抗生素对土壤中氮循环的影响及其环境效应研究

本项目针对农田抗生素的污染现状，选择两种典型的抗生素（四环素和磺胺）、土壤微生物（硝化细菌等功能微生物）为研究对象，以抗生素的风险评估为指导，以"土壤－抗生素－生物－生态风险"为研究主线，通过实验室模拟、与野外Lysimeter试验，利用同位素示踪技术、DNA指纹技术和Biolog等先进方法，结合传统土壤学技术，基于农田土壤氮循环，开展农田土壤中抗生素风险预测研究。重点通过室内培养和野外模拟的方法研究土壤中抗生素对土壤中氮素循环的影响机制。结合Biolog和PCR-DGGE分析抗生素对土壤微生物多样性的影响，基于功能微生物硝化细菌的培养研究抗生素对微生物活性的影响。明确农田土壤抗生素污染生态过程，建立基于氮循环的农田土壤污染生态风险评估方法，为农田土壤污染诊断评价、土壤环境质量基准制定和风险管理提供理论、方法和途径。

本项目针对农田抗生素的污染现状，选择两种典型的抗生素（四环素和磺胺）、以抗生素的风险评估为指导，以“土壤－抗生素－生物－生态风险”为研究主线，通过实验室模拟、与野外Lysimeter试验，利用HPLC-MS，ESR，EXAFS等先进方法，结合传统土壤学技术，基于农田土壤氮循环，开展农田土壤中抗生素风险预测研究。通过室内培养试验，研究了四环素对乌栅土中氮硝化作用的影响。研究发现四环素的存在显著影响了氮的硝化作用，低浓度条件下，四环素的存在显著增加了氮的硝化率，而高浓度条件下则抑制了氮的硝化率。铜的存在则降低了氮的硝化率。当四环素与铜共存时，它们表现为协同作用，降低了氮的硝化率。探究了四环素在土壤和土壤溶液中的降解过程，考察了紫外光功率、TiO2的浓度、四环素浓度、pH、H2O2、有机质和共存阳离子等因素对四环素光解过程的影响机制。紫外光下反应60 min后，可去除95%的TC和60%的TOC。用流动注射仪分析了溶液中NH4+浓度的变化。运用电子顺磁共振波谱仪（ESR）技术，测定了不同抑制剂条件下的自由基变化过程；结合自由基捕获实验，发现氢和羟基自由基均参与了TC的光催化降解反应。发光菌（明亮发光菌T3小种）的毒性评价实验表明，在辐照20 min后，毒性增至最大，继续延长辐照时间，毒性缓慢降低。运用液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）技术分析了TC的光催化降解产物，产物主要来自于电子转移和羟基化反应，推测了TC可能的光催化降解反应路径。总之，按照申请书的研究计划，系统研究了抗生素的环境风险，各项工作顺利开展，已经发表论文5篇，其中SCI论文4篇，基本完成了项目设定的研究目标。本工作的完成初步揭示了抗生素在土壤环境中的行为，丰富了土壤化学研究内容，为土壤抗生素污染诊断评价和土壤环境质量基准制定提供理论、方法和途径。