兽用抗生素在农田土壤中的活性及其在蔬菜中的积累特征与生理效应

抗生素在畜禽生产中的大量使用及其大部分可残留于畜禽粪便中并以有机肥形式进入农田，增加了其对生态环境及蔬菜等农作物生产的危害，加速了抗生素抗性基因的迁移与传播，可对人类和生态系统健康产生深远的影响，但至今对残留在农田土壤环境中的抗生素的归趋与行为还缺乏深入研究。本项目利用微生物多样性和蔬菜等作为测试生物，以兽用抗生素进入农田后其活性（生物有效性）及其动态变化研究为出发点，通过模拟试验和生物化学分析等技术手段，深入研究我国使用广泛的典型兽用抗生素进入土壤后其活性的变化及其控制机理与影响因素；探索我国代表性叶菜、根菜、果菜对残留在土壤中兽用抗生素的吸收特点、抗生素在蔬菜中积累特征和分配的规律与影响因素；探讨残留在土壤中的抗生素对微生物多样性和蔬菜的生长与生理作用。为准确预测兽用抗生素在农田土壤环境中的残留和迁移，正确评价长期施用含抗生素畜禽粪对农田生态系统的潜在影响提供科学依据。

抗生素在畜禽生产中的大量使用及其大部分可残留于畜禽粪便中并以有机肥方式进入农田，增加了其对农田生态环境及蔬菜等农作物生产的危害。本项目利用土壤微生物和蔬菜等作为测试生物，通过盆栽/田间试验和生物化学分析等技术手段，研究了典型兽用抗生素进入土壤后其活性的变化及其控制机理与影响因素；分析了代表性叶菜、根菜、果菜对土壤中兽用抗生素的吸收特点、抗生素在蔬菜中积累和分配的规律与影响因素；探讨了抗生素对微生物多样性和蔬菜的生长与生理作用。研究结果表明，施用含抗生素畜禽粪便是农田土壤抗生素的主要来源；土壤中有效态抗生素下降速率大于相应抗生素的全量。土壤中有效态抗生素的下降速率与粘粒含量、氧化铁呈负相关，与有机质呈现正相关。抗生素污染可对土壤微生物产生多方面的影响，反复污染可诱导土壤细菌产生耐药性并改变微生物群落结构，土壤中细菌抗生素耐药性的生态分布特征差异与人类活动密切相关。生物对抗生素影响的敏感性由高至低依次为:细菌>放线菌>线虫>真菌>蔬菜>蚯蚓。蔬菜中抗生素的积累因施肥方式及蔬菜品种、生长期、器官不同有较大的变化；水培条件下蔬菜各器官中抗生素积累明显高于土培条件。蔬菜种子发芽率、芽长、根长受抗生素的影响与抗生素种类、污染浓度及蔬菜品种等有关，根系伸展是蔬菜萌发期受抗生素毒性影响的敏感指标，蔬菜生长前期比后期更易受抗生素的毒害；叶菜类蔬菜对抗生素最为敏感，其次为根菜类，而果菜类的敏感性相对较小；根部生长对抗生素最为敏感，其次为叶，对茎部的影响较小，对果实几乎没有影响。高浓度的抗生素污染可引起蔬菜地上部氮、磷、钾养分的积累，降低蔬菜叶绿素、根系活力，影响植物酶系统和光合作用。多种抗生素共存对蔬菜种子萌发、芽长、根伸展及蔬菜生物量的影响明显大于单一抗生素污染，但复合污染对植物体内的抗生素积累没有交互作用。研究还表明,采取合理的施肥、耕作和水分管理措施可以在一定程度上加速土壤中抗生素的降解。以上研究结果可为准确预测兽用抗生素在农田土壤环境中的残留和迁移，正确评价长期施用含抗生素畜禽粪对农田生态系统的潜在影响提供科学依据。