秦俊梅，胡可，馬祥愛，郭晉

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷030801；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，北京100193）

目前，抗生素大量用于人和動物的疾病治療，同時，也作為飼料添加劑在畜禽養(yǎng)殖中廣泛應(yīng)用，以提高飼料利用率，促進動物的生長［1］。在獸用抗生素中，土霉素（Oxytetracycline，OTC）和四環(huán)素（Tetracycline）等四環(huán)素類抗生素是應(yīng)用最廣泛、使用量最大的一類抗生素［2］。研究表明，抗生素攝入后除少部分殘留在體內(nèi)，85% 以上以原藥和代謝產(chǎn)物的形式經(jīng)由病人與動物的糞尿排出體外，進入生態(tài)環(huán)境［3］。隨人類排泄物直接進入城市廢水，動物排泄物作為肥料播散于農(nóng)田，對農(nóng)田土壤、地表和地下水及生態(tài)系統(tǒng)中各類生物產(chǎn)生危害，并誘發(fā)和傳播各類抗生素耐藥致細菌，對人類健康產(chǎn)生威脅［4］。

近年來，有機肥料中的抗生素對農(nóng)田土壤環(huán)境和植物生長的影響逐漸被人們重視。含抗生素的有機肥料應(yīng)用于農(nóng)田土壤中，對環(huán)境造成潛在的污染和危害。國內(nèi)外對抗生素的研究主要集中在土壤、水體、動物性食品和蔬菜中［1，5～10］，畜禽糞便中抗生素的殘留也有一些報道［11～14］，農(nóng)田土壤施入含抗生素的有機肥對植物生長的影響研究甚少。因此，本文研究了在土壤中施入含四環(huán)素的雞糞對玉米生長的影響，以期為合理使用抗生素及有機肥料在農(nóng)田中的安全施用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 土壤樣本

供試土壤：

（1）石灰性粘壤土，采自山西省太谷縣農(nóng)田耕層（0～20cm）。

（2）石灰性砂壤土，采自山西省五寨縣農(nóng)田耕層（0～20cm）。

土樣風干后，分別過2mm和1mm篩，充分混勻，進行土壤盆栽試驗和土壤基本理化性質(zhì)的測定。供試土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physicochemical property of experimental soil

1.1.2 雞糞樣本

供試雞糞采自陵川縣大型養(yǎng)殖場，一種為按照雞標準攝入量在雞飼料中人為加入獸藥四環(huán)素而排出的雞糞，另一種為飼料中未加入四環(huán)素排出的雞糞，樣本為新鮮雞糞，多點取樣，混合取回，一部分糞便樣品將其冷凍干燥測定四環(huán)素含量，其它糞便樣品自然風干待用。含四環(huán)素雞糞的四環(huán)素含量為192.567mg·kg－1。

1.1.3 供試玉米

玉米為高玉4號（生長期128天）。

1.1.4 試驗藥品

盆栽所用化肥為CO（NH2）2、Ca（H2PO4）2和K2SO4（均為分析純），其施用量分別為CO（NH2）20.15g·kg－1土、Ca（H2PO4）20.05g·kg－1土和K2SO40.1g·kg－1土。

1.2 試驗方法

1.2.1 盆栽方案

盆栽試驗共設(shè)5個處理，T1－不加雞糞（空白對照）；T2－添加不含四環(huán)素雞糞6.4g·kg－1；T3－添加含四環(huán)素雞糞6.4g·kg－1；T4－添加不含四環(huán)素雞糞12.8g·kg－1；T5－添加含四環(huán)素雞糞12.8 g·kg－1，每個處理3個重復(fù)，盆栽采用底部內(nèi)徑14cm、上部內(nèi)徑19cm、高25cm的塑料盆，每盆裝土12.5kg，隨機排列。

將一定量的雞糞添加到過1mm篩的石灰性褐土中混勻，再與過2mm濾篩的石灰性褐土以及化肥混合均勻后裝盆，并以去離子水調(diào)至田間持水量。

1.2.2 盆栽與采樣

2011年4月12日播種，采用直播方式。3葉期間苗，每盆保留1株。盆栽試驗期用蒸餾水澆灌（以不滲漏為準），人工防治蟲害，不噴施農(nóng)藥。

8月27日盆栽收割，用不銹鋼剪刀從土面上將玉米剪斷，將莖葉、籽粒分類裝入信封。并將土倒出，盡量無損取出玉米根，然后依次用自來水、蒸餾水洗凈后裝于信封內(nèi)，同玉米莖、葉、籽粒同時放入烘箱，烘干后稱重。

1.2.3 測定項目與方法

土壤基本理化性質(zhì)測定：pH值采用玻璃電極法（土水比為1∶2.5）；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）；有效（堿解）氮采用堿解擴散法；速效磷采用0.5mol·L－1NaHCO3浸提，鉬藍比色法；速效鉀采用0.25mol·L－1NH4OAc浸提火焰光度計法；全氮采用半微量開氏法；機械組成采用比重計法［15］。

采用高效液相色譜法（HPLC）測定雞糞中四環(huán)素的含量。

7月5日上午，天氣晴朗，利用 CCM－200 ChlorophyⅡ（Content Meter Opti－Sciences，Inc.）測定玉米葉片（主莖葉從上向上數(shù)第3片葉子）的葉綠素含量。7月14日上午，晴朗無云，利用便攜式光合儀CI－310（思愛迪生態(tài)科學(xué)儀器有限公司）測定田間玉米葉片（主莖從上向下數(shù)第3片葉子）的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）光合參數(shù)的變化，每個處理重復(fù)測定3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 DPSV 7 55軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，LSD法進行多重比較；采用 Microsoft Excel 2003軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對不同土壤中玉米生長的影響

2.1.1 不同處理對玉米株高和根長的影響

從表2可以看出，石灰性粘壤土的玉米株高、根長各處理間達到顯著水平；石灰性砂壤土的玉米株高處理間不顯著，根長處理間達到顯著水平。相同處理的石灰性粘壤土、砂壤土玉米株高和根長其變化趨勢相近。石灰性粘壤土、砂壤土玉米株高和根長最高值均為T4處理，這與施雞糞量的增大有關(guān)，兩種土壤玉米株高和根長最低值均為T1處理。還可以看出，兩種土壤玉米株高、根長在含四環(huán)素雞糞的處理中均低于不含四環(huán)素雞糞的處理，即含四環(huán)素雞糞在一定程度上抑制了玉米株高和根長，尤其石灰性粘壤土中玉米根長隨含四環(huán)素雞糞的增加降低幅度較大，如T4根長為99.1cm，T5根長為74.0cm，降低了25.3%?？傮w趨勢為各處理玉米的株高和根長是石灰性砂壤土低于石灰性粘壤土。

表2 不同土壤對玉米株高和根長多重比較／cmTable 2 Multiple comparison of plant height and root length in different soils

2.1.2 不同處理對玉米莖葉、根、籽粒干重的影響

從表3可以看出，石灰性粘壤土中玉米的莖葉、根、籽粒重各處理間達到顯著水平，石灰性砂壤土中玉米的莖葉重處理間達到顯著水平，根及籽粒重各處理間差異不顯著。相同處理的石灰性粘壤土、砂壤土玉米莖葉、根和籽粒重變化趨勢相近。石灰性粘壤土、砂壤土玉米莖葉、根、籽粒重最高值均為T4處理，最低值均為T1處理。并可看出兩種土壤玉米莖葉、根、籽粒重在含四環(huán)素雞糞的處理中均低于不含四環(huán)素雞糞的處理，說明四環(huán)素的存在在一定程度上抑制了玉米莖葉、根、籽粒干重，表現(xiàn)較明顯的是石灰性粘壤土T5處理中玉米的莖葉重明顯低于T4處理，降低了35%。總體趨勢為各處理玉米的莖葉、根和籽粒重是石灰性砂壤土低于石灰性粘壤土。

2.2 不同處理對不同土壤中玉米光合參數(shù)的影響

2.2.1 不同處理對玉米凈光合速率的影響

光合作用是植物最基本的生理過程，各種自然因子，如干旱、淹水、低溫、鹽害等都會直接或間接地影響光合作用［16］。從表4中可以看出，石灰性粘壤土、砂壤土各處理間玉米的凈光合速率達到了顯著水平，相同處理兩種土壤的玉米凈光合速率出現(xiàn)了一致趨勢。石灰性粘壤土、砂壤土玉米凈光合速率最高值均為T4處理，最低值均為T1處理。同時，兩種土壤玉米凈光合速率在含四環(huán)素雞糞的處理中均低于不含四環(huán)素雞糞的處理，如T3＜T2，T5＜T4，說明含四環(huán)素的存在對玉米凈光合速率同樣有抑制作用。各處理玉米的凈光合速率是石灰性砂壤土均低于石灰性粘壤土。

表3 不同土壤對玉米莖葉、根、籽粒干重多重比較／gTable 3 Multiple comparison of dry weight of cauline leaf，root and grain of corn in different soils

表4 不同土壤對玉米凈光合速率（Pn）多重比較／μmol·m－2·s－1Table 4 Multiple comparison of corn Pn in different soils

2.2.2 不同處理對玉米氣孔導(dǎo)度的影響

氣孔是空氣中CO2進入植物體和植物體內(nèi)水分蒸發(fā)的主要通道，它主要控制植物的兩個生理過程，即控制光合作用中CO2吸收和蒸騰作用中水分的代謝；與植物葉片的蒸騰和光合性能有著密切的關(guān)系［17］。光合速率與氣孔導(dǎo)度成正相關(guān)，當氣孔導(dǎo)度增大時，葉片光合速率相應(yīng)增加。從表5中可以看出，石灰性粘壤土、砂壤土各處理間玉米的氣孔導(dǎo)度達到了顯著水平，相同處理兩種土壤的玉米氣孔導(dǎo)度與凈光合速率出現(xiàn)了一致趨勢，石灰性粘壤土、砂壤土玉米氣孔導(dǎo)度最高值均為T4處理，最低值均為T1處理。四環(huán)素的存在同樣對兩種土壤玉米氣孔導(dǎo)度有抑制作用，如T3＜T2，T5＜T4。各處理玉米的氣孔導(dǎo)度是石灰性砂壤土均低于石灰性粘壤土。

表5 不同土壤對玉米氣孔導(dǎo)度（Gs）多重比較／mmol·m－2·s－1Table 5 Multiple comparison of corn Gs in different soils

2.2.3 不同處理對玉米蒸騰速率的影響

由表6可以看出，石灰性粘壤土各處理間玉米的蒸騰速率達到了顯著水平，砂壤土各處理間差異不顯著。相同處理兩種土壤的玉米蒸騰速率與氣孔導(dǎo)度和凈光合速率出現(xiàn)了一致趨勢，三者呈正相關(guān)關(guān)系，石灰性粘壤土、砂壤土玉米蒸騰速率最高值均為T4處理，最低值均為T1處理。四環(huán)素的存在同樣對兩種土壤玉米蒸騰速率有抑制作用，如T3＜T2，T5＜T4，其中抑制較明顯的是石灰性粘壤土，各處理玉米的蒸騰速率是石灰性砂壤土均低于石灰性粘壤土。

表6 不同土壤對玉米蒸騰速率（Tr）多重比較／mmol·m－2·s－1Table 6 Multiple comparison of corn Tr in different soils

2.2.4 不同處理對玉米蒸騰速率的影響

CO2是植物進行光合作用制造有機物質(zhì)的原料，大氣中CO2的含量對植物進行光合作用有直接影響。植物胞間CO2濃度越高，氣孔內(nèi)外CO2濃度差越小，氣孔能吸收的CO2越少，光合速率越低。

從表7可以看出，石灰性粘壤土、砂壤土各處理間玉米胞間CO2濃度達到了顯著水平。兩種土壤各處理間的胞間CO2濃度與凈光速率成負相關(guān)。石灰性粘壤土、砂壤土玉米胞間CO2濃度最高值均為T1處理，最低值均為T4處理。還可看出，四環(huán)素的存在同樣對兩種土壤玉米胞間CO2濃度有影響作用，如T2＜T3，T4＜T5，其中表現(xiàn)較明顯的是石灰性粘壤土。

表7 不同土壤對玉米胞間CO2濃度（Ci）多重比較／mmol·m－2·s－1Table 7 Multiple comparison of corn Ci in different soils

2.3 不同處理對不同土壤中玉米葉綠素的影響

葉綠素是捕獲光能，進行光能轉(zhuǎn)換的基本色素，葉綠素的增加有利于植物捕獲較多的光能。從表8可以看出，石灰性粘壤土各處理間玉米葉綠素達到了顯著水平，砂壤土各處理間差異不顯著。石灰性粘壤土、砂壤土玉米葉綠素含量最高值均為T4處理，最低值均為T1處理，還可看出，兩種土壤玉米葉綠素在含四環(huán)素雞糞的處理中均低于不含四環(huán)素雞糞的處理，說明含四環(huán)素雞糞的土壤對玉米葉綠素合成也有一定抑制作用，如T3＜T2，T5＜T4，其抑制作用最為明顯的是石灰性砂壤土。

表8 不同土壤對玉米葉綠素多重比較（CCI）Table 8 Multiple comparison of corn chlorophyll in different soils

3 結(jié)論與討論

光合作用是植物十分復(fù)雜的生理過程，葉片凈光合速率與自身因素如葉綠素含量、葉片厚度、葉片成熟度等密切相關(guān)，又受光照強度、氣溫、空氣相對濕度、土壤含水量等影響［18］。研究結(jié)果表明，除玉米的胞間二氧化碳濃度（Ci）以外，石灰性砂壤土各處理玉米的株高、根長、莖葉重、根重、籽粒重、凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、葉綠素等指標均低于石灰性粘壤土，其原因與砂壤土的特性有直接關(guān)系，砂壤土本身礦質(zhì)元素含量低于粘土壤，如鉀、磷等參與糖類代謝，缺乏時便影響糖類的轉(zhuǎn)變和運輸，所以對光合作用影響很大，除此之外，還與砂壤土水分含量有關(guān)，砂壤土與粘壤土相比其保水性差，溫度高時砂壤土其蒸發(fā)較粘壤土快，而氣孔導(dǎo)度的大小，跟水分含量較密切，當水分虧缺時葉片中脫落酸量增加，從而引起氣孔關(guān)閉，導(dǎo)度下降，光合速率也下降［19］，隨著光合速率的下降，砂壤土的蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度及生長特性也將受到影響，因此，本試驗中凈光合速率與氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率之間呈正相關(guān)，這與張美善等［20］對西洋參片的研究報道相吻合，本研究還表明凈光合速率與胞間CO2濃度呈負相關(guān)，這與翁曉燕等［21］對水稻的研究結(jié)果一致。

抗生素對植物生長造成影響的因素很多，包括抗生素含量、生物降解性以及在土壤、水中的遷移情況等。Royse等研究表明，過多的抗生素對植物生長產(chǎn)生不利的影響［22，23］。Batchelder還發(fā)現(xiàn)，土壤中的抗生素對植物造成的影響具有很大的差異性［24］。不同種類的抗生素對不同種類的植物產(chǎn)生的影響是截然不同的。有的抗生素在一定濃度范圍內(nèi)對一些植物的生長有刺激作用，有的卻有抑制作用，本文研究證明，石灰性粘壤土、石灰性砂壤土施入含四環(huán)素雞糞對玉米的株高、根長、莖葉重、根重、籽粒重、凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、葉綠素等指標有明顯抑制作用。

［1］國彬，莫測輝，張茂生，等.典型抗生素在土壤—水—蔬菜系統(tǒng)中遷移分布的研究［J］.生態(tài)科學(xué)，2009，28（2）：169－173.

［2］李兆君，姚志鵬，張杰，等.獸用抗生素在土壤環(huán)境中的行為及其生態(tài)毒理效應(yīng)研究進展［J］.生態(tài)毒理學(xué)報，2008，3（1）：15－20.

［3］Hartmann A，Alder A C，Koller T，et al.Identification of fluoroquinolone antibiotics as the main source of umuc genotoxicity in native hospital wastewater［J］.Environmental Toxicology and Chemistry，1998，17：377－382.

［4］王冉，劉鐵錚，王恬.抗生素在環(huán)境中的轉(zhuǎn)歸及其生態(tài)毒性［J］.生態(tài)學(xué)報，2006，26（1）：265－270.

［5］Kay P，Blackwell P A，Boxall A B A，et al.Column studies to investigate the fate of veterinary antibiotics in clay soils following skurry application to agricultural land［J］.Chemosphere，2005，60：497－507.

［6］俞道進，曾振靈，陳杖榴.四環(huán)素類抗生素殘留對水生態(tài)環(huán)境影響的研究進展［J］.中國獸醫(yī)學(xué)報，2004，24（5）：515－517.

［7］Feng C，Guang G Y，Ling X U，et al.Distribution and accumulation of endocrine－disrupting chemicals and pharmaceuticals in wastewater irrigated soils in Hebei，China［J］.Environmental Pollution，2011，159：1490－1498

［8］Hirsch R，Ternes T，Haberer K，et al.Occurrence of antibiotics in the aquatic environment［J］.Science of the Total Environment，1999，225：109－118.

［9］Michael P，Schlüsener，Kai Bester.Persistence of antibiotics such as macrolides，tiamulin and salinomycin in soil［J］.Environmental Pollution，2006，143：565－571.

［10］Castellari M，Gratacós－CubarsíM，García－Reg ueiro J A.Detection of tetracycline an Oxytetracycline residues in pig and calf hair by ultra－h(huán)igh－performance liquid chromatography tandem mass spectrometry［J］.Journal of Chromatography A，2009，1216：8096－8100.

［11］張樹清，張夫道，劉秀梅，等.規(guī)?；B(yǎng)殖畜禽糞主要有害成分測定分析研究［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2005，11（6）：822－829.

［12］Elena M C，Carmen G B，Scharf S，et al.Environmental monitoring study of selected veterinary antibiotics in animal manure and soil in Austria［J］.Environmental Pollution，2007，148：1－10.

［13］張慧敏，章明奎，顧國平.浙北地區(qū)畜禽糞便和農(nóng)田土壤中四環(huán)素類抗生素殘留［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2008，24（3）：69－73.

［14］陳昦，董元華，王輝，等.江蘇省畜禽糞便中磺胺類藥物殘留特征［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2008，27（1）：385－389.

［15］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：30－108.

［16］王澤港，駱建峰，高紅明，等.1，2，4－三氯苯和萘對水稻抽穗期葉片光合特性的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38（6）：1113－1119.

［17］戰(zhàn)吉宬，黃衛(wèi)東，王秀芹，等.弱光下生長的葡萄葉片蒸騰速率和氣孔結(jié)構(gòu)的變化［J］.植物生態(tài)學(xué)報，2005，29（1）：26－31.

［18］張治安，楊福，陳展宇，等.菰葉片凈光合速率日變化及其與環(huán)境因子的相互關(guān)系［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，39（3）：502－509.

［19］任永波，任迎虹.植物生理學(xué)［M］.成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2000：105－110.

［20］張美善，徐克章.西洋參葉片光合日變化與內(nèi)生節(jié)奏的關(guān)系［J］.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，25（6）：595－597.

［21］翁曉燕，蔣德安，陸慶，等.影響水稻光合日變化因素的分析［J］.中國水稻科學(xué)，1998，12（2）：105－108.

［22］Royse D J，Ellis M A，Sinclair J B.Movement of penicillin into soy－bean seeds using dichloromethane［J］.Phytopatholgy，1975，65：1319－1320.

［23］Migliorel，Cozzolino S，F(xiàn)iorina.Phytotoxocity to and uptake offlumequine used in intensive aquaculture on the aquatic weed，Lythrum Salicaria L［J］.Chemosphere，2000，40：741－750.

［24］Batchelder A R.Chlortetracycline and oxytetracycline effects on plant growth and development in soil systems［J］.J Environ Qual，1982，11：675－678.