獸藥土霉素在土壤環(huán)境中的行為

范菲菲，朱 健，閆獻芳，秦 松

（1.貴州省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所 貴州省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，貴州 貴陽550006；2.農(nóng)業(yè)部貴州耕地質量保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測站，貴州 貴陽550006；3.貴州大學資源與環(huán)境工程學院，貴州 貴陽550025）

土霉素是20世紀40年代發(fā)現(xiàn)的，被廣泛應用于畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中的四環(huán)素類抗生素之一。有研究表明，我國在2003年土霉素產(chǎn)量達到了10 000t，占世界總產(chǎn)量的65%［1］，并且土霉素的產(chǎn)量和用量仍呈上升趨勢。土霉素進入畜禽體后，其原形及代謝產(chǎn)物會隨糞尿等排泄物進入土壤環(huán)境［2］，影響土壤微生物生態(tài)鏈并誘發(fā)耐藥菌，對土壤環(huán)境及人類健康產(chǎn)生嚴重危害［3］。因此，本文對土霉素在土壤環(huán)境中的行為進行研究，從而為評價其在土壤環(huán)境中的生態(tài)毒理效應提供參考依據(jù)。

1 獸藥土霉素的理化性質

獸藥土霉素又稱為氧四環(huán)素，地霉素，地靈霉素等，分子式為C22H24N2O4，相對分子質量460.44，屬于廣譜抗菌藥物，可殺滅多種細菌［4］?；瘜W結構穩(wěn)定，很難被生物降解，其在土壤中的半衰期（DT50）為16d，DT90為111d，但在堿性環(huán)境下易遭到破壞。

2 獸藥土霉素在土壤環(huán)境中殘留的主要形式

動物服用土霉素后會以原形或以與原形擁有共同的基本母核－氫化駢四苯的代謝產(chǎn)物形式隨糞尿排泄到土壤環(huán)境中，其在弱酸、強酸、強堿、加熱和氧化等5種環(huán)境條件下，土霉素主要以4－差向土霉素、α－阿撲土霉素、β－阿撲土霉素3種形式存在于土壤環(huán)境中［5］。

3 獸藥土霉素在土壤環(huán)境中的環(huán)境行為

獸藥土霉素在土壤中的環(huán)境行為是土壤、土霉素和土壤微生物共同作用的結果，即土壤的物理、化學性質、土壤有機質和土霉素本身以及微生物活動之間的相互作用共同影響了土霉素在土壤中的降解、吸附和遷移轉化行為［6］。

3.1 降解 在土壤環(huán)境條件下，獸藥土霉素會發(fā)生一種或幾種降解反應。降解方式主要包括生物降解和非生物降解［7］。

3.1.1 生物降解 生物降解是獸藥土霉素在土壤環(huán)境中降解的最主要途徑之一，包括植物降解和微生物降解兩種方式。Gonsalves D等［8］研究發(fā)現(xiàn)，在表層土壤中，土霉素施用40d后，濃度仍大于25 μg/g，其在土壤中持續(xù)存在時間長達18個月之久。但在同一塊表層土壤中，覆蓋一定厚度的枯枝落葉，土霉素施用40d后，濃度已降低到9.8μg/g，并且其在土壤中持續(xù)存在時間只有69d，這可能是由于土霉素在表層土中在枯枝落葉的作用下發(fā)生了植物降解，使土霉素殘留物由大分子化合物降解為小分子化合物，最終降解為對人類沒有危害的H2O和CO2。

3.1.2 非生物降解 非生物降解主要指光解和水解。光解是土霉素非生物降解中最主要的因素，土霉素的初始濃度、土壤pH值、氧化劑等都對土霉素的光降解有一定的影響。Jiao S J等［9］研究表明，土霉素的光解作用與土壤pH值呈正相關關系，pH值增高時，光解作用加強，反之亦然。

水解也是影響土霉素在土壤環(huán)境中發(fā)生非生物降解的一個重要因素，其過程受到土壤類型、pH值等影響。Xuan R C等［10］研究表明，溶液pH值和溫度是影響獸藥土霉素水解的主要因素，溫度越高，水解越快。且獸藥土霉素在中性條件下的水解速度快于酸性與堿性條件。

3.2 吸附 吸附是獸藥土霉素在土壤環(huán)境中遷移和轉化的重要過程，土壤本身性質對其影響很大。有研究表明：土霉素的主要吸附位點與土壤礦物質和有機質組分有很大的相關性，同時疏水分配、陽離子交換、表面配位鰲合以及氫鍵等作用在吸附過程中起到重要的作用［11］。齊瑞環(huán)等研究表明［12］，黑土對土霉素的吸附量遠大于紅壤，產(chǎn)生這種差異的原因可能是黑土中有機質含量較高，有利于土霉素在土壤中吸附的緣故。同時將黑土原土與去除有機質的黑土對土霉素的吸附強度進行比較，結果表明，黑土原土對土霉素的吸附強度大于去有機質黑土，從而說明有機質在黑土吸附土霉素的過程中起著重要作用。

3.3 遷移 土霉素在土壤中的遷移主要取決于其自身的光穩(wěn)定性、鍵合、吸附特性、淋洗、滲濾和降解速率等。Kay P等［13］將含有土霉素的豬糞分別施于耕作土壤和非耕作土壤中，研究其在土壤中的遷移情況，結果表明，土壤滲漏水中能檢測到土霉素殘留，其中排水溝中土霉素的濃度達到36μg/L。這就表明土霉素在土壤表面中具有一定的遷移能力，進入地下水的可能性較大。

4 獸藥土霉素對土壤環(huán)境的毒理效應

盡管土霉素在土壤環(huán)境中濃度較低，但在長期低水平暴露的情況下，土霉素對土壤環(huán)境中的微生物抗性、土壤動物、生物毒性以及通過食物鏈對高營養(yǎng)級非靶生物都會產(chǎn)生很大的影響。楊清香等［14］研究發(fā)現(xiàn)，在土壤環(huán)境中獸藥土霉素對細菌和放線菌的生長具有抑制作用，但對真菌的作用較為復雜，一般是低濃度時有促進作用，高濃度時有抑制作用；同時可以顯著降低堿性磷酸酶活性，但對脫氫酶以及尿酶影響不大。從而表明土霉素在土壤環(huán)境中富集，降低了土壤微生物活性，抑制有益微生物的生長，削弱了土霉素在土壤中的降解能力，進而危害人類的健康。

5 需要進一步研究的幾個問題

目前關于土壤環(huán)境中土霉素的研究主要集中土霉素在土壤環(huán)境中的降解、土霉素對土壤環(huán)境中生物的影響以及土霉素在植物體內(nèi)的富集等方面，本文結合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，認為還存在如下問題有待于進一步研究。

5.1 獸藥土霉素的環(huán)境行為研究，尤其是在土壤環(huán)境中的研究才剛剛起步，取得的某些結果還不能得到很好的解釋，尤其是獸藥土霉素的環(huán)境行為研究大多只是停留在物理、化學因素上，而土霉素進入土壤環(huán)境后，能夠在一定程度上發(fā)生微生物降解或光解，因此對微生物和自然光在土霉素降解及其機理方面進行研究，有助于建立更加完善的模型或方法以預測獸藥土霉素在土壤環(huán)境中的濃度，并為評價其在環(huán)境中的風險程度提供可利用的數(shù)據(jù)和參數(shù)。

5.2 土霉素對土壤環(huán)境中的生物生長具有明顯的抑制作用，并且能夠降低土壤微生物群落功能多樣性，但是目前尚缺乏土壤－植物系統(tǒng)內(nèi)土霉素微生態(tài)效應，尤其是農(nóng)田土壤－農(nóng)作物系統(tǒng)內(nèi)，土霉素對微生物生長、微生物群落結構多樣性的影響及其機理方面的研究。因此，采用分子生物學的手段與方法研究土霉素對微生物群落結構多樣性的影響將有助于從分子水平上揭示土霉素的土壤微生態(tài)效應。

5.3 利用多學科的交叉、滲透與合作研究，開發(fā)土壤中獸藥土霉素的去除和修復技術研究，以保護土地資源。

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