畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属与抗生素分布的影响
生态与农村环境学报 2012,28(5):518-525JournalofEcologyandRuralEnvironment
畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属与抗生素分布的影响
,2,4①
潘 霞1,陈励科1,卜元卿3,章海波1,吴龙华1,滕 应1,骆永明1 (1中国科学院南京土壤研究所/土
壤环境与污染修复重点实验室,江苏南京 210008;2中国科学院研究生院,北京 100049;3环境保护部南京环境科学研究所,江苏南京 210042;4中国科学院烟台海岸带研究所,山东烟台 264003)
摘要:采集不同类型的畜禽有机肥及施用后的土壤,测定其重金属浓度,同时利用超声波提取SPLC/MS/MS方法分析土壤中14种抗生素的污染特征,研究长期施用畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属与抗生素分布的影响。结果表明,猪粪、羊粪、鸡粪3种畜禽有机肥中最易造成土壤污染的是猪粪,Cu、Zn和Cd含量分别为
-1
1970、9470和135mg·kg。不同土地利用方式下,施用有机肥均使重金属在土壤剖面呈现表聚现象,以设施-1菜地最为突出,Zn和Cd积累明显,0~20cm土层含量分别为203和048mg·kg。不同土地利用方式下,14种
抗生素的含量与组成在土壤剖面上存在明显分异,随土层深度增加含量迅速下降,但在>80~100cm土层仍有检
-1出;设施菜地表层土壤抗生素含量为395μg·kg,积累和残留明显高于林地和果园,特别是四环素类和氟喹诺-1酮类,含量分别为343和475μg·kg。可见,农田土壤长期大量施用畜禽有机肥可引起重金属和抗生素的复
合污染,具潜在生态风险。
关键词:畜禽有机肥;蔬菜地;果园;土壤剖面;重金属;抗生素
中图分类号:X53 文献标志码:A 文章编号:1673-4831(2012)05-0518-08
EffectsofLivestockManureonDistributionofHeavyMetalsandAntibioticsinSoilProfilesofTypicalVegetable
1,213111FieldsandOrchards.PANXia,CHENLike,BUYuanqing,ZHANGHaibo,WULonghua,TENGYing,LUO1,4Yongming(1.KeyLaboratoryofSoilEnvironmentandPollutionRemediation/NanjingInstituteofSoilScience,Chinese
,Nanjing210008,China;2.GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,AcademyofSciencesChina;3.NanjingInstituteofEnvironmentalSciences,MinistryofEnvironmentalProtection,Nanjing210042,China;4.YantaiInstituteofCoastalZoneResearch,ChineseAcademyofSciences,Yantai264003,China)
Abstract:Samplesofdifferentkindsofanimalandpoultrymanuresandofsoilsfromtypicalvegetablefieldsandorchards,werecollectedseparatelyforanalysisofconcentrationsofofHangzhouareathathadbeenappliedwiththesemanuresheavymetalsandpollutionof14selectedantibioticstostudytheeffectsoflongtermapplicationofthemanuresondistributionofheavymetalsandantibioticsinsoilprofilesofthesefields.Resultsshowthatofthethreekindsoflivestockand
-1poultrymanures,pigmanurewasthemostliabletosoilpollution,foritcontained1970mg·kgofCu,9470mg·-1-1kgofZnand135mg·kgofCd.Amongthelandsunderdifferentpatternsoflanduse,greenhousevegetablelands
werethemostprominentinhavingheavymetalsaccumulatedinthesurfacesoil,especiallyZnandCd,being203and
-1048mg·kg,respectively,inthe0-20cmsoillayer.The14selectedantibiotics,includingtetracycline(TC),oxy
tetracycline(OTC),chlortetracycline(CTC),doxycycline(DXC),sulfadiazine(SD),sulfamethoxazole(SMZ),sulfamethazine(SMX),norfloxacin(NFC),ofloxacin(OFC),enythromycinHETMH),roxithromycin(RTM),2O(2Ochloramphenicol(CPC),thiamphenical(TPC)andflorfenicol(FFC),variedsignificantlyinconcentrationanddistributioninsoilprofileswithlandusepattern.Theydecreasedrapidlyinconcentrationwithsoildepth,butsomeofthemwerestilldetectableinthe80-100cmsoillayer.Comparedtoorchards,thevegetablelandshadmoreantibioticsaccumulated
-1inthesurfacesoillayerasresidue,whichwas395μg·kginconcentrationandcomposedmainlyofTCsandfluoroquin-1olonesantibiotics,reaching343and475μg·kg,respectively.Obviously,longtermapplicationoflivestockmanurein
收稿日期:2012-03-19
基金项目:国家自然科学基金重点项目(40930739);中国科学院知识创新工程重要方向项目(KSCX2-YW-G053);环保公益性行业科研专项(201109018-4-2)
mail:lhwu@issas.ac.cn①通信作者E
第5期 潘 霞等:畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属与抗生素分布的影响· 519·
farmlandmightresultinthecombinedpollutionofheavymetalsandantibiotics,andisapparentlyapotentialecologicalrisk.Keywords:livestockandpoultrymanure;vegetablegarden;orchard;soilprofile;heavymetal;antibiotics
畜禽有机肥因富含有机质及农作物生长所需
1-2]
。的氮、磷等营养物质而被广泛应用于农业生产[
但由于大量含重金属元素的饲料添加剂和抗生素
原南端。两地皆为典型的水稻种植区,近年为提高经济效益而改变产业结构,将水稻田改种瓜果蔬菜,同时加大了肥料等投入。选取土地利用方式较多且位于规模化养殖场周围的富阳市3处以及余杭区1处种植基地开展研究。富阳的种植基地规模化经营更为成熟,其有机肥施用量较高,农产品种类0a以较多且产值较高,种植及施用有机肥历史在1类兽药的使用,使畜禽有机肥成分发生了质的
变化,有害物质因其生物利用率较低,绝大多数会
7-9]
随粪尿排出[。因此,需要重新研究和评估畜禽
10-12]
。有机肥施用带来的潜在生态环境风险[
[3-6]
饲料中添加的重金属主要是Cu、Zn和
Cd[13-14]。随着饲料中Cu和Zn添加量的增加,其在粪便中的排泄量几乎呈直线上升,畜禽粪中Cu、Zn和Cd占重金属排泄量的95%以上,只有少量通
过尿液排泄[15]
。畜禽粪肥已成为农业土壤中Cu、Zn和Cd等重金属的重要来源之一,在土壤中施用猪粪会导致重金属元素积累,Cu和Zn的积累尤其明显[10,16]
,其对土壤Cu和Zn积累的年贡献率分别
为3
7%~40%和8%~17%[17]
。畜禽有机肥中的Cd也极易在土壤中积累,长期施用会增加农田土壤的生态风险[18]
。但传统观念认为有机肥比化肥安全,从而忽视了畜禽有机肥施用带来的环境风险。
畜禽养殖过程中,抗生素等兽药也会通过饲料添加和防疫注射等途径大量使用。据报道,美国用
于动物生产的抗生素量为11200t·a-1
,欧共体每年在养殖业上的消耗量达5000t以上。对畜禽动
物使用的抗生素等兽药有6
0%~90%以母体药物的形式随粪便排出体外[19]
,并通过农用途径直接进入土壤和水体环境,从而触发抗性基因污染等一系列
生态效应[20]。在长期施用动物粪便的表层土壤中,土霉素和氯四环素的最大残留量分别高达323和264mg·kg-1[21]。张慧敏等[22]对比施用与未施用畜禽粪便的土壤中四环素类抗生素残留量,发现施
用畜禽粪便土壤中抗生素含量提高了十几乃至几十倍。
针对畜禽有机肥农用带来的潜在重金属和抗生素污染问题,笔者采集杭州周边地区(富阳和余杭)规模化养殖场畜禽有机肥样品以及施用这些有机肥的农田土壤样品,探讨多年施用畜禽有机肥土壤中的重金属和抗生素复合污染情况,以期为畜禽有机肥农用的安全性评估及其相关标准的制定提供科学依据。
1 材料与方法
11 研究区域概况
富阳市位于浙江省西部,余杭区位于杭嘉湖平
上,而余杭种植基地有机肥施用历史较短。两地土壤类型主要为潮土、水稻土和红壤。12 样品采集与前处理
2010年4月初从富阳市及余杭区的4处种植基地共采集样品31个,包括27个土壤样品以及对应的4个畜禽有机肥样品,同时用GPS对4处种植基地定位,样品详细信息见表1。在0~100cm深度分层采集土壤剖面样品,每20cm为1层,部分地块因为地质条件限制而减少深层剖面样采集。每个采样地块用不锈钢土钻采集1个土壤剖面,每层采集多点混合土样,经混合均匀后用四分法留取1kg左右土壤作为该层样品。
取20g左右土样,冷冻干燥,过025mm孔径筛后保存于-
80℃冰箱中,用于土壤抗生素测定。其余土样在室内风干后,去除杂物,研磨后分别过1和015mm孔径尼龙筛,装入无色聚乙烯样品袋,备用。13 测定方法
土壤全量及提取态Cu、Zn、Pb和Cd测定方法
参照鲁如坤[23]的《土壤农业化学分析方法》。
抗生素测定除前处理方法略有改动外,后续测
定工作均参考陈永山等[
24]
的方法。土样预处理方法:准确称取过025mm孔径筛的土样50000g于80mL玻璃离心管中,加入V(甲醇)∶V(EDTAMcIlvaine缓冲液)=1∶1的混合液30mL,超声提取40min,离心并收集上清液。残渣中再加入上述缓冲液混合液2
0mL,超声提取30min,重复提取2次,合并提取液,浓缩至30mL,浓缩液通过LCSAX与HLB串联柱(串联柱先后用10mL甲醇、10mL水进行预处理)进行萃取富集;富集完毕后用10mL超纯水清洗串联柱,去掉LCSAX小柱,用氮气吹HLB小柱20min,以去除小柱上的水分;用10mL
甲醇(含φ为01%的甲酸)以10mL·min-1
的速
度洗脱小柱(其中2mL先浸泡小柱),收集到的洗脱液在氮吹仪上用氮气吹至体积<1m
L,准确加入
· 520· 生 态 与 农 村 环 境 学 报第28卷
3内标1咖啡因10μL后,用甲醇(含φ为01%的
头过滤器过滤、保存,备UPLMS/MS测定用。
甲酸)定容至1mL,涡旋混匀后经022μm孔径针
表1 畜禽有机肥和土壤样品采集情况
Table1 Samplingoflivestockmanuresandsoils
采样地点
富阳
中莎村种植基地
21
设施菜地、露天菜地、设施菜地2个、露天菜地和桂
桂树林地树林地各1个0~100cm土壤
剖面样品
猪粪
1
30°18′N,120°19′E
样品数
土壤样品
土地利用方式
样品情况
畜禽有机肥有机肥种类
样品数
样点位置
高桥波尔山羊养殖场 高桥畜禽养殖场余杭
径山镇种植基地
7
水稻田、梨园、露天菜
地、茶园
水稻田1个0~20cm表层土
壤样品,其余样点各1个0~40cm土壤剖面样品
羊粪鸡粪
21
30°07′N,119°55′E30°06′N,119°55′E
30°18′N,119°52′E
14 数据处理
采用Excel2007和SPSS160软件进行数据统计和差异显著性检验,采用Origin70软件绘图。
一定的生态风险。
表2 畜禽有机肥中重金属平均含量
Table2 Meanconcentrationsofheavymetalsinmanures
-1
mg·kg
2 结果与讨论
21 畜禽有机肥中重金属含量
因调查以分析长期施用畜禽有机肥后土壤中污染物含量为主,故仅采集几种典型土地利用方式对应施用的畜禽有机肥样品,其重金属测定结果见表2。由表2可见,不同类型畜禽有机肥中重金属含量差异明显,3种畜禽有机肥中最易造成土壤污染的是猪粪,其次是羊粪。采集样品的养羊场和养鸡场平时以自然放养为主,并配以自产蔬菜作为食料的补充,一般不外购饲料;而猪粪来源于集约化养殖场,该养殖场以商品饲料为主食。故而与山羊和肉鸡相比,猪对重金属的摄入量要高得多,猪粪中重金属浓度也远高于羊粪和鸡粪。但无论何种畜禽有机肥,含量较高的重金属元素均为Cu和Zn。Cu可抑制动物内脏中细菌的滋生,促进动物对养分Zn可治疗腹泻,它们是饲料中添加最为广的吸收,
泛的2种元素,过量添加及较低的生物利用率造成其在畜禽粪便中的富集。猪粪中Cu、Zn和Cd含量
-1
分别为1970、9470和135mg·kg。与董占荣25]等[对杭州市郊规模化养殖场猪粪中重金属含量
有机肥类型
猪粪羊粪鸡粪
)
标准值1
Cu1970408148
Zn94702110887
PbND2192140≤5
Cd135058016≤3
)NY525—2012《有机肥料》。ND为未检出。1
22 土地利用方式对土壤重金属及抗生素分布的影响
221 土壤重金属全量及其分布特征比较
畜禽有机肥施入土壤会导致重金属在土壤表层积累,长期施用下由于淋溶等作用,表层土壤重金属会向下迁移,引起地下水污染。而不同土地利用方式可改变土壤物质组成和土壤物质成分的迁移转化过程,对土壤性质和重金属积累及其有效性产生重要影响,其影响的结果可以通过土壤剖面中
27]
。故分别在富阳物质组成和性质差异体现出来[
和余杭两地采集不同土地利用方式下的土壤剖面,测定不同深度土壤重金属含量,以探索不同土地利用方式下的重金属垂直分布规律。
富阳和余杭两处种植基地皆长期施用猪粪,但猪粪来源不同。据调查,农户一般将新鲜猪粪发酵0cm,年施用量(以鲜后或直接施入土壤,深度约2质量计)约360t·hm-2,其中富阳地区年施用量及施用年限总体上均高于余杭地区,且菜地高于林地。图1是富阳中莎村种植基地不同土地利用方式
u含量略低外,其他元素的测定结果相比,除C相近。
参考农业部发布的NY525—2012《有机肥
[26]
料》标准值,研究区畜禽有机肥Pb和Cd含量并
未超标,但考虑到重金属在土壤中的积累作用以及形态差异等因素,长期施用畜禽有机肥仍可能造成
第5期 潘 霞等:畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属与抗生素分布的影响· 521·
下土壤重金属全量的剖面分布,3种不同土地利用方式土壤皆长期施用来源相同的猪粪。由图1可见,表层(0~20cm)土壤Cu含量明显高于深层土20~40cm)以下,土壤Cu含量壤,而自亚表层(>趋于稳定。对照田(不施用有机肥的水稻田)0~100cm深度土壤Cu含量范围为153~179mg·
-1
kg,中莎村种植基地3种不同土地利用方式表层
u含量均高于对照土壤,且与GB及亚表层土壤C
15618—1995《土壤环境质量标准》中的二级标准值
-1-1
(农田,0mg·kg;果园,50mg·kg)相≤5≤1
u的比,菜地表层土壤均超标。3种利用方式土壤C富集系数(表层平均浓度与亚表层平均浓度之比)均>20,
呈明显的表聚现象。
图1 富阳种植基地不同土地利用方式土壤重金属全量的剖面分布
Fig.1 DistributionofheavymetalsinsoilprofilesoflandsdifferentinlanduseinFuyang
Zn也是动植物生长必不可少的微量元素,在饲料生产过程中都会加入Zn。对照田0~100cm深
-1
度土壤Zn含量范围为841~945mg·kg,且Zn
地则在>60~80cm深度出现一个峰值,表明Zn在这3类土壤中均具有一定的向下迁移现象,但程度不一。
Pb不是必需元素,饲料中添加量小,故猪粪中Pb含量较低,取自富阳中莎村种植基地的猪粪样品中未检测出Pb。Pb的毒性比Cu和Zn大,但在土
28]
。因而3种土壤和植物体中的迁移性相对较弱[
浓度随土层深度增加没有太大变化。从图1可以看3种土地利用方式均表现为表层土壤Zn含量最出,
高,且远高于对照值,富集系数均>1,存在表聚现象。设施菜地、露天菜地和桂树林地表层土壤Zn
-1
含量分别为203、198和144mg·kg,仅1个样品
地利用方式下土壤Pb累积均主要体现在表层,表
-1
层土壤Pb含量均高于对照土壤(223mg·kg),
超过GB15618—1995《土壤环境质量标准》中的二
-1
级标准值(00mg·kg)。随土层深度增加,中≤2
但表层以下与对照土壤没有显著差异。
Cd也不是必需元素,由表2可知,猪粪Cd含量
-1
为135mg·kg。Cd具有很强的动物毒性,在土
莎村种植基地土壤Zn含量呈明显波动变化,且不同土地利用方式下变化趋势不一致,设施菜地和桂树林地在>40~60cm深度出现一个峰值,露天菜
壤中的化学活性也较高,易被作物吸收进入食物
· 522· 生 态 与 农 村 环 境 学 报第28卷
链,对人体健康造成威胁。由图1可见,土壤Cd含量的垂直分布特征与Cu类似,3种土地利用方式均表现为表层土壤Cd含量最高,均高于对照土壤
-1020mg·kg),其中设施菜地和露天菜地超过(
为进一步分析施用来源及成分相似的畜禽有机肥时,土地利用方式及施肥对土壤重金属积累的影响,在余杭采集4种不同利用方式的土壤剖面,其中茶园因为基本不施用有机肥或者年施用量较少,可作为对照,梨园施用量最大,其次为菜地和水稻田。4种土地利用方式下土壤Cu、Zn、Pb和Cd全量(表3)均低于GB15618—1995《土壤环境质量标准》中的二级标准(Cu,农田和果园分别为≤50和
-1-1
50mg·kg;Zn,00mg·kg;Pb,50≤1≤2≤2
-1-1
·kg;Cd,30mg·kg),但表层重金属含mg≤0
GB15618—1995《土壤环境质量标准》中的二级标
-1
准(30mg·kg),亚表层以下Cd含量迅速下≤0
降且趋于稳定。与其余3种重金属相似,土壤Cd29]也存在表聚现象。据报道,Cd的迁移能力较强[,
d含量并未出现峰值,这但笔者调查中深层土壤C
d含量较低有关。可能与施用的畜禽有机肥中C
总体上,在施用猪粪来源及成分相似的前提下,不同土地利用方式会造成土壤中积累的重金属种类及量存在差异。2种蔬菜地的重金属积累效应n和Cd。2种蔬要比桂树林地明显得多,尤其是Z菜地中又以设施菜地更为突出,这可能与设施菜地大量施用畜禽有机肥以提高作物的生长速度有关,此外,设施菜地环境封闭,重金属的降水淋溶作用弱,且蒸腾作用易促进重金属迁移到土壤表层。
量高于亚表层。总体上表层茶园土壤重金属全量相对较低,梨园最高,提取态重金属含量与全量的分布规律类似。
比较余杭与富阳两地的调查结果,富阳种植基地土壤重金属含量较高,除富阳对照土壤重金属含量较高外,可能还与两地畜禽有机肥成分差异以及年施用次数、施用方式等因素有关,也可能与农药
30]
的使用有关[,具体原因有待进一步探讨。
表3 余杭径山镇种植基地不同土地利用方式土壤pH值及重金属含量的剖面分布
Table3 DistributionofpHandheavymetalconcentrationinsoilprofilesoflandsdifferentinlanduseinYuhang
土层深度/
cm0~20
土地利用
方式水稻田梨园蔬菜地茶园
>20~40
梨园蔬菜地茶园
ND为未检出。
pH值539451497353540566358
Cu118025301090515990563983
-1
全量/(mg·kg)ZnPb
-1
提取态含量/(mg·kg)
ZnPb
Cd007004005ND003001ND
Cu715933428047373263044
Cd005003004ND002NDND
546701548426293298565
1820588205089214501770482
218041602620275916572138
762460391425394289409
222 抗生素含量及其分布特征比较
图2是富阳中莎村种植基地不同土地利用方式下土壤抗生素含量的垂直分布情况。共测定5类抗DXC)、四环素(TC)、土生素:四环素类,强力霉素(霉素(OTC)和金霉素(CTC);磺胺类,磺胺嘧啶(SD)、
唑(SMX)和磺胺二甲嘧啶(SMT);NFC)和氧氟沙星(OFC);氟喹诺酮类,诺氟沙星(ETMHO)和罗红霉素大环内酯类,脱水红霉素(2(RTM);氯霉素类,氯霉素(CPC)、甲砜霉素(TPC)和氟苯尼考(FFC)。
设施菜地表层土壤4种四环素类抗生素含量最4种抗生素总量的867%,特别是金霉素,高,占1
-1
含量高达182μg·kg;氟喹诺酮类含量也较高,
关。有研究表明,通常磺胺类抗生素在粪肥中的含量较高,而在施用粪肥土壤中的含量较低,但氟喹
31]
诺酮类和四环素类抗生素的情况则相反[,两者在
土壤中的含量较高。除了磺胺类以外,其余抗生素在表层土壤中均有检出,需要引起重视,因为抗性
32-33]基因的污染和传播已经成为新的环境问题[。
氯霉素作为食用动物的禁用药品虽然仍有检出,但含量较低,考虑可能为禁用前的残留。由于四环素类化合物在土壤中的吸附性较强,其含量随土层深度增加迅速降低,在>40cm土层含量较低且趋于
34-35]稳定,这与前人的研究结果[相似。随土层深度
增加,氟喹诺酮类含量下降幅度较小,在>20cm土层取代四环素类成为土壤中的主要抗生素种类。60~另外作为新型氯霉素的替代品,甲砜霉素在>80cm土层检出量较高,占14种抗生素总量的
占14种抗生素总量的120%;剩余3类检出量较低,这可能与有机肥种类和抗生素性质等因素有
第5期 潘 霞等:畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属与抗生素分布的影响· 523·
930%,但至>80~100cm土层又迅速降低。
露天菜地的抗生素总量测定结果与设施菜地相近,四环素类依旧是主要污染物,其次为氟喹诺酮类,两者占14种抗生素总量的比例分别为906%和91%;至亚表层,抗生素总量同样迅速降
低,在>20cm土层四环素类抗生素含量占14种抗生素总量的比例依旧最高。桂树林地表层土壤中四环素类抗生素依旧是主要污染物,其次为氟喹诺酮类;在>20cm土层四环素类抗生素含量占14种
抗生素总量的比例依旧为最高。
图2 富阳种植基地不同土地利用方式土壤抗生素组成及其含量特征
Fig.2 CompositionandconcentrationsofantibioticsinsoilprofilesoflandsdifferentinlanduseinFuyang
比较3种土地利用方式下土壤抗生素含量与组成的差异,桂树林地表层土壤抗生素总量明显低于设施菜地和露天菜地,这与3种土地利用方式土壤中的重金属含量变化相一致,表明土地利用方式和有机肥施用量对该地区农田土壤中重金属与抗生3种土地利用方式素含量有明显影响。总体而言,
下的主要污染物均为四环素类抗生素,但具体组成因土地利用方式的不同而有所不同。如2种菜地表层土壤含量最高的四环素类抗生素是金霉素,而桂树林地土壤则是土霉素。2种菜地之间又有所不同,露天菜地表层土壤金霉素含量是设施菜地的165倍;但在设施菜地中0~100cm土层始终表现
为金霉素含量占四环素类总量的比例最高,而露天0cm以下土层变为土霉素含量占四环素类菜地中4
总量的比例最高。这种差异与植物根系生理生化特征和农户生产方式差异所致的抗生素环境行为不同有关,不同耕作方式直接影响土壤中抗生素的
36]。活动性、迁移性及其在土壤剖面中的分布[
次要污染物氟喹诺酮类抗生素在2种菜地中的检出率明显高于桂树林地,氧氟沙星在设施菜地0~表层土壤最高含量为130100cm深度均有检出,
-1
g·kg,在露天菜地0~60cm深度均有检出,而μ
桂树林地仅在表层检出。其余3种氟喹诺酮类抗生素在土壤中的分布情况也因土地利用方式不同而
· 524· 生 态 与 农 村 环 境 学 报第28卷
有所不同。甲砜霉素在设施菜地0~100cm深度均有检出,且在>60~80cm土层为含量最高的抗生素,而露天菜地和桂树林地仅分别在>60~80和>20~40cm土层有检出,且含量较低,所占比例较小。磺胺嘧啶在3种土壤中的含量均较低,但在桂树林地由于各类抗生素含量与菜地相比明显下降,使得其占抗生素总量的比例有所上升,特别是在>40~60和>80~100cm土层。至于大环内酯类这可能与区抗生素,其在3种土壤中检出率均较低,
37]
。域用药特征以及物质的迁移性等有关[
和茶园,这与重金属的测定结果一致,也与该地区有机肥的施用情况相对应。表层土壤中,水稻田的主要污染物为四环素类抗生素,此外还有少量的氯霉素类,其余3种抗生素大多未被检出;而梨园的主要污染物虽然也是四环素类,但占抗生素总量的比例稍低,其次为氯霉素类和磺胺类,占14种抗生素总量的比例分别为585%、303%和112%;菜地则表现为四环素类、磺胺类以及氟喹诺酮类3者占4抗生素总量的比例近似;茶园土壤氟喹诺酮类占1种抗生素总量的比例最高,为740%。
梨园>20cm深度土壤抗生素总量、氯霉素以及四环素类含量均随土壤深度的增加而下降,但磺胺类含量却明显增加,占14种抗生素总量的比例升60%;菜地亚表层土壤抗生素总量为表层的至5
45倍,这是由于其余种类抗生素含量都降低的情况下,氯霉素类含量却增加了几百倍,其中氯霉素的增长幅度巨大,不排除有违规使用的可能性;而茶园亚表层抗生素的种类分布与表层相似,只是含量明显降低。
相对而言,菜地由于施用畜禽有机肥较多,土壤中的抗生素,特别是四环素类和氟喹诺酮类污染比林地土壤更为严重。菜地中又以设施菜地的污染较为突出,这与重金属的测定结果一致,表明该地区设施菜地由于大量施用畜禽有机肥带来的土壤重金属和抗生素复合污染问题需要引起进一步关注。
表4是余杭地区水稻田、梨园、菜地和茶园土壤抗生素的检测结果。这4种土地利用方式下表层土壤抗生素总量由高到底依次为梨园、水稻田、菜地
表4 余杭种植基地不同土地利用方式土壤抗生素组成及其含量特征
Table4 CompositionandconcentrationsofantibioticsinsoilprofilesoflandsdifferentinlanduseinYuhang
土层深度/土地利用
cm方式0~20
水稻田梨园蔬菜地茶园
>20~40
梨园蔬菜地DXC241426NDND176NDTC039071002004043008OTC046132040007005NDCTC326583012ND158003SD001227002021527NDSMXND001ND001ND001SMT006005050ND003012NFCNDNDNDNDNDNDTMHOROFCETM2NDND053094NDNDNDNDNDNDNDNDNDNDNDNDNDNDCPC015161NDNDND232-1
g·kgμ
TPC023253004ND034154FFC008213NDNDND325
FC—氧氟沙星;ETMHO—脱水红霉素;RTM—罗红霉素;CPC—氯霉素;TPC—甲砜霉素;FFC—氟苯尼考。ND为未检出。星;O2
3 结论
长期施用畜禽有机肥可导致重金属和抗生素
在蔬果地表层土壤积累。在施用相似畜禽有机肥的前提下,不同重金属的积累量因土地利用方式以及施肥量不同而异,蔬菜地比果园土壤更易引起重n和Cd,蔬菜地中又以设施菜地金属积累,特别是Z较为突出。虽然该次调查的土壤样品中抗生素含量并没有超过国际兽用药品注册基准研究委员会
-1[4]
规定的土壤环境阈值(100μg·kg)2,但若长期施用依然存在一定生态风险,且在本次调查涉及到的所有土地利用方式下土壤剖面>20cm土层仍能检测出一定量的抗生素,表明抗生素污染不仅存在
于土壤表层,还有可能向下迁移造成地下水污染。农田土壤长期施用畜禽有机肥可能造成重金属和抗生素的复合污染,并有可能引起更为复杂的生态风险,亟待深入研究。
参考文献:
[1] WEBERJ,KARCZEWSKAA,DROZDJ,etal.Agriculturaland
EcologicalAspectsofaSandySoilasAffectedbytheApplicationofMunicipalSolidWasteComposts[J].SoilBiology&Biochemistry,2007,39(6):294-1302.
[2] HARGREAVESJC,ADLMS,WARMANPR.AReviewofthe
UseofCompostedMunicipalSolidWasteinAgriculture[J].AgricultureEcosystem&Environment,2008,123(1/2/3):1-14.[3] TUFFTLS,NOCKELSCF.TheEffectsofStress,Escherichiacoli,
第5期 潘 霞等:畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属与抗生素分布的影响· 525·
DietaryEthylenediaminetetraaceticAcid,andTheirInteractionon[J].PoultryScience,1991,70TissueTraceElementsinChicks(12):2439-2449.
[4] MOOREPA,DANIELTC,SHARPLEYAN,etal.PoultryMa
:EnvironmentallySoundOptions[J].JournalofnureManagementSoilandWaterConservation,1995,50(3):321-327.
[5] PHILLIPSI,CASEWELLM,COXT,etal.DoestheUseofAntibi
oticsinFoodAnimalsPoseaRisktoHumanHealth?ACriticalReviewofPublishedData[J].JournalofAntimicrobialChemother,2004,53(1):28-52.apy
[6] ZHAOL,DONGYH,WANGH.ResiduesofVeterinaryAntibiotics
[20]ELMUNDlGK,MORRISONSM.RoleofExcretedChlortetracy
clineinModifyingtheDecompositionProcessinFeedlotWaste[J].BulletinofEnvironmentalContaminationToxicology,1971,6(2):129-135.
[21]HAMSCHERG,SCZESNYS,ABUQAREA,etal.Substances
WithPharmacologicalEffectsIncludingHormonallyActiveSub:IdentificationofTetracyclinesinSoilstancesintheEnvironmentFertilizedWithAnimalSlurry[J].DeutscheTierarztlicheWochenschrift,2000,107(8):332-334.
[22]张慧敏,章明奎,顾国平.浙北地区畜禽粪便和农田土壤中四
环素类抗生素残留[J].生态与农村环境学报,2008,24(3):inManuresFromFeedlotLivestockinEightProvincesofChina[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2010,408(5):1069-1075.7] LIYX,CHENTB.ConcentrationsofAdditiveArsenicinBeijing
PigFeedsandtheResiduesinPigManure[J].ResourcesConservationandRecycling
,2005,45(4):356-367.8] 黄治平,徐斌,张克强,等.连续四年施用规模化猪场猪粪温室
土壤重金属积累研究[J].农业工程学报,2007,23(11):239-244.
9] BARKERAV,BRYSONGM.BioremediationofHeavyMetaland
OrganicToxicantsbyComposting[J].TheScientificWordJournal,2002,2:407-420.
10]NICHOLSONFA,CHAMBERSBJ,WILLIAMSJR,etal.Heavy
MetalContentsofLivestockFeedsandAnimalManuresinEnglandandWales[J].BioresourceTechnology,1999,70(1):23-31.11]CHRISTENK.Chickens,Manure,andArsenic[J].Environmental
Science&Technology,2011,35(9):184A-185A.
12]BOLANNS,ADRIANODC,MAHIMAIRAJSS.Distributionand
BioavailabilityofTraceElementsinLivestockandPoultryManureByProducts[J].EnvironmentalScienceandTechnology,2004,34(3):291-338.
13]CANGL,WANGYJ,ZHOUDM,etal.HeavyMetalsPollutionin
PoultryandLivestockFeedsandManuresUnderIntensiveFarminginJiangsuProvince,China[J].JournalofEnvironmentalSciences,2004,16(3):371-374.
14]王瑾,韩剑众.饲料中重金属和抗生素对土壤和蔬菜的影响
[J].生态与农村环境学报,2008,24(4):90-93.
15]闫秋良,刘福柱.通过营养调控缓解畜禽生产对环境的污染
[J].家禽生态,2002,23(3):68-70.
16]MORENOCASELLESJ,MORALR,PEREZMURCIAMD,etal.
Fe,Cu,MnandZnInputandAvailabilityinCalcareousSoilsAmendedWiththeSolidPhaseofPigSlurry[J].CommunicationsinSoilScienceandPlantAnalysis,2005,36(4/5/6):525-534.17]NICHOLSONFA,SMITHSR,ALLOWAYBJ,etal.AnInvento
ryofHeavyMetalInputstoAgriculturalSoilinEnglandandWale[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2003,311(1/2/3):205-219.
18]刘荣乐.我国商品有机肥料和有机废弃物中重金属的含量现
状与分析[J].农业环境科学学报,2005,24(2):392-397.19]HALLINGSORENSENB,NIELSENSN,LANZKYPF,etal.Oc
currence,FateandEffectsofPharmaceuticalSubstancesintheEnvironment:AReview[J].Chemosphere,1998,36(2):357-393.
69-73.
[23]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京:中国科学技术出
版社,1999:205-226.
[24]陈永山,章海波,骆永明,等.苕溪流域典型断面底泥14种抗
生素污染特征[
J].环境科学,2011,32(3):667-672.[25]董占荣,陈一定,林咸永,等.杭州市郊规模化养殖场猪粪的重
金属含量及其形态[J].浙江农业学报,2008,20(1):35-39.[26]NY525—2012,有机肥料[S].
[27]孙维侠,史学正,于东升.土壤有机碳的剖面分布特征及其密
度的估算方法研究[J].土壤,2003,35(3):236-241.[28]余国营,吴燕玉.土壤环境中重金属元素的相互作用及其对吸
持特性的影响[
J].环境化学,1997,16(1):30-36.[29]MICOC,RECATALAL,PERISA,etal.AssessingHeavyMetal
SourcesinAgriculturalSoilsofanEuropeanMediterraneanAreabyMultivariateAnalysis[J].Chemosphere,2006,65(5):863-872.[30]蔡道基,单正军,朱忠林,等.铜制剂农药对生态环境影响研究
[J].农药学学报,2001,3(1):61-68.
[31]KARCIA,BALCIOGLUIA.InvestigationoftheTetracycline,Sul
fonamide,andFluoroquinoloneAntimicrobialCompoundsinAnimalManureandAgriculturalSoilsinTurkey[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2009,407(16):4652-4664.
[32]周启星,罗义,王美娥.抗生素的环境残留、生态毒性及抗性基
因污染[J].生态毒理学报,2007,2(3):243-251.
[33]MART?NEZJL.AntibioticsandAntibioticResistanceGenesin
NaturalEnvironments[J].Science,2008,321(5587):365-367.[34]TOLLSJ.SorptionofVeterinaryPharmaceuticalsinSoils:ARe
view[J].EnvironmentalScienceandTechnology,2001,17(5):3397-3406.
[35]SASSMANSA,LEELS.SorptionofThreeTetracyclinesbySever
alSoils:AccessingtheRoleofpHandCationExchange[J].EnvironmentalScienceandTechnology,2005,39(15):7452-7459.[36]BLACKWELLPA,KAYP,ASHAUERR,etal.EffectsofAgricul
tureConditionsontheLeachingBehaviorofVeterinaryAntibioticsinSoils[J].Chemosphere,2009,75(1):13-19.
[37]DAVISJG,TRUMANCC,KIMSC,etal.AntibioticTransport
viaRunoffandSoilLoss[J].JournalofEnvironmentalQuality,2006,35(6):2250-2260.
作者简介:潘霞(1988—),女,浙江台州人,硕士生,主要研究方向为环境污染过程与生态修复。Email:panxia1006@gmail.com
[[[[[[[[[[[[[