摘要
伴随养殖业近些年的集约化快速发展，兽用抗生素的滥用引发的抗生素耐药基因问题及环境危害逐渐凸显，引起人们重视。畜禽粪便作为有机肥施加入土壤能够有效改善土壤肥力，提高作物产量，而施加动物粪便肥会增加农田土壤中兽用抗生素的残留，造成抗生素对土壤的污染及进入地下水环境的潜在风险。本研究以磺胺嘧啶(SD)、环丙沙星(CIP)和恩诺沙星(ENR)为目标污染物，以牛粪有机肥及西北地区三种黄土为供试样品，通过土柱淋溶实验，研究了畜禽粪便施入黄土后，土壤肥力变化及典型兽用抗生素淋溶迁移风险，明确了不同环境因素对典型兽用抗生素淋溶行为的影响机制。研究旨在为黄土区典型兽药抗生素污染防控及环境生态安全提供理论依据和参考。 研究结果如下： （1）三种黄土添加牛粪后0-5cm土层铵态氮增加量均超过79%，林地灰褐土含有铵态氮明显高于黄绵土和塿土，0-10cm土层中含量均大于100mg/kg。黄绵土对铵态氮的固定能力较差，易于被转化和淋失；淋溶作用可以使铵态氮在下层土壤积累。土壤添加牛粪后10cm土层上下有效磷含量提升差异明显；灰褐土有机矿物含量高，与有效磷竞争吸附使灰褐土各土层中有效磷的持有量较其它两种黄土低。黄土表层0-10cm由于生物活动以及外界影响使营养成分明显高于10-40cm。添加牛粪后黄绵土速效钾含量增加明显，增加量随土层深度逐层减小，土壤速效钾易于通过淋溶过程垂向逐层分布于土壤。 （2）黄绵土耕种层土壤利用率高、土质疏松，加之降雨淋溶作用使SD在表层土壤中残留量为0.59μg/g；牛粪中SD、CIP和ENR的初始浓度与淋溶后土壤中抗生素残留量显著相关，添加20mg增加到100mg时，表层土壤SD残留浓度增加3.79μg/g、CIP增加2.67μg/g、ENR增加2.49μg/g。在土柱15cm以下，淋溶水流速度减缓，目标污染物和土壤接触时间增长，淋溶作用使土壤下层有机物和无机矿物含量增高，导致下层土壤对SD、CIP和ENR的吸附能力增大，残留浓度20cm＞15cm。添加牛粪可以有效增加黄绵土对SD、CIP和ENR的吸附能力，降低抗生素在土壤中的淋溶风险。牛粪源有机质在淋溶作用下进入土壤，大量官能团为CIP的吸附提供更多的吸附位点，可以有效降低CIP在黄绵土中的垂向移动。ENR在黄绵土20cm以上土层的吸附主要是羟基(-OH)与羧基(-COOH)等官能团之间键能结合及氮原子和H+之间的配位吸附，淋洗作用不易使之解吸。 （3）降雨强度是影响抗生素在添加牛粪黄土中淋溶效果的重要因素，强降雨可以促使原本吸附在土壤中的SD、CIP和ENR解吸并向下迁移至下层土壤；模拟酸性雨水的淋洗相比中性雨水，更能保持牛粪中SD和ENR的吸附量，降低解吸，使SD和ENR的淋溶能力降低。黄绵土和塿土能够较强吸持SD，而灰褐土上层土壤由于NH4+和K+等阳离子参与竞争吸附使SD吸附量减小，随水体迁移至营养成分较少的下层土壤中。中性和强酸性环境均使得黄绵土中CIP的残留量增大，更好的保留在土壤中。CIP在三种黄土中的吸附主要作用机制是阳离子交换作用；同淋溶条件下，CIP与ENR在灰褐土中的残留量更大，塿土中残留量最小，与黄土中阳离子交换量呈正相关。 （4）不同阳离子溶液淋溶土柱后，黄土中SD与CIP的土层平均残留量q从小到大排列为：q(KCl)＜q(NH4Cl)＜q(CaCl2)＜q(NaCl)；阳离子能够和SD产生竞争吸附，而Ca2+能够在土壤和抗生素之间产生阳离子架桥作用，相对增加土壤对SD的吸附能力，以致0.1MCa2+比0.05MCa2+对黄绵土吸附CIP的抑制效果弱；当NH4+超出一定范围后会和部分SD发生络合反应，反而增大土壤中SD的残留量；Na+对SD在黄绵土中的淋溶影响最小。NH4+浓度越大，降低CIP在表层土壤中的残留，下层土壤残留量增加。四种阳离子溶液淋溶土柱后，土层中ENR平均残留量大小关系为：q(KCl)＜q(CaCl2)＜q(NH4Cl)＜q(NaCl)；离子强度增大能够和ENR竞争吸附位点，增加ENR在黄土中的淋溶迁移能力。 （5）GUS数据表明SD和CIP在三种黄土土壤中均属于高淋溶浸出物，SD在黄绵土中浸出风险最大；CIP在灰褐土浸出风险最大，黄绵土浸出风险最弱；ENR在灰褐土中具有中等淋溶浸出风险，在黄绵土和塿土均具有高淋溶浸出风险。研究表明，抗生素在黄土中的淋溶行为主要受土壤属性和环境因素共同决定，GUS主要依据土壤有机质含量预测和评估抗生素的淋溶风险；淋溶液离子强度和土壤pH、有机质含量、阳离子交换量及无机矿物成分同样是影响抗生素在黄土中淋溶行为的重要因素。实验结果表明CIP在灰褐土中淋溶能力较低，这可能与CIP在土壤中的吸附作用主要是阳离子交换影响机制。
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