抗生素对土壤环境的污染与植物修复的研究与展望_图文(精)

2021年2月26日发(作者：示)

科技信息

。环保论坛

o 2010

年第

11

期

抗生素对土壤环境的污染与

植物修复的研究与展望

黄盼盼周启星董璐玺

(

南开大学环境科学与工程学院

中国

天津

300071J

【擒耍】抗生素 的环境污染和生态毒性近年来已经引起了国内外的极大关注。

本文是在总结国内外相关研 究的基础上

,

介绍了抗生素在

土壤环境中的污染途径和

残留水平

,

并对抗生素的吸附和降解影响因素进行了阐述。最后重点介绍了植物修

复 抗生素污染土壤的方法

,

并进行

了现状分析和展望。

【关键词】抗生 素

;

土壤

;

植 物修复

0

前言

抗生索是由微生物或高等动物在生活过程中所产生的具有抗病

原体或其它活

性的一类次级代谢产物

,

能干扰其它活细胞的发育功

能。近年 来。抗生素已经成为

全球应用最广泛的药物之一。现有抗生素

已经达到数千种

,

它主要是从微生物的 培

养液中提取的或者用合成、

半合成 方法制造的

…

。抗生素从生物体内排出后

,

大部

分以药物原形的

< p>
形式存在

,

而污水处理厂对抗生索的去除效率不高

,

这就导致

r

『其

极

易污染地表水和地下水。同时 含有大量抗生索的养殖场粪尿进入土壤

后很容易

在土壤中累积

.

从而导致土壤污染。近来

< p>
,

研究人员通过对土

壤 、地表水、大气

,

甚至

地下水的环境监 测。均发现了抗生素残留硒。抗

生素在环境中的污染过程大致 如

图

l

所示。

图

'

抗生素在环境中的污染过程

1

抗生素对土壤环境的污染

1.1

抗生素的种类

环境中的抗生素主要包括

:

四环素类、磺胺类、大环内酯类、氨基

糖苷类、氯

霉素类、

B‘

< br>内酰胺类、青霉素类和多肽类。

四环素类抗生素对畜禽呼吸系统疾病和家禽的细菌性腹泻非常有

效

,

连续低浓

度的投药即有良好的促生长效果

,

同时化学稳定性

,

因而

被广泛使用。磺胺 类为人工

合成的抗菌药

,

有性质稳定、 使用简便等优

点。氨基糖营类抗生索是由氨基糖与氨

基环醇通过氧桥连接『

fii

成的苷

< p>

类抗生素

,

可起杀菌作 用

,

属

f

静止 期杀菌药。安普

霉素是由菌株发酵

而 产生的

,

属于氨基环醇类抗生素

,

多用作饲料添加剂

,

使用最大

13l

。土

霉素是我困应 用最广泛的抗生素之一

,

其用最大且在动物体内有较高

的稳

定性

,

当其随粪肥进入农田后极有可能对土壤微生物产生影响朔。

1.2

抗生素的污染

水平

< p>
抗生素类药物的物理化学性质非常稳定

,

为持久性 污染物

.

容易

在土壤中积累或

被植物吸收

,

进

f

耐差人食物链威胁人体健康舟。每年全

世界至少有

70%

的抗生素

< p>
被用于畜牧和水产养殖业。其中兽用抗生素

的性 质非常稳定

,

很难被动物消化吸收

,< /p>

绝大部分都被排泄到体外

,

动

< p>

物排泄物又会以肥料的形式进入上壤中。

抗生素很容易在环境中累积。相关实验表明

,

磺胺二甲嘧啶、磺胺

塞唑在猪粪

水 中的含量达到

39rag/L

阀。

Ha mseherm-q

筝人做了一系列的研

究

,

测定了

,

兽用抗

生素在土壤中的残留。测定结果表明土壤中四环素

类和氯明环索类的平均残留量

分别是

4 .0mg/kg

、

0.1mg/kg,

土壤中四环

索的最高平均含量是

86 .2/kg(0-10cm

、

198.7

班

g(10_20em

、

171. 7

非

g(20

—

30cm,30em

以下的土壤中没有监测到四环素残

留。< /p>

Herdf%

报道

,

< br>干燥的动物粪便中伊维菌素含量为

18.5mg

?

kg-

’;

猪粪处理

池中

氯四环索含量为

< br>蜗

?

kg--;

液体有机肥料中 四环素和磺胺二甲

嘧啶的含量分别

为

20mg

?

k

一和

40rag

?

kg-I

< p>
。

Bague,

嘴入通过研究也

< br>

发现泰乐菌素和土霉素在饲

养动物的土壤区系中的含量 都超标。

1.3

不同土壤抗生索污染的情况

刁 晓平

r≈

等人通过实验研究了安普霉索对不同土壤环境中对微生

物活动的影

响。研究发现

< p>
:

由于不同地区的土壤肥力的差异性

,

< p>
土壤中

微生物的种类和数量也各

不相同

,

上壤微生物对土壤中残留的抗生素

的敏感性、耐受性也有很大的地区差

别。

表层土壤中抗生素的平均残留量明显高于亚表层士壤

,

不同农田

问表层土 壤与

亚表层土壤中抗生索残留量的相对值也有较大差异。在

< /p>

质地较轻的上壤中

,

亚表层

土壤与表层土壤抗生素残留比值较高

,

抗生

素易下移并积累在亚表层。抗生素在砂

质土壤 中垂直迁移明显高于粘

壤土

.

这可能与土壤对抗生素的吸附能力的不同有

关。

土壤中抗生素的含量不仅与士壤性质有关

,

而且还与作物的种类

有关。不同蔬

< br>菜基地土壤中抗生素的含量分布特征也有明显不同。就

平均总含缱而言

,

其高低次

序均为

:

养殖场菜地

>

无 公害蔬菜基地

>

普通蔬菜基地

>

绿色蔬菜基地

floL

。同时同一

< p>
蔬菜基地种植不同蔬菜时

土壤中抗生素的含量分布特征也有很大差异。

1.4

影响因素

吸附是抗生素在土壤环境中迁移和转化的一个重要环节。吸附反

应可反映抗

生素与土壤相互作用的程度

,

并可预测抗生素在土壤中的

稳定性 。抗生索的吸附迁

移行为与土壤性质有关。粘壤质』

:

壤与砂土

相比

,

有更丰富的粘粒、有机质和氧化

铁

.

因此比砂质土壤对抗生素有

更强的吸附能力

…1

。所以在粘质和壤质上壤中积累

的 抗生素较为稳定

,

不易发生迁移

,< /p>

容易积累

;

而砂质土壤中积累的抗生索有 较高的

流失

潜力

,

很容易污染地表水或地下水阍。

当抗生素浓度较低时

,

土壤对抗生素的同定能力较强

;

当进入土

壤中的抗 生素量

增加时

,

土壤对抗生素同定能力 有所减弱

,

对环境的

危害也会逐渐增强

11-q

。

抗生素在土壤中降解的速率

,

是决定药 物在环境中的持久性、有

效性和危害性

的关键。降解过程包括生物降解、化学降懈和光降解。在

这 个过程中。土壤中微

生物的构成、土壤含水量以及环境条件均会对

抗生素的降解速率产生影响。土壤

中抗生素降解速率常数与 有机质、

氧化铁、

CEC

< p>
和粘粒含量壁反比。

t

壤有机质、

氧化铁、

CEC

、粘粒含量

越高

.

抗生素在上壤中的降解速率越小

,

在土壤中越稳定

”

< br>

目。土壤湿度

< p>
也是影响抗生索在土壤中降解的重要因索

,

通过改 变

t

壤的孔隙度、

< br>氧化还原电位、抗生索的溶解性以及抗生素和上壤的吸附作用等对抗

< p>
生素的降解

产生影响

im

。光照和微生物足上壤中抗生索降解的另一重

要因素。经过光 照后土

壤中抗生索的降解量会明显增加

,

土壤经过灭

菌处理后

r,Cq

砰速度会明显减慢。研

究表明光照对抗生素降解的影响相

< p>

对于微生物降解来说

,

其影响相对较强旧。

2

植物修复

2.1

植物修复的意义

植物修复是利用绿色植物和微生物来富集或分解污染物

,

以达到

清除污染、修

复或治理的 目的㈣。因为抗生素在土壤中光解和水解的

作用效果相对有限 Ⅱ过程

漫长

.

相比于植物修复和微生物 修复有着明

显的不足。植物修复主要包括植物对抗

< p>
生索的直接吸收和降解、根系

分泌物以及土壤微 生物对抗生索的降解等因素的综

合作用嘲。

植物修复是一种很有潜力、正在探索中的绿色技术。它具有修复

范围广、成

本低

.

不引起

—

二次污染、被修复土壤的有机质含量增加等优

点。这种技术首先在

修复有机物和重金属 污染的水体及土壤上使用。

2010

年第

11

期

。环保论坛。

科技信

■

并 已经显现出了卓越的成效

,

已被证明是可靠的、相对安全的技术 。但

是植物

修复周期长、对污染物修 复的普适性差、对土壤的结构、水分、

盐度、气候等条

件有一定的要求

,

从而在一定程度上限制了植 物修复

的发展。尽管如此

,

植物修复依

旧有着广阔的发展空间。期待着更多的

环境工作者去探索和研究。

2.2

植物修复的展望

抗生素植物修复技术属于一个全新的研究领域。超富集性能植物

的筛选是植

物修复技术的关键和核心。目前的研究多集中于用菜 一植

物来修复特定污染的土

壤。由于 土壤类型不同、污染物种类不同

,

用于

修复的植物种类也不同。这和某些

重金属超累积植物和对污染物贿

一定 特异降解功能的植物一样㈣

,

用于抗生素植物

< br>修复技术的植物也

应该是一类具有一定特异功能的植物 。由于现在的大部分污染

都属于

复合 污染

,

今后的研究可以尝试着将转基因技术应用于植物培养中< /p>

,

筛选出能

同时吸收多种污染物的植物 。努力使植物修复变为普适性的

技术。

相信通过更深入的研究

,

植物修复将成为解决土壤中抗生素污染

最优势的方法。

12

'-

【参考文献】

[1]

王丽平

.

典璎外源抗生索在土壤中的转归及其与土壤微 生物多样性的相互作

用和机理研究【

Dl,

浙江大学。

2008.

[2]

孔维栋

,

朱永官

.

抗生素类兽药对植物和土壤微生物的生态毒理学效应研究

进

展

m

生态毒 理学报

,2007,2(1.

[3]

刁晓平

,

孙英健

,

孙振钧

,

沈建忠

.

安普霉素对不同土壤中微生物活动的影响田

.

生态环 境。

2004.13(4:565

—

5 68.

[4]

王丽平

,

章明奎

.

土霉素污染对土壤生物学性质影响的初步研 究

.

农业环境科

学学报Ⅱ

12009,28('/:1434

—

< p>
1438.

[5]

曹卫东

,

王旭

,

刘传平

,

封朝晖

,

刺红芳。李芳柏

.

当前部分有机肥料中的持久性

< p>
有机污染问题【

J

】

.< /p>

土壤肥料

,2006(2.

[-Bruhn,M_0,s of pig slurry Oil the sorption of Stdfonamide

Antibiotics in soil

明

.Archives 0f Environmental Contamination and Toxicology,47: 3l

—

39f2004.