抗生素是环境中重要的新型污染物,土壤有机质对抗生素的吸附有重要作用。颗粒态有机质(Particulate Organic Matter,POM)是具有生物、化学活性的土壤有机质组分,根据其组成和存在状态的不同可以分为游离颗粒态有机质(Free Particulate Organic Matter,f POM)和团聚体内部结合的颗粒态有机质(Intra-aggregate Particulate Organic Matter,i POM)。f POM和i POM具有不同的组成比例和稳定性。POM的组成和结构特征使其对土壤污染物具有较强的富集作用。为了深入了解POM的性质及其对抗生素的吸附机制,本论文主要开展了以下研究工作:提取分离了滨海土壤和沉积物中的POM,测定了POM的有机碳、黑炭、无机矿物、金属元素、氧化物含量,分析了POM中有机质组分、组成、有机官能团组成和稳定性以及空间结构等特性。根据POM的特性差异,结合渤海抗生素污染调查结果,选择污染严重的土霉素和环丙沙星展开颗粒态有机质吸附抗生素的研究,并进一步采用纳米离子探针技术和稳定性同位素技术相结合的方法分析了环丙沙星在颗粒态有机质上吸附的微观机制。本论文的主要结果包括以下几个方面:(1)采集黄河三角洲滨海土壤和沉积物,采用湿筛分级和密度提取的方法分离得到5类有机质组分,分别为大(微)团聚体游离颗粒态有机质、大(微)团聚体内部结合的颗粒态有机质和矿物结合态有机质(Mineral-associated Soil Organic Matter,m SOM),这一过程实现了不同粒径、稳定性的土壤颗粒态有机质和矿物结合态有机质的分离。通过化学性质和空间结构两个主要方面分析颗粒态有机质的特性结果如下:POM是由有机质组分和无机矿物组成的复合体。黄河三角洲土壤和沉积物由潮滩到内陆分布的无植被荒地、盐生植被湿地和旱地三种土地利用类型的土壤均表现为f POM的有机碳含量最高,i POM含量次之,m SOM中有机碳含量相对较低,三种有机质中有机碳的最高含量分别为410.0g/kg、98.8 g/kg和18.8 g/kg。随湿地植被的生长,有机碳含量增加,农耕活动降低了各组分中有机碳的含量。黑炭是颗粒态有机质的重要组成部分,其含量与有机碳含量呈显著正相关关系。黄河三角洲地区f POM的原生矿物主要是石英,次生矿物主要是水云母。m SOM中Al2O3的含量高于POM,大团聚体结合的POM中Ca O的含量高于f POM和m SOM,各组分有机质中Mg O的含量差异不显著。除了Cr和V外,f POM对Ni、Co、Cd、Cu、Zn和As等微量元素的富集能力高于i POM和m SOM。颗粒态有机质的组分和组成等特性与植被类型(湿地)、种植作物(旱地)及其残留有关。无植被荒地和潮滩分布湿地土壤和沉积物颗粒态有机质有机碳类型以芳香碳为主,向陆地延伸的盐生植被湿地和旱地土壤颗粒态有机质的有机碳类型以脂肪碳为主。此外,f POM的芳香碳含量由海向陆呈降低的趋势,表明f POM的腐殖化程度降低,稳定性降低。同一来源f POM的有机碳类型主要为脂肪碳时,矿物结合态有机碳的主要类型也为芳香碳,分峰积分结果可以得出同一来源f POM中芳香碳含量高于团聚体内部结合颗粒态有机质,且大团聚体结合的颗粒态有机质的芳香碳百分含量低于微团聚体。通过有机碳稳定性同位素研究得出相同的结论,即黄河三角洲滨海土壤和沉积物颗粒态有机质由海到陆稳定性降低,f POM稳定性低于团聚体内部结合颗粒态有机质,大团聚体结合的颗粒态有机质的稳定性小于微团聚体,矿物结合态有机质的稳定性最高。与i POM相比,f POM数量少,体积较大,有机质形态不规则,多为长条形。与无植被荒地相比,植被生长增加的f POM的有机组分体积主要为500~5000μm3,农业活动促进了有机质碎片化。无植被荒地到旱地分布过程中f POM的比表面积增大,有机质的中、微孔隙度降低。(2)采用网格布点法,全面系统分析了渤海抗生素污染特征,并进一步选择典型流域采用从河流下游到浅海采用的梯度布点取样,调查了水体和沉积物中抗生素的含量和分布特征,结合沉积物和水样的性质分析了影响抗生素分布的环境因子。结果表明,渤海及周边河口沉积物中主要的抗生素污染类型有喹诺酮类、四环素类和大环内酯类,其中土霉素的污染浓度最高,为4695μg/kg。抗生素分布具有空间异质性,渤海湾和莱州湾较其他部分污染严重。渤海沉积物中抗生素分布与沉积物中有机碳含量密切相关。(3)在颗粒态有机质特性和渤海抗生素污染调查的基础上,进一步探讨了POM的特性对抗生素的吸附作用。结果如下:随颗粒态有机质的稳定性增强吸附OTC的量降低,吸附速率降低。随有机质含量降低,三类有机质对OTC的解吸量和速率常数增加,且解吸比例f POM>i POM>m SOM,速率常数f POM<i POM<m SOM(BS)。表明有机质周转过程中,活性较高的有机质能快速吸附OTC,随有机质稳定性增强,吸附能力降低,吸附速率也降低,且解吸OTC的比例降低,即OTC的生态毒性降低。有机质中芳香碳比例超过50%时,对吸附OTC起正向作用且吸附的OTC较难解吸。进一步对比游离颗粒态有机质吸附OTC和CFC的能力,结果显示:脂肪碳为主的f POM对OTC的吸附能力较强,芳香碳为主的f POM对CFC的吸附能力较强。f POM的性质与吸附土霉素的Kd值之间的回归方程为Kd=0.139×比表面积+0.035×介孔面积+0.4×CEC+0.14×Al2O3+0.11×羧基碳+0.36×脂肪碳+0.12×芳香碳+0.028×(醛+酮),与吸附环丙沙星的Kd值之间的回归方程为Kd=0.12×SSA+0.09×介孔面积+0.18×CEC+0.15×Al2O3+0.12×羧基碳+0.03×(醛+酮)+0.13×脂肪碳+0.14×芳香碳。f POM的脂肪碳、CEC和Al2O3的含量对吸附抗生素具有重要的作用。f POM吸附土霉素和环丙沙星的过程均受环境因子的影响。不同p H条件下,吸附机制主要包括离子交换、静电作用、疏水性作用和介孔填充等;盐离子主要通过竞争f POM表面的吸附点位影响土霉素和环丙沙星的吸附。土霉素在f POM上的吸附过程是自发的、吸热过程。最后,采用Nano SIMS(Nano secondary ion mass spectrometry)和碳稳定性同位素相结合的方法研究了f POM吸附环丙沙星的微观机制研究,通过对比f POM去掉矿物前后吸附环丙沙星的分布特征,得出以下结论:游离颗粒态有机质的空间结构和有机组分影响CFC的表面分布特征,有机质含量高、腐殖分解程度强、孔隙和表面积大的表面边缘吸附CFC量大;在150 nm深度范围内均匀吸附环丙沙星。