洛克沙胂暴露对土壤微生物碳代谢功能多样性的影响

【目的】运用Biolog法分析洛克沙胂作用下的土壤微生物群落碳代谢多样性,以揭示洛克沙胂在环境中残留对土壤微生物学性状的影响.【方法】采集新鲜土壤加入不同质量浓度的洛克沙胂溶液混匀,使药物质量分数(以As计)分别为:低质量分数组15 mg·kg-1、中质量分数组75 mg·kg-1、高质量分数组150 mg·kg-1,放置在室温(20~25℃)下培养,于处理后第1、2、3、5、8周分别采取培养土壤,用Biolog法进行分析.【结果和讨论】洛克沙胂对土壤微生物群落碳代谢功能影响显著,且存在一定的剂量依赖效应.经主成分分析,第1周,洛克沙胂低质量分数组(w=15 mg·kg-1)土壤微生物群落多样性和对照组差异不明显,第2、3、5、8周,各组土壤微生物群落碳代谢类型差异显著,其中高质量分数组(w=150 mg·kg-1)与对照组差异最大.结果表明,洛克沙胂可致土壤微生物群落碳代谢能力与多样性改变,胁迫浓度越高其作用越强.同时,洛克沙胂对土壤微生物群落碳代谢能力与多样性的影响还表现出时间差异,在暴露胁迫的后期(第5、8周),洛克沙胂的影响逐步减弱,可能与洛克沙胂在土壤中发生化学结构改变和降解有关.     

鸡饲喂洛克沙胂后排泄物中As的形态分析及光降解研究

【目的】探讨洛克沙胂在鸡饲后的排泄规律及对环境生态的毒性.【方法】选用健康黄鸡饲喂含洛克沙胂50mg/kg的全价饲料,连续给药10 d,给药期间及停药后收集不同时间点排泄物样,采用微波消解-原子荧光光度法测定鸡排泄物中总砷和无机As(Ⅴ)、As(Ⅲ)质量分数,高效液相色谱法(HPLC)测定鸡排泄物中洛克沙胂的质量分数.将不同时间点收集的鸡排泄物进行洛克沙胂的光降解试验.【结果和结论】鸡排泄物中砷的排泄量在饲后第108小时质量分数达到稳态(其中洛克沙胂为31.62~35.87 mg/kg,总砷为16.75~21.48 mg/kg),停饲后总砷与洛克沙胂的排泄量呈较快速下降,第120小时时鸡排泄物中已检测不出洛克沙胂,总砷亦降至3.89 mg/kg,此过程中As(Ⅲ)、As(V)含量变化较小,两者最高值分别为0.38和1.81 mg/kg.光降解试验中光照组鸡排泄物中洛克沙胂的降解率为100%,而避光组降解率仅为75.16%,其中无机As(V)、As(Ⅲ)的质量分数均随时间而升高,并以As(V)为主,两者在光照下含量变化速度均比相应避光组快.鸡饲喂洛克沙胂后主要以原形形式排泄,无论在避光或光照条件下鸡排泄物中洛克沙胂均可被降解生成无机砷形态,光照可加速鸡排泄物中洛克沙胂的降解.     

土壤酶活性对洛克沙胂残留的生物响应

采用室内模拟试验的方法,研究了外源洛克沙胂对土壤中性磷酸酶、过氧化氢、脲酶活性的影响。结果表明:洛克沙胂对几种土壤酶均表现出不同程度的抑制作用,且随浓度的增加作用程度加剧。在整个培养期内对各种酶的抑制率呈现上升-降低的趋势,在第10天达到峰值,中性磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶分别最高可达54.71%,33.92%和13.81%。。以ED10来表征土壤酶对洛克沙胂的敏感程度由强到弱依次是中性磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶,第10天分别为18.83mg.kg-1、48.31mg.kg-1和185.2mg.kg-1。利用指数负增长模型对酶活性的抑制率和时间进行拟合,得出洛克沙胂对土壤酶的毒性影响时间随浓度增大而延长,且同浓度毒性影响时间最长为中性磷酸酶,长达188.4d,过氧化氢酶和脲酶次之。     

多孔介质含水率变化对洛克沙胂的希瓦氏菌生物转化影响

作为一种广泛使用的饲料添加剂,洛克沙胂经由畜禽粪便进入环境,产生潜在的砷污染。自然环境中,降雨变化具有时空分布不均匀性,导致土壤含水率时刻发生变化,从而对洛克沙胂的生物转化产生影响。本研究选取自然界中常见的奥奈达湖希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1)为模型微生物,利用多孔介质石英砂作为模拟土壤的介质,研究洛克沙胂在不同含水率情形下的生物转化情况。研究结果表明,含水率的变化对于洛克沙胂的生物转化过程影响明显。在低含水率的条件下(12.50%),洛克沙胂难以被希瓦氏菌转化;而当含水率提升后,洛克沙胂才能够被S.oneidensis MR-1转化。通过砷平衡分析可以看出3-氨基-4-羟基苯胂酸为洛克沙胂生物转化的唯一产物,未检测出无机形态砷。     

洛克沙胂残留对土壤微生物活性的影响

畜禽养殖中大量使用洛克沙胂作为促生长剂,洛克沙胂在畜禽粪便中有较多的残留,随着有机肥的施用进入土壤,可能对环境有影响。通过研究洛克沙胂对土壤呼吸作用、硝化作用、氨化作用及几种酶活性的影响,评价洛克沙胂残留对土壤微生物活性的影响。试验结果表明,在洛克沙胂处理后的4~6 d对土壤呼吸有一定的刺激作用,但差异不明显(P>0.05);不同浓度洛克沙胂残留对土壤硝化作用均有较明显的抑制作用,20、50mg/kg组在培养后期(12~18 d)对土壤硝化作用有显著性抑制,80、150 mg/kg组在整个试验期均有显著性抑制(P<0.05);80、150 mg/kg浓度洛克沙胂对土壤氨化作用有极显著的抑制作用(P<0.01),20、50 mg/kg在培养2d后对氨化作用有明显的抑制作用(P<0.05);洛克沙胂残留对土壤碱性磷酸酶的活性有较明显的刺激作用;低水平残留对土壤过氧化氢酶活性有一定的促进作用;对蛋白酶活性表现出先抑制后促进作用;在一定时间内对土壤脲酶的活性有轻微的加强作用。总体看畜禽粪便中洛克沙胂残留对土壤主要生化过程有影响,可明显抑制土壤的氮循环,对几种土壤酶活性没有明显的抑制作用,在一定程度上反而有促进作用。     

三种兽药对蚯蚓的急性毒性试验

用滤纸接触法、人工土壤法和自然土壤法3种方法研究了洛克沙胂、氯霉素和磺胺二甲嘧啶3种兽药对安德爱胜蚓(EiseniaAndrei)的急性毒性。结果表明,用滤纸接触法测得的3种兽药对蚯蚓的LC50分别为:洛克沙胂5.50g·kg-1、氯霉素5.40g·kg-1、磺胺二甲嘧啶13.32g·kg-1;用人工土壤法测得的3种兽药对蚯蚓的LC50分别为:洛克沙胂3.23g·kg-1土壤、氯霉素1.67g·kg-1土壤、磺胺二甲嘧啶4.68g·kg-1土壤;用自然土壤法测得的三种兽药对蚯蚓的LC50分别为:洛克沙胂3.45g·kg-1土壤、氯霉素2.44g·kg-1土壤、磺胺二甲嘧啶5.33g·kg-1土壤。3种兽药对蚯蚓的急性毒性都较低。     

洛克沙胂在土壤柱中的淋溶迁移

畜禽粪便中残留的兽药进入土壤后的移动性是评价其淋溶能力(对地下水的污染风险)的重要信息.通过土壤柱稳定流实验,考察了不同淋溶剂、粪浸液等对洛克沙胂在不同深度(0～20、20～50、50～80 cm)灰潮土中的迁移行为影响.结果表明,水、0.01mol·L~(-1) CaCl_2、0.01 mol·L~(-1) EDTA-Na2淋溶剂,对不同深度土壤柱中洛克沙胂的淋溶穿透曲线(BTCs)呈现不同程度的不对称性,在不同深度土壤柱中对洛克沙胂的淋出率分别为:水为92.3%～97.1%,0.01 mol·L~(-1) CaCl_2为71.0%～84.9%,0.01 mol·EDTA-Na_2为75.4%～91.2%;土壤柱先用粪浸液通过后,洛克沙胂的穿透曲线峰时间均有不同程度的提前,淋出率均有增加,在不同深度土壤柱中的淋出率分别为:水为96.4%～110.4%,0.01 mol·L~(-1) CaCl_2为94.5%～106.8%,0.01 mol·L~(-1) EDTA-Na_2为90.8%～103.2%.说明洛克沙胂随粪便进入土壤后可较快地淋溶迁移,可进入地表水和地下水中,对水环境质量的影响较大.     

不同土壤对阿散酸和洛克沙胂添加剂的吸附研究

采用平衡振荡法,研究了不同利用类型的北方土和南方土对阿散酸和洛克沙胂2种有机胂添加剂的吸附行为.结果表明:有机质和总铁含量高的偏酸性南方土对2种有机胂的吸附强度远远大于有机质和总铁含量低的偏碱性北方土;北方土添加腐殖质后对阿散酸和洛克沙胂吸附量分别增加了3倍和10倍左右,南方土去除有机质后吸附量显著下降;南方树木园土和农场土对洛克沙胂和阿散酸的吸附更符合Langmuir吸附等温线,树木园土对阿散酸和洛克沙胂的饱和吸附量分别为1 111和1 250 mg.kg-1,农场土对阿散酸和洛克沙胂的饱和吸附量分别为66和250 mg.kg-1,初始质量浓度对洛克沙胂的吸附量影响更大.     

洛克沙胂代谢物在土壤中的累积及其植物有效性研究

为考察有机胂饲料添加剂降解转化后其含砷代谢物在土壤和蔬菜中累积及其植物有效性,利用鸡只喂饲含洛克沙胂饲料后排泄的粪便作为有机肥应用于茼蒿的种植,收获后测定土壤及茼蒿植株不同部位砷形态化合物的组分及含量。结果表明,洛克沙胂的降解产物主要为亚砷酸盐[As(Ⅲ)]、砷酸盐[As(Ⅴ)]、二甲基砷(DMA)、一甲基砷(MMA)、4-羟基苯胂酸(4-HPA)及少量其他未知形态含砷代谢物。经检测,茼蒿地上部的砷化合物仅为As(Ⅲ),地下部为As(Ⅲ)及As(Ⅴ)。施用对照鸡粪及含洛克沙胂代谢物鸡粪的茼蒿可食用的地上部As(Ⅲ)及总砷含量均低于我国规定的限量标准,与对照鸡粪相比,施用含洛克沙胂代谢物鸡粪显著提高茼蒿地上部As(Ⅲ)、地下部As(Ⅲ)及地下部As(Ⅴ)含量,提升率分别为13.8%±0.4%～37.4%±6.5%、112.9%±4.5%～123.2%±6.5%及44.4%±2.6%～78.0%±5.1%。添加洛克沙胂代谢物鸡粪显著提高土壤中可提取的As(Ⅲ)及As(Ⅴ)含量,提升率分别为49.1%±4.4%及33.4%±2.3%。3个不同生长阶段茼蒿采收后,添加洛克沙胂代谢物鸡粪土壤中可提取的As(Ⅲ)及As(Ⅴ)仍然比对照处理提高4.9%±1.0%～20.0%±1.2%及11.7%±2.4%～18.0%±4.7%。添加含洛克沙胂代谢物鸡粪的土壤中As(Ⅲ)及As(Ⅴ)的茼蒿吸收率分别比对照鸡粪处理提升25.8%及14.3%。综上所述,砷可通过有机胂→饲料→畜禽→畜禽粪便→土壤途径传递并被蔬菜吸收累积,当季施用含有机胂代谢物鸡粪对蔬菜是安全的,但会增加土壤中含砷代谢物的含量,因此不可忽视连续施用时的累积风险。     

洛克沙胂对鲫鱼两种生态毒理学指标的影响

采用静态试验法,将鲫鱼暴露于4、16、64 mg·L-1洛克沙胂中48、96、144 h后,检测了鱼鳃、.肾脏和肝的Na+-K+-ATP酶活性.结果表明,在同一组织中,随着处理浓度的提高.洛克沙胂对鲫鱼各组织Na+-K+-ATP酶活性抑制作用增强.对于不同组织.同一处理浓度的洛克沙胂对鲫鱼鳃中Na+-K+-ATP酶活性抑制作用更为明显,其次是肝和肾(P<0.01).在同一浓度下,洛克沙胂对鲫鱼各组织Na+-K+-ATP酶活性抑制率呈明显的时间-效应关系,暴露时间越长,抑制率越高(P<0.01).此外,单细胞凝胶电泳试验(SCGE)结果表明,鲫鱼暴露于0.5、1、2 mg·L-1洛克沙胂中72 h能引起鲫鱼肾细胞明显的DNA损伤,并在设定剂量范围内呈现一定的剂量-效应关系;同时,鲫鱼肾细胞于体外暴露于1、10、100、500、1 000mg·L-1洛克沙胂3、6、12 h后,可引起严重的DNA损伤.