干旱区设施菜地土壤磺胺类抗生素污染特征及吸附行为初步研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:xj3301365
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为提高土壤养分含量保证农作物优质高效生长,向土壤中施用有机粪肥已成为现代农业中不可缺少的环节之一。用于畜禽养殖业的兽用类抗生素在动物体内的代谢转化率并不高,大量的抗生素随畜禽粪便的施用进入农田土壤。农田土壤中抗生素的残留特征已成为当前的研究热点。我国农田土壤中抗生素残留情况的调查研究主要集中在京津冀、长三角、珠三角等经济发达地区,对于西北干旱区农田土壤的相关研究鲜见报道。本研究以甘肃省武威市凉州区为研究区域,根据实际设施蔬菜种植情况布设60处采样点,其中50处设施菜地土样,10处露天菜地土样,系统调查、分析了研究区设施和露天菜地土壤中磺胺类抗生素的残留水平、分布特征,评估了研究区菜地土壤磺胺类抗生素的污染生态风险。在此基础上,以检出率较高的磺胺甲噁唑为例,探究了其在干旱区绿洲土壤中的吸附行为及相关影响因素。主要研究结果如下:(1)研究区设施菜地和露天菜地土壤中均检出磺胺类抗生素。设施菜地土壤中磺胺类抗生素的总含量(∑SAs)范围在82.967493.744μg·kg-1之间,平均值为201.676μg·kg-1。露天菜地土壤中磺胺类抗生素的总含量(∑SAs)范围在75.576321.268μg·kg-1之间,平均值为121.905μg·kg-1。设施菜地中磺胺类抗生素的残留与污染状况比露天菜地土壤更为严重。研究区设施和露天菜地土壤抗生素残留主要以磺胺甲噁唑为主。(2)研究区不同乡镇采样点磺胺类抗生素的残留量不同。金沙乡、发放镇和清水镇设施菜地土壤中磺胺类抗生素的平均总含量相对较高。种植年限在10年以上的设施菜地土壤中磺胺类抗生素的残留量低于种植年限为15年、610年的设施菜地土壤。(3)采样当季以鸡粪作为主要有机肥的设施菜地土壤中磺胺类抗生素的平均总残留量高于施用羊粪、牛粪等有机肥或化肥的菜地土壤。磺胺类抗生素的残留总含量除与土壤理化性质相关外,还与其他多种磺胺类抗生素的残留含量相关。磺胺甲噁唑的残留量与土壤有机质含量呈显著正相关(p<0.01),磺胺甲基嘧啶、磺胺甲噁唑及磺胺间甲氧嘧啶的残留量与土壤电导率呈显著正相关(p<0.05)。(4)研究区内设施菜地土壤中残留含量大于生态毒害效应触发值(100μg·kg-1)的有磺胺甲噁唑(24%)、磺胺间甲氧嘧啶(6%)和磺胺间二甲氧嘧啶(10%)。10%的露天菜地土壤样品中磺胺二甲基嘧啶的含量>100μg·kg-1。根据风险评价相关数据可以看出:研究区内菜地土壤中磺胺甲噁唑和磺胺嘧啶处于高等风险,且磺胺甲噁唑的生态风险最高,磺胺间甲氧嘧啶的生态风险最低。(5)初始浓度为10 mg·L-1和20 mg·L-1的磺胺甲噁唑在干旱区绿洲土壤中的平衡吸附量分别为98.100和199.225 mg·kg-1。吸附动力学和热力学模型分别符合准二级动力学模型和Henry、Freundlich方程。该反应为自发的放热反应,较低的温度能够促进反应正向进行,反应过程主要为物理反应。(6)磺胺甲噁唑在不同环境条件吸附情况会发生变化。当溶液初始pH大于磺胺甲噁唑pKa2 5.7时,土壤对磺胺甲噁唑的吸附量下降;腐殖酸浓度的增加不利于土壤对磺胺甲噁唑的吸附;磺胺甲噁唑在土壤中的吸附量随溶液中Na+浓度的增加而降低;溶液中Cu2+浓度越高,磺胺甲噁唑在土壤上的吸附量越大。
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