摘 要：為探究雞糞中的抗生素在蔬菜中的累積規律，通過盆栽試驗研究了雞糞中四環素(TC)、土霉素(OTC)、磺胺甲噁唑(SMZ)、磺胺二甲嘧啶(SM2)4 種抗生素在青菜中的累積動態，探討了小麥秸稈炭、稻殼炭對雞糞中抗生素在青菜中累積的阻控效果。結果表明：雞糞中 4 種抗生素均可被青菜吸收，在青菜移栽后的第 10 天青菜中抗生素的累積濃度達到最高，隨后濃度逐漸下降;在雞糞中添加相同濃度(200 mg·kg-1)抗生素時，移栽 10 d 的青菜中 SM2的累積濃度最高(957.35 μg·kg-1)，OTC、TC 次之(分別為 300.17 和 216.75 μg·kg-1)，SMZ 累積濃度最低(36.62 μg·kg-1);青菜中抗生素的累積濃度隨著雞糞中抗生素添加濃度的升高而升高。小麥秸稈炭和稻殼炭可顯著降低雞糞中 4 種抗生素在青菜中的累積，但兩種生物炭的阻控效果差異不顯著，土壤中抗生素有效態濃度的顯著降低是生物炭減少青菜中抗生素累積的主要原因。

　　關鍵詞：雞糞;抗生素;青菜;累積;生物炭

　　抗生素作為疾病預防與治療藥物、生長促進劑、飼料添加劑等被廣泛用于畜禽和水產養殖業中。中國每年抗生素生產量約為 21 萬 t，大部分用于畜禽養殖業[1]。畜禽攝入的抗生素有 30%～90%以原藥或代謝產物的形式排出體外[2-3]。因此，畜禽糞便中抗生素的濃度比較高，如果不經處理直接作為肥料施用于農田時，其中的抗生素就進入農田土壤，從而對土壤環境造成污染[4-5]。研究表明，土壤和畜禽糞便中的抗生素可以被蔬菜等農產品吸收[6-8]，再通過食物鏈進入人體，可引起人體的過敏反應、腎臟損害、造血系統損傷及致癌、致畸等毒理效應，嚴重威脅人體健康。因此，畜禽糞便中抗生素在蔬菜等農產品中的累積問題日益引起人們的擔憂。控制畜禽糞便中抗生素污染已刻不容緩。

　　畜禽糞便中抗生素的去除是控制抗生素污染的重要途徑之一，而好氧堆肥和厭氧發酵是畜禽糞便無害化處理的常用方法，經過處理后，畜禽糞便中大部分抗生素濃度會明顯降低，但不能將畜禽糞便中的抗生素完全去除，而且處理時間比較長，影響處理效果的因素比較多[9-11]。因此，國內外學者相繼開展了抗生素污染的其他控制方法研究。生物炭是在限氧條件下熱裂解生物質原料制得的富炭固體產物[12-13]，具有較大的比表面積、良好的孔隙結構以及豐富的表面官能團。研究表明，生物炭不僅對水中的抗生素有良好的吸附去除效果[14-15]，而且生物炭對土壤中的抗生素也有較好的吸附效果。任美等[16]研究表明，生物質炭的添加顯著增強紫色土對抗生素的吸附與固持作用。

　　Vithanage 等[17]研究表明，生物炭對砂壤土中磺胺二甲嘧啶的阻控效率可達 89%。由此可見，生物炭對水和土壤中的抗生素有很強的吸附作用。生物炭對抗生素具有極強的吸附能力，對抗生素在土壤中的遷移具有阻控作用[18]，而生物炭對畜禽糞便中抗生素向蔬菜中的遷移是否有阻控作用卻鮮見報道。蔬菜種植過程中會施用雞糞、豬糞等有機肥。青菜是人類最常食用的蔬菜之一，富含維生素 C、蛋白質、胡蘿卜素以及鐵、鈣、鉀、鈉、鎂等微量元素。本文通過土培試驗，以青菜為研究對象，研究雞糞中不同濃度的四環素、土霉素、磺胺甲噁唑、磺胺二甲嘧啶在青菜中的累積動態，考察小麥秸稈炭與稻殼炭的添加對雞糞中 4 種抗生素在青菜中累積的阻控效果，以期為畜禽糞便的安全資源化利用提供參考。

　　1 材料與方法

　　1.1 材料

　　1.1.1 藥品與試劑

　　磺胺二甲嘧啶(SM2)，純度99%，薩恩化學技術(上海)有限公司;磺胺甲噁唑(SMZ)，純度 98%，上海麥克林生化科技有限公司;四環素(TC)，純度≥98%，上海源葉生物科技有限公司;土霉素(OTC)，純度 98%，上海泰坦科技股份有限公司。甲醇和乙腈為 HPLC 級，試驗用水為超純水(美國 Millipore 公司)。

　　1.1.2 供試材料

　　土壤：采自安徽農業大學農翠園苗圃地 0 ~ 20 cm 的表層土壤，土壤類型屬于黃褐土，土壤 pH 7.61，有機質含量 11.1 g·kg-1，陽離子交換量，14.6 cmol·kg-1，全氮 0.085%，有效磷 7.4mg·kg-1，速效鉀 137 mg·kg-1。土壤抗生素殘留檢測表明，該土壤中無 TC、OTC、SM2 和 SMZ 的殘留。土壤經風干去除石塊等雜質后研磨過 2 mm 篩。青菜：品種為改良上海青(合肥市合豐種業有限公司)。雞糞：堆肥發酵過的雞糞，由合肥某養雞場提供，經檢測不含 TC、OTC、SM2 和 SMZ 的殘留。生物炭：小麥秸稈炭(安徽帝元現代農業投資發展有限公司)、稻殼炭(安徽鑫泉米業有限公司)，磨碎后過 100 目篩。

　　1.1.3 儀器

　　超高效液相色譜串聯質譜儀(XevoTQ MS，美國 Waters 公司)，氮吹儀(N-EVAP112，美國 Organomation Associates 公司)。

　　1.2 方法

　　1.2.1 土培試驗

　　雞糞中不同濃度的 4 種抗生素在青菜中的累積動態：先在雞糞中加入不同量的抗生素混合標準溶液，混合均勻，使得雞糞中每種抗生素的濃度分別為 0、10、20、50、100 和 200 mg·kg-1;然后按照雞糞:土壤=20:1(g·kg-1)的比例將添加了抗生素的雞糞與土壤充分混合均勻，裝盆，每盆 1kg，并施入復合肥(N-P-K：15-15-15)0.2 g，放在溫室中平衡老化一周后將事先育好的青菜苗移栽，每盆 3 株。常規水分管理，在不同時間取樣測定青菜中抗生素的濃度。每個處理 3 個平行，同時設置無菜對照。

　　生物炭對雞糞中 4 種抗生素在青菜中累積的影響：先在雞糞中加入抗生素混合標準溶液，混合均勻，使得雞糞中每種抗生素的濃度為 100 mg·kg-1，再將 20 g 阻控劑加入 20 g 雞糞中，然后按照雞糞﹢阻控劑:土壤=40:1(g·kg-1) 的比例將添加了抗生素的雞糞+阻控劑與土壤充分混合均勻，裝盆，每盆 1kg，并施入復合肥(N-P-K：15-15-15)0.2 g，放在溫室中平衡老化一周后將事先育好的青菜苗移栽，每盆 3 株。常規水分管理，在不同時間取樣測定青菜、土壤中抗生素的濃度、土壤中抗生素有效態濃度、微生物多樣性及青菜生理生化指標。每個處理3 個平行，同時設置未添加阻控劑的對照。

　　1.2.2 樣品中抗生素的測定

　　土壤和青菜中磺胺類抗生素用 Na2EDTA-磷酸鹽緩沖溶液-乙腈進行振蕩提取，經分散固相萃取材料(PSA、C18、MgSO4)凈化和氮吹至近干后用 1%甲酸定容 1.0 mL， 過0.22 μm 濾膜，用 UPLC-MS/MS 法測定。土壤和青菜中四環素類抗生素用 0.1 mol·L-1 Na2EDTA-Mcllvaine緩沖溶液：甲醇=1:1 進行振蕩提取，重復提取 1 次，用分散固相萃取材料(PSA、C18、MgSO4)進行凈化，用氮吹儀濃縮，用 1%甲酸定容 1.0 mL，過 0.22 μm 濾膜，用 UPLC-MS/MS 法測定。

　　在兩種基質中 SMZ 的回收率為 99.6% ~ 101.8%，SM2 的回收率在 60% ~98.6%，TC 的回收率在 70.3% ~ 120.9%，OTC 的回收率在 65% ~ 136.8%，在青菜基質中，4 種抗生素的檢測限在1.6 ~ 9.3 ng·L-1之間，定量限在15.7 ~17.5 ng·kg-1之間;在土壤基質中，4 種抗生素的檢測限在 0.2 ~ 79.4ng·L-1之間，定量限在 0.5 ~ 264.7 ng·kg-1之間。土壤中有效態抗生素采用 0.1 mol·L-1 CaCl2 溶液提取，土液比 1:8，振蕩提取 30 min，離心后吸取上清液過 0.22 μm 濾膜過濾，測定方法同上。

　　1.2.3 數據分析

　　運用 Excel 進行數據處理，用SPSS19.0 軟件進行差異顯著性分析，利用 Origin2018 軟件繪圖。

　　2 結果與分析

　　2.1 不同種類抗生素在青菜中的累積動態

　　以 SMZ、SM2、TC 和 OTC 4 種抗生素為目標化合物，通過土培試驗考查雞糞中這 4 種抗生素在青菜中的富集動態規律。在第 0 天至第 10 天，蔬菜中 4 種抗生素的濃度均隨著培養時間的延長而迅速增大，并且都在第 10 天時抗生素殘留濃度達到最高，而在第 10 天至第 17 天蔬菜中抗生素的濃度快速降低，這可能是由于青菜對抗生素的代謝和生長稀釋作用導致的。

　　17 d 后殘留抗生素的濃度降低減緩。因此，當雞糞作為肥料施入土壤后，抗生素會被蔬菜吸收，并且呈一定的規律性。但 4 種抗生素在青菜中的富集能力不同，在雞糞中4 種抗生素濃度相同的條件下，SM2 最容易被青菜吸收，在第 10 天時在青菜中的富集濃度均為其他 3種抗生素濃度的 2 倍以上，然后，依次是 OTC、TC和 SMZ，青菜對 SMZ 富集濃度最低。這可能是由于抗生素是離子型有機污染物，不同抗生素的logKow、pKa 不同，在土壤 pH 7.61 條件下，4 種抗生素在土壤中的存在形態及各形態的比例不同，其中 SMZ 絕大部分以陰離子形態存在，而其他 3 種抗生素以中性分子和陰離子形態存在，說明青菜對中性分子形態的抗生素具有較強的吸收，所以導致不同種類抗生素在青菜中的富集濃度不同[23]。

　　2.2 不同濃度抗生素在青菜中的累積動態

　　為了探討雞糞中不同濃度的抗生素在青菜中的富集動態，試驗設置了雞糞中抗生素初始濃度為10、20、50、100 和 200 mg·kg-1 不同濃度梯度的處理組。在 10 ~ 200 mg·kg-1 處理水平下，青菜中 4 種抗生素的富集濃度皆隨著雞糞中抗生素初始濃度的增大而增大，說明雞糞中抗生素的初始濃度越大，其中的抗生素在青菜中的富集濃度也越大，健康風險也會越高。不同濃度的抗生素在青菜中富集的規律為 SM2 最高，再依次是OTC、TC 和 SMZ。有研究者發現，在植物體內 SM2的遷移能力大于 SMZ，與本研究結果相同[20]。由于四環素類抗生素水溶性較高，所以極易存在于植物體的細胞質內。

　　2.3 2 種生物炭對抗生素在青菜中累積的阻控效果

　　含抗生素的糞便通過施肥使得菜地土壤被抗生素污染，土壤中的抗生素被蔬菜吸收后，通過食物鏈威脅人體健康。因此，如何阻控雞糞或土壤中的抗生素向蔬菜中遷移具有重要的理論與實踐意義。為了探究雞糞中抗生素在青菜中富集的阻控技術，研究了小麥秸稈炭(X)、稻殼炭(D)兩種生物炭對雞糞中 4 種抗生素在青菜中富集的影響。

　　在第 10 天時，添加了生物炭后，青菜中 SMZ 的富集濃度與未添加生物炭的對照相比都有所下降，其中雞糞中添加小麥秸稈炭的青菜中抗生素富集濃度下降最多，下降率達到88.68%，與對照相比差異顯著(P<0.05)，添加稻殼炭的青菜中 SMZ 的富集濃度也比對照有明顯的下降(P<0.05)，下降了 69.65%;在第 35 天時，青菜中抗生素逐漸消解，殘留濃度在 1.53 ~1.92μg·kg-1 之間，與對照相比，添加兩種生物炭的青菜中 SMZ 的殘留濃度差異都較小。

　　不同生物炭對SM2 在青菜中富集的影響，第 10 天時，添加小麥秸稈炭和稻殼炭的 2 個處理組青菜中抗生素的富集濃度都顯著低于對照，分別降低了 90.98%和 76.70%，但小麥秸稈炭處理組和稻殼炭處理組之間沒有明顯差異，殘留濃度分別為 58.97 和 152.28 μg·kg-1;在第 35 天時，各組中 SM2的殘留濃度已低于 2.00 μg·kg-1，相較于 SMZ第 35 天時的濃度低。

　　兩種生物炭對四環素(TC)在青菜體內的富集的影響如圖 3(c)：第 10 天時，添加小麥秸稈炭和稻殼炭處理下青菜中 TC 的殘留濃度在 23.90 和 17.40 μg·kg-1，與 CK 相比有顯著降低，分別降低了 86.10%和 89.88%;第 35 天時，青菜體內抗生素富集濃度均低于 10.50 μg·kg-1。青菜中土霉素(OTC)的富集狀況見圖 3(d)：與 CK 相比，第 10 天時添加小麥秸稈炭和稻殼炭的處理青菜中 OTC 的富集濃度與對照相比都有顯著下降，分別下降了 87.87%和 89.34%;第 35 天時，各處理的殘留濃度在 0.35 μg·kg-1 以下且差異不顯著。

　　綜上，青菜移栽后 10 d，兩種生物炭均能顯著抑制雞糞中抗生素在青菜中的富集，小麥秸稈炭和稻殼炭對雞糞中 4 種抗生素在青菜中的富集具有良好的阻控作用，為農業秸稈等廢棄物的資源化利用提供了重要途徑。

　　2.4 生物炭對土壤中抗生素有效態濃度的影響

　　土壤中抗生素的有效態濃度是指容易被植物吸收的那部分抗生素的濃度。利用 0.1 mol·L-1 CaCl2溶液提取了土壤中抗生素的有效態濃度[24]。無論是上層土壤還是下層土壤，雞糞中添加生物炭的土壤中抗生素的有效態濃度顯著低于雞糞中未添加生物炭的土壤，這可能是生物炭阻控雞糞中抗生素在青菜中富集的最主要原因。由于生物炭豐富的多孔隙結構給抗生素提供了大量吸附位點，一部分抗生素被生物炭吸附而無法被 CaCl2 溶液提取，所以使得雞糞中添加了生物炭的處理組土壤中抗生素的有效態濃度小于相應的未加生物炭處理，阻控了雞糞中抗生素向青菜中的轉移，從而導致青菜吸收抗生素的濃度降低。章明奎等[25]通過土培試驗，發現土壤中施用 1.5%和 2.0%生物質炭后，蔬菜中土霉素、恩諾沙星、磺胺二甲嘧啶和泰樂菌素含量分別比未施生物質炭的對照處理低 7.64%～35.93%。

　　3 結論

　　通過土壤盆栽試驗，研究了雞糞中 4 種抗生素在青菜中的富集動態以及生物炭對富集的影響。結果表明，雞糞中的抗生素在青菜中富集上升期為第0 至第 10 天，在第 10 天青菜中 4 種抗生素富集濃度達到最高，10 d 后青菜體內抗生素的濃度開始下降，在 24 d 開始趨于平緩。不同種類的抗生素在青菜中的富集能力也不同，在相同添加濃度下，SM2在青菜中的富集濃度最高，OTC、TC 次之，SMZ富集濃度最低。雞糞中的抗生素濃度越高，青菜中富集的抗生素濃度也就越高，雞糞中不同濃度的 4種抗生素在青菜中的富集規律相同。在青菜移栽后10 d，雞糞中添加小麥秸稈炭和稻殼炭可顯著降低青菜中 4 種抗生素的富集濃度，且兩種生物炭對不同種類抗生素的阻控效果差異不顯著，它們在青菜移栽后的10 d可以有效阻控雞糞中抗生素向青菜中的轉移。土壤中抗生素有效態濃度檢測表明，雞糞中添加生物炭后，土壤中抗生素有效態濃度顯著降低，這可能是生物炭降低青菜富集抗生素的主要原因。

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　　作者：吳詩穎，王莉莉，李學德*