上海市养殖场抗生素及其他药物的赋存特征与风险评估

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvsby2009
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随着社会经济水平的不断发展,人们对畜禽养殖类产品需求日益加大,各类中小型养殖场应运而生,抗生素及其他药物广泛地被使用在养殖等农业生产方面,用于促进动植物生长、预防和治疗疾病等。然而,大部分药物不能直接被动植物吸收和代谢,约30–90%通过粪便和尿液排出体外进入周围环境中,对生态环境造成不可逆转的影响,继而引发的生态破坏和潜在遗传毒性危害人类健康。因而,探讨养殖场不同环境介质中残留药物的赋存情况及其生态风险已成为国内外学者广泛关注的热点话题。上海作为特大城市,在全国经济建设和社会发展中十分重要,每天供养着2400万常住人口,人口数量、生活水平需求与养殖场发展带来的药物污染存在明显的矛盾,即养殖场的发展对上海这高密集人口聚居地区的环境带来了压力、负荷和生态威胁,近些年对畜禽养殖做出专项规划整治,因此上海作为研究区具有代表性和特殊性。鉴于此,本研究采集了上海地区13家不同类型(家禽类、家畜类和水产类)养殖场内土壤、植物、排污口废水及沉积物样品,采用超高效液相色谱-三重四极杆质谱联用仪(UPLC-MS/MS)对环境样品中的二十种抗生素及十四种其他药物进行定量分析。探讨了养殖场各环境介质抗生素和残留药物的赋存特征及影响因素,进行生态风险分析和评估,初步揭示其潜在危害,并提出相应的环境保护策略,旨在为城市养殖场监管尤其是抗生素使用控制提供科学参考。本论文的主要研究结果如下:(1)土壤中的五大类抗生素总浓度范围介于38.23–223.45 ng g-1之间,其中主要以四环素类和喹诺酮类为主;其他六大类药物总浓度范围介于3.21 ng g-1-26.77 ng g-1之间,其中主要以消化类(AHTs:59.42%)与抗肿瘤类(ANs:22.78%)为主;随土壤深度增加,总抗生素与其他药物类含量均呈现逐渐下降的变化趋势;家禽类养殖和家畜类养殖场中土壤的四环素类(TCs)均要高于水产类养殖场土壤中TCs浓度,但无显著差异性(P>0.05),而喹诺酮类(FQs)在三种养殖类型中的赋存浓度平均值均较为接近;大部分养殖场的土壤TCs赋存含量超出其抗生素的触发值(100 ng g-1)。(2)沉积物中抗生素总浓度范围介于24.77–805.41 ng g-1之间,其中主要存在的抗生素为四环素类和磺胺类;其他六大类药物总浓度范围介于10.49–675.19ng g-1之间,其中主要以调脂类(LRs:36.62%)、消化类(AHTs:19.83%)和消炎镇痛类(NSAIDs:19.65%)为主;沉积物中的五大类抗生素和其他药物类含量均高于土壤和水体,应引起重视。(3)水体中抗生素总浓度范围介于22.25–850.80 ng mL-1之间,主要以喹诺酮类(FQs:41.96%)和四环素类(TCs:29.91%)为主,其他六大类药物总浓度介于42.04–501.10 ng mL-1之间,主要以消炎镇痛类(NSAIDs:45.04%)、消化类(AHTs:29.96%)以及抗肿瘤类(ANs:18.18%)为主;为探讨上海市大型养殖场排污口水体中抗生素在排入城市河网后的时空分布特征发现,河流中抗生素含量受光降解影响,夜间高于白天;FQs、TCs、MLs和总抗生素含量的最高值出现在排污口处,且呈现出随着水体运输距离增加逐渐降低的变化趋势,而SAs的亲水性特征导致其更易于长距离的水体输送。(4)植物各部位总抗生素浓度浓度介于29.28–91.51 ng g-1之间,其中SAs在植物各部位中富集浓度最高,其次是FQs;由生物富集因子(BCF)发现,FQs和TCs在植物根部富集能力最强,其次为叶,而花和茎富集能力较弱;植物各部位的其他六大类药物总浓度介于8.88–44.76 ng g-1之间,其中调脂类(LRs)、消炎镇痛类(NSAIDs)和抗肿瘤类(ANs)药物在植物各部位中浓度较高;各部位的含量呈现出:根>叶>茎>花;不同采样点植物富集能力不尽相同,家禽类和水产类养殖场植物中抗肿瘤类(ANs)药物富集系数最高,同时更易于富集在植物的根和茎中,调脂类(LRs)药物富集量最低。(5)将抗生素及其他药物同各介质的理化性质相关性分析结果表明:大部分抗生素及其他药物和理化性质不存在明显相关性。其中土壤中四环素类(TC、OTC、DXC和CTC)与总碳及粘粒呈现出显著相关性;土壤中个别药物与TC和IC呈现出相关性;沉积物中OTC与TOC和TC呈现出显著相关性,CFC与砂砾呈现出显著相关性,RTM与土壤含水率及容重呈现出显著相关性;沉积物中其他药物FNB与TOC和TC呈现出显著相关性,IDM与土壤容重呈现负相关性;水体中抗生素SMX和ST与IC呈现出正相关性,RTM与IC呈现出负相关性;水体中药物SVT和FNB分别与TOC呈现出负相关性和正相关性。(6)风险评估结果表明:土壤中主要存在风险的是磺胺嘧啶(SD)、诺氟沙星(NFC)、恩诺沙星(EFC)和金霉素(CTC);沉积物中磺胺喹恶啉(SQ)、磺胺甲基嘧啶(SM)和磺胺甲恶唑(SMX)存在较高风险;水体中具有高风险的抗生素主要是喹诺酮类的诺氟沙星(NFC)、恩诺沙星(EFC)、氧氟沙星(OFC)及四环素类的土霉素(OTC)和强力霉素(DXC)和大环内酯类的罗红霉素(RTM);以上抗生素是上海市今后农业生产活动需要重点关注和控制的对象。
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