抗生素在土壤中的吸附行为研究进展

抗生素是人类与动植物疾病防治中被广泛使用的抑菌或杀菌药物,由于其不能完全被机体吸收转化,大部分以原形或代谢物的形式经不同途径进入土壤环境,导致土壤微环境破坏,最终影响人类健康。本文通过文献查阅,综合近几年的研究现状,分析土壤矿物质、有机质、土壤溶液及土壤生物对抗生素吸附作用的机理,探究土壤矿物质、有机质、土壤溶液及土壤生物对抗生素吸附性能的影响,并对抗生素在土壤中的吸附行为进行了展望,以期为土壤中抗生素污染防治提供理论依据。     

粪肥施用土壤抗生素抗性基因来源、转移及影响因素

随着新型抗生素开发速度的不断下降以及抗性基因(Antibiotic resistant genes,ARGs)的快速出现和传播,细菌抗药性和ARGs对公共健康存在威胁,被公认为当前全球亟待解决的难题。虽然土壤本底存在ARGs,但畜禽粪便施用等人类活动加速了ARGs在土壤环境中的扩散和传播。粪肥施入土壤后,其对土壤微生物的抗性选择压力及基因水平转移导致的ARGs扩散转移将持续存在。畜禽粪便中的抗性细菌所携带的ARGs、土壤中抗生素累积导致微生物产生的ARGs和粪肥刺激含有ARGs微生物的繁殖等均为土壤中ARGs的主要来源。土壤中ARGs可以向水体和农作物传移,并随着食物链向动物及人类传播。自然因素(温度、降水、时间和土壤类型)和人为因素(抗生素的含量和种类、粪便种类和处理方式、重金属含量及生物质炭添加)均会影响土壤中ARGs的持久和扩散。目前,粪肥施用土壤中ARGs污染对环境质量及健康的潜在影响并不完全清楚,建议加强模型建立、溯源、生物地理分布、从污染源向环境介质的转移规律、削减措施和机制等方面研究,以有效遏制ARGs在环境中的污染,真正做到畜禽粪便资源化、无害化利用。     

稀土元素对土壤-植物系统中重金属行为的影响及其机理研究进展

随着稀土的持续开采和在各领域中的广泛应用,稀土进入土壤环境的风险逐渐增大,导致稀土与重金属的复合污染问题,其中稀土元素对土壤-植物系统中重金属行为的影响研究也开始受到关注。研究已表明,外源稀土可以显著影响土壤与植物系统中重金属的赋存形态和迁移分布特征,可缓解重金属对植物的毒性,也可能和重金属产生协同毒害作用。分别从浓度-剂量、作用时间、稀土或重金属元素种类、稀土元素的施用方式和施用时间以及植物品种等方面详细综述了稀土元素对土壤-植物系统中重金属行为影响的主要因素及其机理的研究进展。最后,对稀土影响土壤-植物系统中重金属行为的研究现状进行了总结并展望了其研究前景。     

微塑料对土壤-植物系统的生态效应

近年来,塑料污染已经成为全球性环境问题。陆地生态系统中的微塑料污染受到越来越多的重视,尤其是农业生态系统。由于降解性差,微塑料在土壤中的累积可能会对土壤生态系统造成不利影响,并通过食物链等威胁人畜健康。本文介绍了微塑料在土壤环境中的来源、分布和迁移,重点阐述了微塑料对土壤-植物系统的直接和间接生态效应。证据显示微塑料可以直接影响土壤理化性质、微生物与酶活性、土壤动物,影响植物种子萌发、根系对水分和养分的吸收,并可以被植物吸收和转运,对植物产生毒性效应;也可以通过改变土壤性质、与重金属等污染物联合作用等方式对植物产生间接效应。最后还对未来土壤-植物系统中微塑料相关研究进行了展望。以期为了解土壤微塑料的生态效应和潜在风险管控提供理论依据和科学指导。     

兽药抗生素的残留状况与环境行为

随着畜牧养殖业的迅速发展,抗生素作为人工投入的生产要素得到广泛应用,在带来增产效应的同时,也造成了抗生素的残留,不仅直接影响动物产品的安全与卫生,而且极大的威胁着环境质量安全、人类的身体健康以及生存环境。本文介绍了兽药抗生素的应用及残留状况,概述了兽药抗生素在环境中的迁移、降解及其对动物、植物、微生物的影响等环境行为,并结合国内外研究现状提出了近期兽药抗生素残留研究的重点内容。     

土壤中抗生素抗性基因的环境行为与阻控研究进展

抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）的传播威胁着生态环境安全和人体健康,已成为一个全球性的问题。土壤中抗生素抗性基因的分布、来源、扩散传播以及消减技术已成为一个研究热点。本文在简要介绍自然环境和受人类活动干扰土壤中抗生素抗性基因分布水平的基础上,分析了土壤中抗生素抗性基因的主要来源,剖析了抗生素抗性基因由土壤向其他环境介质（水、植物）传播的规律及其影响因素,如土壤理化性质、农艺调控和环境中污染物等。进而探讨了环境中各种生物和非生物因素对土壤中抗生素抗性基因持久性的影响和环境中抗生素抗性基因的消减技术,包括好氧堆肥、厌氧发酵、水处理工艺等。最后,提出遵循“大健康（One Health）”准则,以跨学科的方法控制抗生素抗性基因在环境中的传播,以更全面地将抗生素抗性基因对人类的健康风险降低至最低水平。     

农用稀土的生态毒理学效应

稀土农用给中国农业带来巨大经济效益,但环境安全问题也随之产生。本研究从生态毒理学角度,综述了稀土对土壤微生物、植物、动物的影响,指出稀土可以改变土壤微生物的种群结构、种群数量及其土壤酶活性,影响植物的生长发育、生理生化过程及富集规律,并对动物生殖系统、肝脏、儿童智力及人体健康造成损害。稀土对生物的生态毒理作用,可以是稀土对生物的直接影响,也可以是食物链蓄积的间接效应,在稀土农用中应充分考虑其对环境与人体的影响。     

转基因生物体对生态环境的影响及其发展趋向

转基因生物体包括转基因植物、动物和微生物.目前转基因生物体的研究主要集中于转基因植物与动物的研究.文中主要论述转基因植物对生态环境的影响及其发展趋势.对转基因植物对生态环境产生的影响和可能产生的后果进行了系统的分析,并且重点评述转基因植物对土壤生态系统及土壤微生态系统的影响及进展;对其影响的评价体系和今后的发展方向等有争议的问题进行了阐述并提出了新的思路.     

抗生素/抗性细菌/抗性基因在土壤-植物系统中迁移转化及阻控消减的研究进展

抗生素在土壤环境中的迁移转化过程及生态毒理效应已成为各国土壤学、植物学、环境科学和食品科学等领域学者及政府关注的热点。阐明抗生素及其复合抗性污染物在土壤-植物系统中的环境行为及生态毒理学机理,对管控生态环境风险及保障食品安全具有重要的意义。本文综述了近年来国内外关于土壤-植物系统中抗生素的迁移转化规律,抗生素/抗性细菌/抗性基因的生态风险以及复合抗性污染物阻控消减技术的研究进展。本综述可以为土壤-植物系统中抗生素抗性污染风险的管控和消减提供科学支撑。     

转基因生物体对生态环境的影响及其发展趋向

转基因生物体包括转基因植物、动物和微生物。目前转基因生物体的研究主要集中于转基因植物与动物的研究。文中主要论述转基因植物对生态环境的影响及其发展趋势。对转基因植物对生态环境产生的影响和可能产生的后果进行了系统的分析，并且重点评述转基因植物对土壤生态系统及土壤微生态系统的影响及进展；对其影响的评价体系和今后的发展方向等有争议的问题进行了阐述并提出了新的思路。     

适宜水分和养分提高土壤中磺酸二甲嘧啶降解率

医疗和养殖过程中抗生素的广泛使用导致了土壤环境中抗生素的污染。为了解进入农田土壤中抗生素的降解规律,该文以养殖业广泛使用的磺胺二甲嘧啶和2种不同养分水平的土壤为试验材料,采用盆栽方法研究了肥料种类(有机肥、NPK肥、N肥、PK肥等)、耕作强度(翻耕、免耕)、水分条件(长期干燥、长期湿润、干湿交替、长期潮湿)及种植作物(种植蔬菜、不种蔬菜)对土壤中磺胺二甲嘧啶降解的影响。结果表明,与不施肥处理比较,施用有机肥、NPK肥、N肥可促进土壤中磺胺二甲嘧啶在土壤中的降解,并以施用有机肥的效果最为明显;但施用PK肥对土壤中磺胺二甲嘧啶的降解影响不明显。翻耕可促进土壤中磺胺二甲嘧啶的降解,干湿交替、长期湿润比长期干燥和长期潮湿土壤环境下更有利于磺胺二甲嘧啶的降解。种植蔬菜比不种蔬菜土壤的磺胺二甲嘧啶的降解率高,根际土壤中磺胺二甲嘧啶的降解高于总体土壤。高养分土壤中磺胺二甲嘧啶的降解一般高于低养分土壤。分析认为,施肥、土壤养分水平、种植蔬菜对土壤中磺胺二甲嘧啶的降解的影响可能主要与这些因素改变了土壤微生物活性有关;翻耕可促进土壤中抗生素的光降解强度。研究认为,施肥、耕作和水分管理可以在一定程度上加速土壤中磺胺二甲嘧啶的降解。     

Pharmaceutical antibiotic compounds in soils – a review

Antibiotics are highly effective, bioactive substances. As a result of their consumption, excretion, and persistence, they are disseminated mostly via excrements and enter the soils and other environmental compartments. Resulting residual concentrations in soils range from a few μg upto g kg^–1 and correspond to those found for pesticides. Numerous antibiotic molecules comprise of a non‐polar core combined with polar functional moieties. Many antibiotics are amphiphilic or amphoteric and ionize. However, physicochemical properties vary widely among compounds from the various structural classes. Existing analytical methods for environmental samples often combine an extraction with acidic buffered solvents and the use of LC‐MS for determination. In soils, adsorption of antibiotics to the organic and mineral exchange sites is mostly due to charge transfer and ion interactions and not to hydrophobic partitioning. Sorption is strongly influenced by the pH of the medium and governs the mobility and transport of the antibiotics. In particular for the strongly adsorbed antibiotics, fast leaching through soils by macropore or preferential transport facilitated by dissolved soil colloids seems to be the major transport process. Antibiotics of numerous classes are photodegraded. However, on soil surfaces this process if of minor influence. Compared to this, biotransformation yields a more effective degradation and inactivation of antibiotics. However, some metabolites still comprise of an antibiotic potency. Degradation of antibiotics is hampered by fixation to the soil matrix; persisting antibiotics were already determined in soils. Effects on soil organisms are very diverse, although all antibiotics are highly bioactive. The absence of effects might in parts be due to a lack of suitable test methods. However, dose and persistence time related effects especially on soil microorganisms are often observed that might cause shifts of the microbial community. Significant effects on soil fauna were only determined for anthelmintics. Due to the antibiotic effect, resistance in soil microorganisms can be provoked by antibiotics. Additionally, the administration of antibiotics mostly causes the formation of resistant microorganisms within the treated body. Hence, resistant microorganisms reach directly the soils with contaminated excrements. When pathogens are resistant or acquire resistance from commensal microorganisms via gene transfer, humans and animals are endangered to suffer from infections that cannot be treated with pharmacotherapy. The uptake into plants even of mobile antibiotics is small. However, effects on plant growth were determined for some species and antibiotics.     

氟喹诺酮类抗生素在农业紫色土中的吸附研究

抗生素被广泛作为抗菌药物和添加剂使用在畜牧业中,造成大量抗生素随着动物粪便进入到土壤环境。吸附行为是抗生素在土壤中迁移转化的重要过程,对抗生素的风险评估及污染控制具有重要的意义。本文采用吸附试验研究了两种氟喹诺酮类抗生素(诺氟沙星(NOR)和氧氟沙星(OFL))在重庆广泛分布的紫色土中的吸附特性以及影响因素。结果表明:NOR和OFL在紫色土上的吸附过程较快,5 h就能达到吸附平衡,吸附常数Kd能达到3 082 L/kg。Freundlich吸附等温模型能很好拟合紫色土对NOR和OFL的等温吸附过程。由吸附过程的吉布斯自由能ΔG和吸附能E可知,紫色土吸附NOR和OFL主要是通过物理吸附。溶液pH6会降低紫色土对NOR和OFL的吸附。当溶液离子强度从0.005 mol/L增加至0.05 mol/L时,NOR和OFL在紫色土上的吸附量分别降低了10.2%和11.7%。土壤有机质对NOR和OFL的吸附过程影响很小。     

泰乐菌素和土霉素在农业土壤中的消解和运移

长期施用禽畜排泄物可导致抗生素在土壤中的积累, 对环境产生不良影响.为了解进入农田后抗生素的去向及残留动态, 选择2个典型农业土壤, 利用田间小区试验, 研究了田间实际状况下泰乐菌素和土霉素2种抗生素在土壤中的消解与运移行为.研究表明, 抗生素在土壤中的消解和运移与抗生素种类和土壤性质有关.抗生素在砂质土壤(清水砂)中的下移明显高于粘壤土(泥质田), 泰乐菌素在土壤中的垂直迁移强于土霉素.表层土壤中抗生素因降解和下移随时间逐渐下降, 消解速率在试验初期大于后期, 并且土霉素消解速率大于泰乐菌素.砂质土壤中抗生素的消解速率在试验初期明显高于粘壤土, 但至试验后期, 二者渐趋相似.田间条件下测得的抗生素消解速率明显低于实验室条件下, 这可能与抗生素进入田间深层土壤后稳定性增加有关.农田施用抗生素初期产生的径流中含较高浓度的抗生素, 但随时间(10 d之内)很快下降至检测下限以下; 试验初期径流中抗生素浓度为泰乐菌素大于土霉素, 砂质土高于粘壤土.     

抗生素在土壤中的吸附行为研究进展

抗生素是畜禽养殖和水产养殖中常用的一类化学品,其使用量大,体内代谢率低,可通过畜禽粪便的农业施用直接进入土壤环境,在土壤中易残留,富集到一定水平就可能影响生态健康和安全.目前,抗生素污染最令人类担忧的风险是抗性基因和抗性病菌的滋生和传播.抗生素在土壤中的吸附作用是影响其持留、分布、迁移、转化及最终归趋的关键过程.本文选择四环素类、磺胺类、大环内酯类和喹诺酮类4类常用抗生素,论述了pH值、离子强度和金属离子、有机质以及其他土壤理化性质等因素对其吸附的影响,并对抗生素在土壤中的吸附机理进行了初步的探讨.     

土壤中恩诺沙星的吸附-解吸特性和生物学效应

抗生素药物残留对生存环境的影响已受到人们广泛的关注。本文研究了我国应用较为广泛的抗生素恩诺沙星在几种农业土壤中的吸附和解吸特性及其对土壤微生物区系和有机碳矿化的影响。结果表明,土壤对恩诺沙星具有较强的吸附作用,残留在土壤中的低量恩诺沙星主要被吸附在固体颗粒上,不易释放和随水迁移。但残留在土壤中的恩诺沙星可影响土壤微生物数量和有机碳的矿化。低浓度的恩诺沙星可刺激土壤微生物活性,增加土壤有机碳的矿化;高浓度的恩诺沙星则会抑制土壤微生物活性和有机碳的矿化。恩诺沙星对土壤生物学性质影响的持续时间较短,约10天左右,这可能与土壤对恩诺沙星具强吸附作用及恩诺沙星在土壤中自然降解削弱了其活性等有关。     

土壤中砷的生物转化及砷与抗生素抗性的关联

砷是一种广泛存在于自然环境中毒性较强的类金属元素,农田生态系统中的植物(尤其水稻)很容易吸收积累土壤环境中的砷。植物中的砷沿食物链向高等动物传递,威胁人类健康。除土壤本身的理化性质外,土壤中砷的生物转化也强烈影响砷的生物有效性。目前研究发现异化砷酸盐(As(V))呼吸性还原、细胞质As(V)还原、亚砷酸盐(As(III))氧化、As(III)甲基化和有机砷的去甲基化在土壤砷的生物地球化学过程中起重要作用。随着分析化学和分子生物学技术的进步,最新研究发现土壤生物也参与了砷糖、砷糖磷脂、砷甜菜碱、砷代草丁膦、硫代砷等有机砷的合成,其中三价一甲基砷和砷代草丁膦可作为新型抗生素,但其合成机制及生态学功能有待进一步研究。本文还详细介绍了为适应复合污染环境微生物通过自身的进化对抗生素和重金属形成的四种共选择抗性机制:共抗性,交叉抗性、共调控和生物膜感应,特别提出了土壤中砷污染与抗生素抗性相关联这一新的研究方向。最后对砷生物转化和砷与抗生素共抗机制的未来研究方向做了展望。     

类固醇激素的环境行为及其影响因素

类固醇激素作为一类典型的环境内分泌干扰物,具有很强的内分泌干扰作用,对生态和环境危害极大,其主要来源于包括人类在内的脊椎动物的排放,目前已在环境中被不断检出。通过综述进入环境后类固醇激素发生的吸附、降解、迁移等环境行为的特征,从类固醇激素自身的性质和环境暴露量浓度、环境中的有机质、矿物质以及环境介质的理化性质、共存的有机污染物和微生物等方面对其影响因素进行了归纳和总结。