污泥堆肥中生物炭重塑微生物群落促进胞内外抗生素抗性基因的协同去除

推荐：本研究针对污泥堆肥中抗生素抗性基因（ARGs）的传播风险，通过添加污泥源和商业生物炭，系统探究其对胞内/外ARGs（i/eARGs）的去除机制。结果表明，生物炭通过重塑微生物群落结构、抑制水平基因转移（HGT）和吸附游离DNA，使iARGs去除率达98.6%，并有效控制eARGs的环境扩散，为污泥资源化与抗性基因协同控制提供新策略。

　　

抗生素抗性基因（ARGs）作为新兴环境污染物，正通过污水污泥等介质悄然威胁生态安全和公众健康。更令人担忧的是，游离在环境中的胞外ARGs（eARGs）比胞内ARGs（iARGs）具有更强的迁移能力——它们能吸附在土壤矿物表面保持数月活性，甚至被细菌直接摄取“武装”成新的耐药菌。尽管传统污泥好氧堆肥能去除80%-90%的ARGs，但堆肥后期磺胺类抗性基因的“死灰复燃”现象始终是悬而未决的难题。中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室的研究团队独辟蹊径，提出“以废治废”的循环经济思路：将污泥制成的生物炭（SZB）回用于污泥堆肥，系统解析其对i/eARGs的差异化控制机制。这项发表于《Journal of Environmental Management》的研究揭示，生物炭不仅能物理吸附eARGs，更能通过调控微生物群落组装过程“釜底抽薪”阻断耐药基因传播链。

研究团队采用高通量qPCR（实时定量PCR）和16S rRNA测序技术，对比分析了污泥源生物炭（SZB）与商业生物炭（SPB）对堆肥体系中i/eARGs的动态影响。通过iCAMP（基于系统发育分箱的零模型）分析群落组装机制，结合环境因子检测和MGEs（可移动遗传元件）追踪，构建了生物炭-微生物-ARGs的互作网络。

【Biochar can promote the reduction of i/eARGs and i/eMGEs】
研究发现，添加生物炭使iARGs相对丰度从初始0.283-0.489 copies/16S rRNA降至0.004-0.187 copies/16S rRNA，其中污泥源生物炭（SZB）对i-sul1的去除率高达98.69%。eARGs则呈现“先升后降”趋势，这与堆肥初期细胞裂解释放eDNA有关，后期生物炭的孔隙吸附和腐殖酸共沉淀作用使eARGs显著减少。

【Effects of biochar on microbial community structure】
生物炭显著改变了微生物群落组装过程：其多孔结构创造的微氧环境使氯屈挠菌门（Chloroflexi）丰度提升3.8倍，这类具有革兰氏阳性细胞壁特征的细菌可能成为ARGs的新宿主。但生物炭同时通过削弱扩散限制等随机过程，使群落组装的环境选择贡献率从58.7%提升至72.4%，有效减少了耐药菌的生态位机会。

【Conclusion】
该研究首次阐明生物炭对i/eARGs的差异化调控机制：对于iARGs，主要通过增强环境选择压力减少耐药宿主菌；对于eARGs，则依赖物理吸附和破坏细胞膜阻断水平转移。值得注意的是，污泥源生物炭虽效果显著，但其携带的潜在宿主菌风险提示需优化制备工艺。这项研究不仅为ARGs控制提供了“废物资源化”的创新路径，更为制定污泥安全回用标准提供了关键科学依据。