干旱区菜地土壤中四环素类抗生素的污染特征、环境行为及其影响因素研究

It is important to investigate the pollution characteristics of antibiotics in soils from vegetable fields for assessing the local ecological threat and the safety of agricultural products posed by the released antibiotics. The unique geological characteristics and climate conditions in arid-climate regions indicate the particular occurrence and distribution characteristics of antibiotics, compared with other regions in China (such as the littoral province). However, few research has been fucused on the antibiotics contamination of soils in arid-climate reigons. The present research intends to utilize the on-site sampling and the laboratory analysis approach: (i) to assess the tetracyclines antibiotic contamination levels in soil from vegetable field in arid-climate reigons, acquiring the relevant data on the distribution of stereo-type tetracyclines antibiotics (e.g., tetracycline,aureomycin and terramycin) in soil profile; (ii) to describe the translocation, degradation, and fate of selected tetracyclines antibiotics in soils of arid-climate reigons; (iii) to evaluate the impact by nature condition (such as intensity of illumination), soil physical and chemical properties (such as temperature, liquid water content, pH value and organic carbon content), and microbal diversity on the selected tetracyclines antibiotics environmental behavior for screening the crucial impact factor; and (iv) to explore the degradative efficiency on antibiotics contaminated soils through microbial populations and activities in plant-root zones utilizing some selected tetracyclines as model antibiotics. By combining geography, chemistry, and biology, the information on occurrence. distribution, translocation and degradation of tetracyclines antibiotics in vegatable soils will be used for understanding the environmental behavior and assessing the health and ecological risk of antibiotics in arid-climate regions.

研究土壤中抗生素的污染特征及其环境行为对于深入认识抗生素的环境危害，正确评价其造成的潜在人体健康风险具有重要意义。内陆干旱区独特的地理、气候条件易造成独特的抗生素污染特征，但目前相关研究工作尚属空白。因此，本申请项目拟以畜牧业中最为广泛使用的四环素类抗生素（四环素、土霉素和金霉素）为目标物，以乌鲁木齐市郊区有机蔬菜生产基地中土壤为研究对象，通过测定土壤剖面不同位置处目标抗生素及其降解产物的含量，调查目标物的污染现状及特征；结合现场采样和模拟实验的方式，探索在特定的地质地球化学条件下目标抗生素的迁移、转化与归宿，并分析自然条件、土壤理化性质（如温度、含水量、pH值、有机碳含量、矿物质组成等）和土壤微生物对目标抗生素环境行为的影响，赋值权重后筛选出关键影响因子。研究结果可为深入理解内陆干旱区特定地质地球化学和气候条件下抗生素的环境行为、预测和评估抗生素的健康和生态风险提供理论基础和数据支持。

研究土壤中抗生素的污染特征及其环境行为对于深入认识抗生素的环境危害，正确评价其造成的潜在人体健康风险具有重要意义。内陆干旱区独特的地理、气候条件易造成独特的抗生素污染特征，但目前相关研究工作鲜见报道。因此，本项目以畜牧业中最为广泛使用的四环素类抗生素（四环素、土霉素）和环境介质中检出率高的磺胺甲恶唑为目标污染物，采用本体聚合法分别合成分子印迹化合物，以水溶液为提取剂，建立了土壤中目标污染物的生物可给性（有效态）含量测定方法；以乌鲁木齐市郊区有机蔬菜生产基地为研究对象，采集并测定了不同施肥年限、不同施肥种类、不同理化性质及剖面不同位置处土壤样品中目标抗生素的有效态含量，同时对比测定了土壤中目标抗生素的有机溶剂提取量（总含量），调查了目标污染物的污染现状及特征；采集并测定了30余种当地常见蔬菜中目标抗生素含量，同时结合模拟实验，初步研究了特定的地质地球化学条件下目标抗生素的迁移、转化与归宿，并分析了自然条件和土壤理化性质对目标抗生素环境行为的影响。研究结果表明，土壤中水提取态抗生素的含量远小于有机溶剂提取量，在所采集的实际土壤样品中，前者仅为后者的0.3-42%，两者的比值与土壤理化性质、施肥种类和年限有关，目前文献中常用的有机溶剂提取-固相萃取分离的土壤样品前处理方式，易产生低估蔬菜中目标抗生素吸收累积能力或高估土壤中目标抗生素人体健康和生态风险的问题；长期施用农家肥使得乌鲁木齐市效蔬菜基地中目标抗生素检出率高且检出浓度较大；蔬菜能够不同程度累积目标污染物，其中萝卜对三种抗生素均具有较强的累积能力，茄子和上海青对土霉素和四环素的累积能力强，对磺胺甲恶唑的累积能力弱，而香菜对磺胺甲恶唑的累积能力强，对土霉素和四环素的累积能力弱；通风情况、光照强度和粪肥施用年限是影响研究区域土壤抗生素累积的关键因素。本项目的研究结果可为正确评价土壤中目标抗生素的人体健康和生态风险提供方法学基础和数据支持。