热空气循环通风堆肥系统通过核心菌群竞争抑制有效清除抗生素抗性基因

针对畜禽粪便中抗生素抗性基因（ARGs）污染问题，研究人员开发了节能减排的热空气循环通风堆肥技术（HACV）。该技术通过驱动细菌群落确定性演替（同质选择），促进核心菌群定植并抑制水平基因转移（HGT），使高风险ARGs（如aac(6′)-Ib-cr和sul1）去除率达80.49%，为堆肥过程中ARGs控制提供了新策略。

　　

抗生素抗性基因（ARGs）的传播已成为21世纪最严峻的公共卫生威胁之一，2019年全球约495万人死于细菌耐药性。畜禽粪便作为ARGs的重要储存库，其传统堆肥处理虽能降解抗生素，却难以彻底清除ARGs。例如四环素类抗生素虽被有效去除，但相关抗性基因tetC、tetG等反而出现显著富集。这一矛盾现象促使科学家寻求更高效的堆肥技术。

中国农业大学的研究人员创新性地开发了热空气循环通风堆肥系统（HACV），相关成果发表于《Journal of Hazardous Materials》。该研究通过实验室规模试验，对比传统强制通风堆肥（CA），系统评估了HACV对堆肥过程、微生物群落和ARGs的影响。关键技术包括：基于猪粪-餐厨垃圾-玉米秸秆的共堆肥体系、高通量qPCR检测21种ARGs、16S rRNA基因测序分析菌群结构，以及网络拓扑分析揭示核心菌群生态功能。

堆肥过程与成熟度影响

HACV系统使堆体温度在5天内快速升至55°C以上，高温期持续16天，显著长于对照组。这种热力学优势不仅促进有机物矿化，更使aadE基因去除率提升至80.49%，且对堆肥腐熟度指标（C/N比、种子发芽指数GI）无负面影响。

微生物群落调控机制

HACV通过确定性过程（65%异质选择）驱动菌群演替，显著提高高温耐受菌（如Erysipelothrix、Oceanobacillus）的定植。网络分析显示，传统堆肥中核心病原菌Corynebacterium是ARGs主要宿主，而HACV系统的核心菌群（Bacillus、Lactobacillus等）虽丰度增加，却不携带目标ARGs，形成生态位竞争抑制。

ARGs清除机制

HACV通过双重途径控制ARGs：直接高温灭活宿主细菌；更关键的是通过核心菌群与ARGs宿主的竞争，抑制水平基因转移（HGT）。这使得高风险ARGs（如aac(6′)-Ib-cr和sul1）的去除效果显著优于传统堆肥。

该研究首次阐明HACV系统通过"热力学灭活-菌群重构-竞争抑制"三级作用清除ARGs的机制。相比需要外源菌剂接种的传统方法，HACV通过系统内源菌群自发调控实现ARGs控制，兼具能耗降低28.6%和减排优势。研究成果为畜禽粪便资源化处理提供了兼具工程可行性和生态安全性的解决方案，对遏制环境耐药性传播具有重要实践意义。