果蔬垃圾堆肥过程中原核生物和真菌的气溶胶化能力

何品晶，韦顺艳，邵立明，吕 凡

（同济大学固体废物处理与资源化研究所，上海 200092）

1 研究亮点

*分析了果蔬垃圾堆肥过程中细菌、古菌和真菌主要种属的优先气溶胶化能力；

*低丰度微生物，例如，奇古菌（Thaumarchaeota） 也能够优先气溶胶化；

*气溶胶化微生物中，致病性微生物属的占比超过90%。

2 背景

微生物气溶胶是指存在于气相介质中由微生物（包括细菌、古菌和真菌等）、微生物细胞碎片和产物组成的分散体系。研究结果表明，气溶胶中的微生物及其产物会对人体造成器官特异性和系统性的健康危害。例如，放线菌、黄曲霉、烟曲霉、赭曲霉毒素、炭疽杆菌、镰刀菌、肺炎链球菌和内毒素等会造成呼吸道感染、炎症和哮喘等健康问题。堆肥作为一种有效可行的果蔬垃圾处理和资源化方法，在运行过程中，不可避免会发生原核生物和真菌从固相或液相向气相释放的气溶胶化行为。这一过程不仅取决于微生物本身的形状和亲水性，还取决于堆肥物料的理化性质、运行操作中的机械运动和场地内的气象条件。为定量化描述微生物的气溶胶化能力，1980 年Hejkal 等将同种微生物在气相和固相（液相） 中绝对浓度的比值定义为浓度因子（CF），用以评估微生物气溶胶化能力的强弱。但是，由直接培养方法测定的微生物绝对浓度与实际存在的微生物浓度之间存在较大的偏差。原因是大量的原核生物和真菌都是不可培养的；而这些不可培养微生物在总微生物中占据绝大部分；同时，它们也会对人体健康造成危害。有鉴于此，采用免培养法分析各相中微生物的相对占比是一种不可避免的趋势。

3 研究方法

本研究通过原位采集的方法，分析了果蔬垃圾好氧堆肥不同阶段的微生物气溶胶释放特征。采集堆肥进行1～2、3～4、5～6、7～8、13～14、15～16 和19～20 d 堆体表层和堆体内部的堆肥样品，以及周围环境中的微生物气溶胶样品。通过测定堆肥样品的理化性质，界定堆肥过程的不同阶段；通过聚合酶链式反应（PCR） 实验和高通量测序，确定微生物在气固两相中的群落结构和相对占比；引入气溶胶化指数概念，评估堆体中微生物气溶胶化能力的强弱；通过荧光原位杂交技术方法，定量分析采集的微生物气溶胶样品浓度。

4 主要研究结果

果蔬垃圾气溶胶样品中，微生物浓度为400～4 800 个/m3。气溶胶样品和堆肥样品中，分别检测出3种和6 种主要的门水平微生物，门水平上古菌、细菌和真菌的气溶胶化指数范围分别为0～79、0～214 和0～397，能够优先气溶胶化的主要门水平微生物包括拟杆菌门（细菌） 和担子菌门（真菌）。属水平上，细菌和真菌的气溶胶化指数范围分别为0～2 250 和0～9 000。能够优先气溶胶化的6 种细菌属，包括单胞菌属、马赛菌属、金黄杆菌属、库特氏菌属、伯克氏菌属和不动杆菌属，它们的气溶胶化指数分别为171、491、22 460、5 525、4 014 和631。能够优先气溶胶化的3 种真菌属分别为旋孢腔菌属、核盘菌属和曲霉属，它们的气溶胶化指数分别为7 344、8 582 和439。总体而言，在能够优先气溶胶化的微生物中，革兰氏阴性菌和致病菌的占比超过90%。因此，在果蔬垃圾堆肥过程中释放进入气相的微生物会对人体健康产生影响。

5 结论与展望

本研究采用免培养方法，系统地分析了果蔬垃圾堆肥过程中，空气微生物（包括原核生物和真菌）的气溶胶化能力。虽然在堆肥过程涉及的微生物中，古菌占比很低，但却有很高的气溶胶化指数。所以，未来需要补充强化对微生物气溶胶中古菌及其对人体健康影响的研究工作。