生物炭对土壤中抗生素及其抗性基因变化的影响研究
发布时间：2021-03-06 05:07
近年来,由于畜禽养殖业中抗生素的滥用及其诱导产生抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes,ARGs）的传播,导致粪便受纳土壤成为抗生素和ARGs的储存库。抗生素和ARGs可通过食物链对人类健康产生威胁。生物炭（Biochar）常用作农田土壤的改良剂和污染修复剂,但使用生物炭对土壤和植物体中抗生素和ARGs的累积和转运的影响仍不清楚。因此,本文系统研究了3种畜禽养殖场（猪场、鸡场和肉牛场）粪便堆放地和使用粪便的菜地土壤中抗生素及ARGs的赋存情况,分析了影响ARGs分布的主要因素;并以土霉素（Oxytetracycline,OTC）为典型污染物,研究其在不同类型生物炭土壤中的吸附情况;探讨了吸附性能最强的生物炭对土壤中OTC降解和ARGs变化规律的影响;通过盆栽试验进一步研究了OTC、ARGs及intI1在添加生物炭的土壤和生菜系统的转运和累积,分析了土壤细菌和生菜内生菌的结构变化,明确了ARGs与OTC和微生物群落间的关系,揭示了土壤和生菜中ARGs变化的主要机制。本研究的结果为评价土壤中抗生素和ARGs生态风险及消减其危害提供理论依据。主要研究结论如下:...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
抗生素与重金属在细菌中的协同抗性机制（张佳奇等2016）
而对 SMX 的吸附机制主要是表面吸附作用。生物炭对有机物的吸附机制主要包括以下 6 种机制（图 1-2）：（1）孔填充机制；（2）分配作用；（3）疏水性吸附；（4）π-π 电子供体受体作用；（5）氢键结合作用；（6）静电作用（Zhang et al. 2013；Chen et al. 2015）。π-π 电子供体受体作用对生物炭吸附抗生素的表面吸附起到重要作用（Rajapaksha et al. 2014）。贾明云（2013）研究表明土霉素在生物质炭上的吸附主要为 π-π 电子作用和金属桥键作用下的表面络合和阳离子交换机制。生物质炭对 Cu2+的吸附主要为络合配位作用下的专性吸附，其次为静电作用下的非专性吸附，Cu2+的存在增加了生物炭对 OTC 的吸附。Peng et al.（2016）研究了椰子壳和竹子生物炭对 7 种抗生素的吸附作用发现，抗生素提供的 π 键和生物炭芳香环的 π 键组成的 π-π 电子供受体完成吸附作用的。生物炭的官能团和孔结构在吸附中起着微弱的作用。不同温度、不同原料制备的生物炭的表面结构和性质不同，影响着吸附性能和吸附机制。高温裂解条件下制得的生物炭对有机污染物的吸附能力要大于低温裂解的生物炭，抗生素在高温生物炭上几乎只发生表面吸附作用，而在低温生物炭上的吸附由表面吸附作用和分配作用共同主导（Inyang and Dickenson 2015）。
技术路线图
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiO2光催化氧化技术在土壤修复中的研究与发展[J]. 肖俊霞,彭惠玲,王淑静,杨芷妍,黄雪娇. 环境与发展. 2017(04)
[2]生物炭对紫色土中氟喹诺酮吸附-解吸的影响[J]. 轩盼盼,唐翔宇,鲜青松,刘琛,杨飞,黄月华. 中国环境科学. 2017(06)
[3]土壤反硝化对磺胺嘧啶及抗性基因消减的影响[J]. 刘款,孙明明,刘满强,焦加国,田达,陈旭,武俊,李辉信,胡锋,A.Paul Schwab. 土壤. 2017(03)
[4]黑麦草对土壤中残留抗生素的降解及其对微生物活性的影响[J]. 裴孟,梁玉婷,易良银,曹胜男,杨泽平,王丹丹,赵远. 环境工程学报. 2017(05)
[5]四环素类抗生素在黑土和白浆土中吸附规律研究[J]. 闫雷,潘东琪,姜雪馨,纪晓楠,杨厚花,李淑芹,于淼. 东北农业大学学报. 2017(03)
[6]生活垃圾填埋场对河流抗生素抗性基因的影响[J]. 黄福义,安新丽,李力,欧阳纬莹,李虎,苏建强. 中国环境科学. 2017(01)
[7]设施条件下添加有机肥对土壤中土霉素消减作用[J]. 于晓璐,刘航,刘晓霞,陈俊豪,李国学,李彦明,孙英. 农业工程学报. 2016(S2)
[8]施用畜禽粪便有机肥土壤抗生素抗性基因污染状况[J]. 张兰河,王佳佳,高敏,仇天雷,韩梅琳,王旭明. 生态与农村环境学报. 2016(04)
[9]江西梅江流域土壤中四环素类抗生素的含量及空间分布特征[J]. 张涛,郭晓,刘俊杰,陈求稳,华国芬,刘孝利. 环境科学学报. 2017(04)
[10]梅花鹿养殖场抗生素抗性基因分布特征[J]. 黄福义,安新丽,陈青林,任红云,苏建强. 环境科学. 2016(11)
博士论文
[1]环境中磺胺类抗生素及其抗性基因的污染特征及风险研究[D]. 王娜.南京大学 2014
[2]四环素类抗生素在土壤中的环境行为及生态毒性研究[D]. 鲍艳宇.南开大学 2008
[3]典型抗生素类药物在珠江三角洲水环境中的分布、行为与归宿[D]. 徐维海.中国科学院研究生院（广州地球化学研究所） 2007
硕士论文
[1]生物炭对铅和磺胺二甲嘧啶的吸附及其复合污染土壤的修复[D]. 原文丽.华中农业大学 2016
[2]土霉素降解菌的筛选、鉴定及其在污染土壤中的修复模拟[D]. 翟辉.西北农林科技大学 2016
[3]生物质炭对底泥吸附镉和磺胺甲恶唑的影响[D]. 韩璇.浙江大学 2013
[4]磺胺二甲基嘧啶的微波与微生物降解研究[D]. 赵方.郑州大学 2012
[5]生物炭对Pb、Cd污染土壤的修复试验研究[D]. 朱庆祥.重庆大学 2011
本文编号：3066490
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
抗生素与重金属在细菌中的协同抗性机制（张佳奇等2016）
而对 SMX 的吸附机制主要是表面吸附作用。生物炭对有机物的吸附机制主要包括以下 6 种机制（图 1-2）：（1）孔填充机制；（2）分配作用；（3）疏水性吸附；（4）π-π 电子供体受体作用；（5）氢键结合作用；（6）静电作用（Zhang et al. 2013；Chen et al. 2015）。π-π 电子供体受体作用对生物炭吸附抗生素的表面吸附起到重要作用（Rajapaksha et al. 2014）。贾明云（2013）研究表明土霉素在生物质炭上的吸附主要为 π-π 电子作用和金属桥键作用下的表面络合和阳离子交换机制。生物质炭对 Cu2+的吸附主要为络合配位作用下的专性吸附，其次为静电作用下的非专性吸附，Cu2+的存在增加了生物炭对 OTC 的吸附。Peng et al.（2016）研究了椰子壳和竹子生物炭对 7 种抗生素的吸附作用发现，抗生素提供的 π 键和生物炭芳香环的 π 键组成的 π-π 电子供受体完成吸附作用的。生物炭的官能团和孔结构在吸附中起着微弱的作用。不同温度、不同原料制备的生物炭的表面结构和性质不同，影响着吸附性能和吸附机制。高温裂解条件下制得的生物炭对有机污染物的吸附能力要大于低温裂解的生物炭，抗生素在高温生物炭上几乎只发生表面吸附作用，而在低温生物炭上的吸附由表面吸附作用和分配作用共同主导（Inyang and Dickenson 2015）。
技术路线图
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiO2光催化氧化技术在土壤修复中的研究与发展[J]. 肖俊霞,彭惠玲,王淑静,杨芷妍,黄雪娇. 环境与发展. 2017(04)
[2]生物炭对紫色土中氟喹诺酮吸附-解吸的影响[J]. 轩盼盼,唐翔宇,鲜青松,刘琛,杨飞,黄月华. 中国环境科学. 2017(06)
[3]土壤反硝化对磺胺嘧啶及抗性基因消减的影响[J]. 刘款,孙明明,刘满强,焦加国,田达,陈旭,武俊,李辉信,胡锋,A.Paul Schwab. 土壤. 2017(03)
[4]黑麦草对土壤中残留抗生素的降解及其对微生物活性的影响[J]. 裴孟,梁玉婷,易良银,曹胜男,杨泽平,王丹丹,赵远. 环境工程学报. 2017(05)
[5]四环素类抗生素在黑土和白浆土中吸附规律研究[J]. 闫雷,潘东琪,姜雪馨,纪晓楠,杨厚花,李淑芹,于淼. 东北农业大学学报. 2017(03)
[6]生活垃圾填埋场对河流抗生素抗性基因的影响[J]. 黄福义,安新丽,李力,欧阳纬莹,李虎,苏建强. 中国环境科学. 2017(01)
[7]设施条件下添加有机肥对土壤中土霉素消减作用[J]. 于晓璐,刘航,刘晓霞,陈俊豪,李国学,李彦明,孙英. 农业工程学报. 2016(S2)
[8]施用畜禽粪便有机肥土壤抗生素抗性基因污染状况[J]. 张兰河,王佳佳,高敏,仇天雷,韩梅琳,王旭明. 生态与农村环境学报. 2016(04)
[9]江西梅江流域土壤中四环素类抗生素的含量及空间分布特征[J]. 张涛,郭晓,刘俊杰,陈求稳,华国芬,刘孝利. 环境科学学报. 2017(04)
[10]梅花鹿养殖场抗生素抗性基因分布特征[J]. 黄福义,安新丽,陈青林,任红云,苏建强. 环境科学. 2016(11)
博士论文
[1]环境中磺胺类抗生素及其抗性基因的污染特征及风险研究[D]. 王娜.南京大学 2014
[2]四环素类抗生素在土壤中的环境行为及生态毒性研究[D]. 鲍艳宇.南开大学 2008
[3]典型抗生素类药物在珠江三角洲水环境中的分布、行为与归宿[D]. 徐维海.中国科学院研究生院（广州地球化学研究所） 2007
硕士论文
[1]生物炭对铅和磺胺二甲嘧啶的吸附及其复合污染土壤的修复[D]. 原文丽.华中农业大学 2016
[2]土霉素降解菌的筛选、鉴定及其在污染土壤中的修复模拟[D]. 翟辉.西北农林科技大学 2016
[3]生物质炭对底泥吸附镉和磺胺甲恶唑的影响[D]. 韩璇.浙江大学 2013
[4]磺胺二甲基嘧啶的微波与微生物降解研究[D]. 赵方.郑州大学 2012
[5]生物炭对Pb、Cd污染土壤的修复试验研究[D]. 朱庆祥.重庆大学 2011
本文编号：3066490
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