环丙沙星在潮土中的吸附特性及其对微生物群落的影响

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kunan8714
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抗生素是世界上使用量最大、最广泛的药物之一。大部分抗生素进入机体后不能被完全吸收,而是以母体或代谢物的形式随粪尿排出体外。随着抗生素在环境中暴露的报道增多,抗生素类药物引起的环境问题受到国内外学者的广泛关注。土壤是环境中抗生素重要的归宿之一,进入环境的抗生素最终会在土壤中累积。因此,有关抗生素在土壤中的环境行为及其生态效应已成为土壤学和环境科学的研究热点。本研究以典型氟喹诺酮类抗生素-环丙沙星为研究对象,通过批平衡试验和室内培养试验方法,分别对环丙沙星在潮土中的吸附特性和其对微生物群落的影响进行了研究,为评价氟喹诺酮类抗生素的环境风险提供理论依据。研究获得了以下主要结果:  (1)环丙沙星在潮土中的吸附过程可分为快速吸附和慢速平衡2个阶段。整个吸附过程符合二级反应动力学方程,吸附常数为1.138×10-3~2.849×10-2kg·(min·mg)-1。环丙沙星的吸附等温线能够较好地符合Freundlich方程,吸附容量(1gKf)为2.725。研究发现,在pH值为4~9条件下,环丙沙星的吸附参数对数值1gKd呈随pH的增加先增加后降低的趋势,当pH值为5时,潮土对环丙沙星的吸附效果最好,1gKd为3.11,强酸性和碱性条件均不利于潮土对环丙沙星的吸附。由此说明阳离子吸附可能是潮土对环丙沙星吸附的重要机制之一。  (2)环丙沙星对土壤微生物群落代谢响应具有显著影响。室内培养试验土壤中环丙沙星添加浓度为1,5和50mgkg-1,培养时间为1、3、9、22和140天。结果表明,40天后土壤中环丙沙星残留浓度为初始添加浓度的25%~58%。测定土壤微生物群落代谢响应谱发现,环丙沙星对葡萄糖,乳糖,甘露糖,谷氨酸,柠檬酸钠,苹果酸和次黄嘌呤核苷的微生物群落代谢响应的影响表现为毒物兴奋效应,即高浓度抑制(50mg·kg-1)和低浓度刺激(1mg·kg-1)。添加环丙沙星的所有处理中,半乳糖和丙三醇的微生物群落代谢响应均表现为受抑制。冗余分析发现环丙沙星浓度和培养时间可以解释总变异的45.3%。典范变量分析可以清楚的区分不同浓度环丙沙星对土壤微生物群落代谢响应的影响。  (3)环丙沙星可以显著影响土壤微生物群落结构和功能。磷脂脂肪酸法研究结果表明,添加环丙沙星后,土壤微生物量显著降低,并表现出良好的剂量-效应关系;环丙沙星处理土壤中细菌/真菌的值降低,同时革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌的值升高;主成分分析表明不同浓度环丙沙星对土壤微生物群落结构有显著的影响;冗余分析进一步证明,环丙沙星浓度和培养时间可以解释总变异的33.5%。试验过程中,土壤呼吸在培养1和3天时并未受到CIP的影响,而培养9、22和40天后,环丙沙星对土壤呼吸的影响表现为低浓度刺激和高浓度无显著变化。环丙沙星对潜在硝化速率的影响表现为低浓度刺激和高浓度抑制,但硝态氮和铵态氮含量在试验过程中变化不显著。
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