范菲菲，朱 健，閆獻(xiàn)芳，秦 松

（1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)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(yáng)550006；2.農(nóng)業(yè)部貴州耕地質(zhì)量保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)站，貴州 貴陽(yáng)550006；3.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng)550025）

土霉素是20世紀(jì)40年代發(fā)現(xiàn)的，被廣泛應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中的四環(huán)素類(lèi)抗生素之一。有研究表明，我國(guó)在2003年土霉素產(chǎn)量達(dá)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(shì)。土霉素進(jìn)入畜禽體后，其原形及代謝產(chǎn)物會(huì)隨糞尿等排泄物進(jìn)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(duì)土壤環(huán)境及人類(lèi)健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害［3］。因此，本文對(duì)土霉素在土壤環(huán)境中的行為進(jìn)行研究，從而為評(píng)價(jià)其在土壤環(huán)境中的生態(tài)毒理效應(yīng)提供參考依據(jù)。

1 獸藥土霉素的理化性質(zhì)

獸藥土霉素又稱(chēng)為氧四環(huán)素，地霉素，地靈霉素等，分子式為C22H24N2O4，相對(duì)分子質(zhì)量460.44，屬于廣譜抗菌藥物，可殺滅多種細(xì)菌［4］?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)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(dòng)物服用土霉素后會(huì)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(qiáng)酸、強(qiáng)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(jié)果，即土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)、土壤有機(jī)質(zhì)和土霉素本身以及微生物活動(dòng)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(zhuǎn)化行為［6］。

3.1 降解 在土壤環(huán)境條件下，獸藥土霉素會(huì)發(fā)生一種或幾種降解反應(yīng)。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(shí)間長(zhǎng)達(dá)18個(gè)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(shí)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(duì)人類(lèi)沒(méi)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(duì)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(guān)關(guān)系，pH值增高時(shí)，光解作用加強(qiáng)，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(gè)重要因素，其過(guò)程受到土壤類(lèi)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(zhuǎn)化的重要過(guò)程，土壤本身性質(zhì)對(duì)其影響很大。有研究表明：土霉素的主要吸附位點(diǎn)與土壤礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)組分有很大的相關(guān)性，同時(shí)疏水分配、陽(yáng)離子交換、表面配位鰲合以及氫鍵等作用在吸附過(guò)程中起到重要的作用［11］。齊瑞環(huán)等研究表明［12］，黑土對(duì)土霉素的吸附量遠(yuǎn)大于紅壤，產(chǎn)生這種差異的原因可能是黑土中有機(jī)質(zhì)含量較高，有利于土霉素在土壤中吸附的緣故。同時(shí)將黑土原土與去除有機(jī)質(zhì)的黑土對(duì)土霉素的吸附強(qiáng)度進(jìn)行比較，結(jié)果表明，黑土原土對(duì)土霉素的吸附強(qiáng)度大于去有機(jī)質(zhì)黑土，從而說(shuō)明有機(jī)質(zhì)在黑土吸附土霉素的過(guò)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(jié)果表明，土壤滲漏水中能檢測(cè)到土霉素殘留，其中排水溝中土霉素的濃度達(dá)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(jìn)入地下水的可能性較大。

4 獸藥土霉素對(duì)土壤環(huán)境的毒理效應(yīng)

盡管土霉素在土壤環(huán)境中濃度較低，但在長(zhǎng)期低水平暴露的情況下，土霉素對(duì)土壤環(huán)境中的微生物抗性、土壤動(dòng)物、生物毒性以及通過(guò)食物鏈對(duì)高營(yíng)養(yǎng)級(jí)非靶生物都會(huì)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(duì)細(xì)菌和放線菌的生長(zhǎng)具有抑制作用，但對(duì)真菌的作用較為復(fù)雜，一般是低濃度時(shí)有促進(jìn)作用，高濃度時(shí)有抑制作用；同時(shí)可以顯著降低堿性磷酸酶活性，但對(duì)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(zhǎng)，削弱了土霉素在土壤中的降解能力，進(jìn)而危害人類(lèi)的健康。

5 需要進(jìn)一步研究的幾個(gè)問(wèn)題

目前關(guān)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(duì)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(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，認(rèn)為還存在如下問(wèn)題有待于進(jìn)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(jié)果還不能得到很好的解釋?zhuān)绕涫谦F藥土霉素的環(huán)境行為研究大多只是停留在物理、化學(xué)因素上，而土霉素進(jìn)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(duì)微生物和自然光在土霉素降解及其機(jī)理方面進(jìn)行研究，有助于建立更加完善的模型或方法以預(yù)測(cè)獸藥土霉素在土壤環(huán)境中的濃度，并為評(píng)價(jià)其在環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)程度提供可利用的數(shù)據(jù)和參數(shù)。

5.2 土霉素對(duì)土壤環(huán)境中的生物生長(zhǎng)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(yīng)，尤其是農(nóng)田土壤－農(nóng)作物系統(tǒng)內(nèi)，土霉素對(duì)微生物生長(zhǎng)、微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性的影響及其機(jī)理方面的研究。因此，采用分子生物學(xué)的手段與方法研究土霉素對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)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(yīng)。

5.3 利用多學(xué)科的交叉、滲透與合作研究，開(kāi)發(fā)土壤中獸藥土霉素的去除和修復(fù)技術(shù)研究，以保護(hù)土地資源。

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