施用畜禽粪肥土壤中抗生素的迁移特征及风险评价

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抗生素的发现和使用是人类医学的史上重大进步。由于在治疗疾病和促进动物生长方面效果良好,抗生素已被大规模使用于畜禽养殖行业,但约有30%-90%的抗生素以药物原型或代谢产物随粪便排出,致使畜禽粪肥中残留有大量的抗生素。随着人们对蔬菜品质要求的提高,绿色蔬菜基地和有机蔬菜基地大量兴起,畜禽粪肥作为有机肥源源不断地施入农业土壤,导致抗生素成为土壤中重要的污染物。进入土壤的抗生素可以被土壤吸附,危害土壤质量;另外,抗生素还可以通过地表径流和地下渗流方式进入地表水和地下水,污染水环境,从而引发一系列环境问题;更有甚者,抗生素还能被植物富集,威胁人类健康。本文以畜禽粪肥中土霉素(OTC)、四环素(TC)和金霉素(CTC)为研究对象,采用盆栽试验和田间试验相结合的方式,利用HLB固相萃取-高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)的分析方法,探讨了施用畜禽粪肥土壤中3种四环素抗生素(TCs)在菜心-土壤-渗流水系统中的迁移特征,并对菜心和土壤中TCs进行了健康风险评价和生态风险评价;同时,基于土壤施用畜禽粪肥后TCs的流失率,估算了由施用畜禽粪肥可能导致广州市地表水和地下水体中3种TCs污染的浓度,然后构建物种敏感性分布,结合风险熵计算模型对广州市地表水和地下水体由于施用畜禽粪肥流失所产生的健康风险和生态风险进行了评价。论文的主要结论如下:(1)盆栽试验和田间试验表明,施用含TCs的畜禽粪肥后。菜心、土壤和渗流水中均能检出3种TCs。TCs在菜心-土壤-渗流水系统中迁移特征总体上相似,均为土壤残留率>水体流失率>菜心富集率。(2)菜心地上部中,OTC、TC和CTC的浓度分别为45.03μg/kg、10.59μg/kg和22.52μg/kg。健康风险评价表明,人体通过食用菜心摄入的OTC、TC和CTC的量分别为1.1μg、0.3μg和0.5μg,低于我国动物性食品规定的食用肉类而摄入OTC、TC和CTC的最高限值(10μg),也远低于世界卫生组织规定的人体日允许摄入量(1800μg)。(3)土壤中,OTC、TC和CTC的残留浓度分别为1013.68μg/kg、174.08μg/kg和313.11μg/kg。生态风险评价表明,施肥前期(前两次取样)土壤中TCs的风险熵值介于1.36-44.33,风险较大。随着时间推移,风险逐渐降低,最终OTC、TC和CTC的风险值分别为0.42、0.24和0.42,均处于中风险。(4)基于畜禽粪肥施用后抗生素的流失率,估算出由畜禽粪肥施用可能导致广州市地表水和地下水体中3种TCs污染的浓度分别为17.17 ng/L和2.09 ng/L(OTC)、6.02 ng/L和1.36 ng/L(TC)、14.26 ng/L和4.93 ng/L(CTC),其健康风险熵值均介于6.8×10-8-3.9×10-5,未超过美国环保署推荐的最大可接受风险水平(10-4);3种TCs的生态风险值介于4.61×10-4-5.21×10-3,远低于0.1,处于低风险。
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