环丙沙星的生态毒性及其在高铁酸钾作用下的降解研究

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环丙沙星(ciprofloxacin,CPFX)作为喹诺酮类抗生素的一种,被广泛用于医疗、农业、畜牧业和水产养殖业等行业,可以利用很多渠道进入到环境水体中。环丙沙星可对人体产生中枢系统毒性、血液系统毒性、肝肾毒性以及光毒性,也可以使环境中的细菌或病毒对其产生抗性,所以它在环境中的存在会对人类健康和生态系统构成潜在的威胁,环丙沙星在环境中的迁移转化及毒性影响越来越引起人们的关注。高铁酸钾作为一种强氧化剂,由于反应时间短,安全性可靠,无二次污染,成为目前氧化去除水体中有机污染物的研究热点。本文主要探讨了高铁酸钾氧化降解环丙沙星的影响因素和产物毒性,以及环丙沙星的存在对土壤作物的生态风险。首先采用自制高铁酸钾(K2FeO4)为原料,考察了影响高铁酸钾氧化降解环丙沙星的主要因素,并探讨了环丙沙星的降解动力学特征。结果表明,高铁酸钾投加量、时间、pH等因素对环丙沙星的降解有较大影响,高铁酸钾氧化环丙沙星的最佳投加比为15:1,反应时间为30min,最适pH为9;温度对环丙沙星降解率影响不大,以25℃时相对较好;在高铁酸钾氧化环丙沙星过程中,氧气可能参与其中,并且促进环丙沙星的降解。高铁酸钾氧化降解环丙沙星的过程符合二级反应动力学模型。环丙沙星被高铁酸钾氧化生成CO2、H2O以及一部分难矿化的有机物。氧化降解过程中产物毒性是先降低再增加,然后再降低,整体过程有毒性相对较大的中间产物生成。为了研究环丙沙星对作物的毒性效应以及为其可能对农业生产带来的风险提供评价依据,采用急性毒性试验方法,研究了环丙沙星对3种作物(玉米、萝卜和小白菜)种子发芽、根伸长及芽伸长的影响。结果表明,在环丙沙星作用下,3种作物的根伸长抑制率和芽伸长抑制率与药物浓度显著相关(P<0.05),发芽抑制率与药物浓度不相关(P>0.05);药物对根伸长及芽伸长的抑制高于对种子发芽的抑制;环丙沙星对3种作物根伸长和芽伸长的ID50(抑制率为50%时污染物浓度)分别为7.97、2.51、1.48mg.kg-1和11.23、2.90、1.95mg.kg-1,即3种作物在环丙沙星的胁迫下,其敏感性顺序为:小白菜>萝卜>玉米。采用急性毒性试验方法,研究了环丙沙星与Cu复合污染对3种作物(玉米、萝卜和小白菜)种子发芽、根伸长及芽伸长的影响。结果表明,在环丙沙星与Cu复合作用下,3种作物根伸长抑制率和芽伸长抑制率与药物浓度显著相关(P<0.05),3个不同Cu处理浓度下,3种作物根伸长抑制率和芽伸长抑制率均随环丙沙星浓度的增大而增大。低Cu浓度(100mg/kg)下,环丙沙星与Cu复合污染对玉米根伸长和芽伸长的抑制作用的联合作用表现为拮抗效应;对萝卜根伸长和芽伸长的抑制作用产生协同效应;对小白菜的根伸长的抑制作用产生拮抗效应,而对小白菜的芽伸长的抑制作用产生协同效应。在高浓度Cu(400mg/kg)胁迫下,二者复合污染对玉米的根伸长和芽伸长的抑制作用均产生一定协同效应;而对萝卜和小白菜的根伸长的抑制作用产生拮抗效应,芽伸长的抑制作用产生协同效应。
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