土壤—蔬菜系统典型污染物的污染特征及抗生素的生理效应

发布时间：2020-06-18 01:11

【摘要】：蔬菜是我国除粮食作物外栽培面积最广、经济地位最为重要的作物。随着人们生活水平的提高,市场对无公害蔬菜的需求日益强劲,“吃放心菜”已经成为人们普遍关注的焦点。然而,我国人多地少,蔬菜生产复种指数高、肥料等农用物资投入量大,且多数蔬菜基地分布在人口较为密集的区域。因此,蔬菜地土壤的污染问题较为突出,蔬菜质量问题已逐渐成为制约其生产发展的重要因素。在影响蔬菜质量的相关因素中,除化肥和农药等使用不合理外,土壤抗生素和重金属污染问题受到许多研究者的关注。为了解土壤-蔬菜系统中土壤抗生素、重金属的污染特征、土壤抗生素污染对蔬菜生长发育的影响、蔬菜作物对土壤中抗生素的吸收规律,本论文以浙北平原蔬菜地为例,通过采样分析、系列盆栽试验和生物化学技术分析手段,分析了土壤-蔬菜系统抗生素、重金属的污染特点,剖析了土壤抗生素污染对蔬菜生长以及抗氧化酶的影响,探讨了蔬菜对抗生素的吸收及影响因素,探索了农艺措施对蔬菜地抗生素降解及生物有效性的影响。获得以下主要结果和结论:1、典型样区的调查表明,蔬菜地土壤中抗生素的检出率和残留量与施肥方式密切相关,8种抗生素的检出率和平均含量由高至低依次为:土霉素磺胺二甲嘧啶恩诺沙星四环素磺胺甲VA唑、泰乐菌素金霉素磺胺嘧啶;四环素类抗生素磺胺类抗生素。蔬菜中抗生素的检出率和含量与农田是否施用畜禽粪和蔬菜类型有关。施用过畜禽粪农田采集的蔬菜中抗生素检出率和含量明显高于没有施用过畜禽粪的农田;不同类型蔬菜产品中抗生素的检出率和含量由高至低依次为:根菜和薯芋类葱蒜与叶菜类瓜与茄果类豆类。葱蒜与叶菜类中抗生素的浓度与相应土壤中抗生素的残留量明显相关,但这种相关性在豆类蔬菜中并不明显。蔬菜地土壤中Cu、Pb、Zn和Cr的积累主要与有机肥的施用有关,而Cd的积累主要与化学肥料的施用有关。研究发现,土壤中重金属的水溶性与施肥方式存在一定的联系,高水溶性Cr和Pb主要出现在施用化肥的蔬菜地中,而高水溶性Cu和Zn主要出现在施用有机肥的蔬菜地中。2、各种抗生素对蔬菜种子的萌发、根系伸长的影响与土壤中抗生素污染浓度、蔬菜品种和抗生素种类有关。当抗生素污染浓度超过50 mg/kg时,土壤中的抗生素可对蔬菜根系的伸展产生明显的影响,根系伸展可作为蔬菜萌发期受抗生素毒性影响的敏感指标。不同蔬菜对抗生素污染的敏感性:小白菜萝卜番茄;抗生素对蔬菜的相对毒性:土霉素磺胺二甲嘧啶恩诺沙星泰乐菌素。砂质土上生长的蔬菜比壤质土上生长的蔬菜更易受抗生素影响。土壤中两种抗生素共存时,其对蔬菜种子萌发、芽长、根长的影响明显大于单一抗生素污染。土霉素、泰乐菌素、磺胺二甲嘧啶和恩诺沙星等抗生素对小白菜、萝卜生长(包括株高、根长、生物量)的影响均表现为“低促高抑”的特征。当土壤中抗生素含量超过25 mg/kg时,土壤抗生素污染对蔬菜生长均产生抑制作用,抑制作用随土壤中抗生素含量的增加而增加。低浓度抗生素污染可诱导蔬菜体内抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT)的上升,从而清除自由基保护植物生长;当抗生素污染水平超过25mg/kg时,抗生素胁迫下蔬菜体内产生过量的活性氧自由基(ROS),活性氧的产生和清除的平衡被打乱,过量的ROS在细胞中引起细胞膜膜质过氧化,从而破坏膜结构,使得植物体内抗氧化酶活性降低,清除自由基的能力下降。3、施用畜禽粪及添加不同剂量的土霉素进行萝卜的生长试验。结果表明,萝卜可吸收土壤中的土霉素,其体内土霉素的含量随土壤中土霉素污染浓度增加而增加,但随萝卜生长时间的增加而有所下降;土霉素在萝卜根系中积累相比地上部分更明显。粉壤土(清水砂)中土霉素的生物有效性高于粘壤土(青泥紫田)。当污染水平在25 mg/kg以上时可显著减弱萝卜叶片的光合作用强度,减少根系和地上部分的生物量。不同时期添加土霉素试验表明,在土霉素添加20 d后采集的青菜地上部分的样品中,积累的土霉素含量以在营养生长盛期和出苗-幼苗期施用土霉素者为较高;而对于生长60 d后收获的青菜的地上部分土霉素残留含量则随土霉素添加时间至收获时间间隔变短而增加,并随土壤中土霉素污染水平的增加而增加。研究认为,青菜生长在前期比后期更易受抗生素污染的毒害,而对于收获的青菜中积累的抗生素含量在后期受抗生素污染者比前期抗生素污染者更易积累。4、不同浓度(0、25和50 mg/kg)的土霉素和磺胺二甲嘧啶单一与复合污染的100d土培试验表明,在抗生素复合污染条件下,蕃茄可同时从土壤中吸收土霉素和磺胺二甲嘧啶,并转移至叶、茎和果等器官中。植物组织中土霉素和磺胺二甲嘧啶含量随土壤中抗生素污染水平的提高而增加,生长初期高于生长后期。不同器官中抗生素的含量以根最高,其次为叶、茎和果。当土壤中土霉素和磺胺二甲嘧啶浓度为25和50 mg/kg时,土霉素和磺胺二甲嘧啶均可对蕃茄生长产生影响,降低光合速率、叶绿素含量、株高及生物量。高浓度的抗生素污染可导致植株叶中N、P、K的积累,降低叶中C/N比,降低果品中维生素C和还原糖的含量,但对硝酸盐积累无明显影响。研究表明,土壤中抗生素复合污染对植物吸收土霉素和磺胺二甲嘧啶及植物中两种抗生素的积累无交互作用,但两者同时存在时可加强对植物生长、生理指标及生物量的影响。5、施肥(有机肥、NPK肥、N肥、PK肥等)、耕作(翻耕、免耕)、水分管理(长期干燥、长期湿润、干湿交替、长期潮湿)及种植(种植蔬菜、不种蔬菜)对土壤中磺胺二甲嘧啶降解影响的模拟试验表明,施用有机肥、NPK肥、N肥可促进土壤中磺胺二甲嘧啶在土壤中的降解,以施用有机肥的效果最为明显。翻耕可促进土壤中磺胺二甲嘧啶的降解,干湿交替、湿润比长期干燥和潮湿土壤环境下更有利于磺胺二甲嘧啶的降解。种植蔬菜比不种蔬菜土壤的磺胺二甲嘧啶的降解率高。高养分土壤中磺胺二甲嘧啶的降解一般高于低养分土壤,其机理与以上措施改变了土壤微生物活性有关;翻耕可促进土壤中抗生素的光降解强度。研究认为,施肥、耕作和水分管理等措施可以在一定程度上加速土壤中磺胺二甲嘧啶的降解。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53;X503.231
【图文】：

位置分布,位置分布,采样点,污染调查

图２－ｌ研究区采样点的位置分布图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－ｌ邋Ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔｕｄｙ邋ａｒｅａ邋ｓｈｏｗｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｓｉｔｅｓ．逡逑２．２．２邋土壤中抗生素污染调查逡逑

重金属,蔬菜土壤,污染特征,博士学位论文

浙江大学博士学位论文逦第２章土壤－蔬菜系统典型污染物的污染特征及影响因素逡逑ＴＰ－ＯＣ－Ｚｎ－Ｐｂ－Ｃｕ－Ｃｒ；邋（３）邋Ｈｇ－Ｃｄ－Ａｓ－ｐＨ。因此，研究区蔬菜土壤中至少有３种不逡逑同的重金属来源，这与ＰＣＡ结果完全一致。逡逑一－一一．一邋－一逦—邋．逦Ｄｅｎｄｒｏｇｒａｍ邋ｕｓｉｎｇ邋Ａｖｅｒａｇｅ邋Ｌｉｎｋａｇｅ邋（Ｂｅｔｗｅｅｎ邋Ｇｒｏｕｐｓ）逡逑

【相似文献】