设施菜田土壤四环素类抗生素污染与有机肥安全施用

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LINGER123456
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施用有机肥是蔬菜优质高效和养分循环利用不可缺少的措施,但有机肥是土壤和蔬菜中抗生素残留的主要来源,不合理施用有机肥对土壤生态环境和人类健康会产生一定的安全风险。目前报道的一些土壤和畜禽粪便中抗生素测定方法之间的重现性尚不如人意,土壤和畜禽粪便中四环素类抗生素污染情况报道较少,不同碳源(猪粪和秸秆)与无机氮配合施用对土壤中抗生素积累影响方面的研究鲜见报道。本研究采用田间调查、田间定位试验与室内分析相结合的方法,优化了土壤和畜禽粪便中四环素类抗生素的测定方法,评价了天津蔬菜基地土壤及有机肥中四环素类抗生素状况,探讨了有机无机肥料配施模式对设施蔬菜产量及生育期间土壤中四环素类抗生素残留动态变化的影响,为探索设施蔬菜高产高效、土壤生态安全的施肥模式提供了科学依据。研究取得的主要进展如下:1.土壤和畜禽粪便中四环素类抗生素的测定方法优化本研究从以下几个方面对土壤和畜禽粪便中四环素类抗生素的测定方法进行了优化:用0.1mol/L的Na2EDTA-McIlvaine缓冲溶液与等体积丙酮(含20%的0.01mol/L草酸甲醇)混合后作提取液;选用Poly-Sery HLB小柱作为土壤中四环素类抗生素的萃取柱,选用SAX-HLB串联柱作为猪粪和鸡粪中四环素类抗生素的萃取柱;用丙酮(含20%的0.01mol/L草酸甲醇)作洗脱液;选择0.01mol/L草酸溶液-乙腈-甲醇三者按76-16-8的比例作为流动相,土壤样品按等度洗脱,猪粪和鸡粪样品按照优化的梯度程序(0~12min,16%乙腈+8%甲醇;12~16min,25%乙腈+15%甲醇;16~30min,16%乙腈+8%甲醇)洗脱。结果表明,应用该优化方法得到土壤中土霉素、四环素和金霉素的回收率分别达到80.1%、61.2%和52.1%,猪粪和鸡粪中四环素类抗生素回收率分别在61.2%-94.2%和69.9%-81.8%之间。该方法不仅回收率高,而且分析时间大大缩短,能够满足样品的准确和批量分析要求。2.天津蔬菜基地土壤及有机肥中四环素类抗生素状况本研究对天津蔬菜基地土壤及有机肥中三种抗生素残留的初步调查结果表明,集约化养殖场的猪、鸡粪便中金霉素检出率达到78%,最高值达到563.8mg/kg(干基);四环素和土霉素检出率也高达56%,最高值分别为34.8和22.7mg/kg。天津使用的商品有机肥中同样存在四环素类抗生素残留,其残留水平和检出率与养殖场猪粪和鸡粪相当。天津菜田土壤中的四环素类抗生素的残留主要由有机肥带来,土壤残留水平主要取决于当年当季施用的有机肥中的四环素类抗生素残留状况。菜田土壤样品中四环素类抗生素的总检出率为64%,三种抗生素中土霉素检出率最低(18%),最高值达到105.6μg/kg(风干基);四环素检出率为36%,最高值达到196.7μg/kg;金霉素检出率为32%,最高值达到477.8μg/kg。在所调查土壤中,温室和大棚菜田土壤的四环素类抗生素残留水平高于露地菜田土壤。占调查总样品27.3%的菜地土壤中四环素类抗生素单个化合物残留量超过欧盟规定的生态安全触发线(100μg/kg),存在一定的潜在生态风险。3.有机无机肥料配施模式对土壤中金霉素残留的影响本研究利用设施蔬菜有机无机肥料配合施用模式长期定位试验,研究了不同有机肥氮和无机肥氮配合施用对设施春茬番茄和秋冬茬芹菜产量与效益的影响,以及对第六茬春茬番茄和第七茬秋冬茬芹菜生育期内土壤中三种四环素类抗生素动态变化的影响。(1)设施蔬菜生育期间土壤中金霉素动态变化特征第六茬春茬番茄和第七茬秋冬茬芹菜所有处理不同取样时期均未检测出四环素和土霉素,仅检测出了不同含量的金霉素。施猪粪后土壤中金霉素含量总体上呈由高到低的变化趋势,施猪粪后40天时土壤中金霉素含量仍处于相对较高水平,其后一段时间土壤金霉素含量不断降低,至蔬菜生育后期降至较低残留水平。(2)设施蔬菜土壤中金霉素残留积累与有机肥(猪粪)的关系多年施用猪粪后土壤中会产生金霉素的积累,土壤金霉素含量主要与土壤原始金霉素残留水平和当季投入的猪粪中金霉素残留水平有关,土壤金霉素的残留水平随猪粪施入量的增加而呈增加的趋势。高量施用有机肥(猪粪)和化肥的农民习惯施肥模式土壤中金霉素残留显著高于大幅减施肥料的有机无机肥料配合施用模式;番茄季施基肥前至开花期习惯施肥模式土壤中金霉素残留水平超过了欧盟规定的生态安全触发限,但随后一段时间土壤金霉素含量急剧降至较低的安全水平。(3)配合施用秸秆对设施蔬菜土壤中金霉素的降解作用配合施用秸秆有利于土壤中金霉素的降解。在相同猪粪用量条件下,番茄-芹菜轮作周期内不同土壤取样时期猪粪秸秆化肥配施模式(2/4化肥氮+1/4猪粪氮+1/4秸秆氮)土壤金霉素含量均显著低于猪粪化肥配施模式(3/4化肥氮+1/4猪粪氮),番茄季施基肥前、施基肥后40天时(开花期)、施基肥后90天时(盛果期)和施基肥后115天时(拉秧期)四个取样时期2/4化肥氮+1/4猪粪氮+1/4秸秆氮模式土壤金霉素含量分别平均降低100%、24.8%、27.9%和14.9%,芹菜季施基肥前和施基肥后40天时两个取样时期2/4化肥氮+1/4猪粪氮+1/4秸秆氮模式土壤金霉素含量分别平均降低100%和8.5%。(4)基于设施蔬菜产量效益最优和土壤低抗生素残留的有机无机肥料配合施用模式在本试验条件下,基于设施蔬菜产量效益最优和土壤低抗生素残留的前四茬适宜有机无机肥料配合施用模式为3/4CN+1/4MN模式;第五茬起,即中长期适宜有机无机肥料配合施用模式是2/4CN+1/4MN+1/4SN模式,而且该模式能显著提高土壤有机质含量,维持土壤氮素的稳定供应。
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