四环素胁迫下铁镁改性生物炭强化牛粪厌氧发酵研究

摘要

[目的]畜禽粪便中残留的四环素类抗生素不仅对生态环境及人类健康造成威胁，同时影响其厌氧发酵沼气产量。为了提高抗生素胁迫下畜禽粪便产甲烷效率，在畜禽粪便厌氧发酵体系中添加生物炭及铁镁改性生物炭。[方法]通过测定甲烷产量、发酵样品中的化学需氧量（SCOD）、挥发性脂肪酸（VFAs）以及微生物群落结构变化，探究生物炭添加对四环素胁迫下牛粪厌氧发酵产气特性的影响。[结果]铁镁改性生物炭能解除四环素对甲烷产生的抑制作用，累积甲烷产量比单独加抗生素处理提高21.86%。四环素虽然促进了乙酸的生成，却严重抑制丁酸的产生，铁镁改性生物炭能显著增加发酵体系中SCOD浓度和丁酸含量，从而促进甲烷的产生，累积甲烷产量达到4141 mL，比未改性生物炭处理提高16.32%。另外，四环素的存在降低了厌氧发酵体系中Firmicutes（厚壁菌门）、Bacteroidota（拟杆菌门）和氢营养型产甲烷菌Methanobacterium（甲烷杆菌属）的相对丰度，投加铁镁改性生物炭后增加了微生物群落结构丰富度和多样性。[结论]四环素对牛粪产甲烷的抑制作用主要发生在厌氧发酵前期，生物炭的投加能够起到缓解作用，且铁镁改性生物炭的效果优于未改性生物炭。

关键词

畜禽粪便 / 四环素 / 铁镁改性生物炭 / 厌氧发酵 / 微生物群落