摘要： 【目的】集約化農(nóng)業(yè)廢棄物為主要原料的有機肥料中不同程度地存在有機、無機污染物，如何降低甚至避免污染物進入作物體內(nèi)，對有機肥的安全利用意義重大?！痉椒ā抗┰囉袡C肥的主要原料為豬糞和麥秸，采用3 種工藝制備了有機肥樣品：常規(guī)堆肥（TC）、高溫預(yù)處理堆肥（HTC）、高溫預(yù)處理后添加生物炭堆肥（HTBC）。以生菜（Lactuca sativa） 為材料進行了堆肥產(chǎn)品施用盆栽試驗。在定植后50 天取樣，調(diào)查生菜葉片和根的鮮、干生物量。利用抖根法，采集根際土壤樣品，分析葉片和根際土壤中重金屬、抗生素含量及抗性基因（ARGs） 的絕對豐度。同時，計算了生菜對重金屬和抗生素的生物富集系數(shù)?！窘Y(jié)果】與TC 處理相比，HTC 和HTBC 處理分別增加生菜葉片鮮重9.2% 和13.1%，提高可溶性蛋白質(zhì)含量14.2% 和8.3%，降低亞硝酸鹽含量19.9% 和19.4%；HTC 和HTBC 處理均能降低生菜葉片中重金屬和抗生素含量以及ARGs 絕對豐度，HTC 處理降幅分別為6.0%～38.9%、22.4%～64.3% 和41.6%～47.6%，HTBC 處理降幅分別為13.8%～65.6%、33.0%～100.0% 和59.2%～76.2%；HTC 和HTBC 處理的重金屬富集系數(shù)分別降低8.7%～43.8% 和8.0%～68.8%（Cd 除外），HTC 處理的磺胺類和四環(huán)素類抗生素富集系數(shù)分別降低14.5%～66.2% 和4.5%～37.9%，而HTBC 處理的降幅分別為33.4%～100.0% 和34.2%～38.8%；在測定的11 種抗生素中，HTBC 可顯著降低生菜根際土壤中9 種抗生素的含量，而HTC 只降低5 種抗生素含量；在測定的6 個ARGs 亞型中，HTBC 可顯著降低5 個ARGs 的絕對豐度，而HTC 只降低2 個，HTBC 對有害物質(zhì)削減效果優(yōu)于HTC。相關(guān)性分析結(jié)果表明，生菜葉片中重金屬和抗生素含量以及ARGs 的絕對豐度與根際土壤中對應(yīng)污染物含量呈顯著正相關(guān)?！窘Y(jié)論】高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭添加堆肥工藝生產(chǎn)的有機肥可提高生菜產(chǎn)量與品質(zhì)，同時降低根際土壤中的重金屬和抗生素含量及ARGs 豐度，進而減少了生菜的吸收和富集，有效削減生菜中有害物質(zhì)的積累。因此，在高溫預(yù)處理基礎(chǔ)上添加生物炭進行堆腐，是減少作物對有機肥中重金屬、抗生素和ARGs 吸收積累的有效措施。

關(guān)鍵詞： 新型堆肥工藝； 葉菜； 肥效； 重金屬； 抗生素； 抗生素抗性基因

國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示[1]，2019 年我國各類有機廢棄物產(chǎn)生量（干重計） 達22.69 億t。高溫好氧堆肥技術(shù)是有機廢棄物無害化、減量化和資源化最重要的手段之一，堆肥產(chǎn)品對土壤環(huán)境改善、作物提質(zhì)增效和農(nóng)業(yè)綠色低碳發(fā)展具有積極作用[2?3]。畜禽糞便是最主要的農(nóng)業(yè)有機廢棄物，但其中重金屬、抗生素及抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes，ARGs） 等有毒有害物質(zhì)的含量往往較高，制約了畜禽糞便源有機肥的安全利用[4]。常規(guī)的好氧堆肥工藝（如槽式堆肥、條垛式堆肥等） 可以消減抗生素和ARGs，并對重金屬（含類金屬） 具有鈍化作用，但對這些有毒有害物質(zhì)的減控效果仍有待提升[5?6]，對環(huán)境和人體健康構(gòu)成潛在危害[7?8]。因此，面對作物增產(chǎn)、土壤培肥和復(fù)合污染削減等多目標協(xié)同的要求，設(shè)計研發(fā)新型堆肥工藝并科學(xué)評價其產(chǎn)物的農(nóng)田施用肥效和環(huán)境安全性，對推動有機肥產(chǎn)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展具有重要現(xiàn)實意義[9]。

近年來，以高溫預(yù)處理堆肥和生物炭添加堆肥為代表的高溫好氧堆肥工藝備受關(guān)注[10?11]。高溫預(yù)處理堆肥是指在堆肥前通過外源加熱將有機物料進行80℃～90℃ 高溫處理2～4 h，再進行好氧發(fā)酵的堆肥工藝。生物炭添加堆肥是指向有機物料中添加一定比例（1%～10%） 的熱解或者水熱生物炭進行共同堆肥的工藝。一方面，高溫預(yù)處理等新興理化輔助策略和生物炭等新型功能調(diào)理劑，通過強化有機物降解、促進腐殖質(zhì)前體物質(zhì)產(chǎn)生和調(diào)控堆肥微生物群落，進而加速堆肥腐殖化進程，縮短腐熟周期，減少氨氣和溫室氣體排放[11?13]；另一方面，高溫預(yù)處理和添加生物炭通過增加腐殖質(zhì)含量、提高其陽離子交換能力及官能團數(shù)量，從而降低重金屬的生物有效性，且高溫可加速物料中抗生素的降解、抑制潛在宿主細菌活性，有效降低農(nóng)田施用后ARGs 的環(huán)境擴散風險[5，9，14]。

超高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥對提升堆肥效率與有機肥品質(zhì)和安全性具有積極的協(xié)同作用，可使堆肥提前13 天達到完全無害化標準，堆肥腐熟產(chǎn)物總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O ） 和腐殖酸含量分別提高18.4%和57.5%，堆體中四環(huán)素類、磺胺類、喹諾酮類抗生素分別在第14、28、42 天時被完全消減，重金屬Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、As、Ni 的鈍化率分別達到53.9%、51.5%、48.8%、36.3%、55.5%、52.6% 和58.8%[11]。因此，高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥代表了一種新型的綠色堆肥工藝，在提升有機廢棄物資源化利用水平方面具有巨大的應(yīng)用前景。堆肥工藝對有機肥的農(nóng)學(xué)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)具有重要影響[ 1 5 ? 1 6 ]。施用生物炭基肥料對作物具有普遍的增產(chǎn)效果，施用高溫預(yù)處理堆肥也能提高小白菜、辣椒和水稻的產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分有效性[17?18]。但目前對于高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥產(chǎn)物的農(nóng)田施用效果尚未有系統(tǒng)的研究，特別是對有機肥源重金屬、抗生素及ARGs等有毒有害物質(zhì)向作物遷移傳播的潛在風險鮮有報道。

近年來，蔬菜生產(chǎn)發(fā)展十分迅速，2020 年全球蔬菜播種面積達到2051 萬hm2，是僅次于糧食的第二大農(nóng)作物[19]。長期以來，蔬菜生產(chǎn)以“高投入、高產(chǎn)出”為主導(dǎo)模式，導(dǎo)致部分蔬菜產(chǎn)地存在土壤酸化、次生鹽漬化、養(yǎng)分非均衡化等突出問題，嚴重制約蔬菜產(chǎn)業(yè)綠色健康發(fā)展[19]。施用高品位有機肥是改良蔬菜產(chǎn)地土壤的重要手段[20]，但高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥產(chǎn)物在協(xié)同提升蔬菜品質(zhì)、降低有害物質(zhì)累積等方面的效果尚不明確。基于此，本研究采用盆栽試驗，以生菜（Lactuca sativa） 為代表性葉菜，分別施用常規(guī)堆肥、高溫預(yù)處理堆肥和高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥產(chǎn)物，對比研究不同工藝堆肥產(chǎn)品對蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)及蔬菜?根際土壤系統(tǒng)中主要重金屬含量、抗生素含量、ARGs 絕對豐度的影響，旨在為高效安全堆肥工藝的優(yōu)化升級及其農(nóng)田施用效果的科學(xué)評價提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗所用3 種有機肥均由本研究團隊制備，常規(guī)堆肥樣品（TC） 由豬糞與秸稈按1.6﹕1 （w/w，濕重） 混合均勻，調(diào)節(jié)初始含水率至60% 后直接進行常規(guī)堆腐而來；高溫預(yù)處理堆肥（HTC） 將豬糞與秸稈混合物料（比例同TC 組） 在高溫預(yù)處理裝置中加熱至90℃ 并維持4 h，恢復(fù)至室溫后調(diào)整含水率至60% 進行堆置；高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥（HTBC）為高溫預(yù)處理結(jié)束后，按照10% （w/w，干重計） 的比例向混合物料中添加牛糞熱解生物炭進行堆置，牛糞熱解生物炭是以牛糞渣為原料在500℃ 隔絕氧氣條件下熱解2 h 制得。堆肥試驗在60 L 保溫箱中進行，堆肥時間為2021?12?05 至2022?01?22，共計49 天，具體堆肥方法詳見闞澤鑫等[11]的報道。

供試土壤為人為土（IUSS Working Group WRB，2007），取自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)蔬菜種植基地0—20 cm 耕層，取樣時間為2022?04?22，自然風干后去除石塊等雜物，粉碎后過2 mm 篩，備用。供試堆肥樣品和土壤的基本理化性質(zhì)、重金屬和常見抗生素含量詳見表1。

1.2 盆栽試驗設(shè)計

堆肥質(zhì)量采用盆栽試驗進行驗證，供試作物生菜（Lactuca sativa） 種子購于南京明達種業(yè)公司，選取顆粒飽滿的生菜種子埋入裝有育苗基質(zhì)的育苗盤中，定期補水保持濕潤，培育1 星期后選取長勢良好的生菜幼苗用于盆栽試驗。盆栽試驗于2022?05?05 至2022?06?23 在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗大棚內(nèi)（118°53′E， 32°2′N） 開展。試驗設(shè)置TC、HTC和HTBC 3 個處理，按照N∶P2O5∶K2O=1.5∶1∶1.5的比例施用氮磷鉀肥，分別由尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀提供，施氮量為76 mg/kg 土壤，有機肥施用量為10 g/kg 土壤。將所有肥料作為基肥拌土一次性施入，每盆裝土2 kg，調(diào)節(jié)土壤含水量為田間持水量的65% 左右，待穩(wěn)定5 天后移栽生菜幼苗。每個處理設(shè)置5 個重復(fù)（n=5），每盆定植3 株長勢相同的一周齡生菜幼苗，隨機排列，日常管理相同。生菜生長50 天后收獲。

1.3 取樣與分析

1.3.1 樣品采集

生菜收獲當天首先測定葉綠素含量，然后采集整個植株，立即測定株高和根長。采用抖根法收集生菜根際土壤，去除動物和植物殘體后混合均勻，裝入聚乙烯塑料袋中，于4℃ 冰箱內(nèi)保存。將植株清洗干凈，吸干表面水分后分別稱量葉片和根的鮮重。取部分生菜葉片，切碎勻漿后冷凍保存，用于測定品質(zhì)指標；剩余樣品一部分在液氮中進行研磨過0.150 mm 篩，裝入自封袋中于?20℃保存，用于測定抗生素含量及ARGs 絕對豐度；另一部分在55℃ 烘箱中烘至恒重，研磨過0.150 mm篩，用于測定常規(guī)理化指標和重金屬含量。

1.3.2 理化指標測定

土壤和肥料的pH 和電導(dǎo)率（EC） 分別采用pH 計（PHS-25，上海雷磁，中國） 和電導(dǎo)率儀（DDS-307，上海越平科學(xué)儀器有限公司，中國） 測定；總有機碳（TOC） 分析方法參照《土壤農(nóng)化分析》；總氮（TN） 含量采用凱氏定氮法測定，儀器為凱氏定氮儀（K9860，海能未來技術(shù)集團股份有限公司，濟南）；總磷（TP） 含量采用過硫酸鉀消解—鉬銻抗分光光度法測定，使用儀器為立式自動壓力蒸汽滅菌器（GI54DWS，致微儀器有限公司，中國廈門） 和紫外分光光度計（UV-1900i，島津儀器有限公司，日本）；總鉀（TK） 采用火焰分光光度計（FP6440，儀電分析儀器有限公司，上海） 測定。

1.3.3 植株品質(zhì)指標測定

生菜樣品采用葉綠素儀SPAD502 測定葉綠素含量，采用考馬斯亮藍染色法測定可溶性蛋白質(zhì)含量，2，6-二氯靛酚滴定法測定維生素C 含量，蒽酮法測定可溶性糖含量，紫外分光光度法測定亞硝酸鹽含量。

1.3.4 抗生素含量測定

堆肥和根際土壤中抗生素的提取參考郭欣妍等[21]的方法，生菜中抗生素的提取參考雷清毅[22]的方法。提取液中抗生素含量采用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜測定（AB SCIEX QTRAP 5500 +，美國）。本研究共測定7 種磺胺類抗生素含量：磺胺甲基嘧啶（SMR）、磺胺甲惡唑（SMX）、磺胺噻唑（STZ）、磺胺嘧啶（SDZ）、磺胺間甲氧嘧啶（SMM）、磺胺二甲嘧啶（SMZ）、磺胺吡啶（SPD），2 種四環(huán)素類抗生素含量：四環(huán)素（OTC） 和金霉素（CTC），以及2 種喹諾酮類抗生素含量：諾氟沙星（NFX） 和恩諾沙星（EFX）。儀器檢測條件詳見已有報道[11]。采用內(nèi)標法對樣品基質(zhì)效應(yīng)進行校正，以確保檢測數(shù)據(jù)的可靠性，上述11 種抗生素的回收率范圍為75%～90%。

1.3.5 DNA 提取和抗生素抗性基因（ARGs） 的定量分析

生菜葉片和根際土壤中的微生物基因組DNA使用DNA 提取試劑盒（FastDNA Spin Kit for Soil，MP Biomedicals，美國） 進行提取。DNA 提取完畢后，用微量核酸蛋白質(zhì)分析儀（NanoDrop2000，Thermo Scientific，美國） 檢測DNA 含量及純度，于?80℃ 保存。

采用熒光定量PCR （Analytik Jena AG，德國） 測定樣品中的磺胺類抗性基因（sul1、sul2），四環(huán)素類抗性基因（tetG、tetX） 和喹諾酮類抗性基因（qnrB、qnrS） 的豐度，引物序列詳見表2。定量PCR 反應(yīng)體系（20 μL） 為：SYBR Green qPCR Master Mix （ThermoFisher Scientific，美國） 10 μL，10 μmol/L 上下游引物0.4 μL，DNA 模板0.5 μL 和無菌超純水9.1 μL。擴增效率為96.27%～118.17%，R2 值為0.9915～0.9996。每個樣品做3 次技術(shù)重復(fù)，每次設(shè)置陰性對照試驗。采用標準質(zhì)粒外標法對樣品中ARGs 的拷貝數(shù)進行定量，所制備的標準質(zhì)粒DNA 濃度為1.75×1010～1.83×1011 copies/L，以ARGs 拷貝數(shù)/樣品干重（copies/g DW） 計算該抗性基因的絕對豐度。

1.3.6 重金屬含量測定

稱取研磨的植株樣品0.5 g于50 mL 離心管中，加入過氧化氫5 mL 和硝酸（質(zhì)量分數(shù)為65.0%～68.0%） 5 mL，置于石墨消解儀上于180℃ 進行消解，若溶液逐漸變黑立即補充硝酸，直至消化液變成無色透明狀。冷卻后向其中加入2.0% 硝酸溶液定容至25 mL，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS，Thermo Fisher Scientific，美國） 測定其中重金屬含量。生菜根際土壤中有效態(tài)重金屬采用DTPA 浸提法[26]，稱取0.5 g 過篩土樣于50 mL 離心管中，加入20 mL 0.11 mol/L DTPA-TEA提取液，于室溫下振蕩16 h，4000 r/min 離心20 min，收集上清液用于測定土壤中可溶性重金屬含量。同時進行樣品空白試驗，并以土壤標準物質(zhì)（ERM-S-510203） 進行質(zhì)控試驗，以確保測定結(jié)果的準確性和可靠性。本研究中測定的重金屬為畜禽糞便中檢出率較高的Cu、Zn、As、Pb、Cd 和Cr，也是土壤中主要的重金屬污染物。

1.4 數(shù)據(jù)分析

生物富集系數(shù)（BCFs） 是指生物體中污染物的含量與其生長環(huán)境中的含量之比，是用來評價生物對環(huán)境污染物富集作用的重要指標。生菜葉片中重金屬或抗生素的BCFs 按以下公式進行計算。

BCFs=生菜葉片中抗生素或重金屬濃度/土壤抗生素或重金屬濃度。

利用SPSS 26.0 軟件對不同處理組的指標進行單因素方差分析（one-way ANOVA），均值比較采用Duncan’s 新復(fù)極差法，Plt;0.05 為顯著。利用SigmaPlot10.0 軟件進行繪圖。本研究中所有數(shù)據(jù)均為平均值±標準誤（n=5）。采用Pearson 相關(guān)分析檢測生菜重金屬、抗生素含量和ARGs 豐度與土壤對應(yīng)污染物之間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同堆肥產(chǎn)品施用對生菜生物量和品質(zhì)的影響

與TC 處理相比，HTC 和HTBC 處理均能夠增加生菜的生物量（表3），HTC 和HTBC 處理中生菜葉片和根的干、鮮重均有所增加（HTC 處理中根鮮重除外），但只有HTBC 處理下生菜根系干重顯著高于TC 和HTC 處理，增幅分別為35.0% 和24.6% （Plt;0.05）；HTC 和HTBC 分別增加生菜葉片鮮重9.2%和13.1%。該結(jié)果表明，與HTC 相比，HTBC 施用更有利于生菜根系生長，對生菜的促生效果更明顯。

由圖1 可見，與TC 處理相比， HTC 處理可顯著提升生菜葉片中可溶性蛋白質(zhì)和維生素C 含量（Plt;0.05），增幅分別為14.2% 和8.0% （圖1A、C），并顯著降低亞硝酸鹽含量（Plt;0.05），降幅為19.9%（圖1D），而可溶性糖和葉綠素含量沒有顯著的變化（圖1B、E）；但HTBC 處理中，生菜各品質(zhì)指標均未有顯著的提升，可增加可溶性蛋白質(zhì)含量8.3%，降低亞硝酸鹽含量19.4%。

2.2 不同堆肥產(chǎn)品施用對生菜和根際土壤重金屬含量的影響

如圖2 所示，與TC 處理相比， HTC 和HTBC處理顯著降低生菜葉片中重金屬的含量（Plt;0.05），HTC 處理的生菜葉片中Cu、Zn、Cd、As、Pb 和Cr 含量分別降低15.3%、6.0%、8.9%、38.6%、38.9% 和36.6%，HTBC 處理中降幅分別為31.0%、23.5%、13.8%、56.4%、65.6% 和54.9%。所有處理中生菜葉片的重金屬含量均遠低于食品中限量標準（GB 2762—2022）[27]。該結(jié)果表明，與HTC 處理相比，HTBC 處理進一步降低了重金屬（Cd 除外） 在生菜中的累積。

為進一步表征3 種堆肥產(chǎn)品施用對生菜重金屬累積的影響，對堆肥產(chǎn)品施用后生菜葉片中重金屬的富集系數(shù)進行分析（表4）。所有處理中，生菜對Cd 的富集能力最強，富集能力依次為Cdgt;Asgt;Zngt;Cugt;Pbgt;Cr，生菜對各重金屬的富集系數(shù)均未超過1.0。施用TC 的生菜中重金屬的富集系數(shù)高于HTC和HTBC 處理，HTC 和HTBC 處理重金屬富集系數(shù)較TC 分別降低8.7%～43.8% 和8.0%～68.8%。除了Cd 外，HTBC 處理生菜中重金屬的富集系數(shù)顯著低于HTC 處理（Plt;0.05）。

作物植株體內(nèi)的重金屬主要來自其根系對土壤中可溶性重金屬的吸收轉(zhuǎn)運。因此，本研究對不同堆肥施用后生菜根際土壤中可溶性重金屬含量進行了分析（圖3）。與TC 處理相比，HTC 和HTBC 處理可顯著降低生菜根際土壤中可溶性Cu、Zn、Cd 和As 的含量（Plt;0.05，圖3A～D），但對可溶性Pb 和Cr 的含量無顯著影響（圖3E、F）。與TC 處理相比，HTC 處理的土壤可溶性Cu、Zn、Cd 和As 含量分別降低了55.9%、80.4%、17.6% 和57.2%，HTPC 處理分別降低了49.5%、72.5%、21.8% 和43.8%。生菜根際土壤中可溶性Zn 和As 含量在HTC 和HTBC 處理下差異顯著（Plt;0.05），其他重金屬含量差異不顯著（圖3B、D）。以上結(jié)果表明，HTC 和HTBC 處理對生菜葉片中重金屬的減控作用與其根際土壤可溶性重金屬含量的降低有關(guān)。

2.3 不同堆肥產(chǎn)品施用對生菜和根際土壤中抗生素含量的影響

3 種堆肥產(chǎn)品施用后生菜葉片中抗生素含量如圖4 所示。與TC 處理相比，HTC 處理的生菜葉片中含量顯著降低的抗生素有3 種，SMM、SPD 和NFX，其含量分別降低了64.3%、22.4% 和27.9%（Plt;0.05）；HTBC 處理的生菜葉片中有9 種抗生素含量顯著降低，SDZ、SMR、SMX、STZ、SMM、SMZ、SPD、NFX 和OTC，其含量分別降低了100.0%、86.4%、52.2%、71.2%、72.4%、33.0%、41.3%、60.2%和45.6% （Plt;0.05）。HTBC 處理的生菜葉片中SMR、SMM 和NFX 含量顯著低于HTC 處理的（Plt;0.05）。

由表5 可見，HTC 和HTBC 處理中，SDZ、SMR、SMM、SMZ 和CTC 在生菜葉片中的富集系數(shù)顯著低于TC 處理（Plt;0.05）。與TC 處理相比，HTC 處理中SDZ、SMR、SMM、SMZ、OTC 和CTC 的富集系數(shù)分別降低47.3%、66.2%、31.6%、14.5%、4.5% 和37.9%，HTBC 處理中降幅分別為100.0%、56.8%、33.4%、34.4%、34.2 和38.8%。其中，SDZ、SMZ 和OTC 的富集系數(shù)在HTBC 處理中顯著低于HTC 處理（Plt;0.05），而HTBC 處理中SMR 的富集系數(shù)顯著高于HTC （Plt;0.05）。其他抗生素（EFX除外） 的富集系數(shù)在各處理間沒有顯著差異。

如圖5 所示，與TC 處理相比，HTC 處理的生菜根際土壤中有5 種抗生素含量顯著降低，即SMR、SPD、NFX、EFX 和OTC，其含量分別降低了32.6%、45.2%、22.7%、47.6% 和32.3% （Plt;0.05）；HTBC 處理的生菜根際土壤中有9 種抗生素含量顯著降低，即SDZ、SMR、SMX、STZ、SMM、SPD、NFX、EFX 和OTC，其含量分別降低了94.0%、68.5%、41.0%、61.3%、49.8%、40.5%、56.8%、42.7% 和51.9% （Plt;0.05）。以上結(jié)果表明，HTBC 對根際土壤中抗生素累積的減控效果優(yōu)于HTC，這可能是HTBC處理中生菜葉片抗生素含量低于HTC 的重要原因。

2.4 不同堆肥產(chǎn)品施用對生菜和根際土壤中ARGs豐度的影響

有機肥施用引入的抗生素和重金屬容易誘導(dǎo)土壤?蔬菜系統(tǒng)中ARGs 的產(chǎn)生，本研究結(jié)果表明，HTC 和HTBC 處理有效降低了生菜和根際土壤中重金屬和抗生素的累積，進而繼續(xù)深入研究了3 種堆肥產(chǎn)品施用對生菜?根際土壤系統(tǒng)中ARGs 絕對豐度的影響（圖6）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除了sul2 外，HTC 和HTBC 處理可降低生菜葉片中5 種目標ARGs 的絕對豐度，并且HTBC 處理對ARGs 的削減效果優(yōu)于HTC 處理。與TC 處理相比， HTC 和HTBC 處理生菜葉片中sul1、tetG 和tetX 的絕對豐度均顯著降低，HTC 處理中降幅分別為47.6%、44.4% 和41.6%，HTBC 處理中降幅分別為76.2%、59.2% 和69.6%（Plt;0.05）。各處理間喹諾酮類ARGs 亞型（qnrB 和qnrS） 的絕對豐度差異不顯著。

如圖7 所示，與TC 處理相比，HTC 處理的生菜根際土壤中有2 個ARGs 豐度顯著降低，即sul2 和tetX，其絕對豐度分別降低77.1% 和72.4% （Plt;0.05）；HTBC 處理的生菜根際土壤中有5 個ARGs 豐度顯著降低，即sul1、sul2、tetG、tetX 和qnrB，其絕對豐度分別降低了74.0%、96.7%、72.4%、59.4% 和30.2% （Plt;0.05）?？傮w來看，施用HTBC 對根際土壤中目標ARGs 絕對豐度的削減效果普遍優(yōu)于HTC，其中tetG 的絕對豐度顯著低于HTC 處理（Plt;0.05）。

2.5 生菜重金屬、抗生素含量和ARGs 豐度與土壤污染物之間的相關(guān)性分析

如圖8 所示，生菜葉片中總重金屬含量與根際土壤可溶性重金屬含量呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），生菜葉片中抗生素含量與根際土壤抗生素含量呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05），生菜葉片中ARGs 絕對豐度與根際土壤ARGs 絕對豐度呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.001）。這表明降低土壤中污染物水平是減少其在植株中積累的最重要途徑。因此，通過施用低污染物含量的新型有機肥，可以有效降低土壤中重金屬、抗生素和ARGs 的污染風險，從而阻控污染物質(zhì)進入到作物體內(nèi)。

3 討論

以有機肥為主要手段的有機農(nóng)業(yè)是提高蔬菜品質(zhì)、實現(xiàn)蔬菜產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要模式[16， 28]。本研究發(fā)現(xiàn)，施用高溫預(yù)處理堆肥和高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥產(chǎn)品，能協(xié)同促進蔬菜產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)提升?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量是蔬菜生理生化和營養(yǎng)品質(zhì)的重要評價指標之一，許多可溶性蛋白質(zhì)是構(gòu)成蔬菜中酶的重要組成部分，與蔬菜的生長發(fā)育、抗病性和抗逆性密切相關(guān)[29]。高溫預(yù)處理堆肥和高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥這兩種有機肥中腐殖酸含量和養(yǎng)分含量較常規(guī)堆肥工藝生產(chǎn)的有機肥高[11]，因而更有利于提高葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量，從而促進蔬菜生長發(fā)育，提高蔬菜抗逆性[17?18]?？扇苄蕴鞘枪咧仓曛心芰抠A藏物質(zhì)的主要來源和呼吸作用的主要底物[29]。和常規(guī)堆肥和高溫預(yù)處理堆肥相比，高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥增加了生菜中可溶性糖含量，有利于其貯藏保鮮。高溫預(yù)處理堆肥和高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥產(chǎn)品均降低生菜中亞硝酸鹽含量，可能因為兩者對土壤微生物（如亞硝化細菌、硝酸鹽生成菌等） 及相關(guān)酶活性具有良好的調(diào)控作用[18]。

糞源有機肥中有毒有害物質(zhì)（如重金屬和抗生素） 殘留及其環(huán)境風險，一直以來都是農(nóng)業(yè)環(huán)境研究的熱點之一[4，8]。大量調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，有機肥施用是菜地土壤抗生素的主要來源[30?31]，糞源有機肥中重金屬的潛在危害也十分突出[32]。本研究結(jié)果表明，施用高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥顯著降低了蔬菜中重金屬和抗生素的含量，重金屬和抗生素在生菜中的富集系數(shù)顯著低于常規(guī)堆肥（Plt;0.05）。這主要有兩方面原因：一是高溫預(yù)處理、生物炭添加等堆肥工藝可有效提高重金屬鈍化率，并促進抗生素降解[11]；二是新型堆肥工藝生產(chǎn)的有機肥中腐殖質(zhì)含量和質(zhì)量提升，施入農(nóng)田后可直接增加對重金屬的絡(luò)合能力[33]，降低了土壤可溶性重金屬含量，進而阻控土壤中重金屬向蔬菜中遷移[34]。相關(guān)性分析結(jié)果也表明，高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥施用通過降低根際土壤中重金屬的生物有效性，從而降低蔬菜對土壤重金屬的吸收轉(zhuǎn)運。同時，高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥施用有利于土壤微生物的生長和活性提升，進一步促進抗生素的降解[35?36]，降低根際土壤中抗生素含量和在蔬菜植株中的富集。

研究發(fā)現(xiàn)施用糞肥的農(nóng)田土壤中70% 以上的ARGs 由畜禽糞肥引入，一方面糞肥中耐藥菌所攜帶的ARGs 在環(huán)境中進行傳播[34]，另一方面長期施用糞肥后土壤累積的抗生素會誘導(dǎo)土壤微生物產(chǎn)生ARGs [37]。此外，畜禽糞肥中檢測出整合子、轉(zhuǎn)座子和質(zhì)粒等常見的可移動遺傳元件（MGEs）[38]，加速了ARGs 在糞肥施用土壤中的傳播。本研究選擇了6 種典型的ARGs 進行分析，發(fā)現(xiàn)施用新型堆肥產(chǎn)品可降低根際土壤和生菜葉片中目標ARGs 的絕對豐度。首先，高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥比常規(guī)堆肥具有更好的抗生素削減效果[11]，降低了抗生素的選擇壓力；其次，高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥對ARGs的去除率更高（可達90% 以上）[5]，從而降低施用土壤中有機肥源ARGs 的累積[39]；再次，高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥可有效降低重金屬的生物有效性[6]，從而減輕了土壤微生物在重金屬和抗生素共同脅迫下產(chǎn)生的交叉抗性[40]。本研究中生菜總ARGs 絕對豐度與根際土壤總ARGs 絕對豐度呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05），包燦鑫[41]發(fā)現(xiàn)施用生物炭?豬糞復(fù)合堆肥有效削減蘇州青根內(nèi)生菌和葉際中四環(huán)素類和磺胺類ARGs，其機理可能與根際土壤中ARGs 絕對豐度的降低有關(guān)。因此，高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥施用通過降低土壤中ARGs 的絕對豐度，抑制ARGs 向蔬菜中的遷移轉(zhuǎn)運。

綜上所述，施用高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥可促進蔬菜品質(zhì)提升，有效削減根際土壤的重金屬、抗生素含量及ARGs 豐度，并降低其向生菜植株中傳播的風險，可以作為高品位的有機肥在蔬菜綠色生產(chǎn)中推廣和應(yīng)用。未來，為更準確評價新型堆肥產(chǎn)品對不同土壤類型下蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)和環(huán)境的影響，需要在更多區(qū)域、更多蔬菜類型和更長的時間尺度開展系統(tǒng)全面研究。這對減少含重金屬、抗生素及ARGs 的蔬菜攝入所帶來的潛在健康風險具有重要意義。

4 結(jié)論

施用高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥產(chǎn)品能夠提高生菜地上部生物量和可溶性蛋白質(zhì)含量，同時降低亞硝酸鹽、重金屬、抗生素含量及ARGs 絕對豐度。生菜中重金屬和抗生素含量以及ARGs 的絕對豐度與根際土壤中對應(yīng)污染物呈顯著正相關(guān)。高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭堆肥施用降低了根際土壤中重金屬的生物有效性、抗生素含量及ARGs 豐度，是生菜中有毒有害物質(zhì)降低的重要原因。

參 考 文 獻：

[ 1 ]中華人民共和國國家統(tǒng)計局. 中國統(tǒng)計年鑒[M]. 北京： 中國統(tǒng)計出版社， 2021.

National Bureau of Statistics of China. China statistical yearbook[M].Beijing： China Statistics Press， 2021.

[ 2 ]魏文良， 劉路， 仇恒浩. 有機無機肥配施對我國主要糧食作物產(chǎn)量和氮肥利用效率的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報， 2020， 26（8）：1384?1394.

Wei W L， Liu L， Qiu H H. Effects of different organic resourcesapplication combined with chemical fertilizer on yield and nitrogenuse efficiency of main grain crops in China[J]. Journal of PlantNutrition and Fertilizers， 2020， 26（8）： 1384?1394.。

[ 3 ]常遠， 李若琪， 李珺， 等. 好氧堆肥腐殖酸形成機制及促腐調(diào)控技術(shù)概述[J]. 中國環(huán)境科學(xué)， 2023， 43（10）： 1?17.

Chang Y， Li R Q， Li J， et al. Mechanism and regulation method ofhumic acid formation in composting： A review[J]. China EnvironmentalScience， 2023， 43（10）： 1?17.

[ 4 ]沈其榮. 中國有機（類）肥料[M]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)出版社， 2021.Shen Q R. Chinese organic （class） fertilizer[M]. Beijing： ChinaAgricultural Press， 2021.

[ 5 ]Zhu N， Long Y J， Kan Z X， et al. Reduction of mobile geneticelements determines the removal of antibiotic resistance genes duringpig manure composting after thermal pretreatment[J]. BioresourceTechnology， 2023， 387： 129672.

[ 6 ]Long Y J， Zhu N， Zhu Y Y， et al. Hydrochar drives reduction inbioavailability of heavy metals during composting via promotinghumification and microbial community evolution[J]. BioresourceTechnology， 2024， 395： 130335.

[ 7 ]苑學(xué)霞， 方麗萍， 張?zhí)剑?張勇. 不同年限設(shè)施菜地土壤中重金屬和抗生素污染特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報， 2020， 29（8）： 1669?1674.

Yuan X X， Fang L P， Zhang T P， Zhang Y. Characteristics of heavymetals and antibiotics pollution in vegetable greenhouses afterdifferent cultivating years[J]. Ecology and Environmental Sciences，2020， 29（8）： 1669?1674.

[ 8 ]Zhu Y G， Johnson T A， Su J Q， et al. Diverse and abundant antibioticresistance genes in Chinese swine farms[J]. Proceedings of theNational Academy of Sciences of the United States of America， 2013，110（9）： 3435?3440.

[ 9 ]Zhao S X， Schmidt S， Gao H J， et al. A precision compost strategyaligning composts and application methods with target crops and growth environments can increase global food production[J]. NatureFood， 2022， 3（9）： 741?752.

[10]余震， 周順桂. 超高溫好氧發(fā)酵技術(shù)： 堆肥快速腐熟與污染控制機制[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2020， 43（5）： 781?789.

Yu Z， Zhou S G. Hyperthermophilic composting of organic solidwastes： Accelerated humification and pollution control mechanisms[J]. Journal of Nanjing Agricultural University， 2020， 43（5）： 781?789.

[11]闞澤鑫， 朱寧， 龍玉嬌， 等. 高溫預(yù)處理聯(lián)合生物炭對豬糞堆肥中抗生素消減和重金屬鈍化的促進作用[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報， 2023，42（4）： 879?890.

Kan Z X， Zhu N， Long Y J， et al. Effects of thermophilic pretreatmentand biochar addition during pig manure composting on antibioticelimination and heavy metal passivation[J]. Journal of Agro-Environment Science， 2023， 42（4）： 879?890.

[12]Guo X X， Liu H T， Zhang J. The role of biochar in organic wastecomposting and soil improvement： A review[J]. Waste Management，2020， 102： 884?899.

[13]Huang Y， Li D Y， Wang L， et al. Decreased enzyme activities，ammonification rate and ammonifiers contribute to higher nitrogenretention in hyperthermophilic pretreatment composting[J]. BioresourceTechnology， 2019， 272： 521?528.

[14]Cao Y， Wang J D， Huang H Y， et al. Spectroscopic evidence forhyperthermophilic pretreatment intensifying humification during pigmanure and rice straw composting[J]. Bioresource Technology， 2019，294： 122131.

[15]Wei W L， Yan Y， Cao J， et al. Effects of combined application oforganic amendments and fertilizers on crop yield and soil organicmatter： An integrated analysis of long-term experiments[J]. Agriculture，Ecosystems amp; Environment， 2016， 225： 86?92.

[16]孫銘， 楊宏博， 劉發(fā)波， 等. 有機農(nóng)業(yè)對蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)影響的Meta分析[J]. 中國瓜菜， 2023， 36（6）： 91?97.

Sun M ， Yang H B ， Liu F B， et al. Effects of organic agriculture onvegetable yield and quality： A Meta-analysis[J]. Chinese Journal ofMelon and Vegetable， 2023， 36（6）： 91?97.

[17]曹云， 黃紅英， 吳華山， 等. 超高溫堆肥提高土壤養(yǎng)分有效性和水稻產(chǎn)量的機理[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報， 2020， 26（3）： 481?491.

Cao Y， Huang H Y， Wu H S， et al. Mechanisms of hyperthermophiliccompost in improving soil nutrient availability and rice yield[J].Journal of Plant Nutrition and Fertilizers， 2020， 26（3）： 481?491.

[18]Cao Y， Huang H Y， Wang J D， et al. Crop response and quality ofsoil as affected by hyperthermophilic compost in Tai-Lake region ofChina[J]. Journal of Plant Nutrition， 2020， 43（7）： 1000?1015.

[19]梁永紅， 殷廣德， 郁潔， 等. 推進江蘇蔬菜產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的土肥水綜合管理全程解決方案[J]. 長江蔬菜， 2019， （24）： 18?21.

Liang Y H， Yin G D， Yu J， et al. Comprehensive managementsolutions for soil， fertilizer and water to promote green developmentof vegetable industry in Jiangsu Province[J]. Journal of ChangjiangVegetables， 2019， （24）： 18?21.

[20]王秋君， 馬艷， 郭德杰， 等. 設(shè)施蔬菜土壤養(yǎng)分狀況分析及綜合評價[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2019， 35（3）： 624?630.

Wang Q J， Ma Y， Guo D J， et al. Analysis and comprehensiveevaluation of soil nutrient status for greenhouse vegetable[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences， 2019， 35（3）： 624?630.

[21]郭欣妍， 王娜， 郝利君， 等. 超高效液相色譜/串聯(lián)質(zhì)譜法同時測定水、土壤及糞便中25種抗生素[J]. 分析化學(xué)， 2015， 43（1）： 13?20.

Guo X Y， Wang N， Hao L J， et al. Simultaneous detection of 25 kindsof veterinary antibiotics in soil， manure and water samples usingliquid chromatography?tandem mass spectrometry[J]. ChineseJournal of Analytical Chemistry， 2015， 43（1）： 13?20.

[22]雷清毅. 菜心對四環(huán)素類抗生素吸收累積的基因型差異研究[D].廣東廣州： 暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2012.

Lei Q Y. Uptake and accumulation of tetracycline antibiotic indifferent genotypes Brassica[D]. Guangzhou， Guangdong： MS Thesisof Jinan University， 2012.

[23]Guo Y J， Qiu T L， Gao M， et al. Diversity and abundance of antibioticresistance genes in rhizosphere soil and endophytes of leafy vegetables：Focusing on the effect of the vegetable species[J]. Journal of HazardousMaterials， 2021， 415： 125595.

[24]武晨， 黃鳳蓮， 劉新剛， 等. 環(huán)洞庭湖土壤抗生素抗性基因分布和潛在風險[J]. 中國環(huán)境科學(xué)， 2024， 44（3）： 1575?1583.

Wu C， Huang F L， Liu X G， et al. Distributions and potential risks ofantibiotic resistance genes in soils around Dongting Lake Basin[J].China Environmental Science， 2024， 44（3）： 1575?1583.

[25]劉玲. 四川典型豬場糞污及周圍環(huán)境中抗生素殘留和耐藥基因分布調(diào)研[D]. 四川成都： 成都大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2023.

Liu L. Distribution of antibiotic residues and antibiotic resistancegenes in fecal contamination and surrounding environment of typicalpig farms in Sichuan Province[D]. Chengdu， Sichuan： MS Thesis ofChengdu University， 2023.

[26]Liu Y， Liu C， Song C， et al. Geochemical factors controlling themobilization of geogenic cadmium in soils developed on carbonatebedrocks in Southwest China[J]. Geoderma， 2023， 437： 116606.

[27]中華人民共和國國家衛(wèi)生健康委. 食品安全國家標準 食品中污染物限量： GB 2762—2022[S]. 北京： 中國標準出版社， 2022.

National Health Commission of the People’s Republic of China.National standard for food safety： The limit of pollutants in food： GB2762?2022 [S]. Beijing： Standards Press of China， 2022.

[28]楊宏博， 劉彬， 張芬， 等. 不同類型有機肥對西南地區(qū)新菜地土壤肥力質(zhì)量提升效果評價[J]. 中國土壤與肥料， 2022， （10）： 20?27.

Yang H B， Liu B， Zhang F， et al. Effects of different organicfertilizers on soil quality of new open-field vegetable system inSouthwest China[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China， 2022， （10）：20?27.

[29]梁祎， 郝文琴， 石玉， 等. 不同光質(zhì)下外源鋅對水培生菜生長和品質(zhì)的影響[J]. 北方園藝， 2021， （18）： 7?13.

Liang Y， Hao W Q， Shi Y， et al. Effects of exogenous zinc on growthand quality of hydroponic lettuce under different light qualities[J].Northern Horticulture， 2021， （18）： 7?13.

[30]潘霞， 陳勵科， 卜元卿， 等. 畜禽有機肥對典型蔬果地土壤剖面重金屬與抗生素分布的影響[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報， 2012， 28（5）： 518?525.

Pan X， Chen L K， Bu Y Q， et al. Effects of livestock manure ondistribution of heavy metals and antibiotics in soil profiles of typicalvegetable fields and orchards[J]. Journal of Ecology and RuralEnvironment， 2012， 28（5）： 518?525.

[31]方林發(fā)， 葉蘋蘋， 方標， 等. 重慶開州區(qū)菜地土壤抗生素污染特征及潛在生態(tài)環(huán)境風險評估[J]. 環(huán)境科學(xué)， 2022， 43（11）： 5244?5252.

Fang L F， Ye P P， Fang B， et al. Pollution characteristics andecological risk assessment of antibiotics in vegetable field inKaizhou， Chongqing[J]. Environmental Science， 2022， 43（11）：5244?5252.

[32]范珊珊， 劉繼遠， 譚曉東， 等. 北京畜禽糞肥中重金屬的污染風險評價[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報， 2021， 27（24）： 80?84.

Fan S S， Liu J Y， Tan X D， et al. Risk assessment of heavy metalpollution in livestock and poultry manure in Beijing[J]. AnhuiAgricultural Science Bulletin， 2021， 27（24）： 80?84.

[33]王倩倩， 龔蘭， 朱磊， 等. 典型獸用抗生素在土壤—葉用萵苣中的轉(zhuǎn)運及風險評估[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2021， 37（6）： 1575?1582.

Wang Q Q， Gong L， Zhu L， et al. Transport and risk assessment oftypical veterinary antibiotics in soil-lettuce[J]. Jiangsu Journal ofAgricultural Sciences， 2021， 37（6）： 1575?1582.

[34]鄧繼寶. 連續(xù)施用畜禽糞肥對菜園土壤重金屬積累及土壤微生物群落多樣性的影響[D]. 重慶： 西南大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2021.

Deng J B. Effects of continuous application of livestock and poultrymanure on soil heavy metal accumulation and soil microbialcommunity diversity in vegetable gardens[D]. Chongqing： MS Thesisof Southwest University， 2021.

[35]章程. 典型抗生素在土壤—植物中的遷移及其機制[D]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文， 2018.

Zhang C. The fate of veterinary antibiotics in system of soil andplants and their mechanism[D]. Beijing： MS Thesis of ChineseAcademy of Agricultural Sciences， 2018.

[36]Heuer H， Schmitt H， Smalla K. Antibiotic resistance gene spread dueto manure application on agricultural fields[J]. Current Opinion inMicrobiology， 2011， 14（3）： 236?243.

[37]Kuppusamy S， Kakarla D， Venkateswarlu K， et al. Veterinaryantibiotics （VAs） contamination as a global agro-ecological issue： Acritical view[J]. Agriculture， Ecosystems amp; Environment， 2018， 257：47?59.

[38]Johnson T A， Stedtfeld R D， Wang Q， et al. Clusters of antibioticresistance genes enriched together stay together in swine agriculture[J]. MBIO， 2016， 7（2）： e02214?15.

[39]Wang L J， Wang J H， Wang J， et al. Soil types influence thecharacteristic of antibiotic resistance genes in greenhouse soil withlong-term manure application[J]. Journal of Hazardous Materials，2020， 392： 122334.

[40]Poole K. At the nexus of antibiotics and metals： The impact of Cuand Zn on antibiotic activity and resistance[J]. Trends in Microbiology，2017， 25（10）： 820?832.

[41]包燦鑫. 生物炭畜禽糞便復(fù)合堆肥對土壤—蔬菜系統(tǒng)中抗生素及其抗性基因擴散的影響[D]. 江蘇蘇州： 蘇州科技大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2021.

Bao C X. Application of pig manure compost with different biocharmodifies the antibiotic resistome in soil as shown in Chinese cabbageagriculture[D]. Suzhou， Jiangsu： MS Thesis of Suzhou University ofScience and Technology， 2021.

基金項目：江蘇省重點研發(fā)計劃（社會發(fā)展） 重大科技示范項目（BE2022788）。