摘 要

土霉素是近年发现的四环素类抗生素，是一种广谱抗菌药物。由于抗生素的过度使用，严重影响了土壤环境，目前已成为环境研究的热点。抗生素在土壤中降解因环境条件不同而异。设施土壤存在环境温度高，无降水淋溶易出现酸化和盐渍化等问题，这些环境条件将影响抗生素在土壤中吸附过程和残留状态。本文以土霉素为研究对象，通过室内模拟吸附试验，研究了环境温度、土壤酸化和盐渍化等设施条件对土壤吸附抗生素的影响，探讨了设施土壤对土霉素的吸附原理。主要研究结果有：

（1）当温度从8℃上升至25℃、再从25℃上升至37℃时，设施土壤的吸附量是会随着溶液平衡浓度增大而升高的， 8℃时土壤最大吸附量为727.22mg/kg，25℃时吸附量增大至1033.36 mg/kg，37℃时的吸附量与25℃相差不大为1130.73 mg/kg。可以看出温度上升是有利于土壤吸附土霉素的。

（2）当土壤酸化（pH下降）时，土壤的吸附量也会逐渐增加，土壤最大吸附量都为1000mg/kg左右，但是最大吸附量时的平衡浓度随酸化程度而降低。当pH=6.75时，平衡浓度为19.47mg/L，土壤吸附量为1013.15mg/kg，而pH=5.4时，平衡浓度为18.20mg/L，土壤吸附量为1045.22mg/kg。

（3）盐化实验得出数据发现，当设施土壤为轻度盐化时，溶液平衡浓度为27.53mg/L，土壤吸附量为1311.53mg/kg,中度盐化时平衡浓度降低，土壤吸附量为1354.83mg/kg，土壤为重度盐化时，平衡浓度降低至21.53mg/L，土壤吸附量为1461.70mg/kg。

获得了上述结果后，我们可以依据以上结果更合理运用设施土壤养殖，对合理施肥灌溉有了更科学的依据，有利于创造一个安全、稳定、无污染的土壤环境。

关键词：设施土壤；土霉素；环境温度；土壤盐渍化；土壤吸附量；

Abstract

Oxytetracycline, a tetracycline antibiotic discovered in recent years, is a broad-spectrum antibiotic. Overuse of antibiotics has seriously affected the soil environment, and has become a hot spot in environmental research. The degradation of antibiotics in soil varies with environmental conditions. There are many problems in facility soil, such as high ambient temperature, acidification and salinization in precipitation-free leaching. These environmental conditions will affect the adsorption process and residual status of antibiotics in soil. In this paper, the effects of environmental temperature, soil acidification and salinization on the adsorption of antibiotics by terramycin were studied through indoor simulated adsorption experiments, and the adsorption principle of terramycin by facility soil was discussed. The main results are as follows:

(1) When the temperature rises from 8 to 25, then from 25 to 37, the adsorption capacity of facility soil will increase with the increase of equilibrium concentration of solution. The maximum adsorption capacity of facility soil will increase to 727.22 mg/kg at 8, 1033.36 mg/kg at 25 and 1130.73 mg/kg at 37 and 25 respectively. It can be seen that temperature rise is beneficial to soil adsorption of oxytetracycline.

(2) When the soil is acidified (the pH decreases), the adsorption capacity of the soil will gradually increase. The maximum adsorption capacity of the soil is about 1000mg/kg, but the equilibrium concentration of the maximum adsorption capacity decreases with the acidification degree. When the pH is 6.75, the equilibrium concentration is 19.47 mg/L and the soil adsorption capacity is 1013.15 mg/kg, while when the pH is 5.4, the equilibrium concentration is 18.20 mg/L and the soil adsorption capacity is 1045.22 mg/kg.

(3) The data obtained from salinization experiments showed that when facility soil was mildly salinized, the equilibrium concentration of solution was 27.53 mg/L, the adsorption capacity of soil was 1311.53 mg/kg, the equilibrium concentration of soil was reduced to 1354.83 mg/kg, and the equilibrium concentration of soil decreased to 21.53 mg/L and the adsorption capacity of soil was 1461.70 mg/kg.

After obtaining the above results, we can use facility soil culture more rationally according to the above results, which has a more scientific basis for rational fertilization and irrigation, and is conducive to creating a safe, stable and pollution-free soil environment.

Key Words：greenhouse soil；oxytetracycline；environmental temperature；soil salinization；Soil adsorption capacity

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1土霉素的简介 1

1.1.1土霉素的发现 1

1.1.2土霉素的使用概况 1

1.1.3设施土壤 2

1.1.4国内外的研究概况 3

1.1.5研究内容 3

1.2研究目的和意义 4

1.2.1研究目的 4

1.2.2研究意义 5

第2章 材料与方法 6

2.1供试材料 6

2.2实验方案 6

2.3测定方法 7

2.4数据处理方法 8

第3章 实验分析与讨论 10

3.1设施温度对土壤吸附土霉素的影响 10

3.2酸化对土壤吸附土霉素的影响 11

3.3盐渍化程度对土壤吸附土霉素的影响 13

第4章 结 论 15

4.1实验结论 15

4.2建议 15

参考文献 16

致 谢 18

第1章 绪论

1.1土霉素的简介

1.1.1土霉素的发现

40年代末期，第一个四环素类抗生素-金霉素被提取了出来，而后推进了人类对抗生素的研究。抗生素是指生物在其生命过程中所产生的，并且能在低微浓度下有选择地抑制或影响其他生物功能的有机物质。随后的几年时间内，土霉素和四环素也从链霉菌发酵液中分离了出来。这些四环素类抗生素有相似的性质和广泛的抗菌谱，不仅对革兰氏阳性，革兰氏阴性和支原体，甚至对立克次体和衣原体之类的微生物都有活性。随着科技的发展和对抗生素进行降解实验并深入研究，发现抗生素一类都具有相似的化学结构，有四个环线形相连构成主体骨架，即氢化骈四苯，仅取代基有所不同。在一些研究中发现，土霉素还具有迁移能力。采用模拟土柱实验的方法研究土霉素的时候发现，土柱渗漏液中未检测出土霉素，表明其在土壤中的吸持力较强；但在田间试验结果可以说明，土壤渗漏水是可以探测到土霉素，这表示土霉素在大田土壤中是有迁移的能力，具有迁移性，存在进入地下水的风险。另外，抗生素污染废水灌溉土壤后可能会导致一些有关于治疗动物的药品向水沟中迁移，这会造成面源污染或者污染地表水。由此可见，不同兽药在不同土壤中的迁移存在很大差异，在土壤中的运移机理还有待进一步探究。

四环素类抗生素在土壤环境中有吸附和解析的行为，土霉素能被土壤强烈吸附，在一定的测定条件下，土壤吸附和解吸能力是有一定限度的，改变测定条件，吸附能力也会有所不同。如果去除了土抗生素壤有机质和氧化物，则土壤对抗生素的吸附容量下降。当pH值较大时，土壤对抗生素的吸附容量和吸附强度也会随之下降。抗生素在土壤中降解机制较为复杂，其中就有报道，光敏作用可能是光敏性物质的主要降解方式之一，但是在田间试验中证实了一点。同时，光降解也会对四环素老化起到作用，但这部分比较少。

1.1.2土霉素的使用概况

四环素类的抗生素普遍都具有光谱型和质优价廉的特点，近年来，我国还是以使用四土霉素为主，用以提高农业、畜禽养殖生产量和疾病治疗方面，以低剂量促进畜禽的生长，以高剂量用于医疗及临床使用。而其中目前使用量最大的是土霉素和金霉素。

土霉素是一种广谱抗菌药物，所以其广泛应用于人类和动物的疾病预防治疗。并且，由于四环素的质优价廉的特点，人们也会在饲料中添加，使得我国的产量和使用量逐日增加，目前我国土霉素的产量，占世界前列。但也由于土霉素在畜禽养殖业中滥用，畜禽产生的粪便里也有许多残留的土霉素及其代谢物未能好好消化及处理，直接用于有机肥施于农田内，这是造成了土壤环境污染的主要原因之一。药物在开发过程中已经针对其与药效相关的性质进行了结构设计，具备生物活性并主要干扰细菌的生长代谢，因此其在环境中的残留就有可能会对环境或底泥中的土著菌群产生定性或定量的影响，进而在长期低水平暴露下修道产生抗药性菌株。因此，从某种程度上而言，对抗生素类药物的环境残留研究归根结底还是其抗性产生的研究。并且某些本身对生物体甚至人体都会有负面效应的抗生素药物，如果长期处在低水平暴露而产生的可能环境危害和生物效应目前暂时还不明确。大量集约化养殖长废弃物的施用也是土壤中土霉素和重金属逐日增加的原因。抗生素与重金属在固相中的吸附特性制约着它们的迁移、转化等过程及其生物有效性，也会对其环境行为产生影响。

早在2001年，有学者认为抗生素在土壤中的吸附的主要位点是有机质组分和土壤矿物，同时阳离子交换、阳离子键桥、表面配位螯合、氢键以及疏水分配等作用机制都可能在土霉素的土壤吸附过程中起重要的作用。经过一系列的物理化学和生物反应之后，一部分的抗生素会被土壤自身降解能力所降解掉，而另外一部分多余的则流入食物链，通过食物链流入环境、畜禽以及人体等。同时，也由于诸多因素，例如区域气候、土壤盐渍化等共同决定了抗生素在土壤环境中的浓度。所以，研究者不仅需要研究土壤因素，还需要结合抗生物在土壤环境中的环境行为和毒理学学方便的内容，探究土霉素在土壤中的污染规律和机理，建立更合理的污染模型和研究方法预测抗生素的浓度，进而评价环境风险的过程中，有更多可利用的数据和参数解决抗生素在土壤污染中的问题。

但近几年来，土霉素的滥用，通过食物链的传递，使得水体污染越来越严重，而动植物体内也检测出不同程度的土霉素。随着时间的流逝，土霉素会在环境、动植物以及人体累积土霉素，造成了潜在的影响，威胁人体的身体健康和加重土壤环境的污染。

1.1.3设施土壤

土壤是抗生素等污染物质的最终归宿之地。热带土壤中，污染物的吸附行为是热带土壤微域环境中诸多因素共同影响的结果。污染物本身的物理、化学性质和分子结构都会对吸附的程度造成影响。设施土壤是在长期覆盖栽培和高度集约化管理等条件下，一种受人为作用强烈的土壤^[1]。设施土壤主要通过人工大棚养殖，需要人工灌溉，可以反季节播种，设施土壤同样含有作物所需肥力：有效肥力、潜在肥力。其主要特点是通透性适中、有机质含量高、温度状况以及酸碱度要适宜。设施农业属于高投入高产出，资金、技术、劳动力密集型的农业产业。但是由于是集约化种植，降水少，但蒸发多，盐分容易表层堆积，主要以NO3-、Na 、Ca 为主，积聚的盐离子在土壤随着地下水的向上运动，逐渐到达表层土壤集中，在水分不断蒸发过程中在表层积累下来；而土壤酸化也是设施土壤存在的问题，由于氮肥施用量过多、残留量大、抑制了一些元素的吸收。所以，需要提高对设施土壤的认识，合理施肥。减少盐类积累、土壤盐渍化。

1.1.4国内外的研究概况

由于土壤是包括抗生素在内的各类外源污染物质的主要归宿地，当它们来到环境中最终将在突然中累积。所以，关于抗生素在土壤中一些解吸或分解的行为都与土壤的生态系统息息相关，这必然也成为了土壤学、生态学和环境科学研究的重要依据了。但是近年来，尽管欧盟各国和许多发达国家对抗生素在环境中残留开始评估其产生的风险调查，但是与抗生素在环境中行为或是生态系统效应相关的信息都难以获取，许多信息都还是从农药和其他污染物相关的研究推导出来的。如今随着抗生素测试和提取纯化技术的发展，人们逐渐开展了对抗生素在土壤环境中的转归和对生态环境影响的研究。而对土霉素在土壤环境中的残留和稳定性的研究也成为近年来的国际热点，其研究范畴有待扩大和深入。

中国作为传统的农业大国，是施用土霉素量最多的国家之一，施用畜禽粪便是保持和提高土壤肥力的一项非常重要的农业措施。尤其近年来我国的畜禽养殖业和水产业由分散快速向集约化埋进，畜禽粪便产量更是与日俱增。我国是使用抗生素大国，四环素类抗生素已经成为我国畜禽饲养业中生产量和临床使用量最大的抗生素，其中以土霉素、金霉素居多。而我国鼓励集约化畜禽养殖，即施土壤是在长期覆盖栽培和高度集约化管理等条件下，一种受人为作用强烈的土壤． 因其长期处于“高温、高湿、高蒸发、无降水淋洗”等环境中，加之高度连作、连续大量施肥、盲目灌溉等农艺措施，导致设施土壤往往出现酸化、盐渍化及养分失衡等问题，这也是当前制约设施土壤可持续利用的关键因素。所以研究设施条件对土霉素的吸收影响，有助于探究最适合的抗生素用量和环境污染治理方面的内容。由于我国过于注重经济发展，缺乏对环境保护的措施，使得大量未经处理的畜禽粪便直接进入农业土壤。同时，另一方面我国的抗生素的残留检测方法仍不成熟，对抗生素问题的研究投入也有限。随着近几年对环境污染关注度的上升，人们逐渐意识到大量的畜禽粪便及其中包含的兽药及其代谢产物、重金属类共存物等进入农业土壤中，会成为环境污染的潜在隐患，这些方面有待深入研究。

1.1.5研究内容

设施土壤是在长期覆盖栽培和高度集约化管理等条件下，一种受人为作用强烈的土壤。土霉素是20世纪40年代发现的四环素类抗生素，是一种广谱抗菌药物。自从土霉素被发现后，一直作为饲料添加剂应用于养殖业中促进畜禽的生长防和治疗，同时也作为药物用于人类和动物的疾病预。因此，土霉素及其代谢产物进入了土壤环境后就会一直在土壤内堆积起来，容易造成土壤微生物一些潜在的不良影响。所以，对四环素类抗生素在土壤中环境行为的研究不仅要在其的吸附解吸的行为上进行，而且还要对影响因素和独立的土壤组分对的分析上。

从阳离子交换效应出发，可知土霉素在土壤基质中的吸附过程将不可避免地受到土壤溶液中存在的其他阳离子或荷正电基团的干扰，也有可能与土壤中共存的阳离子类型和价态的差异等因素相关。高等植物是健康、平衡的土壤生态系统的主要部分，但是也只在近几十年来才开始用植物来评价环境风险的。如果是由一个平衡、稳定、健康的土壤生态系统生长的植物，则该植物为优良品种，反之，会给植物的生长带来不利的影响。因此，评价土壤环境，还可以通过对高等植物的研究和监测，这也是重要的评价方法之一。

这个实验主要是为了有利于根据土壤理化性质和共存物的含量水平调节有机肥施用量从而控制抗生素水平，优化农业生产过程中使用的各种外源化学物质，减少环境污染并保障安全生产。研究不同的环境因素对土霉素在土壤中吸附影响和复合效应，为评估土霉素在土壤中的环境化学行为和对环境的危害性提供借鉴，为复合污染土壤治理与修复、土壤和水环境质量改善等提供科学依据^[3]。

1.2研究目的和意义

1.2.1研究目的

土壤是人类赖以生存的物质基础,是人类不可缺少的自然资源。一方面，我国大力发展集约化畜禽养殖业，施用有机肥以促进农业生产和保障生态环境，而另一方面，集约化畜禽养殖业的快速发展，常使用兽药来防治各种禽畜病害，导致大量的兽药内抗生素随动物粪便排出体外，含有抗生素的粪便作为有机肥施入农田而造成土壤污染，对人体健康及生态系统的造成了危害。逐年增加的抗生素用量，使得土壤环境越来越恶劣。

设施土壤是在长期覆盖栽培和高度集约化管理等条件下，因其长期处于“高温、高湿、高蒸发、无降水淋洗”等环境中，加之高度连作、连续大量施肥、盲目灌溉等农艺措施，导致设施土壤往往出现酸化、盐渍化及养分失衡等问题，这也是当前制约设施土壤可持续利用的关键因素^[1]。因此，研究设施条件对土壤的影响，结合实际存在的土壤酸化及盐渍化问题，探讨环境温度、土壤酸化和盐化3种典型因素对土壤中环境行为变化的影响规律，为改善区域环境提供理论依据。研究土霉素进入土壤环境的多种途径，其主要途径为以下两个方面。第一，一般认为，土壤环境污染的主要来源是农用抗生素，但其中最主要途径是通过向耕作土壤施入畜禽粪便。第二，土壤中抗生素的另一个主要来源是医用抗生素，在某些地区甚至成为土壤中土霉素污染的主要来源。

1.2.2研究意义

为了减少土壤污染，加快设施土壤使用的规范化，设施土壤是中国土壤生产的主要栽培基质，使其更高效高产出，需要对设施条件进行调控，进而促进设施农业经济的可持续发展，找出相应的解决方案，丰富了污染物的环境行为研究和环境毒理学的内容，有利于填补国内外在该领域的空白，为土壤修复提供借鉴并奠定良好的基础，对降低其环境风险和生态风险、提高使用效率具有重要意义。

而与国外发达国家相比，各个国家抗生素用量也十分可观，美国2000年的16200吨抗生素的消耗中，70%用于动物，另外30%用于人类，；在丹麦，1997年抗生素总用量超过150吨，其中gt;100吨用于畜禽的促生长剂^[4]；在我国，有数据表明我国药物处方中有70%是抗生素，与西方国家30%比例相比，反映了我国存在着滥用抗生素的现象，而且抗生素用量与年剧增。尽管抗生素已经有了上百年的历史，但是对其各方面的研究，我们仍然很欠缺，国内外抗生素的研究还是基本以单一污染为主。虽然现在已有了许多抗生素的吸附腥味及其影响因素方面的诸多报道，但还是很少看到关于对土壤吸附土霉素的条件的研究报道。土壤的吸附能力就受到诸多自身和外在环境因素影响，机制复杂，所以这对抗生素的吸附研究增加不少困难。因此土壤中抗生素的残留值得关注，可通过对设施条件的改变，研究其对土壤吸附土霉素的影响，从而更好了解抗生素对环境污染的根本体制，更好地减少环境污染，对协调区域环境与可持续发展具有重要的现实和理论意义。

第2章 材料与方法

2.1供试材料

供试土壤为灰潮土，采自武汉城郊东西湖区石榴红村设施菜地表层土壤（0～20 cm），土壤风干磨细后过20目筛备用。土壤样品中土霉素含量低于检出限。供试土壤的理化性质见表1。