DEHP和四环素复合污染对土壤微生物群组成的动态影响
目 录
1 引言 1
1.1 酞酸酯概述 1
1.2 抗生素的应用及污染状况 3
1.3 土壤微生物指标 3
1.4 研究意义 4
2材料与方法 4
2.1 材料 4
2.2 方法 4
2.3 实验设计 5
2.4 测定内容 5
2.5 数据分析 5
3 结果与讨论 5
3.1 四环素对DEHP作用下细菌菌落变化 5
3.2 四环素对DEHP作用下放线菌菌落变化 8
3.3 四环素对DEHP作用下真菌菌落变化 11
结 论 15
致 谢 16
参 考 文 献 17
1 引言
土壤中的微生物与动物、植物相比对有机污染的敏感程度更高，微生物的群落结构的变化能及时反映出来土壤质量及其健康状况，是土壤环境质量评估不可或缺的关键生物学指标[1]。近年来,由于广泛使用农业地膜,大棚蔬菜,塑料制品和利用污水灌溉，导致土壤PAEs污染越来越严重[2]。为了查明土壤的污染状况，确定土壤对PAEs类污染物的敏锐程度，预防并及时控制住污染，目前急需探究PAEs类污染物对土壤污染的内在本质，分析其作用机理。
1.1 酞酸酯概述
1.1.1 酞酸酯类物质
国外对于农业土壤和农产品中有机污染物的研究较早并且较广泛深入，甚至制定了相关的控制标准。近年来我国也越来越重视有机污染物的研究的研究。但在过去对二噁英、多环芳烃等研究较多，鲜少研究邻苯二甲酸酯[4]。
邻苯二甲酸酯(phthalate esters, PAEs)俗称酞酸酯, *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
是一类经常使用的增塑剂，当前PAEs的使用十分普遍，不仅是塑料薄膜、医疗用品、食品包装材料、建筑材料、家具、玩具、文具、电器等塑料制品的添加剂，还作为农药载体，也是化妆品、驱虫剂、润滑剂、黏合剂、涂料的生产原料[3]。
PAEs是环境激素类化合物中的一类，不但可提高聚合材料的延展性，增大其柔软度， 而且具备难挥发、耐热、耐寒和耐光等特征，在塑料中的添基质形成共价键，而是通过氢键或范德华力连接的[4-5]。由于PAEs 化合物生产量和消耗量的增多，同时由于其并未共价聚合到聚烯烃类塑料高分子碳链上，而是相互间保持着相对独立的化学性质。所以，经过岁月的积累，PAEs就特别容易从塑料中释放到环境，从而在环境中能被普遍检出来。
1.1.2 酞酸酯的污染状况
现今， PAEs普遍存在于大气、水体、土壤、生物等自然环境中，甚至出现在人类环境中， 已达到了全球主要工业国的生态环境中均普遍检出的程度，己经是全球范围内有机污染物中最普遍的一类, 被称为第2个全球性“PCB污染物”[6]。
我国的设施农业面积是世界上最大的，但设施水平相对比较落后，设施模式主要以简易大棚和地膜覆盖为主。随着农膜的大量使用，带来的环境问题日益严重，据报道，每年我国的塑料薄膜消耗量超过110 万t，而农田土壤农膜残留量最高可达43. 9 kg/hm。残存在土壤中的农膜不仅会导致土壤理化功能下降，而且会放出许多酞酸酯类物质，这些物质中的大部分都被认为是内分泌干扰物，存在潜在生态风险和人体健康风险。设施菜地的大棚内土壤的邻苯二甲酸二正丁酯( DBP) 的浓度可高达3. 6 mg/kg 、而邻苯二甲酸二( 2-乙基) 己酯( DEHP) 的浓度则可高达3. 4 mg/ kg，华南一些蔬菜基地土壤中，PAEs 总量最高可达35. 62 mg/ kg。我国一部分农田土壤已经遭受了一定程度的PAEs 污染，而且含量多在mg/kg 的量级，比荷兰土壤目标值( 0. 1 mg/ kg )[7-8] 高。残留在土壤中的PAEs 不仅会影响土壤质地、植物的生长和品质， 而且还在作物中产生一定的聚积效应，从而危及人体健康。因此，农业土壤中钛酸酯的污染应引起足够的重视[6]。
1.1.3 酞酸酯的危害
酞酸酯在环境中保持时间长且稳定，一般具有生物累积效应和放大效应,可通过食物链的方式进入人体从而危及人的健康安全，有6种PAEs 化合物达到美国国家环保局的优控标准，其中有些还具有“三致” (致癌、致畸、致突变)性,是重要的环境激素类污染物[5]。
当前，我们的日常生活随处可见塑料制品,PAEs可以通过饮水、进食、与皮肤的接触、呼吸等多种方式进入人体,对人体造成不同程度的伤害。人类是许多食物链的末端，人体内富集的PAEs要比其它生物体内PAEs的含量高几十倍甚至几百倍。PAEs对人体的危害主要体现在导致肾功能减弱,病性肾囊肿数量增多和肾小管色素沉着。Woodard发现血液透析病人的肾囊肿发生几率明显上升,可能是由于病人在透析过程中接触DEHP的剂量大的缘故[1]。另外,PAEs还对人体的内分泌系统、神经系统、免疫系统、生殖和发育产生一定的影响。据调查,残留在人体内的较高浓度的PAEs,它在人体内起着相当于雌激素的作用,打乱内分泌,男性精液量减少、精子数量下降、精子的运动能力减弱 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
，导致精子形态异常,是造成男性生殖问题的关键所在。医疗上所用的聚氯乙稀贮血袋含有的PAEs,很容易溶解进入到血液中，经这种贮血袋贮藏的血浆冷藏保存21天后,DEHP的含量高达50%-70%，输入这种血浆的患者很可能出现呼吸困难、肺原性休克,甚至死亡[7]。
PAEs 在我国农业土壤中普遍存在，且部分地区的土壤中PAEs已超过美国土壤PAEs 控制水平。土壤中PAEs 不仅会影响土壤质量、作物的生长和品质， 而且还在作物中产生一定的聚积效应，从而危及人体健康。进入土壤中的PAEs 化合物会对土壤微生物和酶活性产生毒害作用。据高军[1]等的研究，当土壤中DBP 污染物浓度在10 mg/kg 以下，或DEHP污染物浓度在20 mg/kg以下时，对土壤微生物生物量碳、土壤基础呼吸、过氧化氢酶活性的影响不大； 而当土壤DBP 或DEHP 污染物浓度达到100mg/kg时，对微生物生物量碳、土壤基础呼吸、过氧化氢酶活性将产生严重抑制作用，且没有恢复的迹象。 秦华等[9] 证实，当土壤DEHP 浓度为100mg/kg时，可显著抑制土壤脱氢酶活性，导致土壤微生物多样性下降； 而根据郭杨[9]等的研究结果，在DMP、DEP 和DnOP 复合污染环境下，土壤基础呼吸强度提高，土壤微生物多样性下降；如果复合污染物浓度不超过50 mg/kg，土壤微生物群落在经过一定时间之后可以自我恢复，但当复合污染物浓度超过200 mg/kg时，微生物群落将无法恢复，进而对土壤中物质分解、养分固定、元素循环及植物生长等多个生态过程造成严重的影响。因此，了解和掌握农业土壤中PAEs的污染具有十分重要的意义。
1.2 抗生素的应用及污染状况
自上世纪五十年代以来，畜禽养殖和水产养殖越来越依赖抗生素，兽药和饲料中都添有抗生素。其中土霉素和四环素等四环素类抗生素在农用抗生素中使用量最大，范围最广。然而，动物并不能将体内的抗生素完全吸收，约有40% ～ 90% 的抗生素被禽畜以尿液或粪便的方式排出体外，造成畜禽粪便中抗生素的残留，最终导致土壤中抗生素的广泛残留。
1 引言 1
1.1 酞酸酯概述 1
1.2 抗生素的应用及污染状况 3
1.3 土壤微生物指标 3
1.4 研究意义 4
2材料与方法 4
2.1 材料 4
2.2 方法 4
2.3 实验设计 5
2.4 测定内容 5
2.5 数据分析 5
3 结果与讨论 5
3.1 四环素对DEHP作用下细菌菌落变化 5
3.2 四环素对DEHP作用下放线菌菌落变化 8
3.3 四环素对DEHP作用下真菌菌落变化 11
结 论 15
致 谢 16
参 考 文 献 17
1 引言
土壤中的微生物与动物、植物相比对有机污染的敏感程度更高，微生物的群落结构的变化能及时反映出来土壤质量及其健康状况，是土壤环境质量评估不可或缺的关键生物学指标[1]。近年来,由于广泛使用农业地膜,大棚蔬菜,塑料制品和利用污水灌溉，导致土壤PAEs污染越来越严重[2]。为了查明土壤的污染状况，确定土壤对PAEs类污染物的敏锐程度，预防并及时控制住污染，目前急需探究PAEs类污染物对土壤污染的内在本质，分析其作用机理。
1.1 酞酸酯概述
1.1.1 酞酸酯类物质
国外对于农业土壤和农产品中有机污染物的研究较早并且较广泛深入，甚至制定了相关的控制标准。近年来我国也越来越重视有机污染物的研究的研究。但在过去对二噁英、多环芳烃等研究较多，鲜少研究邻苯二甲酸酯[4]。
邻苯二甲酸酯(phthalate esters, PAEs)俗称酞酸酯, *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
是一类经常使用的增塑剂，当前PAEs的使用十分普遍，不仅是塑料薄膜、医疗用品、食品包装材料、建筑材料、家具、玩具、文具、电器等塑料制品的添加剂，还作为农药载体，也是化妆品、驱虫剂、润滑剂、黏合剂、涂料的生产原料[3]。
PAEs是环境激素类化合物中的一类，不但可提高聚合材料的延展性，增大其柔软度， 而且具备难挥发、耐热、耐寒和耐光等特征，在塑料中的添基质形成共价键，而是通过氢键或范德华力连接的[4-5]。由于PAEs 化合物生产量和消耗量的增多，同时由于其并未共价聚合到聚烯烃类塑料高分子碳链上，而是相互间保持着相对独立的化学性质。所以，经过岁月的积累，PAEs就特别容易从塑料中释放到环境，从而在环境中能被普遍检出来。
1.1.2 酞酸酯的污染状况
现今， PAEs普遍存在于大气、水体、土壤、生物等自然环境中，甚至出现在人类环境中， 已达到了全球主要工业国的生态环境中均普遍检出的程度，己经是全球范围内有机污染物中最普遍的一类, 被称为第2个全球性“PCB污染物”[6]。
我国的设施农业面积是世界上最大的，但设施水平相对比较落后，设施模式主要以简易大棚和地膜覆盖为主。随着农膜的大量使用，带来的环境问题日益严重，据报道，每年我国的塑料薄膜消耗量超过110 万t，而农田土壤农膜残留量最高可达43. 9 kg/hm。残存在土壤中的农膜不仅会导致土壤理化功能下降，而且会放出许多酞酸酯类物质，这些物质中的大部分都被认为是内分泌干扰物，存在潜在生态风险和人体健康风险。设施菜地的大棚内土壤的邻苯二甲酸二正丁酯( DBP) 的浓度可高达3. 6 mg/kg 、而邻苯二甲酸二( 2-乙基) 己酯( DEHP) 的浓度则可高达3. 4 mg/ kg，华南一些蔬菜基地土壤中，PAEs 总量最高可达35. 62 mg/ kg。我国一部分农田土壤已经遭受了一定程度的PAEs 污染，而且含量多在mg/kg 的量级，比荷兰土壤目标值( 0. 1 mg/ kg )[7-8] 高。残留在土壤中的PAEs 不仅会影响土壤质地、植物的生长和品质， 而且还在作物中产生一定的聚积效应，从而危及人体健康。因此，农业土壤中钛酸酯的污染应引起足够的重视[6]。
1.1.3 酞酸酯的危害
酞酸酯在环境中保持时间长且稳定，一般具有生物累积效应和放大效应,可通过食物链的方式进入人体从而危及人的健康安全，有6种PAEs 化合物达到美国国家环保局的优控标准，其中有些还具有“三致” (致癌、致畸、致突变)性,是重要的环境激素类污染物[5]。
当前，我们的日常生活随处可见塑料制品,PAEs可以通过饮水、进食、与皮肤的接触、呼吸等多种方式进入人体,对人体造成不同程度的伤害。人类是许多食物链的末端，人体内富集的PAEs要比其它生物体内PAEs的含量高几十倍甚至几百倍。PAEs对人体的危害主要体现在导致肾功能减弱,病性肾囊肿数量增多和肾小管色素沉着。Woodard发现血液透析病人的肾囊肿发生几率明显上升,可能是由于病人在透析过程中接触DEHP的剂量大的缘故[1]。另外,PAEs还对人体的内分泌系统、神经系统、免疫系统、生殖和发育产生一定的影响。据调查,残留在人体内的较高浓度的PAEs,它在人体内起着相当于雌激素的作用,打乱内分泌,男性精液量减少、精子数量下降、精子的运动能力减弱 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
，导致精子形态异常,是造成男性生殖问题的关键所在。医疗上所用的聚氯乙稀贮血袋含有的PAEs,很容易溶解进入到血液中，经这种贮血袋贮藏的血浆冷藏保存21天后,DEHP的含量高达50%-70%，输入这种血浆的患者很可能出现呼吸困难、肺原性休克,甚至死亡[7]。
PAEs 在我国农业土壤中普遍存在，且部分地区的土壤中PAEs已超过美国土壤PAEs 控制水平。土壤中PAEs 不仅会影响土壤质量、作物的生长和品质， 而且还在作物中产生一定的聚积效应，从而危及人体健康。进入土壤中的PAEs 化合物会对土壤微生物和酶活性产生毒害作用。据高军[1]等的研究，当土壤中DBP 污染物浓度在10 mg/kg 以下，或DEHP污染物浓度在20 mg/kg以下时，对土壤微生物生物量碳、土壤基础呼吸、过氧化氢酶活性的影响不大； 而当土壤DBP 或DEHP 污染物浓度达到100mg/kg时，对微生物生物量碳、土壤基础呼吸、过氧化氢酶活性将产生严重抑制作用，且没有恢复的迹象。 秦华等[9] 证实，当土壤DEHP 浓度为100mg/kg时，可显著抑制土壤脱氢酶活性，导致土壤微生物多样性下降； 而根据郭杨[9]等的研究结果，在DMP、DEP 和DnOP 复合污染环境下，土壤基础呼吸强度提高，土壤微生物多样性下降；如果复合污染物浓度不超过50 mg/kg，土壤微生物群落在经过一定时间之后可以自我恢复，但当复合污染物浓度超过200 mg/kg时，微生物群落将无法恢复，进而对土壤中物质分解、养分固定、元素循环及植物生长等多个生态过程造成严重的影响。因此，了解和掌握农业土壤中PAEs的污染具有十分重要的意义。
1.2 抗生素的应用及污染状况
自上世纪五十年代以来，畜禽养殖和水产养殖越来越依赖抗生素，兽药和饲料中都添有抗生素。其中土霉素和四环素等四环素类抗生素在农用抗生素中使用量最大，范围最广。然而，动物并不能将体内的抗生素完全吸收，约有40% ～ 90% 的抗生素被禽畜以尿液或粪便的方式排出体外，造成畜禽粪便中抗生素的残留，最终导致土壤中抗生素的广泛残留。
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