不同吸附特性的抗生素对土壤氮矿化的机理研究

抗生素随有机肥进入土壤，已经带来了新的土壤污染生态学问题，并已引起广泛关注。氮矿化是一个十分重要的土壤养分循环转化过程。前期研究显示，抗生素对土壤氮矿化过程的影响程度与其在土壤中的吸附特性密切相关。本项目采用室内好气培养法，根据抗生素吸附特性的不同，研究土霉素、四环素、泰乐菌素、磺胺氯哒嗪与磺胺嘧啶残留对土壤氮矿化过程的影响，并结合氮矿化模型，揭示抗生素残留与土壤氮矿化之间的关系；采用氯仿熏蒸法、BIOLOG碳源利用法、透射电镜等方法，通过土壤微生物结构、活性、功能以及氨化细菌和硝化细菌结构的变化，研究抗生素对土壤微生物毒性的影响；采用PICT和PCR-DGGE方法分别研究抗生素对微生物群落诱导抗性，以及氨化细菌与硝化细菌耐药性基因的影响；深入讨论抗生素吸附特性与土壤氮矿化，土壤微生物毒性、耐药性等方面的关系，揭示抗生素吸附特性对土壤氮矿化作用的影响机理。具有重要的污染生态学意义。

土壤氮矿化是一个微生物调控过程，抗生素作为一种能抑制微生物和其他细胞增殖的物质，在土壤中的残留势必对土壤微生物种群产生作用进而影响土壤氮的矿化过程。我们选取了磺胺嘧啶、磺胺氯哒嗪、土霉素等兽用抗生素作为研究对象，完成了不同吸附特性的抗生素对土壤氮矿化以及土壤微生物的影响机理研究。主要创新性进展包括：（1）阐明了抗生素磺胺嘧啶对土壤氮矿化的显著抑制作用。抑制程度随初始磺胺嘧啶浓度以及停留时间的增大而增大。通过对微生物群落功能多样性、脲酶活性、硝酸还原酶活性、氨化、硝化细菌总量及其活性等的影响研究表明，磺胺嘧啶能够显著抑制土壤氮素矿化相关微生物参数，且抑制作用随其浓度的升高和培养时间的增长而变强。数据分析结果表明，在温度、湿度、土壤环境一致的情况下，土壤微生物群落功能多样性是抗生素影响土壤氮矿化的主要因素。（2）阐明土霉素和磺胺氯哒嗪对希瓦氏菌S12活性的影响。试验结果表明，抗生素能对希瓦氏菌S12的Fe（III）还原和染料降解产生抑制作用。而磺胺氯哒嗪对希瓦氏菌的抑制作用要小于土霉素；这种抑制可能是由于希瓦氏菌数量的减少和细胞结构的损害而引起的。（3）采用T-RFLP及克隆文库等分子生物学方法，对反应体系微生物群落结构进行了分析，初步阐明了抗生素影响土壤氮矿化的微生物学机制。生物统计结果表明，反应体系中都存在芽孢杆菌（Bacillus），杆状产乙酸细菌（Oxobacter）。抗生素的加入有效改变了反应的微生物菌群。其中诱导反硝化菌群（unclassified_Veillonellaceae）在抗生素处理中随时间的增加丰度增大。同时，时间的变化对反应体系微生物群落结构产生明显影响，从而影响氮的矿化。已经发表SCI论文2篇，中文核心1篇，1人次参加国际土壤学会。培养博士研究生1名，硕士研究生1名。还有3篇相关论文中整理之中。