畜禽废弃物堆肥过程中砷的形态转化规律及其微生物驱动机制研究
发布时间：2023-03-28 14:04
近年来,随着我国畜禽养殖业的快速发展,畜禽废弃物的排放量也迅速增长。在规模化畜禽养殖过程中,有机胂制剂因其具有预防疾病、提高饲料转化率、促进畜禽生长等作用在畜禽养殖业广泛应用。然而,大部分有机胂制剂随畜禽排泄物排出体外,造成畜禽废弃物中含有较高浓度的砷。当农田施用高砷含量的畜禽废弃物时,可能会造成土壤和农作物砷累积,进而威胁农产品安全和人体健康。堆肥是畜禽废弃物实现资源化处理最有效的一种措施,可以使畜禽废弃物减量化和无害化。但是畜禽废弃物堆肥过程中砷的形态转化尤其是砷的甲基化过程以及砷甲基化微生物的驱动机制还缺乏研究。本研究在对浙北地区养猪废弃物、废水及长期施用猪粪的农田土壤砷污染调查基础上,通过室内模拟堆肥和野外实际堆肥结合的方式,研究堆肥过程中砷的氧化、还原尤其是甲基化作用,探讨了生物质炭添加对畜禽废弃物堆肥过程中砷形态转化的影响。同时,应用qPCR、克隆文库和16S rRNA基因高通量测序等分子生物学手段研究了畜禽养殖废弃物堆肥过程中砷甲基化功能微生物群落结构多样性及其演替规律,揭示了生物质炭对堆肥过程中砷甲基化行为特征的影响与微生物驱动机制。主要的结论如下:(1)对浙北地区规模...
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
英文缩略表
1 绪论
1.1 畜禽养殖业的发展及污染现状
1.1.1 畜禽养殖业的发展及畜禽废弃物污染现状
1.1.2 畜禽废弃物的危害
1.2 畜禽废弃物中砷的污染现状
1.2.1 畜禽废弃物中砷的来源
1.2.2 畜禽废弃物中砷的含量
1.2.3 畜禽废弃物中砷的形态分布
1.2.4 畜禽废弃物中砷的危害
1.3 环境中砷的生物转化
1.3.1 砷的形态和毒性
1.3.2 砷的氧化
1.3.3 砷的还原
1.3.4 砷的甲基化
1.3.5 微生物砷甲基转移酶(arsM)
1.3.6 砷甲基化的影响因素
1.4 畜禽废弃物处置技术及处置过程中砷的转化
1.4.1 畜禽废弃物处置技术
1.4.2 生物质炭在堆肥过程中的应用
1.4.3 畜禽废弃物处置过程中砷的转化
1.5 论文的研究目标、研究内容和技术路线
1.5.1 研究目标
1.5.2 研究内容
1.5.3 研究技术路线
2 畜禽废弃物及长期施用畜禽粪肥农田土壤砷污染调查
2.1 材料与方法
2.1.1 主要试剂和仪器
2.1.2 猪粪和堆肥样品的采集及处理
2.1.3 养猪场废水的采集及处理
2.1.4 长期施用猪粪的农田土壤样品的采集与处理
2.1.5 测定指标与方法
2.1.6 数据分析
2.2 结果与讨论
2.2.1 猪粪、堆肥样品中砷的含量与形态
2.2.2 养猪废水中砷的含量与形态
2.2.3 长期施用猪粪对土壤砷的累积效应
2.3 本章小结
3 猪粪堆肥过程中砷的形态转化特征
3.1 材料与方法
3.1.1 主要的试剂与仪器
3.1.2 实验材料与方法
3.1.3 野外实际堆肥试验及样品采集
3.1.4 室内模拟堆肥试验及样品采集
3.1.5 测定指标与方法
3.1.6 数据分析与统计
3.2 结果与讨论
3.2.1 野外实际堆肥过程中理化性质的变化
3.2.2 野外实际堆肥过程中重金属总量的变化
3.2.3 野外实际堆肥过程中砷形态的变化
3.2.4 室内模拟堆肥过程中砷形态的变化
3.3 本章小结
4 猪粪堆肥过程中砷甲基化功能微生物多样性及其演替规律
4.1 材料与方法
4.1.1 DNA的提取
4.1.2 砷功能基因的实时荧光定量PCR
4.1.3 arsM基因克隆文库的构建
4.1.4 16S rRNA基因高通量测序分析
4.1.5 arsM基因系统发育分析
4.2 结果与讨论
4.2.1 堆肥过程中砷功能基因丰度的变化
4.2.2 砷形态、环境因子及砷功能基因丰度之间的相关性分析
4.2.3 堆肥过程中砷甲基化微生物群落结构的多样性及其演替规律
4.3 本章小结
5 生物质炭对猪粪堆肥过程中砷形态转化的影响
5.1 材料与方法
5.1.1 主要试剂和仪器
5.1.2 试验材料
5.1.3 不同生物质炭添加比例堆肥试验与采样
5.1.4 反应器堆肥试验与采样
5.1.5 测定指标与方法
5.1.6 数据分析与统计
5.2 结果与讨论
5.2.1 模拟堆肥过程中添加生物质炭对砷形态转化的影响
5.2.2 反应器堆肥过程中添加生物质炭对堆肥理化性质的影响
5.2.3 反应器堆肥过程中添加生物质炭对总砷的影响
5.2.4 反应器堆肥过程中添加生物质炭对砷形态的影响
5.2.5 添加生物质炭对气态砷的产生速率及其形态的影响
5.3 本章小结
6 生物质炭影响猪粪堆肥过程中砷甲基化的微生物作用机理
6.1 材料与方法
6.1.1 DNA的提取
6.1.2 砷功能基因的实时荧光定量PCR
6.1.3 16S rRNA基因测序分析
6.2 结果与分析
6.2.1 生物质炭的添加对堆肥过程中砷功能基因丰度的影响
6.2.2 砷形态、环境因子及砷功能基因丰度之间的相关性分析
6.2.3 生物质炭的添加对堆肥过程中细菌群落α-多样性的影响
6.2.4 生物质炭的添加对堆肥过程细菌群落结构变化的影响
6.2.5 堆肥过程中特异细菌群落的组成
6.2.6 关键细菌与堆肥过程中甲基砷的相关性
6.3 本章小结
7 研究结论、创新点及展望
7.1 研究结论
7.1.1 畜禽废弃物及长期施用畜禽粪肥农田土壤砷污染调查
7.1.2 猪粪堆肥过程中砷的形态转化
7.1.3 猪粪堆肥过程中砷甲基化的微生物驱动机制
7.1.4 添加生物质炭对猪粪堆肥过程中砷形态转化的影响
7.1.5 添加生物质炭影响猪粪堆肥过程中砷甲基化的微生物作用机理
7.2 主要创新点
7.3 研究展望
参考文献
作者简介及主要学术成果和所获荣誉
本文编号：3772939
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
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致谢
摘要
Abstract
英文缩略表
1 绪论
1.1 畜禽养殖业的发展及污染现状
1.1.1 畜禽养殖业的发展及畜禽废弃物污染现状
1.1.2 畜禽废弃物的危害
1.2 畜禽废弃物中砷的污染现状
1.2.1 畜禽废弃物中砷的来源
1.2.2 畜禽废弃物中砷的含量
1.2.3 畜禽废弃物中砷的形态分布
1.2.4 畜禽废弃物中砷的危害
1.3 环境中砷的生物转化
1.3.1 砷的形态和毒性
1.3.2 砷的氧化
1.3.3 砷的还原
1.3.4 砷的甲基化
1.3.5 微生物砷甲基转移酶(arsM)
1.3.6 砷甲基化的影响因素
1.4 畜禽废弃物处置技术及处置过程中砷的转化
1.4.1 畜禽废弃物处置技术
1.4.2 生物质炭在堆肥过程中的应用
1.4.3 畜禽废弃物处置过程中砷的转化
1.5 论文的研究目标、研究内容和技术路线
1.5.1 研究目标
1.5.2 研究内容
1.5.3 研究技术路线
2 畜禽废弃物及长期施用畜禽粪肥农田土壤砷污染调查
2.1 材料与方法
2.1.1 主要试剂和仪器
2.1.2 猪粪和堆肥样品的采集及处理
2.1.3 养猪场废水的采集及处理
2.1.4 长期施用猪粪的农田土壤样品的采集与处理
2.1.5 测定指标与方法
2.1.6 数据分析
2.2 结果与讨论
2.2.1 猪粪、堆肥样品中砷的含量与形态
2.2.2 养猪废水中砷的含量与形态
2.2.3 长期施用猪粪对土壤砷的累积效应
2.3 本章小结
3 猪粪堆肥过程中砷的形态转化特征
3.1 材料与方法
3.1.1 主要的试剂与仪器
3.1.2 实验材料与方法
3.1.3 野外实际堆肥试验及样品采集
3.1.4 室内模拟堆肥试验及样品采集
3.1.5 测定指标与方法
3.1.6 数据分析与统计
3.2 结果与讨论
3.2.1 野外实际堆肥过程中理化性质的变化
3.2.2 野外实际堆肥过程中重金属总量的变化
3.2.3 野外实际堆肥过程中砷形态的变化
3.2.4 室内模拟堆肥过程中砷形态的变化
3.3 本章小结
4 猪粪堆肥过程中砷甲基化功能微生物多样性及其演替规律
4.1 材料与方法
4.1.1 DNA的提取
4.1.2 砷功能基因的实时荧光定量PCR
4.1.3 arsM基因克隆文库的构建
4.1.4 16S rRNA基因高通量测序分析
4.1.5 arsM基因系统发育分析
4.2 结果与讨论
4.2.1 堆肥过程中砷功能基因丰度的变化
4.2.2 砷形态、环境因子及砷功能基因丰度之间的相关性分析
4.2.3 堆肥过程中砷甲基化微生物群落结构的多样性及其演替规律
4.3 本章小结
5 生物质炭对猪粪堆肥过程中砷形态转化的影响
5.1 材料与方法
5.1.1 主要试剂和仪器
5.1.2 试验材料
5.1.3 不同生物质炭添加比例堆肥试验与采样
5.1.4 反应器堆肥试验与采样
5.1.5 测定指标与方法
5.1.6 数据分析与统计
5.2 结果与讨论
5.2.1 模拟堆肥过程中添加生物质炭对砷形态转化的影响
5.2.2 反应器堆肥过程中添加生物质炭对堆肥理化性质的影响
5.2.3 反应器堆肥过程中添加生物质炭对总砷的影响
5.2.4 反应器堆肥过程中添加生物质炭对砷形态的影响
5.2.5 添加生物质炭对气态砷的产生速率及其形态的影响
5.3 本章小结
6 生物质炭影响猪粪堆肥过程中砷甲基化的微生物作用机理
6.1 材料与方法
6.1.1 DNA的提取
6.1.2 砷功能基因的实时荧光定量PCR
6.1.3 16S rRNA基因测序分析
6.2 结果与分析
6.2.1 生物质炭的添加对堆肥过程中砷功能基因丰度的影响
6.2.2 砷形态、环境因子及砷功能基因丰度之间的相关性分析
6.2.3 生物质炭的添加对堆肥过程中细菌群落α-多样性的影响
6.2.4 生物质炭的添加对堆肥过程细菌群落结构变化的影响
6.2.5 堆肥过程中特异细菌群落的组成
6.2.6 关键细菌与堆肥过程中甲基砷的相关性
6.3 本章小结
7 研究结论、创新点及展望
7.1 研究结论
7.1.1 畜禽废弃物及长期施用畜禽粪肥农田土壤砷污染调查
7.1.2 猪粪堆肥过程中砷的形态转化
7.1.3 猪粪堆肥过程中砷甲基化的微生物驱动机制
7.1.4 添加生物质炭对猪粪堆肥过程中砷形态转化的影响
7.1.5 添加生物质炭影响猪粪堆肥过程中砷甲基化的微生物作用机理
7.2 主要创新点
7.3 研究展望
参考文献
作者简介及主要学术成果和所获荣誉
本文编号：3772939
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