土壤中土霉素对12种农作物幼苗毒性阈值研究
6种蔬菜对施用含砷禽畜粪土壤中砷的吸收
2008年 第3卷 生态毒理学报Vol.3, 2008 第3期, 300−306Asian Journal ofEcotoxicologyNo.3, 300−306收稿日期: 2008-03-26 录用日期: 2008-04-30 基金项目: 广东省科技攻关项目(No. 2005B20801008)6种蔬菜对施用含砷禽畜粪土壤中砷的吸收姚丽贤*，李国良，何兆桓，周昌敏，杨苞梅广东省农业科学院土壤肥料研究所 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室，广州 510640摘要：由于现代集约化养殖业普遍使用有机胂制剂，禽畜粪中往往含有一定的砷(As). 在水稻土中分别以2%和4% (w/w)比例施入含As 鸡粪和猪粪及无机肥(N ：0.2g·kg −1；P 2O 5；0.1g·kg −1；K 2O ：0.15g·kg −1(以干土计))，以不施肥为对照进行菜心、小白菜、油麦、茼蒿、苋菜和通菜6种蔬菜盆栽试验，研究比较含As 禽畜粪施入土壤后蔬菜对土壤中As 的吸收累积情况. 结果表明，1) 整体上施用鸡粪处理蔬菜生物量高于无机肥处理，而施用猪粪处理除通菜外5种蔬菜生物量均低于无机肥处理. 2) 施肥可降低除通菜外的5种蔬菜As 含量，而施用鸡、猪粪可显著提高通菜As 含量. 3) 菜心、小白菜、油麦和茼蒿地上部As 含量与其生物量呈显著负相关(p <0.05, p <0.01)；苋菜也表现为负相关，但未达到显著；通菜则表现为显著正相关(p <0.01). 4) 菜心、小白菜、油麦和茼蒿As 吸收量整体表现为施用鸡粪>无机肥>猪粪≈不施肥；苋菜表现为无机肥>不施肥>鸡、猪粪；通菜则表现为鸡、猪粪>无机肥≈不施肥. 整体上通菜As 吸收量高于其他5种蔬菜. 5) 施肥可降低除通菜外5种蔬菜As 吸收系数，而施用鸡、猪粪可显著提高通菜As 吸收系数. 建议含As 禽畜粪在通菜上尽量少施. 关键词：鸡粪；猪粪；蔬菜；砷；植物有效性文章编号：1673-5897(2008)3-300-07 中图分类号：X171.3 文献标识码：AAs Uptake by Six Vegetables Grown in Paddy Soil Applied Animal Manures Containing AsYAO Li-xian *, LI Guo-liang, HE Zhao-huan, ZHOU Chang-min, YANG Bao-meiGuangdong Key Laboratory of Nutrient Cycling and Farmland Conservation, Soil and Fertilizer Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640Received 17 December 2007 accepted 16 January 2008Abstract : Since organic arsenic additives are commonly used in modern intensive poultry and livestock production, animal manure often contains arsenic (As). In order to investigate the As uptake by vegetables grown in soil spiked with animal manures containing As, 6 vegetables, including flowering Chinese cabbage, Chinese cabbage, lettuce, crown daisy, amaranth and water spinach were used to conduct a pot experiment in paddy soil applied 2% and 4% (w/w) chicken manure (CM1, CM2), pig manure (PM1, PM2) containing As and inorganic fertilizer (IF, N ：0.2g·kg −1；P 2O 5：0.1g·kg −1; K 2O ：0.15g·kg −1), respectively. Soil without any fertilizer was included as the control (CK). Results showed that, 1) Generally, application of the CM increased vegetable yields, while the PM decreased them except for water spinach, as compared with the IF treatment. 2) The As concentrations in the 5 vegetables except water spinach were decreased by fertilization, and the two manures increased the As concentrations in water spinach. 3) The As concentrations in flowering Chinese cabbage, Chinese cabbage, lettuce and crown daisy had significant negative correlations with their biomass (p <0.05, p <0.01); amaranth had negative but not significant correlation with its biomass; water spinach had significant positive correlation with its biomass (p <0.01). 4) As uptake rates in flowering Chinese cabbage, Chinese cabbage, lettuce and crown daisy decreased in the order CM>IF>PM ≈CK, and those in crown daisy were IF>CK>CM, PM, while those in water spinach were CM, PM>IF ≈CK. 5) Fertilization could decrease As uptake coefficients of vegetables except water spinach. And the two manures could significantly increase As uptake rates and uptake coefficients of water spinach. Therefore, animal manures containing As should not be heavily applied to water spinach.Keywords : chicken manure; pig manure; vegetable; As; phytoavailability第3期姚丽贤等: 6种蔬菜对施用含砷禽畜粪土壤中砷的吸收3011引言(Introduction)有机胂制剂对禽畜具有促生长和抗虫作用，在现代集约化养殖业中被广泛使用. 禽畜日粮中有机胂制剂添加量通常在50~100mg·kg−1之间(李银生等，2003；李铁军等，1996). 然而，禽畜对有机胂的吸收率很低，绝大部分有机胂随粪尿排出(Morrison, 1969；Overby et al., 1965). 研究表明，禽畜粪中As含量在未测出至315.1mg·kg−1之间(Jackson et al., 2003；Kingery et al., 1994；Nicholson et al., 1999；Cang et al., 2004；刘荣乐等，2005；张树清等，2005；姚丽贤等，2006). 由于国内养殖业存在有机胂制剂超量滥用现象，因此禽畜粪中也存在As超标现象(刘荣乐等，2005；姚丽贤等，2006). 禽畜粪通常作为肥料施入农田，其用量一直按传统用量或含氮量来计算. 由于近年来考虑到磷污染发生的危险，有研究指出应按其含磷量来计算其用量(Eghball, 2002). 然而，目前在禽畜粪的合理安全施用研究中，考虑到禽畜粪中As含量的研究尚不多见，关于含As禽畜粪施入土壤后As对作物的有效性研究则更少. 本文对施用含As鸡粪和猪粪土壤中不同品种蔬菜对As的吸收累积能力进行了研究，以期为禽畜粪的合理安全施用提供理论依据.2材料与方法(Materials and methods)2.1 供试土壤供试土壤采自广州市番禺区水稻-蔬菜轮作水稻田，为三角洲冲积物发育而成. 土壤经风干、磨碎、过2mm筛作盆栽试验用. 水稻土为壤质粘土，pH 6.77，阳离子代换量13.71cmol·kg−1，有机质23.9g·kg−1，碱解N 74.2mg·kg−1，有效P 63.2mg·kg−1，速效K 161.7mg·kg−1，总As 33.1mg·kg−1.2.2 供试禽畜粪和无机肥料供试鸡粪和猪粪均采自广东省惠州市集约化养殖场. 鸡粪全N、P、K分别为19.0、5.9、8.1g·kg−1，有机质含量为63.56%，As含量为32.0mg·kg−1，总盐分含量为36.5g·kg−1. 风干猪粪全N、P、K分别为24.0、9.1、8.5g·kg−1，有机质含量为59.34%，As含量为31.8mg·kg−1，总盐分含量为22.1g·kg−1. 另外，将鸡粪和猪粪送至广州市农业标准与监测中心，采用GB/T5009.116-2003法及农业部颁标准分别测定四环素、土霉素、金霉素和喹乙醇含量，结果均为未检出. 供试无机肥为尿素、磷二铵、氯化钾，As 含量分别为0.05、14.07、0.03mg·kg−1.2.3 供试蔬菜品种蔬菜种子均购自广州市蔬菜研究所. 供试菜心品种为特青迟心4号(Brassica parachinensis L. H. Bariley)，小白菜为矮脚束腰青江白(Brassica chinensis Linn)，油麦为快大型805(Lactuca sativa L.)，茼蒿为大叶茼蒿(Chrysanthemum coronarium Linn)，苋菜为大红苋菜(Amaranthus tricolor Linn)，通菜为青梗柳叶通菜(Ipomoea aquatica Forsk). 以上品种均为广东蔬菜主栽品种.2.4 试验方法由于不同品种蔬菜生长季节不同，试验分两批在本所网室进行. 第一批为菜心、小白菜、油麦和茼蒿，第二批为苋菜和通菜. 每种蔬菜设6组处理，塑料盆装土7kg，分别施入质量比为2%和4%的鸡粪(CM1、CM2)和猪粪(PM1、PM2)、无机肥(IF，N：0.2g·kg−1；P2O5：0.1g·kg−1；K2O：0.15g·kg−1(以干土计))，同时设不施肥的对照(CK). 每个处理4次重复. 土壤分别与各种肥料充分混匀后装盆，加入去离子水至田间持水量的70%，土壤平衡2周，然后播入各种蔬菜种子. 菜心、小白菜、油麦和茼蒿在2005年12月29日播种，苋菜和通菜在2006年3月9日播种. 在种子出苗后间苗，菜心每盆保留5株，小白菜、油麦和茼蒿各3株，苋菜和通菜各7株.2.5 采样和分析每种蔬菜均在成熟期收获. 菜心与小白菜在2006年2月22日收获，油麦与茼蒿在3月3日收获，苋菜和通菜在4月28日收获. 收获时分别收取地上部和根系，称鲜重，然后烘干、粉碎待用. 收获植株后马上采集土壤样本，风干、磨碎、过筛后待用. 植株As含量采用氢化物-原子荧光光度法(GB/T5009.11-2003)测定，土壤As含量采用氢化物-非色散原子荧光法测定. 植株和土壤样本的测定分别用标准物质GBW07602和GBW-07408进行质量控制. 所用原子荧光分光光度计为北京吉天仪器有限公司AFS930型产品.2.6 数据处理蔬菜As吸收量和As吸收系数采用如下公式计算：蔬菜As吸收量＝蔬菜干重As含量×蔬菜干重生物量 (1) 蔬菜As吸收系数＝蔬菜鲜样As含量/收获时土壤As含量(2)302 生态毒理学报第3卷试验数据用Excel进行整理分析，用SAS(1989～1996 by SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)软件进行LSD统计，用SPSS软件(1989～1999 by SPSS Inc., Chicago, USA)进行相关分析.3结果与分析(Results and analysis)3.1 蔬菜生物量6种蔬菜不同处理地上部生物量(鲜重)如表1所示. 从表1看出，除茼蒿和苋菜CM2处理外，施用鸡粪组蔬菜生物量均高于无机肥组. 这是由于鸡粪处理带入土壤的氮磷钾等养分量明显大于无机肥所致. 但是，虽然猪粪养分含量高于鸡粪，但施用猪粪组除通菜外5种蔬菜生物量均低于无机肥组，5种蔬菜PM2组生物量与CK相当甚至更低，这可能与猪粪中某些组分对蔬菜生长的抑制有关. 禽畜粪除含有氮磷钾等养分外，还含有较高含量的盐分(姚丽贤等，2006). 前期试验表明，连续施用鸡粪可导致土壤次生盐渍化而明显降低菜心生物量(姚丽贤等，2007). 然而，本试验仅进行一茬，所用鸡粪和猪粪盐分含量在禽畜粪中含量并不算高，而且猪粪含盐量低于鸡粪，这表明本试验中盐分并不是施用猪粪造成蔬菜生物量下降的主要原因. 有文献指出禽畜粪中通常含有抗氧化剂、霉菌抑制剂、抗生素等有机物质(张树清等，2005；Gupta et al., 2005；莫测辉等，2005)，而这些物质对土壤多数微生物具有毒性，连续施用对土壤质量有负面影响(Plaza et al., 2004)，从而抑制作物生长. 本试验所用鸡粪和猪粪中四环素、土霉素、金霉素和喹乙醇含量均未检出，因此，施用猪粪导致蔬菜生物量下降可能由其它未知组分造成，尚有待进一步研究. 通菜与其他5种蔬菜有较大差别. PM组通菜生物量显著高于CM组和IF组，这主要是由于猪粪中氮磷钾等养分含量较高所致. 通菜两个鸡粪组生物量极为接近，均显著高于IF组，后者则与CK没有显著差异.3.2 蔬菜As含量6种蔬菜不同处理地上部As含量(鲜重)见图1. 6种蔬菜不同处理地上部As含量均未超过我国食品As限量标准(GB2762-2005). 对蔬菜地上部As含量进行两因素方差分析，蔬菜品种、施肥处理及两者间交互作用均对地上部As含量有极显著影响(p<0.0001). 整体而言施肥可降低除通菜外的5种蔬菜As含量. 对于通菜，除IF组As含量与CK没有明显差异外，施用鸡粪和猪粪均显著提高了通菜As 含量.3.3 蔬菜地上部As含量与地上部生物量的关系由于施肥可明显提高作物生物量，对作物植株内含物含量有很大影响，因此对不同品种蔬菜地上部鲜重及As含量的关系进行了探讨. 从图2看出，菜心、小白菜、油麦、茼蒿As含量与生物量均具有显著负相关关系(p<0.05, p<0.01)，苋菜也表现为负相关，但未达到显著(p>0.05)，通菜则表现为显著正相关(p<0.01).蔬菜地上部As含量与生物量之间的关系，可以很大程度上解释图1中施肥后蔬菜(除通菜外)As含量降低的现象. 施肥提高了蔬菜生物量，生物量的增长速度超过As的吸收速度，对蔬菜As含量产生了稀释作用，导致As含量下降. 部分处理(如菜心和小白菜的PM2处理)生物量下降，由于生物量的浓缩作用(生物量的增长速度低于As的吸收速度)而导致As含量仍然较高(图1). 尽管鸡粪、猪粪和无机肥均可将部分As带入土壤，但对除通菜外的5种蔬表16种蔬菜不同处理地上部生物量(鲜重)Table 1 Biomass of the above-ground parts of six vegetables in various treatments (Fresh weight)地上部生物量/(g·pot−1)处理菜心小白菜油麦茼蒿苋菜通菜CK 9.8±3.7de 13.3±5.3d 33.7±2.5d 58.5±13.8cd 52.0±3.1d 55.4±4.1d IF 49.3±16.1c 47.2±7.9c 144.8±12.0b 135.7±9.1a 92.0±5.3b 65.7±6.1d CM1 79.0±7.6b 96.3±14.5b 223.5±7.8a 134.2±12.3a 110.1±8.6a 94.0±10.0c CM2 106.4±35.6a 164.5±25.7a 134.0±26.4b 62.3±3.9c 59.9±3.4d 93.9±15.9c PM1 22.5±4.5d 21.1±5.27d 76.4±9.4c 81.7±7.8b 52.5±7.3d 114-.8±8.7b PM2 4.8±2.4e 7.15±1.4d 34.2±5.2d 45.4±13.1d 71.0±6.3c 139.9±18.1a 注：同列中字母相同表示差异不显著(p>0.05)；字母不同表示差异显著(p<0.05)第3期姚丽贤等: 6种蔬菜对施用含砷禽畜粪土壤中砷的吸收303图16种蔬菜不同处理地上部As含量(同一蔬菜相同字母表示差异不显著(p>0.05)，不同字母表示差异显著(p<0.05))Fig.1 As concentrations in the above-ground parts of six vegetables in various treatments(Bars with different letters of the same vegetable are significantly different (p<0.05))图26种蔬菜地上部As含量与地上部生物量(鲜重)的关系Fig.2 Correlation between As concentration and biomass of the above-ground parts of six vegetables304 生态毒理学报第3卷菜As含量而言，生物量的稀释或浓缩作用仍可能起主导作用.与其他5种蔬菜不同，通菜As含量与生物量呈正相关，这可能与蔬菜本身生理特性有关. 施用鸡、猪粪比无机肥带入更多的养分而提高了生物量，其带入土壤的As可能也容易被通菜吸收而累积. 因此，在通菜生产中应避免连续施用或一次性大量施用含As禽畜粪肥.3.4 蔬菜As吸收量6种蔬菜不同处理地上部As吸收量如图3所示. 菜心、小白菜、油麦和茼蒿不同处理As吸收量整体表现为施用鸡粪>无机肥>猪粪≈不施肥；苋菜表现为无机肥>不施肥>鸡、猪粪；而对于通菜，则表现为鸡、猪粪>无机肥≈不施肥. 整体而言，通菜As 吸收量远高于其他5种蔬菜. 这是由于施入鸡粪和猪粪不仅可以提高通菜生物量(表1)，而且可以提高通菜As含量(图1)，而其他5种蔬菜生物量与其As 含量具有负相关关系(图2)，因此，通菜As吸收量相对较大.3.5 蔬菜As吸收系数由于不同品种蔬菜生长特性不同，因此对As 的吸收能力也有较大差别. 其中，以通菜As吸收系数最高，达到0.0030，显著高于其它5种蔬菜，其他5种蔬菜吸收系数在0.0016~0.0021之间，彼此间差别不大(图4). 从同一品种蔬菜不同处理来看，施肥可降低除通菜外5种蔬菜的吸收系数. 对于通菜，IF处理吸收系数显著低于CK，而CM、PM处理均显著提高了通菜对As的吸收能力，而且用量增加有提高通菜吸收As能力的趋势.4 讨论(Discussion)本试验结果显示，菜心、小白菜、油麦、茼蒿和苋菜生物量与其As含量具有负相关关系，通菜则表现为显著正相关关系，而且通菜As吸收系数显著高于其它5种蔬菜，这可能与6种蔬菜的根系结构有关. 菜心、小白菜、油麦、苋菜为主根系作物，根系小且浅，对粪肥中抑制生长物质的适应能力较弱，而通菜为根系发达的须根系作物，须根白且长，对有毒有害物质的适应能力较强. 对于同为须根系作物的茼蒿则没有表现出类似规律，这可能与两种蔬菜的宜栽季节有关. 茼蒿的宜栽季节为冬季，而通菜为春夏季节，茼蒿在生长期受到粪肥的抑制作用可能明显大于通菜. 收获时观察发现，通菜的不定根比茼蒿的更粗更长，根系更为发达且深，对环境胁迫的适应能力相对更强. 而且，植物对As的吸收是一个被动过程(Kabata-Pendias et al., 1991)，因此，不同的根系结构可能是造成6种蔬菜间As含量与其生物量的相关关系及As吸收系数差异的主要原因之一.本试验结果对重金属污染土壤中的作物安全生产和植物修复也有一定的启发意义. 菜心、小白菜、图36种蔬菜不同处理地上部As吸收量(同一蔬菜相同字母表示差异不显著(p>0.05)，不同字母表示差异显著(p<0.05))Fig.3 As uptake rates of the above-ground parts of six vegetables in various treatments (Bars with different letters of the same vegetable are significantly different (p<0.05))第3期姚丽贤等: 6种蔬菜对施用含砷禽畜粪土壤中砷的吸收 305图4 6种蔬菜不同处理As 吸收系数(同一蔬菜相同字母表示差异并不显著(p >0.05)，不同字母表示差异显著(p <0.05))Fig.4 As uptake coefficients of six vegetables in various treatments(Bars with different letters of the same vegetable are significantly different (p <0.05))油麦、茼蒿和苋菜5种蔬菜As 含量由于生物量的稀释作用而导致As 含量下降，但随蔬菜收获带走的总As 量却明显提高(图3). 因此，在生产中可采用平衡施肥或喷施叶面肥等多种农艺措施以获得蔬菜最高生物量，既可降低当茬蔬菜重金属含量，保证蔬菜的食用安全，经过较长时间的作物生产，还可达到重金属污染土壤植物修复的长远目标.另外，本研究所用鸡粪和猪粪的As 含量非常接近，而且与供试土壤As 含量相当，因此，蔬菜吸收的As 既来自土壤也来自鸡粪和猪粪，本研究结果并不能确切区别两种来源As 对蔬菜的有效性. 通过在饲料生产时对添加的有机胂制剂进行As 同位素标记，才能明确含As 禽畜粪中As 进入土壤后对作物的有效性，这需要进行更多的研究.通讯作者简介：姚丽贤(1971—)，女，硕士，副研究员，主要从事施肥与生态环境关系研究.ReferencesCang L ，Wang Y J ，Zhou D M ，Dong Y H. 2004. 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土壤中蒽、菲、芘对小麦种子的生态毒性效应
中 图 分 类 号 ： １ １５ Ｘ ７ ． 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ４７ ５ （０ ８０ —０ ３０ １０ —０ ０２ ０ ）１０ １ —３
引 言
道【 。本实验 以蒽、 芘为供试材料 ， ５ ］ 菲、 通过小麦种 子 的萌发试 验 ， 研究 ｓ 的生 态 毒 性 Ｊ 污染 特 和 性， 从而为 ｓ 污染土壤的植物修复和生态风 险
评价 提供理 论依据 。
的发芽率、 根伸长抑制率、 发芽指数、 芽长和根个数。
发芽率 ＝（ 发芽种 子数 总种子数 ） ０ ％ ×１０ 根 伸长抑 制率 ＝［对照种 子平均根 长 一处 理种 （ 子平 均根长 ） 寸 照种子 平均根 长 ］ ０ ％ ×１０
１ 材 料 和 方法
１ １ 供 试材 料 ．
发芽指数 ＝（ 处理种子发芽率 ×处理种子平均 根长） （ ／对照种子发芽率 × 对照种子平均根长） 根 长 的测 定 ： 轴 与根 之 间 的过 渡 点开 始 到根 胚
末端 的长度 。 芽 长 的测定 ： 轴 与芽 之 间的过 渡 点开 始到 芽 胚 ．
放， 使农用 环 境 中 的多 环 芳 烃 污 染 日益 突 出 ， 成 造 ｓ 土壤 环境 中高度 富集 … 。此外 ， 在 由于 积［ｌ污染地 下水 和农 作物 ， 而危及 人类健 康 。 ２， 进 国内外学者 对 ｓ 的环境 行为 已有 大量 的研 究 ［４， 是 有 关 ３ｌ ， 但 ｓ 物 毒性 的研 究 却 鲜 有 报 植 ｓ
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第２ 卷第 １ ８ 期
２ ０ 年 ２月 ０８
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三种土壤中土霉素浸提方法的比较研究
三种土壤中土霉素浸提方法的比较研究余强;鲍艳宇;李艳梅;周启星;刘雨霞【摘要】Recoveries of oxytetracycline extracted were discussed with different extractants and extraction processes in the brown, cinnamon, and red soil. Stable and efficient extracted recovery could be achieved by using Na2EDTA-McIlvaine as a extractant in the shake flask extraction. In addition, a sequential extraction procedure was developed to study the chemical speciation of oxytetracycline in the soils. The soils were extracted by H2O, 0.1mol/L CaCl2, and Na2EDTA-McIlvaine in order. As a result, water-soluble, exchangeable, and adsorbed fractions wereobtained.Moreover, it could conclude that the orders of amount of those fractions are as follows: adsorbed＞ exchangeable ＞water-soluble fractions in the three tested soils.%以棕壤、褐土和红壤为研究对象,比较了不同浸提方法,不同浸提剂对土壤中土霉素的浸提效率.结果表明,在所用的3种方法中,采用振荡浸提方法.以及Na2EDTA-McIlvaine缓冲液对土霉素具有稳定、高效的浸提回收率.土霉素形态初步分析连续浸提步骤为:以H2O、0.1mol/L CaCl2、和Na2EDTA-McIlvaine缓冲液为浸提剂依次浸提可分别得到水溶态、可交换态、吸附态和固定态土霉素.3种土壤中土霉素形态呈现吸附态＞可交换态＞水溶态的规律.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2011(031)006【总页数】7页(P951-957)【关键词】土霉素;浸提方法;土壤;化学形态【作者】余强;鲍艳宇;李艳梅;周启星;刘雨霞【作者单位】南开大学环境科学与工程学院,教育部环境污染过程与基准重点实验室,天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室,天津,300071;南开大学环境科学与工程学院,教育部环境污染过程与基准重点实验室,天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室,天津,300071;南开大学环境科学与工程学院,教育部环境污染过程与基准重点实验室,天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室,天津,300071;南开大学环境科学与工程学院,教育部环境污染过程与基准重点实验室,天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室,天津,300071;中国科学院沈阳应用生态研究所,中国科学院陆地生态过程重点实验室,辽宁沈阳,110016;南开大学环境科学与工程学院,教育部环境污染过程与基准重点实验室,天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室,天津,300071【正文语种】中文【中图分类】X53作为广谱类抗生素中重要的一员,土霉素被广泛应用于畜禽养殖业中,往往会通过畜禽粪便、污水排放等方式进入到土壤环境中[1-4].在我国水产养殖场沉积物中检出了土霉素浓度高达285mg/kg的[5],可见土霉素在土壤中的污染比较严重.土壤中的有机污染物以不同的形态存在,如水溶态、结合态和固定态,其中水溶态的有效性最高,其次是吸附态,而固定态较低.由于固定态有机污染物能够长期存在于土壤中[6],在适当的外界条件下可以被重新释放进入土壤溶液而被生物利用,也可以直接以土壤颗粒吸附态通过扩散作用进入生物膜而被生物体利用,其生物有效性具有长效性.因此研究土壤中土霉素的不同形态对预测土霉素的潜在危害性以及对生态环境的危害程度具有预示作用.目前有关土霉素的研究主要集中在其环境行为方面[7-11],因此,开展土霉素形态分析将为深入探讨其生物有效性奠定基础.对于土壤中土霉素的浸提一直受到研究者们的关注[11-14],其关键在于浸提剂的选择,本研究以棕壤、褐土和红壤为对象,参考目前常用的浸提剂,并利用不同的浸提方法对土霉素的浸提以及形态分析进行了研究.本试验土样有棕壤、褐土和红壤,分别采自辽宁省沈阳市天柱山(41°49′58″ N, 123°35′8″E)、天津开发区森林公园(39°4′45″ N, 117°41′5″ E)和广西自治区桂林市郊区(25°18′11″N, 110°21′15″ E).采用对角线布点采样法取表层(0～20cm)土,混合均匀后采用四分法分取约 2kg土壤带回实验室.采样过程均使用木质工具,样品用塑料袋盛装.土样经自然风干、压碎、除去异物后,用木棒碾碎,过 1mm(18目)尼龙筛,将过筛后样品充分混匀,保存于聚四氟乙烯袋中备用.3种供试土壤理化性质列于表1.土霉素标准品由中国药品生物检定所提供.土霉素(C22H24N2O9)为分析纯(98%),购自美国sigma公司;乙腈为HPLC级试剂,购自天津康科德科技有限公司,使用前过0.45µm有机相滤膜后超声脱气;试验用水为纯净水(杭州娃哈哈集团有限公司生产);草酸为优级纯,其他化学试剂均为分析纯.试验用浸提液包括:水、0.01mol/L CaCl2溶液、0.1mol/L CaCl2溶液、柠檬酸缓冲液(pH=4.7±0.05)、0.1mol/L Na2EDTA-McIlvaine (pH=4.0±0.05)、0.5mol/L NaCl/0.25mol/L草酸/95%乙醇(体积比1:1:2)混合液.柠檬酸缓冲液(pH 4.7)的配制:称取一定量的柠檬酸钠和柠檬酸,分别配制成0.1mol/L的溶液,按照体积比1:1混合,得到柠檬酸缓冲液.0.1 mol/L Na2EDTA-McIlvaine(pH 4.0±0.05)的配制: 称取一定量的Na2HPO4、Na2EDTA和柠檬酸,分别配制成0.2, 0.4, 0.2mol/L的溶液,柠檬酸溶液与Na2HPO4溶液按照体积比8:5混合,配制成McIlvaine缓冲液.1L McIlvaine缓冲液与Na2EDTA溶液体积比1:1混合,得到0.1mol/L的Na2EDTA-McIlvaine提取液.往0.5g土壤中添加0.5mL 50mg/L土霉素水溶液,静置24h (据预试验结果得知,24h后3种土壤中土霉素吸附达到平衡),使土壤中土霉素污染含量为 50mg/kg.加入 25mL浸提剂按照以下方法分别进行土壤浸提:振荡浸提:将装有已添加土霉素土壤的棕色小瓶放置在THZ-82A型(国华企业)恒温振荡机中振荡 20min,振荡机温度和振荡幅度分别为25℃和200r/min.超声浸提:将装有已添加土霉素土壤的棕色小瓶放置在 KQ-250DE型(昆山舒美)超声器中,超声 20min,超声温度和功率分别为25℃和100W.微波浸提:将装有已添加土霉素土壤的聚四氟乙烯微波消解罐放置在 WX-4000(上海屹尧)微波仪中35℃下持续辐射20min,微波辐射功率为100W,从室温20℃升至35℃需要约8min.浸提完的样品经过 3000r/min离心 15min,取上清液,经0.45µm水系滤膜过滤.取5mL滤液通过固相萃取小柱(Waters Oasis HLB, 10ml甲醇预处理,再通 15mL的超纯水),流速控制在大约3mL/min,然后用 10mL甲醇洗脱样品,最后用氮气浓缩尽干, 2mL甲醇定容,然后用高效液相色谱仪测定,得到土壤中不同形态的土霉素.每个样品浸提处理重复3次,批次实验重复3次.检测仪器:Waters高效液相色谱仪(HPLC) (Waters 1525 Binary HPLC Pump,Waters 717 plus Auto sampler,Waters 2487 UV Detector),色谱柱为Waters Xterra MS C18 (5µm×0.46mm× 250mm).进样量为20µL,柱温30℃,流速为1mL/min,流动相为乙腈/0.01mol/L草酸(体积比20:80),检测波长 355nm,保留时间为 4.964 min,检测限0.01mg/L,定量限0.05mg/L.利用SPSS 18.0进行数据统计分析,包括平均值、标准差、回归分析以及方差分析(SNK),统计性显著性假设为 P＜0.05.数据图形采用origin 8.0制作.所有化学分子式均由 Chem_ Office 2006绘制.试验采用外标方法绘制标准曲线.称取适量的 OTC标准品溶解在甲醇溶液当中,浓度为 1 mg/mL.配制好的储备液-20℃阴暗处保存,2个月内使用.样品测定前稀释储备液(10,20,50,200, 500,2000,5000,10000ng/mL)绘制标准曲线.向空白样品中加标的方法来计算回收率.参考环境样品中的浓度,回收率的浓度设置为 0.5,1.0,5.0mg/kg.提取和分析的方法同样品测定步骤,所有需要测定的样品,都在仪器上重复测定3次.分别对标准溶液和加标的空白样品重复测定(n=6)来衡量仪器的精密度和准确度.检测限(LOD)采用信号信噪比为(S/N)=3.定量限(LOQ)采用(S/N)=10.仪器的LOD和LOQ通过直接测定标准溶液获得,分析方法的LOD和LOQ通过空白加标的方法获得.2.2.1 振荡浸提法由图1a可见,在土壤中的振荡浸提中,各种浸提剂回收率从大到小的顺序为:0.1mol/L Na2EDTA-McIlvaine缓冲液(EDTA)＞柠檬酸缓冲液(CB)＞0.1mol/L CaCl2(CaCl2_2)＞ 0.01mol/L CaCl2(CaCl2_1)＞H2O(括号中的均为浸提剂对应的简写标记).而0.5mol/L NaCl:0.25mol/ L草酸: 95%乙醇(体积比1:1:2)混合液(NOEL)在不同土壤中的浸提回收率大小顺序不同.SPSS 18.0的方差分析结果表明 0.1mol/L CaCl2、柠檬酸缓冲液、Na2EDTA-McIlvaine缓冲液以及0.5mol/L NaCl:0.25mol/L草酸: 95%乙醇混合液浸提效果存有显著差异 (P＜0.05).而0.01mol/L CaCl2和H2O二者之间却没有显著差异(P＜0.05).文献[15-19]报道指出:土霉素上的羟基可与Ca2+、Mg2+等 2价离子进行络合反应,也可与H2O、HCl等这样的分子进行氢键作用.以0.01mol/L CaCl2水溶液为例,它可以和土霉素产生两方面的作用:水和土霉素羟基的氢键作用; Ca2+与土霉素进行的络合反应.而方差分析结果显示,水与0.01mol/L CaCl2的浸提效果并没有显著性差异(P＜0.05).因此,可以推断 0.01mol/L CaCl2水溶液浸提土壤中土霉素的机制主要是以水和土霉素氢键作用为主.另外,在参照 OECD Guideline 106批平衡方法[20]进行的土霉素吸附解吸实验中,运用0.01mol/L CaCl2 作为土壤pH值的缓冲液并不会对土霉素在土-水界面的环境化学行为产生额外的显著性影响 (P＜0.05).同时,数据显示:随着 CaCl2水溶液中 Ca2+浓度的升高,Ca2+与土霉素进行的络合作用逐渐成为二者之间的主要作用机制,而这种络合作用相比氢键作用要强许多,这也是为什么随着CaCl2 水溶液中 Ca2+浓度的升高,浸提态土霉素回收率提高的原因.从化学结构 (图 2)来看,柠檬酸、柠檬酸钠含有易与土霉素酮基、苯环和羟基作用的羟基和酮基基团.这些基团易与土霉素螯合形成大分子的螯合物,不难发现Na2EDTA有比柠檬酸更多的易被土霉素螯合的基团.方差分析结果表明,柠檬酸缓冲液和0.1mol/L Na2EDTA-McIlvaine缓冲液浸提土壤中土霉素存在显著差异(P ＜0.05).而且浸提回收效率数据结果显示: 0.1mol/L Na2EDTA-McIlvaine缓冲液相比于柠檬酸缓冲液浸提回收率高出10%左右.Sassman等[11]曾尝试利用多种由不同浓度和种类的有机助溶剂(乙醇、甲醇、乙酸乙酯、二氧杂环乙烷等)、络合剂(甲酸、柠檬酸、草酸、EDTA以及磷酸等)和盐类(NaCl、CaCl2、NH4Cl)组成的混合物来浸提土壤中的土霉素.其中,由0.5mol/L NaCl:0.25mol/L草酸: 95%乙醇(体积比为 1:1:2)取得了稳定而高效的土霉素浸提回收率.络合剂与土霉素的络合作用(提供酸性环境,利于土霉素稳定的被浸提)、助溶剂对土霉素和土壤有机质的溶解作用以及盐类络合阳离子作用(土壤离子交换,加快土霉素被浸提进程)共同构成了草酸混合液复杂的浸提机制.而从不同浸提方法中各浸提剂的浸提回收率数据来看,草酸乙醇混合液并没有得到稳定的浸提回收效果.致使这种不稳定现象肯定与其复杂的浸提机制有关.这种关联的具体细节尚待进一步的研究.2.2.2 超声和微波辅助浸提如图 1b所示,超声浸提中不同浸提剂浸提回收率的大小顺序与振荡浸提完全相同.而在棕壤和红壤的微波浸提中0.5mol/LNaCl:0.25mol/L草酸: 95%乙醇(体积比 1:1:2)混合液(NOEL)的浸提回收率大小顺序与前2种浸提方法不同.3种浸提方法中,除了草酸乙醇混合液以外的其他浸提剂对土霉素浸提回收率大小顺序相同.因此,不同方法对草酸混合液浸提回收率影响较大.这种差异的出现与草酸混合液自身的浸提机制息息相关.从图1看来,微波辐射更有助于草酸混合液充分浸提土壤中的土霉素.2.2.3 3种浸提方法比较针对浸提方法进行单因素方差分析,其均值多重比较(SNK 多重比较法)结果表明(图 3),在被选用的大多数浸提剂中振荡浸提和超声浸提并不存在显著差异(p＞0.05)或差异小.而微波浸提与另外两种浸提方法均存在显著差异(P＜0.05).振荡和超声浸提主要浸提机制在于通过不同方式使得浸提剂与土壤充分混合,将土壤中土霉素充分浸提出来.而微波的这种混合机制似乎相比前两种要差许多.由于土壤中土霉素的浸提并不需要像提取植物、动物组织的土霉素那样浸提首先得破坏组织结构利于土霉素的析出.因此在生物组织浸提中超声、微波浸提优势会愈加显现出来,而对于土壤介质这种优势并不明显.微波同时也可以借助高温达到较好的浸提效率,这一点在土壤的重金属微波消解中有广泛应用.由于土霉素在高温(＞50℃)极易降解,因此也限制了微波的浸提条件.因此,选择以 0.1mol/L Na2EDTA-McIlvaine缓冲液为浸提剂,超声和振荡为浸提方法,可以达到褐土中稳定高效的土霉素浸提回收率.而对于棕壤和红壤土中的土霉素浸提来说,大多数浸提剂的振荡浸提效果优于超声浸提,并且二者有显著差异(p＜0.05);另外振荡浸提法以其对实验设备低要求,简便易行更利于被实践利用.有机污染物的不同形态一定程度上指示着其在土壤环境中迁移归趋和各种环境行为[21-22].例如,水溶态土霉素,极易随着水流而迁移,因此也极易达到生物可触及的范围;可交换态土霉素,可被正离子置换下来的部分,易由根系复杂的交换机制而被生物所吸收;吸附态土霉素,则相比前两者可被稳定的吸附于土壤颗粒、有机质等上,但是环境条件诸如pH值、Eh、水分、土壤溶液中污染物浓度、介质性质(如矿物质组成、有机质含量、CEC等)[11,23]的变化都能导致土霉素解吸作用的发生.而固定态土霉素,常常由于土壤老化、降解作用长期存留于土壤中[6],在适当的外界条件下可以被重新释放进入土壤溶液被生物所利用.根据2.1的结果,以H2O、0.1mol/L CaCl2和Na2EDTA-McIlvaine缓冲液为浸提剂振荡浸提土壤中的土霉素,其浸提率之间存在显著差异性,据此可将土壤中的土霉素分为水溶态、不同程度的结合态(即可交换态和吸附态).由于利用0.01mol/L CaCl2和H2O浸提的土霉素量差异性不大,因此选用 0.1mol/L CaCl2浸提量来表示可交换态土霉素含量.利用差减方法计算不同形态的土霉素,即水溶态、可交换态、吸附态,而添加的土霉素量减去最大提取量即为固定态的土霉素含量.振荡浸提结果表明,红壤、棕壤和褐土的水溶态、可交换态、吸附态和固定态的土霉素所占比重分别为 0,0.13,9.24%、6.79,2.60,21.46%、51.40,35.24,49.94%和41.81,62.03,19.36%.据此,在红壤、棕壤和褐土中土霉素形态百分比大小分别为:吸附态＞固定态＞可交换态＞水溶态、固定态＞吸附态＞可交换态＞水溶态和吸附态＞可交换态＞固定态＞水溶态.从 3种典型土壤中形态分布数据可以看出吸附态＞可交换态＞水溶态在三种土壤中均成立.而不同土壤中固定态土霉素含量比差异很大.这应该是与土壤物理化学性质息息相关.吸附态是土壤环境中土霉素的主要存在形态.由于有机污染物的形态直接影响着其生物有效性,因此,高含量的吸附态土霉素成为了影响褐土环境中土霉素生物有效性的重要因素.Young等[24]提出的有机污染物在土壤中吸附分布活性模型中认为,土壤中的吸附活性点位分布在3个域:具有表明活性的矿物质、松散的非刚性有机质和致密的刚性有机质.其中,土壤矿物质域发生的表面吸附是典型的线性可逆过程,瞬间达到平衡;随后有机污染物在土壤的非刚性有机质中发生分配;达到分配扩散后,再向刚性有机质缓慢扩散,分配在其中的有机物则不易脱附.根据这个理论,高含量的吸附态土霉素会随着时间的迁移,逐渐向刚性有机质缓慢扩散,不利于被迅速脱附下来.这是一个慢吸附和慢脱附过程甚至是一个不可逆的吸附过程.因此,高含量的吸附态土霉素有向固定态转化从而长期存留于土壤的巨大生态风险.3.1 三种浸提方法中,以振荡和超声浸提对土壤中土霉素具有很好且稳定的浸提效果,而微波浸提效果较差.各种浸提剂中(柠檬酸缓冲液,Na2EDTA-McIlvaine缓冲液, NaCl、草酸和乙醇混合液),以Na2EDTA-McIlvaine缓冲液对土壤中土霉素的浸提率最高和最稳定.3.2 不同浸提剂(H2O、0.1M CaCl2、和Na2EDTA-McIlvaine缓冲液)对土壤中土霉素浸提回收率存在很大的差异性,这与它们的提机制不同有关.据此,三种土壤中土霉素形态占总量比例大小顺序:吸附态＞可交换态＞水溶态.不同土壤中固定态土霉素含量比差异很大.【相关文献】[1] Sarmah A K, Meyer M T, Boxall A B A. 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可溶性有机物对土霉素在土壤中吸附-解吸的影响
度 的土霉素隅】。土霉素及其代谢产物进入土壤环境 后会随时间累积 ，对土壤微生物造成潜在 的不利影 响口】。更 为严 重 的是 土 霉能威胁人类的健康 。
１ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＴｒｏｐｉｃａｌＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＦｏｒｅｓｔｒｙ，ＨａｉｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｉｋｏｕ，Ｈａｉｎａｎ ５７０２２８，Ｃｈｉｎａ ２Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄ ＰｌａｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＴｒｏｐｉｃａｌＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈａｉｋｏｕ，Ｈａｉｎａｎ５７１１０１，Ｃｈｉｎａ
土 霉素 （Ｏｘｙｔｅｔｒａｃｙｃｌｉｎｅ，ＯＴＣ）是 ２Ｏ世 纪４０年 代 发现的四环素类抗生素 ，是一种广谱抗菌药物。 自 被发现以来 ，土霉素不仅常作为药物用于人类和动 物的疾病预防和治疗 ，同时也作为饲料添加剂应用 于 养殖 业 中促 进畜 禽 的生长 。在 中 国 ，２００３年土 霉 素的产量约为 １０ ０００ ｔ，占世界总产量的６５％『１］，并 且土霉素在 中国的产量和用量还在不断地上升。由 于畜禽养殖业中土霉素的滥用 ，使畜禽粪便中残留 大 量 的土霉 素及 其代 谢 产物 。大 量未 经有 效 处理且 含 有 土霉素 残 留 的畜禽 粪便 作为 有 机肥施 于农 田 ， 是土壤环境 中土霉素 的主要来源之一『２】。近年来 ， 在水体【 、土壤 及动植物体内［６－７１均检测 出不 同程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ｃｒｏｐｓ
可溶性 有机 物对土霉素在 土壤 中吸 附一解 吸的影 响
曹志磊 ，俞花美ｐ，葛 成军 ，罗吉伟 ，黄 鹏 ，赵媛媛 ，李佳桐
１海 南大 学热 带农林 学院 ，海 南海 １２ ５７０２２８ ２中 国热 带农 业科 学 院环境 与植 物保 护研 究所 ，海 南海 口 ５７１１０１
土霉素单一污染及“土霉素-锌”复合污染土壤体系中土霉素的淋溶行为与残留研究
排第 ２ ｌ ３ ｊ ． 抗 生 素用量 呈逐 年递 增趋 势 ， ２ ０ ０ ３ 年 我 国土霉 素生 产量 达到 １ ０ ０ ０ ０ ｔ ， 占当年世 界 土霉素 总产量
的６ ５ ｊ ， 而 现在 我 国抗生 素原 料年 产量 已达 ２ １ 万ｔ ， 仅 ３万 ｔ出 口 ， 用 于畜 禽养殖 业 的高 达 ９ ． ７万 ｔ ．
第 ４ ６ 卷
第 ｌ 期
南 开 大 学 学 报（ 自然 科 学 版 ）
Ａｃ ｔ ａ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｒ ｕ ｍ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｉ ｕ ｍ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｓ Ｎａ ｎ ｋ ａ ｉ ｅ ｎ ｓ ｉ ｓ
２ ０ １ ３年 ２月
（ １ ０ ～２ ０ ｃ ｍ） 和金 霉素 （ Ｏ ～３ Ｏ ｃ ｍ） 的最高 平均 浓度 分别 高达 １ ９ ８ ． ７ ｔ ￣ ｇ ／ ｋ ｇ和 ４ ． ６ ～７ ． ３ ｐ ． ｇ ／ ｋ ｇ ； 在德 国土壤
中检 测 到 四环 素类 抗 生 素 的含 量为 ４ ５ Ｏ ～９ ０ ０ ｔ ￣ ｇ ／ ｋ ｇ ． 土壤 中也发 现 高含 量 的抗 生 素 ， 在瑞 士 牧 场 中发 现 磺 胺 甲嘧 啶类 浓度 为 ２ ｏ ｍｇ ／ ｋ ｇ ； Ｈａ ｍｓ ｃ ｈ ｅ ｒ等口 ¨ 在 用粪 便 施 肥 的表 层 土壤 中检 测 到 了土 ／ ｋ ｇ ； 在我 国土 壤 中土霉 素 的检测 含量 达 ２ ０ ０ ｍｇ ／ ｋ ｇ ［ ” ］ ， 在 用动 物粪 便施肥 的 土壤 中检测 到 金霉 素含 量为 ２ ６ ． ４ ｍｇ ／ ｋ ｇ ， 在养 殖厂 沉 积物 中 土霉 素残 留量 可达 ２ ８ ５ ｍｇ ／ ｋ ｇ ＿ １ ． 进 入 土壤 环 境 中的抗 生素 可通 过植 物吸 收 、 累积进 入食 物链 ， 对人 类健 康产 生威 胁． 根据 欧盟 药物评 估委 员会 规定 ， 粪
高锰酸钾降解土霉素的研究
摘要抗生素的使用为我们的生活带来了便利，但是抗生素的滥用会造成环境污染问题。
目前我国土霉素(Oxytetracycline，OTC)的污染现象十分严重。
当土霉素进入环境中，会诱导细菌等微生物产生抗性基因，成为耐药菌。
耐药菌的产生会对环境与人体健康产生很大危害，因此去除这类抗生素十分有必要。
因为土霉素的生物特性和结构特征导致传统的生物法氯化法无法有效降解土霉素，需要采用高级氧化技术对其处理。
由于高锰酸钾具有很强的氧化性，而且价格低廉，本研究采用高锰酸钾降解土霉素这一经济高效的处理方法。
探索了高锰酸钾降解土霉素的影响因素和反应中生成物二氧化锰的作用，检测了该条件下反应后溶液的总有机碳去除情况与生物毒性，研究了土霉素降解机理与路径。
实验结果表明，最佳反应条件为：高锰酸钾与OTC摩尔比为10:1、温度为30 ℃、初始pH为4.0，OTC的初始浓度为50 mg/L。
该工艺条件同时适用于低浓度和高浓度的土霉素废水。
在最佳反应条件下反应1 h，土霉素降解率达到93.3%，溶液总有机碳去除率达到91.9%，取此时的溶液进行抑菌圈实验，发现反应1 h后溶液中生物毒性已经消失。
通过对反应过程中生成的二氧化锰MnO2-1与实验室由高锰酸钾和水合硫酸锰制备的二氧化锰MnO2-2进行FTIR、BET和XRD表征对比分析，解释了反应过程中沉淀产生原因，并对MnO2-2单独降解土霉素、MnO2-2联合高锰酸钾降解土霉素以及单独高锰酸钾降解土霉素进行了效果对比，解释了MnO2-1在反应中起到的作用，发现在酸性条件下，该产物没有表现出氧化、吸附和催化作用。
对反应后溶液做LC-MS检测推断土霉素的中间产物，并推出了可能的降解路径：M/Z(461)-M/Z(447)-M/Z(227)，最后被降解为二氧化碳和水等无毒物质。
关键词：高锰酸钾；降解；土霉素ABSTRACTThe wide spread use of antibiotics has brought much benefits to human and production, but it also caused the pollution of the environment problem. At present the oxytetracycline pollution phenomenon in our country is very serious. OTC occurrence in natural environment can affect the selection of genetic variants of microorganisms resulting in the development of drug resistant bacteria or pathogens, which may subsequently induce a risk to the ecosystem and human health. It is thus important to remove such a compound from contaminated water. Conventional water treatment methods, such as biodegradation and chlorination, cannot remove OTC efficiently due to its bio-resistant property and chemical stability. Advanced oxidation technologies were needed to process OTC. Potassium permanganate(KMnO4) is a kind of oxidant which has low cost and high oxidation. Potassium permanganate was used to treat OTC solution for researching a kind of more economical and efficient water treatment method. Study on the influence factors of the degradation rate of oxytetracycline, products detected after degradation, degradation pathways and mechanism of oxytetracycline, the removal rate of OTC and biological toxicity of OTC.The study showed that the optimal conditions were: mole ratio of KMnO4 and OTC was 10:1 (K/O = 10), T = 30 ℃, pH = 4.0, OTC initial concentration 50 mg/L. The process conditions could be applied to both low concentration and high concentration OTC solution. The degradation rate of OTC reached 93.3% at 1 h and the removal rate of TOC reached 91.9% at 1 hour in the optimal conditions. Bacteriostatic ring was test and found that the biological toxicity has gone after 1 h. FTIR, BET and XRD were used to analysis the differences between the newly situ formed manganese dioxide (MnO2-1) in degrading process and MnO2-2 formed by KMnO4 and MnSO4·H2O and the cause of MnO2-1. And then three methods of degradation results were contrasted and the function of MnO2-1 was explained. We found that the product MnO2-1 did not show the function of oxidation, adsorption and catalytic. The degradation products were analyzed by TOC and LC-MS. The possible degradation pathway was M/Z(461)-M/Z(447)-M/Z(227) and the final products were non-toxic substances such as Carbon dioxide and water.Keywords：potassium permanganate；degradation；oxytetracycline目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2抗生素污染物的来源和危害 (2)1.2.1抗生素污染物的来源 (2)1.2.2四环素类抗生素简介 (3)1.2.3抗生素污染的危害 (5)1.3处理抗生素等污染物方法 (6)1.3.1物理法 (6)1.3.2生物法 (8)1.3.3化学法 (10)1.4高锰酸钾降解抗生素类污染物的研究进展 (14)1.5本课题的研究内容和意义 (15)1.5.1研究内容 (15)1.5.1意义 (16)第二章高锰酸钾降解土霉素的研究 (17)2.1实验试剂及仪器 (17)2.2实验过程 (18)2.2.1实验前期准备 (18)2.2.2实验步骤 (20)2.3 检测方法及表征方法 (21)2.3.1土霉素紫外特征吸收峰的选择 (21)2.3.2高效液相色谱(HPLC)法及标准曲线的制作 (22)2.3.3 BET比表面积检测法 (23)2.3.4傅立叶变换红外光谱检测方法（FTIR） (23)2.3.5 X射线衍射分析（XRD） (24)2.3.6总有机碳分析仪分析方法 (24)2.3.7抑菌圈法检测OTC生物毒性 (24)2.4高锰酸钾单独降解土霉素的研究 (25)2.4.1高锰酸钾用量对降解土霉素的影响 (25)2.4.2土霉素初始浓度对反应的影响 (27)2.4.3 PH对土霉素降解效率的影响 (29)2.4.4温度对土霉素降解效率的影响 (29)2.4.5高锰酸钾对土霉素生物毒性的影响 (30)2.5实验中生成的二氧化锰的作用探讨 (32)2.5.1回收产物与新制备二氧化锰 (32)2.5.2反应中生成和实验室新制备的二氧化锰的表征分析 (33)2.5.3 MnO2-2单独处理OTC溶液以及MnO2-2联合高锰酸钾处理OTC溶液 (35)2.6本章小结 (38)第三章高锰酸钾降解土霉素的机理分析 (40)3.1最优条件下TOC检测结果分析 (40)3.2生成中间产物的分析 (41)3.3高锰酸钾降解OTC的路径分析 (44)3.4本章小结 (45)结论 (46)参考文献 (47)攻读硕士学位期间取得的研究成果 (56)致谢 (57)第一章绪论第一章绪论1.1 引言近年来我国环境污染问题越来越严重，上到大气污染，下至土壤和水资源的污染，环境和资源问题将会是限制未来发展的两大难题。
四环素类抗生素在土壤环境中的残留及环境行为研究进展
第49卷第12期2020年12月应用化工Applied Chemical IndustryVol.49No.12Dec.2020四环素类抗生素在土壤环境中的残留及环境行为研究进展肖磊1,王海芳2（1.中北大学环境与安全工程学院，山西太原030051；2.中北大学环境与安全工程学院，山西太原030051）摘要:四环素类抗生素因具有预防疾病与促生长作用而被广泛应用于临床与养殖业中,进而会通过各种途径（有机肥施用、污水灌溉）进入土壤，并在土壤环境中长时间累积。
在介绍此类抗生素基本性质及结构的基础上，针对此类抗生素在土壤中的残留状况及各种环境行为（吸附和解吸、降解、迁移）进行了论述，并简要概括了其对土壤微生物、动物、植物的危害，重点介绍了四环素类抗生素在土壤中的吸附、降解和淋溶行为及影响因素,以期为这类抗生素带来的生态风险评估及控制提供参考依据。
关键词:四环素类抗生素;残留;环境行为中图分类号:TQ46；X53文献标识码:A文章编号：1671-3206（2020）12-3178-07Tetracycline residues and environmental behavior oftetracycline antibiotics in soil:A reviewXIAO Lei,WANG Hai-fang(1.School of Environment and Safety Engineering,North University of China,Taiyuan030051,China；2.School of Environment and Safely Engineering,North University of China,Taiyuan030051,China)Abstract:The tetracycline antibiotics are widely used in clinical and aquaculture industries due to their prevention of disease and growth promotion,these antibiotics enter the soil through various routes(application of organic fertilizers,sewage irrigation)and accumulate in soil environment for a long time.On the basis of summary of the tetracycline antibiotic types and structures,the remaining conditions and environmental behaviors(adsorption and desorption,degradation,migration)of the tetracycline antibiotics were discussed.The harmful effect of tetracycline antibiotics on soil microbes,animals and plants was also summarized.The absorption,degradation and leaching behaviors and corresponding influencing factors of tetracycline antibiotics in soil were highlighted.In order to provide scientific basis for the assessment and the ecological risk control of such antibiotics.Key words:tetracylines；residues；environmental behavior四环素类抗生素是由放线菌产生的一类广谱抗生素，主要包括天然类（四环素、金霉素、土霉素）及半合成衍生物（美他环素、强力霉素、米诺霉素）[1]O 其作为最常见的新型环境有机污染物而备受关注,其在土壤环境中的残留及环境行为（吸附-解吸、降解、迁移）受到各行业人士广泛的关注与研究。
兽药土霉素的环境行为研究进展
兽药土霉素的环境行为研究进展陈桂秀;吴银宝【摘要】兽药残留的生态毒理学效应已受到越来越多的关注.土霉素以是养殖业中广泛使用的广谱抗菌药之一,进入畜禽体后,土霉素原形及其体内代谢产物会随粪尿等排泄物进入环境,给环境带来风险.论文首先介绍了土霉素在环境中残留的主要形式及其理化性质,包括土霉素及其体内主要代谢产物4-差向土霉素、α-阿扑土霉素、β-阿扑土霉素和2-乙酞-2-去酞胺基土霉素等,然后综述了在畜禽粪便、土壤和水体等环境基质中土霉素原形及其主要代谢产物的残留现状,总结了其在环境中降解、吸附和迁移等环境行为,结合国内外研究现状提出近期土霉素环境行为研究领域的重点研究内容.【期刊名称】《动物医学进展》【年(卷),期】2011(032)005【总页数】6页(P102-107)【关键词】土霉素;代谢产物;环境行为;迁移;吸附【作者】陈桂秀;吴银宝【作者单位】华南农业大学动物科学学院,广东,广州,510642;华南农业大学动物科学学院,广东,广州,510642;华南农业大学农业部生态农业重点开放实验室,广东广州,510642;广东省高等学校农业生态与农村环境重点实验室,广东广州,510642【正文语种】中文【中图分类】S859.796自1929年青霉素被发现以来,抗生素在预防、治疗人和动物的疾病中做出了重要的贡献。
四环素类兽药由于具有质优价廉、广谱抗菌性的特点,因此在畜禽生产中应用非常广泛。
据报道,此类兽药在世界兽药的生产和使用量方面排名第二,而在中国排名第一,其中以四环素、土霉素和金霉素在实际应用过程中应用最广泛、使用量最大[1]。
土霉素(oxytetracycline,OTC)是20世纪40年代发现的四环素族成员,是一种广谱抗菌药物,常作为牛、猪、家禽、鱼等动物疾病的预防和感染的治疗用药,且由于其广谱抗菌活性和低费用常被用作畜禽的抗菌促生长添加剂。
Ajit K S报道:在欧洲,超过2 500吨四环素类作为治疗用兽药,并以土霉素应用最广泛[2]。
瓜类细菌性果斑病研究进展
瓜类果斑病（Acidovorax avenae subsp.citrulli ），又称细菌性果腐病，是典型的由种子带菌引起的一种严重的细菌性病害[1-3]。
果斑病具有发病迅速、爆发性强、传播速度快等特点，感染会给瓜类产量带来巨大的损失，高温多雨潮湿年份发病较重，一般田块发病率45%~75%，严重时高达100%，该病的发生严重危害了瓜类产业的健康可持续发展，已成为影响我国瓜类生产的主要病害之一[4-5]。
2000年瓜类果斑病被列入《中华人民共和国进境植物有害性生物名录》中，西瓜、甜瓜、以及其种子均列为应检疫植物[6]。
本文就瓜类果斑病的发病症状与分布、病原与寄主、传播途径发生规律、致病性与遗传多样性及防法措施几个方面进行综述，指出当前存在的问题，并对今后的研究进行展望。
1发病症状瓜类细菌性果斑病，可侵染瓜类作物的叶、茎和果实，其中以侵染果实造成的损失最大。
病原菌感染西瓜子叶，造成水渍状小斑点，常伴有黄色晕圈，逐渐扩展成为条形或不规则形黑褐色坏死斑。
真叶感染，形成不明显的褐色小斑，周围有黄色晕圈。
瓜苗染病沿中脉出现不规则褐色病变，有的扩展到时叶缘，从背面看呈水渍状，严重时出现受叶脉限制的水浸状病斑。
病斑沿叶脉蔓延，植株生长中期叶片上病斑很少，通常不明显，略呈多角形，在高湿环境下病斑处分泌菌脓，是感染果实的重要病菌来源。
果实染病，初期在果实上部表面出现数个几毫米大小灰绿色至暗绿色水渍斑点，后迅速扩展成大型不规则的水浸状斑，病斑老化后表皮龟裂，内部组织具浓烈臭味[7-10]。
2病害发生与分布该病最早于1969年由Crall 和Schenck 年于美国佛罗里达州发现。
该病在20世纪80年代后期在美国爆发而受到广泛关注，自此，在世界范围内开始传播[11]。
自报道以来已在美国、澳大利亚、马利亚纳群岛、印度尼西亚、巴西、土耳其、日本、泰国、以色列、伊朗、匈牙利、希腊等国发生[6，16]。
1987年我国学者李明远首先报道了该病在我国北京地区发生[17]。
土壤中的土霉素对蔗糖酶活性的影响
土壤中的土霉素对蔗糖酶活性的影响权刚（咸阳职业技术学院，陕西咸阳721000）收稿日期：2018-05-22修回日期：2018-07-20项目来源：土霉素对土壤蔗糖酶活性的影响，项目编号：2015KYA04（咸阳职业技术学院项目）。
作者简介：权刚（1985－），男，陕西咸阳人，硕士，讲师，主要从事资源环境及风景园林方面的教学及科研工作。
摘要：近年来，随着累积在土壤中的抗生素逐渐增多，土壤生态环境的污染问题日益显著。
针对土霉素的增多来探索其对土壤生态环境的影响，主要研究了对蔗糖酶活性的影响，通过提取用土霉素培养的不同浓度不同时期的土样，测定土壤中葡萄糖的含量，以此表征蔗糖酶的活性。
试验表明，通过残留累积在土壤中的土霉素对蔗糖酶的活性影响比较明显。
关键词：土霉素；土壤；蔗糖酶；影响在土壤中，有一类活性物质，被称为土壤酶，它是由部分微生物及动植物的活体分泌物、残体分解物、遗骸分解物等组成的，具有一定催化能力的活性物质。
它对促成土壤的发育熟化程度，提升土壤的肥力水平等方面都有重要的作用。
土壤酶的种类繁多，根据其在土壤中的功能主要分为水解酶类、裂合酶类、氧化还原酶类和转移酶类等四大类，它们各自在土壤发育过程中都有不同的作用。
在水解酶类中，有一种能够促进土壤中的蔗糖通过水解作用形成葡萄糖和果糖的重要活性物质，称为蔗糖酶（亦称转化酶）。
当土壤中的有机质、N 、P 等元素，和微生物数量增多时，土壤的呼吸强度亦随之增强，同时，蔗糖转化为葡萄糖和果糖的转化率也越高，蔗糖酶的活性也就越高。
它的存在，主要是通过酶促转化作用，将植物、微生物等体内的蔗糖，转化为葡萄糖，供其使用促进自身生长。
因此，土壤中蔗糖酶的含量及其活性，影响着土壤的熟化程度和肥力状况，也是土壤状况评价的重要因子。
抗生素的种类繁多，有一种四环素类抗生素，在我国畜禽养殖中被广泛使用，主要用作饲料添加剂的抗菌药物土霉素。
动物在生长过程中，摄入体内的土霉素有20%会被身体吸收，剩余部分则通过粪尿等方式，被排出体外，而这些粪尿又通过腐殖质肥料、沤肥等方式，作为肥料进入农田土壤，污染土壤生态环境。
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土壤中土霉素对12种农作物幼苗毒性阈值研究作者：徐秋桐鲍陈燕章明奎来源：《安徽农学通报》2014年第09期摘要：以幼苗根系伸展为指标，通过土培试验研究了土霉素对常见的12种农作物幼苗的毒害作用。
结果表明，不同农作物受土壤中土霉素危害的阈值有较大的差异，12种作物受土壤中土霉素危害的阈值由高至低依次为：玉米>水稻>南瓜>小麦>苜蓿>西红柿>黄瓜>萝卜>莴苣>胡萝卜>小白菜>油菜；表现出粮食作物幼苗不易受土霉素的危害，蔬菜作物幼苗相对易受土壤中土霉素污染的危害。
考虑到目前抗生素污染土壤中土霉素的残留水平一般低于10mg/kg，推断在前农地土壤中土霉素污染水平下，其对农作物生长直接危害相对较小，而进入作物可食部分的土霉素对人类健康的危害可能更为严重。
关键词：农作物；土霉素；生长抑制；阈值中图分类号 X826；X53 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）09-16-03抗生素应用对农作物影响的研究最早始于抗生素发现的初期[1]。
我国在20世纪50年代开始研发抗生素时，曾从医用抗生素中筛选出农用抗生素用于农作物病害的防治，但应用后发现许多抗生素对农作物有药害，农产品中存在可检量的抗生素残留，对人类健康有害，因而停止使用[1]。
目前，使用于农作物的抗生素为植物专用抗生素（如井冈霉素、内疗素、多效霉素、杀蚜素等），具备高度选择性的毒性并易为土壤微生物分解或光解，在粮食、果蔬中的残毒较小，对环境不易产生污染，并在防治农作物病原菌和组培与育种研究中起到了重要的作用[2-4]。
但近年来，随着畜禽养殖业的发展，环境中残留的抗生素（主要为兽用或医用抗生素通过粪肥施用进入农田）对农作物的毒理重新引起重视。
农用抗生素防治的对象主要为真菌性病害（占90%以上），而医用或兽用抗生素大都是用来防治细菌性病害，因此，土壤环境中的医用或兽用抗生素残留可能会对作物生长产生不同于农用抗生素的影响。
已有研究表明，土壤中的多数兽用抗生素极易向植物体内富集，并可对植物生长产生一定的影响[5-11]，但植物对兽用抗生素的吸收、富集及抗生素对植物的影响因抗生素、植物和土壤类型不同而有很大差异[5，12]。
初步的研究表明，兽用抗生素可能会影响植物的根系发育、地上部分的生长及抑制叶绿体合酶的活性[5-10]。
近年来的研究表明，根部是农作物积累兽用抗生素的主要场所[8，11]，作物幼苗根系的伸展对环境中兽用抗生素最为敏感[5，8，12，13]。
近年来，有关残留在环境中的兽用抗生素对农作物生长的影响已引起人们的关注，但多数研究主要基于溶液培养试验，缺少土壤环境下的抗生素毒理试验。
为此，本研究以幼苗根系伸展为指标，评估有代表性的兽用抗生素土霉素对常见的12种农作物幼苗的毒害作用。
1 材料与方法1.1 供试土壤供试土壤类型为灰潮土，发育于河流冲积物，采自浙江省富阳市，采样深度为0～15cm，质地为粉壤土。
土壤理化性状如下：有机碳含量为9.23g/kg，pH为5.67，粘粒含量为65g/kg，有效P为7.89mg/kg，有效K为56mg/kg。
检测表明，试验前土壤无土霉素检出。
土样在试验前经风干、混匀、过5mm土筛。
1.2 试验种子及预处理供试作物种子共12种，包括小白菜、萝卜、西红柿、胡萝卜、莴苣、苜蓿、黄瓜、油菜、南瓜、小麦、水稻和玉米等作物的种子。
试验前种子用0.3%双氧水消毒12h，然后用去离子冲洗3次，之后在40℃的温水中浸泡2h至水凉，重复浸泡2次。
浸泡后的种子转移至消毒处理的湿纱布中，在培养箱中（20～25℃）培养至种子露白待用。
1.3 供试抗生素供试抗生素为土霉素，属于四环素类抗生素，该类抗生素在我国养殖业中应用较为广泛。
1.4 试验方法采用保湿培养进行试验，在洁净烘干的直径12.5cm培养皿中平铺一层滤纸，加入0.5cm厚、过5mm土筛的土壤（每皿约80g），加入13mL含一定含量土霉素的去离子水（预备试验表明，加入13mL去离子使土壤含水量比较适宜种子萌发），使土壤土霉素浓度分别为0，1，5，10，25，50，100mg/kg（文献上报道的土壤土霉素污染水平基本上都在50mg/kg以下）。
平衡2h后，用镊子将预处理后的种子均匀放入培养皿中，保持种子胚根末端与生长方向呈垂直，每皿放置25～30粒种子（视种子大小而异）。
每个处理重复4次。
盖好培养皿，将其放置在25℃培养箱中避光培养，期间必要时添加去离子水，保持土壤湿润。
培养12d后，观察根长（根与芽接点处至最长根尖的距离）。
1.5 数据处理为了便于相互比较，幼苗的根长的观察数据统一换算为相对于对照的比例（即以无抗生素污染土壤为100%计算），并根据相对根长与土壤土霉素污染浓度的关系用逻辑斯蒂克分布模型（Log-logistic distribution）进行拟合[14]，估算根长10%、25%和50%抑制时的抗生素临界浓度（IC10、IC25和IC50）。
2 结果与分析2.1 土壤中土霉素污染与作物幼苗根系伸展的关系由图1可知，随着土壤中土霉素污染浓度的增加，作物幼苗根系相对长度呈现下降趋势。
当土壤中土霉素浓度低于5mg/kg时，所有供试的12种作物幼苗根系相对长度与对照均无明显的差异；当土壤中土霉素污染浓度超过10mg/kg时，土壤抗生素污染对根伸展的影响渐趋明显，但不同作物对土壤中土霉素剂量的反应有较大的差异，其中，油菜、小白菜、胡萝卜和莴苣对土壤中土霉素污染较为敏感；当土壤中土霉素浓度超过25mg/kg时，上述4种作物的相对根长随土壤中土霉素污染浓度的提高呈现显著的下降，而玉米、水稻、南瓜和小麦对土壤中土霉素污染相对不敏感，它们的相对根长随土壤中土霉素污染浓度的提高下降幅度较小。
2.2 土壤中土霉素对不同作物幼苗毒性阈值的差异性表1为根据作物幼苗相对生长与土壤中土霉素污染浓度的关系估算的作物幼苗根长10%、25%和50%抑制时的土霉素临界浓度（IC10、IC25和IC50）。
由表1可知，土壤中土霉素对不同作物的毒性有较大的差异，当作物幼苗根系伸展受到10%抑制时，相应的土壤中土霉素浓度在6.8～90.2mg/kg，最高的玉米为最低的油菜的13.3倍，12种作物的IC10值由高至低依次为：玉米>水稻>南瓜>小麦>苜蓿>西红柿>黄瓜>萝卜>莴苣>胡萝卜>小白菜>油菜；当作物幼苗根系伸展受到25%抑制时，玉米、小麦、水稻的相应土霉素浓度已达100mg/kg以上，其它9种作物的相应的土壤中土霉素浓度在17.3～92.0mg/kg，南瓜的IC25为油菜的5.3倍，12种作物的IC25值由高至低依次为：玉米、水稻、小麦>南瓜>苜蓿>西红柿>黄瓜>萝卜>莴苣>胡萝卜>小白菜>油菜，与IC10值的变化趋势基本一致；当作物幼苗根系伸展受到50%抑制时，多数作物（包括玉米、水稻、小麦、南瓜、苜蓿、西红柿、黄瓜和萝卜）相应土霉素浓度都达100mg/kg以上，只有莴苣、胡萝卜、小白菜和油菜的IC50值低于100mg/kg，这4种作物的IC50值由高至低分别为莴苣（99.8mg/kg）>小白菜（86.0mg/kg）>胡萝卜（78.2mg/kg）>油菜（76.2mg/kg）。
3 结论与讨论结果表明，12种作物受土壤中土霉素危害的阈值由高至低依次为：玉米>水稻>南瓜>小麦>苜蓿>西红柿>黄瓜>萝卜>莴苣>胡萝卜>小白菜>油菜；表现出粮食作物幼苗不易受土霉素的危害，蔬菜作物幼苗相对易受土壤中土霉素污染的危害。
有关兽用抗生素对植物生长的影响机理较为复杂，至今还没有开展系统的研究，但有一些初步的研究发现，抗生素可降低作物生长所需的叶酸合成、原生质的形成，影响过氧化物酶、谷胱甘肽转移酶等酶的表达及降低叶绿素含量而影响植物的光合作用[13，15]。
据调查，土壤中抗生素残留虽然可在在μg·kg-1级至g·kg-1级之间变化[16-18]，但对于绝大多数的农业土壤，土霉素的残留量一般都在10mg/kg以下[16-18]。
比较本研究的作物的IC10所对应的土霉素污染浓度，可以认为，在一般土霉素污染水平下，土壤中的土霉素不会构成对作物幼苗生长的严重影响。
但土壤中的抗生素也可以通过植物的吸收、富集[6-7]，在植物的不同部位传输，最终通过作物的可食部分进入人体，对人类的健康产生潜在的风险[16-17]，特别是产生抗药性[19]。
人类摄取植物中的抗生素后可能导致病菌对抗生素产生抗药性，从而增加现有的抗生素治疗疾病的难度。
因此，相对于对作物生长的直接影响，抗生素积累在作物的可食部位对人类的危害可能会更为严重。
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