污泥高温堆肥强化策略：热带农业土壤中抗生素抗性基因（ARGs）的消减机制与生态调控

本研究针对污水厂污泥（SS）农用导致的抗生素抗性基因（ARGs）扩散风险，通过工业级高温堆肥（含石灰添加处理）评估其对热带黏土/砂壤土中氟喹诺酮类、磺胺类和四环素类ARGs及移动遗传元件（MGEs）的消减效果。结果表明非石灰堆肥初期扰动微生物群落但百日恢复，工业堆肥显著降低磺胺类ARGs（尤其转座子和整合子介导的早期传播），石灰虽未增强ARG消减但提升堆肥稳定性。研究为热带农业生态系统ARGs风险管控提供实证支持。

　　

随着全球抗生素滥用率65%的激增，抗生素抗性基因（ARGs）已从医疗环境扩散至原始生态系统，甚至存在于未经处理的污水污泥（SS）中。这类"基因污染物"通过水平基因转移（HGT）在环境中传播，对"One Health"理念构成严峻挑战。巴西作为典型案例，其污水管网覆盖率仅56%，年产干污泥37.2万吨，预计基建升级后将暴增至470万吨。更棘手的是，70%未代谢抗生素最终富集在SS中，尤其是化学性质稳定的氟喹诺酮类（浓度可达1000 μg kg^?1）、四环素类和磺胺类（＞10 μg kg^?1），这些物质在土壤中的半衰期长达2500天，持续驱动微生物抗性进化。

针对这一难题，圣保罗州立大学（Universidade Estadual Paulista）的研究团队创新性地采用工业级高温堆肥技术，系统评估了添加石灰对SS堆肥产物中ARGs的消减效果及其对热带土壤微生物组的影响。研究发现，经过100天的田间试验，工业堆肥可使磺胺类ARGs降低42%，关键移动遗传元件（MGEs）减少35%，相关成果发表在环境管理领域权威期刊《Journal of Environmental Management》上。

研究团队运用三大关键技术：高通量定量PCR（HT-qPCR）检测21类ARGs和12种MGEs；16S rRNA基因测序解析微生物群落结构；热重-气相色谱联用技术监测堆肥稳定性。通过对比热带黏土（Typic Haplorthox）和砂壤土（Typic Kandiudox）两种典型氧化土，构建了完整的ARGs消减评估体系。

【Composition of soil bacterial communities】
微生物组测序揭示，放线菌门（Actinobacteriota，43%）、变形菌门（Pseudomonadota，23%）和绿弯菌门（Chloroflexota，12%）构成土壤优势菌群。非石灰堆肥（NLC）施用初期显著降低变形菌门15%、酸杆菌门5%的相对丰度，但放线菌门增加19%。这种扰动在100天后基本恢复，表明土壤微生物具强韧性。

【Effects on bacterial communities’ attributes】
新鲜SS使微生物α多样性降低28%，并短暂提升磺胺类ARGs（sul1基因增加3.2倍）和转座子（tnpA-04增加2.8倍）。工业堆肥处理后，潜在ARG宿主菌如Atopobium、Clostridium sensu stricto等丰度降低40-60%，而石灰处理组在30天时微生物香农指数提升15%。

【Conclusions】
研究证实工业堆肥可使磺胺类ARGs减少42%（主要通过抑制转座子和整合子介导的传播），但石灰添加仅提升堆肥稳定性而未增强ARG消减。值得注意的是，堆肥产物中四环素抗性基因（tetM）仍保持初始浓度的65%，提示需优化高温阶段持续时间。

该研究首次在工业尺度验证了SS堆肥对热带土壤ARGs的长期抑制效果，为发展中国家污泥资源化提供了关键技术参数。发现的10类潜在ARG宿主菌（如Kocuria、Nocardiopsis）为后续生物防控指明靶点。研究团队特别强调，需开展更长周期观测以评估ARGs的环境持久性，尤其是在气候变化加剧HGT风险的背景下。这些发现对构建热带地区"污泥-土壤-作物"系统的抗性基因屏障具有重要指导价值。