中国东部地区养殖环境中抗生素的残留特征及被动监测技术的研究

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抗生素的残留对于水产养殖系统和消费者人群的不利影响已引起全球的关注。我国是水产品的养殖和消费大国,而东部地区是其主要的水产养殖区之一。养殖池塘中若长期存在抗生素暴露,会影响养殖环境,造成水产品体内富集,并通过食物链造成人体暴露,对人体健康造成威胁。然而迄今我国东部地区养殖池塘中抗生素的残留特征并不明了,这不利于抗生素的监管和控制。因此,本研究系统地研究了淡水养殖环境中不同介质中抗生素的残留特征,包括水、底泥和悬浮物颗粒物,并分析了环境介质中抗生素迁移转化和残留特征。同时以养殖水体中的抗生素为监测对象,借助薄膜扩散梯度技术,进行了养殖水体中浓度的原位监测研究,以解决传统主动采样法的成本高、处理过程复杂及误差较大等问题,将薄膜扩散梯度技术首次应用到了养殖水体中。具体工作如下:(1)为评估中国东部淡水养殖环境介质中抗生素的迁移转化和残留特征,本研究分别于2018年和2019年在中国东部地区选取12和13个淡水养殖池塘。在各采样点的水,底泥、和悬浮颗粒物中均测量出12种常用抗生素。与中国和全球其他研究的比较中,本次研究三种介质中大多数抗生素的浓度处于中等或较低水平。(2)由于水产养殖业滥用抗生素的情况日益严重,监测水产养殖水体中抗生素的浓度对于研究生态系统中抗生素来源至关重要。因此,研发一种在养殖水体中可以监测抗生素的DGT装置,评估该采样器应用养殖水体的可行性。选择对抗生素具有高吸附能力的粘合材料(XDA-1树脂),将其作为吸附膜用于薄膜扩散梯度技术(DGT)对养殖水体中抗生素进行原位监测。以XDA-1树脂/1.5%琼脂糖凝胶为吸附膜、1.5%琼脂糖凝胶为扩散膜、聚醚砜滤膜为过滤膜组装DGT对抗生素进行检测。DGT在实验室模拟实际养殖水体浓度的条件下,结果表明DGT可以有效地积累了11种抗生素,并获得的扩散系数5.8×10-6-8.7×10-5 cm~2/s。同时实验室用DGT监测和固相萃取法对抗生素浓度进行监测,结果发现表明CDGT和CSOLN值大致相当,证明使用XDA-DGT监测养殖水体中抗生素的可行性。(3)将薄膜扩散梯度技术(DGT)对实际养殖水体中抗生素进行原位监测。现场应用在14个养殖水体中,发现大部分抗生素的Log(CDGT/CSOLN)值介于0-1.5之间,通过Wilcoxon Signed Rank Test进行数理分析,得出Log(CDGT/CSOLN)值为1.1是DGT原位应用养殖水体的可靠参考值。此外,Log(CDGT/CSOLN)值的准确性几乎不受目标化合物理化性质的影响。该研究是构建DGT采样器监测养殖水体中抗生素的首次尝试。(4)养殖水体中的有机污染物除抗生素外还有激素、除草剂类农药等对养殖生态系统均有影响,建立DGT装置监测养殖水体中激素和除草剂的方法,评估DGT装置可以在养殖水体中可以同时测定多种有机物,扩展其在养殖水体中的应用。以XDA-1树脂/1.5%琼脂糖凝胶为吸附膜、1.5%琼脂糖凝胶为扩散膜组装的DGT对激素和除草剂类农药进行监测。DGT在模拟实际养殖水体浓度的条件下,结果表明DGT可以有效地积累3种激素和3种除草剂类农药,并获得的扩散系数1.0×10-6-7.8×10-6 cm~2/s。实验室用DGT监测和固相萃取法对激素和除草剂浓度进行监测,结果发现表明CDGT和CSOLN值大致相当,将薄膜扩散梯度技术(DGT)对实际养殖水体中激素和除草剂类农药进行原位监测。现场应用在7个养殖水体中,发现大部分目标化合物Log(CDGT/CSOLN)值介于0-1.5之间,通过Wilcoxon Signed Rank Test进行数理分析,得出Log(CDGT/CSOLN)值为1.1是DGT原位应用养殖水体的可靠参考值。此外,Log(CDGT/CSOLN)值的准确性几乎不受目标化合物理化性质的影响。该研究是构建DGT采样器监测养殖水体中抗生素、激素和除草剂的首次尝试。本论文的研究成果阐明了中国东部淡水养殖环境介质中抗生素的迁移转化和残留特征,同时提供一种原位被动监测技术,应用于养殖水体中抗生素的原位监测分析,同时监测抗生素、激素和除草剂等三类有机物。研究成果具有较好的理论价值和应用前景。
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