近年來,隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展,畜禽廢棄物的排放量也迅速增長。在規(guī)�；笄蒺B(yǎng)殖過程中,有機胂制劑因其具有預防疾病、提高飼料轉化率、促進畜禽生長等作用在畜禽養(yǎng)殖業(yè)廣泛應用。然而,大部分有機胂制劑隨畜禽排泄物排出體外,造成畜禽廢棄物中含有較高濃度的砷。當農田施用高砷含量的畜禽廢棄物時,可能會造成土壤和農作物砷累積,進而威脅農產品安全和人體健康。堆肥是畜禽廢棄物實現(xiàn)資源化處理最有效的一種措施,可以使畜禽廢棄物減量化和無害化。但是畜禽廢棄物堆肥過程中砷的形態(tài)轉化尤其是砷的甲基化過程以及砷甲基化微生物的驅動機制還缺乏研究。本研究在對浙北地區(qū)養(yǎng)豬廢棄物、廢水及長期施用豬糞的農田土壤砷污染調查基礎上,通過室內模擬堆肥和野外實際堆肥結合的方式,研究堆肥過程中砷的氧化、還原尤其是甲基化作用,探討了生物質炭添加對畜禽廢棄物堆肥過程中砷形態(tài)轉化的影響。同時,應用qPCR、克隆文庫和16S rRNA基因高通量測序等分子生物學手段研究了畜禽養(yǎng)殖廢棄物堆肥過程中砷甲基化功能微生物群落結構多樣性及其演替規(guī)律,揭示了生物質炭對堆肥過程中砷甲基化行為特征的影響與微生物驅動機制。主要的結論如下:(1)對浙北地區(qū)規(guī)模...

【文章頁數(shù)】：170 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
英文縮略表
1 緒論
    1.1 畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展及污染現(xiàn)狀
        1.1.1 畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展及畜禽廢棄物污染現(xiàn)狀
        1.1.2 畜禽廢棄物的危害
    1.2 畜禽廢棄物中砷的污染現(xiàn)狀
        1.2.1 畜禽廢棄物中砷的來源
        1.2.2 畜禽廢棄物中砷的含量
        1.2.3 畜禽廢棄物中砷的形態(tài)分布
        1.2.4 畜禽廢棄物中砷的危害
    1.3 環(huán)境中砷的生物轉化
        1.3.1 砷的形態(tài)和毒性
        1.3.2 砷的氧化
        1.3.3 砷的還原
        1.3.4 砷的甲基化
        1.3.5 微生物砷甲基轉移酶(arsM)
        1.3.6 砷甲基化的影響因素
    1.4 畜禽廢棄物處置技術及處置過程中砷的轉化
        1.4.1 畜禽廢棄物處置技術
        1.4.2 生物質炭在堆肥過程中的應用
        1.4.3 畜禽廢棄物處置過程中砷的轉化
    1.5 論文的研究目標、研究內容和技術路線
        1.5.1 研究目標
        1.5.2 研究內容
        1.5.3 研究技術路線
2 畜禽廢棄物及長期施用畜禽糞肥農田土壤砷污染調查
    2.1 材料與方法
        2.1.1 主要試劑和儀器
        2.1.2 豬糞和堆肥樣品的采集及處理
        2.1.3 養(yǎng)豬場廢水的采集及處理
        2.1.4 長期施用豬糞的農田土壤樣品的采集與處理
        2.1.5 測定指標與方法
        2.1.6 數(shù)據(jù)分析
    2.2 結果與討論
        2.2.1 豬糞、堆肥樣品中砷的含量與形態(tài)
        2.2.2 養(yǎng)豬廢水中砷的含量與形態(tài)
        2.2.3 長期施用豬糞對土壤砷的累積效應
    2.3 本章小結
3 豬糞堆肥過程中砷的形態(tài)轉化特征
    3.1 材料與方法
        3.1.1 主要的試劑與儀器
        3.1.2 實驗材料與方法
        3.1.3 野外實際堆肥試驗及樣品采集
        3.1.4 室內模擬堆肥試驗及樣品采集
        3.1.5 測定指標與方法
        3.1.6 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計
    3.2 結果與討論
        3.2.1 野外實際堆肥過程中理化性質的變化
        3.2.2 野外實際堆肥過程中重金屬總量的變化
        3.2.3 野外實際堆肥過程中砷形態(tài)的變化
        3.2.4 室內模擬堆肥過程中砷形態(tài)的變化
    3.3 本章小結
4 豬糞堆肥過程中砷甲基化功能微生物多樣性及其演替規(guī)律
    4.1 材料與方法
        4.1.1 DNA的提取
        4.1.2 砷功能基因的實時熒光定量PCR
        4.1.3 arsM基因克隆文庫的構建
        4.1.4 16S rRNA基因高通量測序分析
        4.1.5 arsM基因系統(tǒng)發(fā)育分析
    4.2 結果與討論
        4.2.1 堆肥過程中砷功能基因豐度的變化
        4.2.2 砷形態(tài)、環(huán)境因子及砷功能基因豐度之間的相關性分析
        4.2.3 堆肥過程中砷甲基化微生物群落結構的多樣性及其演替規(guī)律
    4.3 本章小結
5 生物質炭對豬糞堆肥過程中砷形態(tài)轉化的影響
    5.1 材料與方法
        5.1.1 主要試劑和儀器
        5.1.2 試驗材料
        5.1.3 不同生物質炭添加比例堆肥試驗與采樣
        5.1.4 反應器堆肥試驗與采樣
        5.1.5 測定指標與方法
        5.1.6 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計
    5.2 結果與討論
        5.2.1 模擬堆肥過程中添加生物質炭對砷形態(tài)轉化的影響
        5.2.2 反應器堆肥過程中添加生物質炭對堆肥理化性質的影響
        5.2.3 反應器堆肥過程中添加生物質炭對總砷的影響
        5.2.4 反應器堆肥過程中添加生物質炭對砷形態(tài)的影響
        5.2.5 添加生物質炭對氣態(tài)砷的產生速率及其形態(tài)的影響
    5.3 本章小結
6 生物質炭影響豬糞堆肥過程中砷甲基化的微生物作用機理
    6.1 材料與方法
        6.1.1 DNA的提取
        6.1.2 砷功能基因的實時熒光定量PCR
        6.1.3 16S rRNA基因測序分析
    6.2 結果與分析
        6.2.1 生物質炭的添加對堆肥過程中砷功能基因豐度的影響
        6.2.2 砷形態(tài)、環(huán)境因子及砷功能基因豐度之間的相關性分析
        6.2.3 生物質炭的添加對堆肥過程中細菌群落α-多樣性的影響
        6.2.4 生物質炭的添加對堆肥過程細菌群落結構變化的影響
        6.2.5 堆肥過程中特異細菌群落的組成
        6.2.6 關鍵細菌與堆肥過程中甲基砷的相關性
    6.3 本章小結
7 研究結論、創(chuàng)新點及展望
    7.1 研究結論
        7.1.1 畜禽廢棄物及長期施用畜禽糞肥農田土壤砷污染調查
        7.1.2 豬糞堆肥過程中砷的形態(tài)轉化
        7.1.3 豬糞堆肥過程中砷甲基化的微生物驅動機制
        7.1.4 添加生物質炭對豬糞堆肥過程中砷形態(tài)轉化的影響
        7.1.5 添加生物質炭影響豬糞堆肥過程中砷甲基化的微生物作用機理
    7.2 主要創(chuàng)新點
    7.3 研究展望
參考文獻
作者簡介及主要學術成果和所獲榮譽



本文編號：3772939