沉水植物修复氟喹诺酮类抗生素污染底泥的研究

With the development of high density aquaculture, a large number of antibiotics that have not been utilized by fish deposited in the sediment. Fluoroquinolone (FQs) antibiotics were detected much often in the sediment from the aquaculture ponds in Shanghai. Submerged macrophytes planting is an economic, environmental friendly and effective ecological restoration technology. At present, the effect and related mechanism of submerged macrophytes restoring the sediment polluted by FQs antibiotic are not clear..Vallisneria spiralis L. and Ceratophyllum demersum L. are selected as the submerged macrophytes in this study. Enrofloxacin is the target pollutants in the sediment. The effects of FQs antibiotics on submerged macrophytes and the absorptive capacity of the plants will be analyzed, to explore the applicable conditions for submerged macrophytes in FQs antibiotics restoration. The physicochemical properties of the water and sediment including FQs antibiotics concentration will be studied, to discuss the migration and transformation of FQs antibiotics with the presence of submerged macrophytes. The related mechanism was studied through material balance analysis, microbial community and antibiotic resistance genes investigation in the rhizosphere. The restoration effect and feasibility evaluation will be analyzed in the outdoor dynamic experiment. This study provides theoretical foundation for the in-situ ecological restoration of the sediment polluted by antibiotics in aquaculture ponds.

随着高密度水产养殖业的发展，大量未被鱼类利用的抗生素沉降到池塘底泥中，氟喹诺酮类(FQs)抗生素是上海地区养殖池塘中检出率较高的一类抗生素。种植沉水植物是一种经济、环保、有效的生态修复技术，目前，国内外有关沉水植物原位修复FQs抗生素污染底泥的效果及机理尚不清楚。.本项目选取苦草和金鱼藻为种植对象，以恩诺沙星为目标污染物；通过分析FQs抗生素对沉水植物的影响及植物的吸收能力，探讨沉水植物修复FQs抗生素污染底泥的潜力及适用条件；分析沉水植物对水体和底泥理化性质的影响及FQs抗生素浓度变化，研究沉水植物对FQs抗生素迁移转化规律的影响；通过物料平衡分析、根区微生物群落及抗生素抗性基因分布特征分析，揭示沉水植物对FQs抗生素污染底泥的修复机理；通过室外动态养殖试验，评估沉水植物对FQs抗生素污染底泥的修复效果及应用的可行性。本研究为水产养殖池塘抗生素污染底泥原位生态修复技术提供理论依据。

氟喹诺酮类(FQs)抗生素是水产养殖池塘底泥中检出率较高的一类抗生素，对环境和人类健康存在较大潜在威胁。研究选取养殖池塘中应用广泛的抗生素恩诺沙星(ENR)及其主要代谢产物环丙沙星(CIP)为目标污染物，通过分析不同浓度恩诺沙星对沉水植物生长及营养物质吸收的影响，探讨沉水植物修复FQs抗生素污染底泥的潜力及适用条件；研究种植于受恩诺沙星污染底泥中的不同沉水植物对水体、底泥理化性质的影响；通过分析间隙水中的氮形态结构及底泥中氮转化功能微生物的群落结构，探讨沉水植物和恩诺沙星对底泥中氮转化过程的影响。.用苦草修复受不同浓度ENR污染的底泥时，低浓度ENR (0.5和1.0 mg/kg DW)促进了苦草的长度生长、N和P的积累，高浓度ENR (5.0 mg/kg DW)抑制了苦草根系的长度生长及叶片对N和P的积累，但苦草的相对生长速率均没有受到抑制。在上述三种浓度下，底泥中ENR的去除率分别为74.7%、32.3%和60.0%。在苦草和ENR共同作用下，底泥中微生物的多样性受ENR的影响很大，但受其浓度影响较小。用不同种类沉水植物修复受ENR污染的底泥时，苦草对上覆水的水质净化效果最好，其生长速率、对营养物质的吸收能力及对底泥中TOC的去除能力均优于金鱼藻和轮叶黑藻。苦草发达的根系对构建底泥中特有的微生物种群起到重要作用，明显提高了根区微生物的丰富度和多样性，而金鱼藻和轮叶黑藻的这种优势并不明显。研究沉水植物和ENR对底泥中氮转化过程的影响发现，苦草会降低底泥间隙水中的总氮和氨氮浓度，且对其根区底泥中的细菌、古菌、好氧氨氧化细菌和反硝化细菌的生长均有一定促进作用，但ENR的存在会削弱这种促进作用。本研究为沉水植物修复受FQs抗生素污染的水产养殖池塘提供了理论依据。