被忽视的封闭反应堆热蒸汽排放：在厨余垃圾与畜禽粪便堆肥过程中影响活性污泥（ARGs）的命运及微生物群演变的因素

《Bioresource Technology》：Overlooked closed reactor thermal steam discharge: steering ARGs fate and microbiome evolution in kitchen waste-livestock manure composting

本研究探讨闭式堆肥中实时蒸汽排放对抗生素耐药基因（ARGs）去除的影响，发现蒸汽排放显著提升高温阶段ARGs去除效率达98%，但成熟期因促进特定ARGs（tetX, aadA, strB等）的扩散及水平基因转移（HGT）使去除率降至68%。主要机制包括蒸汽缓解环境压力增强菌群活性，促进非优势随机过程主导的群落组装，导致细菌多样性（Shannon指数）和群落稳定性提升，同时高活性菌群通过 intl1/2介导的HGT加速ARGs传播。

　　这项研究聚焦于在封闭式堆肥系统中蒸汽排放与冷凝回流对抗生素抗性基因（ARGs）动态变化的影响。通过分析不同条件下堆肥过程中的微生物群落演变以及ARGs的分布和去除情况，研究揭示了蒸汽排放在提高堆肥效率的同时，也对ARGs的传播产生了双重作用。研究的核心在于探讨如何在控制水分的同时，优化堆肥过程中的温度调控，从而有效减少ARGs的污染风险。

堆肥是一种将有机废弃物转化为有机肥料的过程，同时有助于减少环境中的污染物。特别是在处理畜禽粪便和厨余垃圾时，堆肥不仅能实现资源的再利用，还能通过高温阶段有效控制ARGs的传播。然而，传统的封闭式堆肥系统由于缺乏有效的水分控制，常常导致蒸汽在反应器内壁冷凝并回流，这不仅增加了堆肥材料的湿度，还可能影响微生物的活动方式，进而影响ARGs的去除效果。

研究表明，蒸汽排放能够显著提升堆肥过程中的温度，这有助于促进微生物的活动，提高ARGs的去除效率。在实验中，ARGs的总丰度去除率达到了98%，表明蒸汽排放对ARGs的去除具有积极作用。然而，在堆肥成熟阶段，蒸汽排放也会刺激特定ARGs（如tetX、aadA、strB、ermF和sul2）的传播和富集，其去除率下降至68%。这种变化主要归因于蒸汽排放对微生物群落结构的影响，它能够缓解细菌的环境压力，改变群落的组装方式，使其更倾向于非主导的随机过程，从而提升细菌的多样性和稳定性。

在高温阶段，具有高活性的细菌展现出较强的网络连接性，这为ARGs的水平基因转移（HGT）提供了有利条件。HGT是ARGs在不同微生物之间传播的重要机制，通常由移动遗传元件（MGEs）介导，例如整合性接合元件（ICEs）和整合性质粒（int1和int2）。这些MGEs能够促进ARGs在不同微生物群落之间的扩散，甚至跨越不同的生物分类单元。因此，蒸汽排放虽然有助于ARGs的去除，但同时也可能通过微生物的重新分布，加剧某些ARGs的传播。

在堆肥过程中，微生物群落的动态变化对于ARGs的控制至关重要。高温阶段的快速升温不仅能够加速有机物的分解，还能有效抑制ARGs的传播。然而，随着堆肥过程进入成熟阶段，微生物的活动方式开始发生变化，部分ARGs可能通过HGT机制在不同细菌之间扩散。这种现象表明，堆肥过程中的温度调控与微生物群落结构的演变之间存在复杂的相互作用。

此外，堆肥过程中的水分控制也是影响ARGs传播的关键因素。封闭式反应器在发酵过程中会产生大量蒸汽，这些蒸汽在冷凝后会增加堆肥材料的湿度，从而影响微生物的代谢方式。高湿度环境可能会抑制好氧微生物的活动，进而影响堆肥过程的效率。因此，如何在不破坏堆肥过程的前提下，有效控制水分，是当前研究的一个重要方向。

目前，水分控制的策略主要包括两种：一种是在预处理阶段通过均质化和分离固液成分，实现短期生物干燥，随后添加低水分含量的材料以中和湿度；另一种是通过强制通风的封闭发酵反应器系统，结合负压外部干燥系统，促进堆肥过程中水分的排出。这两种策略各有优劣，前者在操作上较为简单，但可能对堆肥过程的温度调控产生一定影响；后者则能够更有效地控制水分，从而促进堆肥过程的顺利进行。

研究发现，蒸汽排放能够显著提升好氧细菌的活性，这有助于促进有机物的分解，加快堆肥温度的上升，并提高ARGs的去除效率。然而，在堆肥成熟阶段，较高的细菌活性也可能导致某些ARGs的传播。这表明，在堆肥过程中，需要综合考虑温度和水分的调控，以实现ARGs的有效去除和微生物群落的稳定。

此外，研究还发现，高温阶段的快速升温可能会导致某些细菌的富集，这些细菌具有较强的网络连接性，能够促进ARGs的水平基因转移。这种现象在堆肥成熟阶段尤为明显，表明ARGs的传播与微生物群落的动态变化密切相关。因此，如何在控制水分的同时，优化温度调控，以减少ARGs的传播风险，是当前研究的重点。

综上所述，这项研究揭示了在封闭式堆肥系统中，蒸汽排放和冷凝回流对ARGs传播的双重影响。通过分析微生物群落的动态变化，研究指出蒸汽排放虽然有助于提高堆肥效率，但同时也可能通过微生物的重新分布，加剧某些ARGs的传播。这些发现对于优化堆肥过程、减少ARGs的污染风险具有重要意义。