重金属共存条件下喹诺酮类抗生素在农田土壤中的迁移转化机制

Inappropriate use of poultry and livestock fertilizer leads to combined contamination of Quinolones（QNs） and heavy metals in farmland soil and groundwater. Existing research mainly focuses on migration and transformation of QNs alone in soil surface or different soil medium, failing to understand the characteristics & controlling factors of adsorption, degradation, leaching of QNs combined with heavy metals and constraining the research on behavior characteristics and pollution control of QNs. By selecting a large farmland and vegetable base in the North-China Plain with discovered combined pollution, this study aims to reveal the migration and transformation mechanism of QNs combined with heavy metals. By dint of adsorption-desorption test, soil column dynamic simulation experiment together with high-performance liquid chromatography –spectrometry, microbe identification analysis and micro-analysis method, it intends to define the response of migration and distribution of QNs to the combined heavy metals, analyze the relationship between QNs and heavy metals during adsorption, reveal the influencing mechanism of environmental conditions on adsorption of QNs, evaluate the controlling effects of microbes on migration and transformation of QNs, as well as provide scientific basis for prevention & control of antibiotic pollution in the farmland and groundwater system.

禽畜有机肥施用不当会导致农田土壤与地下水中喹诺酮类抗生素（QNs）和重金属的复合污染，现有研究主要集中于单一QNs在土壤中的迁移转化，而对于重金属共存条件下，QNs在土壤中的吸附、降解、淋溶等迁移转化特征及其控制因素尚不清楚，这制约了土壤和地下水中QNs环境行为及污染防控等研究的开展。本项目选择已发现QNs与重金属复合污染的华北平原某大型农田和蔬菜基地为研究区，在前期调查基础上，以揭示重金属共存条件下QNs在农田土壤中的迁移转化机制为核心目标，采用吸附试验和土柱模拟试验等手段，并借助高效液相色谱-质谱仪测试、微生物识别与测试、微观测试分析等技术，识别QNs在农田土壤中迁移过程和分布特征对重金属共存的响应，解析QNs与重金属之间在吸附过程中的作用关系，揭示环境条件对QNs吸附的影响机制，评估微生物对QNs在农田土壤中迁移转化的控制作用，为农田土壤及地下水系统的抗生素污染防控提供科学支撑。

近年来，以喹诺酮（QNs）为代表的抗生素类环境新型污染物及其抗性基因在土壤和地下水中被频繁检出，对人类健康构成严重威胁。并且，由于抗生素的滥用以及不科学的禽畜粪便堆肥等原因，致使农田土壤已成为QNs的主要环境归宿之一。进入土壤的QNs被植物吸收的同时，进一步通过降水或灌溉发生淋滤作用，与土壤介质发生吸附作用，并经过自然衰减、生物降解等作用后，残留部分进入地下水。而目前对于重金属共存条件下，QNs在土壤中的吸附、降解、淋溶等迁移转化特征及其控制因素尚不清楚，这制约了相关研究的开展。本研究从地下水资源保护和新型污染防控的角度出发，选取华北平原某大型农田和蔬菜基地为研究区，以农田土壤中检出率较高的QNs和重金属复合污染物作为研究对象，开展重金属共存条件下QNs在农田土壤中的迁移转化行为研究，以重金属共存条件下QNs在农田土壤中的迁移转化机制为核心目标，采用吸附试验和土柱模拟试验等手段，识别了QNs在农田土壤中迁移过程和分布特征对共存重金属的响应，解析了QNs与重金属之间在吸附过程中的作用关系类型，这对进一步掌握我国施用有机肥农田土壤中QNs的分布状况，摸清其在土壤中的环境行为，并进一步开展污染防控和修复等均有重要的理论与应用价值，为我国农业用肥的科学管理以及土壤和地下水资源保护有着重要的现实意义。