梅江流域四环素类抗生素的空间分布特征与迁移转化规律

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为研究养殖业中四环素类(Tetracyclines,TCs)抗生素的使用对其周边环境及受纳河流生态环境的影响,选取养殖业发达的江西省梅江流域作为研究区域,进行了养猪场规模及用药情况调查。针对其中四个典型的养猪场,调查了养殖废水向环境中迁移的路径,并沿着不同的迁移路径进行排放口水样采集与沟渠沉积物、污水塘沉积物、农田土壤样品采集。同时,对梅江流域范围内的农田土壤以及小溪流、受纳河流的沉积物进行样品采集。利用固相萃取和超高效液相色谱-串联质谱联用提取、测定样品中11种TCs浓度。  研究结果显示,养猪场排放口水样中TCs浓度在μg/L级,该处的沉积物中TCs浓度差别很大。四环素(Tetracycline,TC)及其降解产物的浓度表现为:污水渠沉积物>污水塘沉积物>混合渠沉积物>水田土壤>旱田土壤。土霉素(Oxytetracycline,OTC)及其降解产物的浓度表现为:污水塘沉积物>污水渠沉积物>水田土壤>混合渠沉积物>旱田土壤。OTC类相比于TC类更容易在相对稳定的水体-沉积物系统(如污水塘、水田土壤)中沉积。TCs沿各自迁移路径总体表现出随距离的增加浓度衰减的特征,且开始时衰减迅速,一段距离后衰减趋于缓慢。各养猪场周围的农田土壤、混合渠沉积物均受到TCs污染,多个样品浓度高于土壤中抗生素生态毒害效应的触发值100μg/kg。  流域土壤中TCs浓度在μg/kg级,大部分TCs及∑TCs浓度表现为“红壤”中平均浓度最大,“紫色土”次之,“水稻土”中最小的顺序。每个子流域土壤中TCs浓度与该子流域的养殖密度并无显著的相关关系。与养猪场周边土壤比较发现,二者平均浓度的高低没有表现出规律性。因此,养猪场排出的TCs大部分都没有进入流域水稻田土壤中。  梅江流域的小溪流和干流沉积物中的TCs浓度同样在μg/kg级,其种类、浓度高低与养猪场水样中一致。各子流域沉积物中TCs浓度与相应的养殖密度呈正相关关系。大多数TCs在小溪流沉积物中的最大浓度高于干流,说明TCs是从养猪场进入小溪流,最终汇入干流中。两条支流(会同河、固厚河)的汇入都使得梅江干流沉积物中TC浓度增加,而梅江干流在没有支流汇入的区段从上至下浓度呈衰减态势。TC和OTC在迁移过程中主要的降解产物分别为差向四环素(Epitetracycline,ETC)、差向土霉素(Epioxytetracycline,EOTC),二者同为差向异构化降解产物。降解产物差向脱水四环素(Epianhydrotetracycline,EATC)等浓度虽然低于其母体,但由于其环境毒性较大,因此存在的生态风险不容忽视。  对比排放口处水样、沉积物样品、流域中土壤样品及小溪流样品可以推断,降雨径流对土壤冲刷带来的TCs污染并不是小溪流中TCs的主要来源,通过沟渠直接排放到小溪流的养殖废水可能是主要来源,因此对规模化养殖场养殖废水排放的管理是梅江流域抗生素控制的关键。
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