畜禽粪便中有机质与抗生素的结合特征及其对土壤吸附的影响

由于抗生素药物及其代谢产物对生态及环境的威胁，有关抗生素的监测和环境行为研究已逐渐成为关注的热点。现代畜禽养殖业大量使用兽药抗生素，因此关于畜禽粪便中抗生素的残留特征、环境行为及其影响因素值得我们重点研究。由于饲料类型和代谢方式的不同，不同畜禽类型所排放的粪便中有机质组成及结构存在差异。本项目针对粪便中大量的水溶性及非水溶性有机质，拟采用粒径分级方法，通过研究不同畜禽粪便中各级分有机质排放与抗生素结合的规律和特征，掌握各典型畜禽粪便排放抗生素的特点及环境污染风险，同时通过研究不同粪便有机质组成及结构对土壤吸附抗生素的影响及机理，探讨并掌握畜禽粪便施入土壤后对环境中金霉素和磺胺间氧嘧啶吸附行为的影响机制，以期为合理施用畜禽粪便、有效降低污染土壤的污染风险提供科学依据。

由于抗生素药物及其代谢产物对生态及环境的威胁，有关抗生素的监测和环境行为研究已逐渐成为关注的热点。但我国有关畜禽养殖过程中抗生素的残留及其环境行为的研究还相对缺乏。本项目以典型兽药抗生素为研究目标，系统建立并优化了同时分析畜禽粪便中14种抗生素的固相萃取-高效液相色谱方法，在此基础上，分析了不同类型禽粪便中各种兽药抗生素以及有机质的残留规律和特征，探讨了典型养殖区域畜禽粪便抗生素的区域生态污染风险，最后，重点探究了畜禽粪便及其堆肥中溶解性有机物（DOM）对兽药抗生素在土壤中吸附行为的影响。研究取得如下主要结论：.建立并优化了畜禽粪便中14种四环素、磺胺、氟喹诺酮和大环内酯类抗生素的萃取、固相富集、净化以及高效液相色谱分离和检测条件。以1%乙酸（pH 2.6）作为流动相，在270 nm的检测波长下，14种抗生素均能达到基线分离。3倍信噪比下，四环素、磺胺、氟喹诺酮和大环内酯类抗生素的检出限分别为35~90、12~28、9~17及19 μg/kg。.在粪便样品中，不同兽药抗生素的检出率在7.4％~57.4％之间，残留率浓度差异较大，四环素类、磺胺类、氟喹诺酮类和大环内酯类抗生素的平均残留含量分别为5.12~10.65、0.36~1.25、0.42~4.63和0.43 mg•kg-1。研究区域畜禽粪便主要抗生素残留的土壤生态风险以土霉素的风险比值最大，达到81.38。不同畜禽粪便样品中有机质含量及光谱学结构特征具有明显差异，新鲜猪粪和牛粪DOM分子聚合体直径较小，均呈扁平的球状结构；堆肥后DOM分子产生聚合，其中猪粪堆肥DOM中形成了一些较大的海绵状结构，类酪氨酸和类色氨酸物质大量降解，生成类腐殖酸物质。猪粪DOM中小分子量组分比例(MW<1000Da)显著减小，大分子量组分(MW>14000Da)比例相对增加，而牛粪中1000<MW<7000Da和7000<MW<14000Da组分比例相对增加。.在畜禽粪便DOM影响下，金霉素在土壤上的吸附表现为非线性。原始猪粪及其堆肥中DOM对土壤吸附金霉素均有抑制作用，并且猪粪DOM对金霉素吸附的抑制影响比堆肥DOM强。对诺氟沙星在土壤上吸附的抑制作用从弱到强依次为：猪粪DOM<堆肥猪粪DOM<牛粪DOM≈堆肥牛粪DOM。堆肥处理可以减弱畜禽粪便DOM对土壤吸附抗生素的抑制作用，从而降低粪便中残留抗生素环境迁移风险。