磺胺类抗生素在生物-土壤系统中的行为归趋与影响机制

With a wide range of medical and veterinary use of antibiotics, antibiotic residues in the soil environment become an emerging environmental issue with increasing public concerns and costs in every country. In this study, using the typical terrestrial plants and earthworms, specially designed rhizospheric bags (incubated bags) and rhizo-boxes (incubated boxes), and solo and joint simulating stress, the change of fate of sulfonamides (SAs) in organism-soil system with time and the change of fate of SAs in microenvironment organism-soil system with time and space were investigated. Moreover, the biochemical properties of soil, microbial communities, and root-exudates were tested to reveal the impact mechanisms and factors of fate of SAs. In addition, the fate of SAs under solo stress was compared with the fate of SAs under joint stress to interpret the solo and joint effects of SAs on fate and impact mechanisms, respectively. Information about the fate of SAs in general soil, microenvironment soil and organisms (under solo/joint stress) and the effects of impact factors on their behaviors is essential to uderstand how SA concentrations and associated ecosystem and human health risks change.

随着抗生素在医疗养殖业的大量生产使用，土壤中抗生素的污染已成为日益突出的环境问题。针对这一现状，本项目以典型土壤模式植物和动物为受试生物，以磺胺类抗生素为研究对象，利用自制根际（培养）袋、多隔层根（培养）箱，结合单一及二元复合的方式，开展生物-总体土壤系统中抗生素的归趋随培养时间的动态变化，微环境土壤（根际或蚯蚓周边）中抗生素的归趋随培养时间的动态变化及在土壤多界面空间的变化等研究。并通过对土壤生化性质，微生物群落，根系分泌物的测定，揭示磺胺类抗生素在生物-土壤中行为归趋的影响因素及机制。同时，经过深入分析比较单一及复合污染条件下，抗生素的行为归趋与影响机制的异同，从而阐明磺胺类抗生素单一与复合条件下各自的归趋特征与影响机制。其研究结果能够从总体土壤、微环境土壤和生物体三方面，并从单一、复合二层面对磺胺类抗生素的行为归趋及影响因素进行阐释，最终为保障生态安全和人体健康提供科学依据。

为了探明磺胺类抗生素在土壤-生物系统中的行为归趋与影响机制，通过实验室人工控制实验，结合单一及二元复合的方式，分别开展了总体土壤/微环境土壤-生物系统中抗生素的归趋随培养时间的动态变化及在土壤多界面空间变化的研究，并对相应的影响机制进行探讨，结果显示：无论是在生物-总体土壤迁移转化实验中，还是在生物-微环境土壤迁移转化实验中，均发现了磺胺类抗生素对生物在生化水平上的毒性效应，虽然三种生物对各染毒组的反应不同，但是各复合处理组与单一处理组相较，反应程度增强，均并未产生两倍剂量的效应。. 磺胺类抗生素在生物-总体土壤系统中的迁移转化趋势与其在生物-微环境土壤系统中的迁移转化趋势基本一致，但是在不同的生物培养系统中有较大差异，首先磺胺类抗生素易于在油菜根中蓄积，而在油菜地上部分含量较低，而在辣椒地上部分的抗生素含量，却显著高于辣椒根部的，而三种抗生素在蚯蚓体内的含量均较高，蚯蚓对三种抗生素均较易吸收，并且随着染毒时间的延长，三种生物中抗生素含量均降低。再者生物的培养大大提高了其在土壤中的消解，而复合处理组土壤中抗生素的浓度比相应的单一处理组要高。并且随着染毒时间的延长，各处理组相应的抗生素含量均降低。同时，磺胺类抗生素在生物-微环境实验中的油菜、辣椒根际土以及蚯蚓培养中心土中的消解程度最为显著，表明抗生素易于在植物根际区或动物培养中心区消解。而各抗生素单一及复合条件下在植物-微环境土壤系统各分区中的含量顺序均为R<NR1<NR2<NB1<NB2<B，在蚯蚓-微环境土壤系统各分区中的含量顺序为Centre<NC<NB<B。. 生物-总体土壤迁移转化实验与生物-微环境土壤迁移转化实验研究均显示土壤中的脱氢酶与过氧化氢酶等酶活性，细菌等微生物群落以及总糖含量等根系分泌物的量均与土壤中磺胺类抗生素的迁移、转化与消解有密切关系。同时，各复合处理组与单一处理组相较，虽然反应程度较强，但均并未产生等倍剂量的效应。