典型外源抗生素在土壤中的转归及其与土壤微生物多样性的相互作用和机理研究

随着抗生素药物在农业上的广泛应用,抗生素的残留污染已成为危害人类健康和生态环境的一个重要因素,并逐渐成为人类普遍关注的一个环境问题。由于土壤是抗生素等污染物质的主要归宿之地,进入环境中的抗生素最终将在土壤/沉积物中积累。因此,有关抗生素在土壤中的环境行为及其与土壤生态系统的相互作用己成为土壤学与环境科学研究的重要课题。本研究通过室内培养实验,探讨了典型外源抗生素在土壤中的转归及其与土壤微生物多样性的相互作用和机理,以期为土壤抗生素污染生态环境评价和土壤抗生素污染治理提供依据。研究主要获得了以下结果: （1）对恩诺沙星在农业土壤中的吸附-解吸特性和对土壤生物化学性质影响的研究表明,土壤对恩诺沙星具有较强的吸附作用,残留在土壤中的低量恩诺沙星主要被吸附在固体颗粒上,不易释放和随水迁移。但残留在土壤中的恩诺沙星可影响土壤微生物数量和有机碳的矿化。低浓度的恩诺沙星可刺激土壤微生物活性,增加土壤有机碳的矿化;高浓度的恩诺沙星则会压制土壤微生物活性和有机碳的矿化。恩诺沙星对土壤生物学性质影响的持续时间较短,约10天左右,这可能与土壤对恩诺沙星具强吸附作用及恩诺沙星在土壤中自然降解削弱了其活性等有关。 （2）对土霉素、金霉素、恩诺沙星和磺胺二甲嘧啶等4种（3类）代表性抗生素在5种土壤中避光、自然与灭菌等条件下的降解研究表明,抗生素在土壤中的降解过程符合一级动力学方程C=C0e-Kt。光照对抗生素降解的影响远远大于微生物对抗生素降解的影响,其中四环素类抗生素受光降解影响较大。未经灭菌且光照正常条件下,抗生素在土壤中的降解速率常数K与土壤有机质、氧化铁、CEC及粘粒含量呈负相关。不同土壤之间金霉素、恩诺沙星和磺胺二甲嘧啶等3种抗生素降解的差异可用有机质和粘粒含量的差异来解释;而土壤CEC和颗粒组成的差异则可很好的解释不同土壤之间土霉素降解的差异。 （3）土霉素浓度对土壤微生物生物量碳有轻微的影响,以培养时间为5d时较为明显,但在不同土壤中有所差异。土霉素对土壤中细菌、放线菌和微生物总量均有一定的抑制作用,随土霉素浓度的增加抑制作用也有所增加;但对真菌的作用较为复杂,在低浓度时有促进作用,高浓度时有有抑制作用。土霉素对土壤微生物数量和土壤微生物生物量碳的影响均随培养时间增加逐渐减小。 （4）添加不同浓度的金霉素和土霉素等2种外源抗生素至土壤中进行培养试验,观察酶活性和呼吸强度的动态变化,结果表明,抗生素加入对土壤脲酶活性的影响因抗生素类型、浓度和土壤性质而异。在试验浓度范围内,添加低量土霉素,对菜地和草地土壤脲酶活性有促进作用,但高量土霉素对土壤脲酶活性起抑制作用。添加土霉素对草地和果园土壤中性磷酸酶活性均无影响;但在菜地和桑园土壤中,当土霉素浓度为100mg·kg-1时,对土壤中性磷酸酶活性有一定的促进作用。土霉素对土壤酶活性的影响主要发生在进入土壤的初期,后期影响不大。金霉素进入土壤后24小时内对土壤呼吸产生了抑制作用,当浓度为10mg·kg-1时这种抑制作用达到最大水平。