果蔬垃圾堆肥過程中原核生物和真菌的氣溶膠化能力

何品晶，韋順艷，邵立明，呂 凡

（同濟大學固體廢物處理與資源化研究所，上海 200092）

1 研究亮點

*分析了果蔬垃圾堆肥過程中細菌、古菌和真菌主要種屬的優先氣溶膠化能力；

*低豐度微生物，例如，奇古菌（Thaumarchaeota） 也能夠優先氣溶膠化；

*氣溶膠化微生物中，致病性微生物屬的占比超過90%。

2 背景

微生物氣溶膠是指存在于氣相介質中由微生物（包括細菌、古菌和真菌等）、微生物細胞碎片和產物組成的分散體系。研究結果表明，氣溶膠中的微生物及其產物會對人體造成器官特異性和系統性的健康危害。例如，放線菌、黃曲霉、煙曲霉、赭曲霉毒素、炭疽桿菌、鐮刀菌、肺炎鏈球菌和內毒素等會造成呼吸道感染、炎癥和哮喘等健康問題。堆肥作為一種有效可行的果蔬垃圾處理和資源化方法，在運行過程中，不可避免會發生原核生物和真菌從固相或液相向氣相釋放的氣溶膠化行為。這一過程不僅取決于微生物本身的形狀和親水性，還取決于堆肥物料的理化性質、運行操作中的機械運動和場地內的氣象條件。為定量化描述微生物的氣溶膠化能力，1980 年Hejkal 等將同種微生物在氣相和固相（液相） 中絕對濃度的比值定義為濃度因子（CF），用以評估微生物氣溶膠化能力的強弱。但是，由直接培養方法測定的微生物絕對濃度與實際存在的微生物濃度之間存在較大的偏差。原因是大量的原核生物和真菌都是不可培養的；而這些不可培養微生物在總微生物中占據絕大部分；同時，它們也會對人體健康造成危害。有鑒于此，采用免培養法分析各相中微生物的相對占比是一種不可避免的趨勢。

3 研究方法

本研究通過原位采集的方法，分析了果蔬垃圾好氧堆肥不同階段的微生物氣溶膠釋放特征。采集堆肥進行1～2、3～4、5～6、7～8、13～14、15～16 和19～20 d 堆體表層和堆體內部的堆肥樣品，以及周圍環境中的微生物氣溶膠樣品。通過測定堆肥樣品的理化性質，界定堆肥過程的不同階段；通過聚合酶鏈式反應（PCR） 實驗和高通量測序，確定微生物在氣固兩相中的群落結構和相對占比；引入氣溶膠化指數概念，評估堆體中微生物氣溶膠化能力的強弱；通過熒光原位雜交技術方法，定量分析采集的微生物氣溶膠樣品濃度。

4 主要研究結果

果蔬垃圾氣溶膠樣品中，微生物濃度為400～4 800 個/m3。氣溶膠樣品和堆肥樣品中，分別檢測出3種和6 種主要的門水平微生物，門水平上古菌、細菌和真菌的氣溶膠化指數范圍分別為0～79、0～214 和0～397，能夠優先氣溶膠化的主要門水平微生物包括擬桿菌門（細菌） 和擔子菌門（真菌）。屬水平上，細菌和真菌的氣溶膠化指數范圍分別為0～2 250 和0～9 000。能夠優先氣溶膠化的6 種細菌屬，包括單胞菌屬、馬賽菌屬、金黃桿菌屬、庫特氏菌屬、伯克氏菌屬和不動桿菌屬，它們的氣溶膠化指數分別為171、491、22 460、5 525、4 014 和631。能夠優先氣溶膠化的3 種真菌屬分別為旋孢腔菌屬、核盤菌屬和曲霉屬，它們的氣溶膠化指數分別為7 344、8 582 和439。總體而言，在能夠優先氣溶膠化的微生物中，革蘭氏陰性菌和致病菌的占比超過90%。因此，在果蔬垃圾堆肥過程中釋放進入氣相的微生物會對人體健康產生影響。

5 結論與展望

本研究采用免培養方法，系統地分析了果蔬垃圾堆肥過程中，空氣微生物（包括原核生物和真菌）的氣溶膠化能力。雖然在堆肥過程涉及的微生物中，古菌占比很低，但卻有很高的氣溶膠化指數。所以，未來需要補充強化對微生物氣溶膠中古菌及其對人體健康影響的研究工作。