源性抗生素抗性基因的选择压力作用更是加剧了其污染危害。.本研究针对畜禽有机肥农田利用存在的抗生素抗性基因污染问题，以养猪场土壤为研究对象，在对其重金属、抗生素及抗生素抗性基因污染特征及其内在关联性深入分析的基础上，以从畜禽沼液中回收得到的缓释氮磷复合沸石为修复材料，利用其氮磷和碱性缓释、促进抗生素降解、钝化重金属和直接削减抗生素抗性基因等多重作用，实现对土壤中畜禽有机肥源抗性基因污染的原位高效阻控。项目采取室内模拟和野外现场试验相结合的方法，深入探讨缓释氮磷复合沸石对土壤中重金属、抗生素和抗生素抗性基因同步阻控作用机理及其应用的关键技术参数。有关研究成果对畜禽有机肥源抗性基因污染的治理，对实现畜禽有机肥安全土地利用具有十分重要的实际意义，有着广阔的推广应用前景。

畜禽有机肥的长期农田配施不仅可引起氮磷流失和重金属、抗生素累积的风险，同时还伴生有ARGs污染的严重问题，更是加剧了畜禽养殖污染的公共健康威胁。本项目针对畜禽有机肥农田利用存在的重金属、抗生素及ARGs复合污染问题，分别以天然沸石和硅藻土为原料制备了两种集氮磷缓释、碱性调控和吸附功能于一体的氮磷复合沸石（S-NZ）和硅藻土（SD）材料，在探讨S-NZ 和SD对重金属和抗生素复合污染去除性能及机制的基础上，深入研究了其对畜禽养殖场土壤中ARGs污染的阻控性能及作用机理。.（1）S-NZ对Cu(II)和TC的最大去除能力分别为379和198 mM/kg。Cu(II)在S-NZ上的吸附主要通过表面磷酸盐沉淀和静电吸附等方式，在复合污染物体系中，TC会抑制Cu(II)在S-NZ表面沉淀且Cu-TC络合物会降低S-NZ对Cu(II)的静电作用力；TC在S-NZ上的吸附主要通过静电吸附和表面络合等方式，Cu(II)共存使得S-NZ对TC的去除能力显著增强，因Cu(II)在S-NZ表面沉淀可以为TC提供新的吸附位点。.（2）S-NZ修复土壤可使得Cu(II)和TC在土壤中生物有效态浓度分别降低29~48%和22~32%，从而削弱了其对土壤细菌的选择压力作用。S-NZ使得土壤微生物丰度和多样性显著上升，降低了ARGs潜在宿主的相对丰度，使得ARGs总相对丰度减少。S-NZ可有效阻止ARGs在土壤环境中的扩散传播。.（3）SD对重金属Pb(II)的去除主要通过Pb5(PO4)3OH沉淀，在Pb(II)去除的过程中，可通过CTC的C=O和Pb5(PO4)3OH的表面Pb之间形成的金属键的界面作用以及Pb(II)的离子架桥作用促进CTC的吸附去除，然而CTC在Pb5(PO4)3OH晶体表面的附着则会抑制其晶体发育，妨碍Pb(II)的沉淀去除。.（4）SD亦可有效阻控土壤中ARGs污染的传播，其主要是通过削弱Pb(II)和CTC对微生物群落的选择压力作用，增加土壤微生物多样性，降低宿主菌放线菌门（Actinobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）的丰度间接实现。.有关研究成果对实现重金属、抗生素和ARGs复合污染土壤的经济、安全原位修复提供了有力的技术支撑和理论依据，有着广阔的推广应用前景。