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兽用四环素类抗生素在循环农业中的迁移累积及阻断技术研究

贺德春  
【摘要】:长期以来抗生素以治疗与亚治疗剂量大量用于养殖业,约75%左右的抗生素不能被动物吸收,残留于粪便,并随着粪便的土地利用进入环境介质中,使得土壤特别是农业种植土壤已成为兽用抗生素的巨大储存库,随着“超级细菌”的出现及其带来的巨大健康危害,人们逐渐把关注的目光投向抗生素的抗性基因污染,并引起了对环境中残留抗生素环境行为的关注,农业土壤中己可检测到高达几百mg/kg单种抗生素污染,考虑土壤中各种污染物的汇集特性,多种抗生素的累积浓度将会十分的惊人。然而人们对于这些环境中新出现的污染物对环境的影响尚缺乏足够的了解,尤其是这些污染物在农作物中的累积特性及通过食物链对人类健康的影响更是知之甚少,还有待科研工作者的探究。 本研究选用应用最为广泛的四环素类抗生素为研究对象,建立了基于HPLC-多级质谱联用技术的复杂基质样品中四环素类抗生素的分离分析方法,证实了作物吸收累积四环素类抗生素的风险,研究了四环素类抗生素农业环境中的迁移降解规律,探讨了农业生产中阻止抗生素向植物迁移,降低人类健康危害风险的措施与方法。基于上述各项实验结果,本文较系统的探讨了四环素类抗生素在循环农业生产中的降解、迁移、富集及在循环农业链中的阻断措施。具体研究结论如下: 1、植物性样品与水样中四环素类药物的分离分析方法,以高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS-MS)的高选择性和高灵敏度,采用加热恒温振荡提取,固相萃取(SPE)富集和净化方法,建立了植物性样品(萝卜、白菜)、农田径流及渗流水中4种四环素类抗生素的分离分析方法。结果表明,在优选的提取溶剂、提取条件下,4种抗生素可被有效的提取,SPE萃取浓缩具有较好的净化与富集效果,植物样品中目标化合物的回收率在64%-92.7%之间,变异系数均小于10.5%,对四环素(TC)、土霉素(OTC)、金霉素(CTC)与强力霉素(DOXY)的最低检测浓度分别为1、2、3、1μg/kg;水样中4种抗生素的加标回收率在68%-93.4%之间,变异系数均小于7.3%,对四环素、土霉素与、金霉素与强力霉素的最低检测浓度分别为0.025、0.013、0.062、0.015μg/L。 2、蔬菜对抗生素的吸收富集:盆栽试验结果表明,小白菜、白萝卜对4种抗生素均有吸收,作物组织中抗生素的浓度随土壤中浓度的升高而增加,在试验条件下表现出显著的正相关。当由有机肥带施用带入的抗生素由40 mg/m2土地增加到100mg/m2土地时,收获的小白菜茎叶中4种抗生素的含量分别增加了67%(TC)105%(OTC)、71%(CTC)和83%(DOXY),萝卜组织中4种抗生素的含量分别增加了58% (TC)、41%(0TC)、88%(CTC)和24%(DOXY)。不同作物对抗生素的吸收累积效率不同,小白菜对抗生素的富集大于白萝卜,植物对抗生素的吸收不仅取决于抗生素的性质,还有植物种类密切相关;土壤性质对作物吸收累积抗生素效率的影响较大,沙质土壤中抗生素比红壤中抗生素更易向植物组织中迁移。有机肥源抗生素可被农作物吸收,并通过食物供应系统进入人体,给人类健康带来不可预知的影响。 3、抗生素在农田中迁移及降解:在亚热带自然环境条件下,有机肥源抗生素在农田环境中可发生降解,4种抗生素在农田中的降解在半衰期在15.8-20.6 d之间,在研究的土壤及自然气候条件下具有较快的降解特性。4种抗生素在试验地区的土壤中均发生了不同程度的垂直迁移,施肥50天后,亚表层(20-40 cm)土壤中四环素类的浓度在22-52μg/kg之间。农田土壤中抗生素可随径流及渗流进行迁移,径流中4种抗生素的峰值浓度分别为0.2648μg/L(TC)、0.3257μg/L(OTC)、0.3708μg/L(CTC)和0.2392μg/L(DOXY),渗流中4种抗生素的峰值浓度分别为0.1694μg/L (TC)、0.2468μg/L(OTC)、0.2302μg/L(CTC)和0.2123μg/L(DOXY)。有机肥施用后,其残留抗生素可通过径流与渗流向周边环境与地下水中迁移,对生态环境带来不利影响。 4、抗生素在循环农业生产中迁移的阻断:研究了好氧堆肥及不同调理剂对残留抗生素的降解效果,好养堆肥对可有效去除粪便中残留抗生素,经过35 d堆肥试验,不同处理对4种抗生素的去除效率为依次为水稻秸秆+猪粪锯末+猪粪过磷酸钙+猪粪纯猪粪堆肥处理。有机肥与过磷酸钙混合使用可大大减少抗生素向植物体内的迁移,当2 kg有机肥与45 g过磷酸钙混合施肥后,作物中抗生素的残留最低可减少25%,最高可减少61%;对直播作物,播种前一定时间施肥可减少抗生素在作物中的残留。通过堆肥及种植调控,可有效减少有机肥抗生素向农作物中迁移,降低有机肥使用的健康风险。


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