重金属—有机复合污染土壤中土霉素的生物毒性及对植物修复的影响研究

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抗生素作为抑菌剂被广泛应用于畜禽业,通过多种途径进入土壤,造成环境污染。由于污水灌溉、污泥农用以及多种有机肥的大量施用,农田土壤面临着抗生素、多环芳烃、重金属等多种污染物复合污染的严重问题。残留在土壤中的抗生素与其它污染物相互作用,对土壤微生物、动植物造成潜在生态风险。本研究针对外加土霉素导致的土壤污染物有效性变化、复合污染的急性与亚慢性毒性变化以及对污染土壤植物修复的影响等方面,对土霉素在土壤环境中的生物毒性与修复影响展开了系统研究和探讨,取得如下主要结果。  1.参考OECD106号化学品测试准则展开批量平衡试验,探讨了土霉素在三种土壤中的吸附-解吸特性及对土壤铜锌铅镉解吸量的影响。结果表明,存在一个土霉素特征浓度,高于或低于该浓度时土霉素的吸附性质有所差异,在低浓度与高浓度范围内的数据均可采用Freundlich模型与Langmuir模型较好地拟合。当土霉素浓度在10~25 mg L-1时,重金属解吸量因土霉素的竞争吸附作用而达到最大值;土霉素浓度为25~100 mg L-1时,部分游离态重金属以与土霉素的络合物形式重新固定于土壤表面,解吸量有所下降;高于100mg L-1时,由于土霉素浓度的升高而使体系pH下降,进而增加重金属的解吸量。  2.土霉素对空心菜、紫花苜蓿和小麦存在不同程度的毒性。48 h发芽试验表明,土霉素显著抑制空心菜、紫花苜蓿和小麦的发芽和根伸长,而总蛋白含量及代表性抗氧化酶指标等随外加土霉素浓度的增大而升高;5~10mgkg-1土霉素胁迫下,小麦抗氧化酶活性显著下降,而高耐受性的空心菜与紫花苜蓿的抗氧化酶活性上升。60 d全生育期生长试验表明,25 mg kg-1土霉素处理导致空心菜叶部总蛋白含量、各抗氧化酶及代谢指标的显著变化与叶片的组织损伤;4 mg kg-1土霉素处理能引起土壤微生物AWCD值与微生物多样性指数的显著变化。复合污染土壤中4~25 mg kg-1土霉素胁迫对空心菜与根际微生物都产生了明显毒害。  3.选择锌镉超积累植物伴矿景天与紫花苜蓿对外加土霉素的复合污染土壤进行修复试验。设置土霉素添加量为1、5、25 mg kg-1和每日添加0.28 mg kg-1条件下的伴矿景天与紫花苜蓿单作和混作组,培养周期为90 d。研究发现,土霉素的存在提高了伴矿景天与紫花苜蓿对污染重金属的去除率;25 mg kg-1土霉素抑制了修复植物的生物量与抗氧化酶活性,不利于植物对重金属的富集;1 mg kg-1土霉素则促进了植物生长,提高了修复效率。紫花苜蓿对土霉素耐性更强,与伴矿景天混作提高了两种植物的耐受性和修复效果。5 mgkg-1处理和每日添加处理的根际微生物活性与多样性显著提高,也提高了植物修复效率。
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