典型抗生素在不同土壤中的吸附/解吸及其在青菜中的富集与阻控研究

来源 :安徽农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:beret85
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进入农田土壤的兽医抗生素已成为全球关注的问题,因为其可能对公众和生态健康造成严重负面影响。深入了解其进入农田土壤环境后的行为和命运,对于设计和实施减少其潜在风险的适当措施至关重要。因此,研究不同土壤中的典型抗生素在蔬菜中的富集规律及如何降低土壤中的抗生素在蔬菜中富集具有重要的理论与实际意义。本文选择了磺胺二甲嘧啶(SM2)、磺胺甲噁唑(SMZ)、四环素(TC)、土霉素(OTC)四种典型抗生素为目标化合物,首先研究了四种典型抗生素在黄褐土、砂姜黑土、红壤中的吸附解吸规律,然后通过土壤盆栽实验,研究了三种土壤中的四种抗生素在青菜中的富集规律,考察了三种阻控材料(小麦秸秆炭、草木灰、过磷酸钙)对土壤中抗生素向青菜中迁移的阻控效果。得到的研究结果如下:(1)优化了青菜和土壤中抗生素UPLC-MS/MS测定方法:在加标浓度为10.0、100.0、1000.0μg·kg-1时,得到四种抗生素的回收率,青菜和土壤中SMZ的回收率为81.34%~105.13%、RSD是2.35%~19.45%;SM2的回收率为82.22%~105.05%、RSD是0.71%~17.34%;TC的回收率为70.21%~85.67%、RSD是2.94%~18.52%;OTC的回收率为80.40%~117.32%、RSD是1.59%~20.70%。青菜样品中,四种抗生素的LOD和LOQ分别为0.67~2.10 ng·L-1、11.20~35.05ng·kg-1;土壤样品中,四种抗生素的LOD和LOQ分别为0.63~3.95 ng·L-1、10.55~65.75 ng·kg-1。(2)SM2、SMZ、TC和OTC在砂姜黑土、黄褐土、红壤中的吸附及解吸实验表明,四种抗生素在土壤上的吸附都是物理吸附,三种土壤对SAs的最大吸附容量(以总量计)为砂姜黑土(46853.91 mg·kg-1)>黄褐土(46608.84 mg·kg-1)>红壤(11182.52 mg·kg-1),对TCs的最大吸附容量(以总量计)也是砂姜黑土(54.59 mg·kg-1)>黄褐土(39.96 mg·kg-1)>红壤(20.11 mg·kg-1),且土壤对SAs的吸附能力弱于TCs,表明在土壤中SAs具有更高的流动性以及迁移能力,四种抗生素在土壤中的解吸都存在滞后现象,解吸速率均小于吸附速率。(3)青菜中富集的抗生素浓度随时间变化趋势表明,青菜中富集的抗生素浓度在移栽后第0~10 d快速上升,第10 d达到最高,10 d后青菜体内抗生素的浓度开始下降,在第20 d后趋于平缓。(4)青菜中抗生素的富集浓度随着土壤中抗生素初始浓度的增大而增大,土壤中抗生素初始浓度为25.0 mg·kg-1时,青菜中富集的抗生素浓度显著高于初始浓度为0.1、0.5、1.0和5.0 mg·kg-1的处理。土壤中低浓度(0.1~1.0 mg·kg-1)的抗生素能促进青菜的生长,高浓度(5.0~25.0 mg·kg-1)的抗生素对青菜的生长具有抑制作用,且在同一浓度处理水平下,生物量总体表现为砂姜黑土>黄褐土>红壤。(5)土壤中抗生素初始浓度为25.0 mg·kg-1时,青菜对不同土壤中抗生素富集浓度从大到小依次为红壤>黄褐土>砂姜黑土,土壤p H和有机质含量是影响青菜从土壤中富集抗生素的重要因素。同种土壤中的不同抗生素在青菜中的富集能力顺序为SM2>SMZ>OTC>TC,青菜对SAs的富集浓度显著高于对TCs的富集浓度,可能是由于三种土壤对TCs的吸附远远大于对SAs的吸附导致的。(6)三种阻控材料对青菜从土壤中富集抗生素均有显著的抑制效果,其中小麦秸秆炭的阻控效果最好,草木灰次之。土壤中加入阻控材料导致抗生素有效态浓度的降低可能是阻控材料能阻控土壤中抗生素在青菜中富集的最主要原因。每千克土壤中添加6.0 g小麦秸秆炭是最经济有效的添加量。(7)小麦秸秆炭的两种施加方式(与土壤混匀施加、在根际周围施加)对SAs的阻控效果均好于TCs,其平均阻控率分别为98.01%(小麦秸秆炭与土壤混匀)、88.77%(仅在青菜根际周围添加),但在根际周围施加小麦秸秆炭对TCs的阻控较好,而与土壤混匀施加对SAs的阻控较好,两种添加方式对同种抗生素的阻控效果差异不显著(p<0.05)。(8)在第10 d时,分别添加三种阻控材料的青菜的生物量比未添加阻控材料的对照增加了25.44~41.51%,第15 d时,增加了27.28~74.71%。三种阻控材料处理下的青菜生物量从大到小依次为小麦秸秆炭(27.25 g)>草木灰(25.55 g)>过磷酸钙(24.05 g)。三种阻控材料能提高青菜的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr),可见,三种阻控材料对青菜的生长没有不利影响。与未添加阻控材料的对照相比,加入小麦秸秆炭和草木灰后的土壤p H提高0.24~0.79,过磷酸钙加入到土壤使其p H下降了0.04~0.14。阻控材料能增加根际土壤中微生物种类和数量。
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