【摘要】 除了土壤理化性质和水分条件外，非均质土壤结构引起的物理非平衡过程可能对农业土壤中抗生素的迁移产生强烈的影响。

由于在畜牧业中使用兽医抗生物质，以及随后在土地上施用粪肥，因此有关肥料耕地的土壤抗生素含量往往较高。抗生物质在土壤中的吸附取决于抗生物质的物理化学特性、土壤特性和溶液条件。一般而言，磺胺类药物作为弱吸附性抗生物质，在土壤中的流动性高于氟喹诺酮类药物、四环素类药物和大环内酯类药物。

 

除了土壤理化性质和水分条件外，非均质土壤结构引起的物理非平衡过程可能对农业土壤中抗生素的迁移产生强烈的影响。特别是，通过大孔隙的优先流动可以减少土壤的过滤效应和可用于抗生素降解的时间。值得注意的是，不同来源的溶解有机物（DOM）可能会通过共吸附显著阻碍抗生物质在土壤中的运输，或者通过竞争吸附位点来促进其运输，这不仅取决于抗生素、DOM 和土壤有机物的特性（例如芳香度、疏水性、极性和功能基团），而且还受土壤粘土矿物的影响。

 

兽医抗生物质可能通过径流从农田土壤运输到河流，然后渗入地下水。在 Haihe 发现的可能来源于兽药的抗生物质中，磺胺类药物在浓度和频率方面均占主导地位，原因是它们对土壤的吸附力较弱，生物可降解性较低，运输速度较快。在位于长江三角洲郊区的泰格运河，在检测到的抗生物质中，磺胺甲恶唑、磺胺间甲氧嘧啶、磺胺氯吡啶、环丙沙星、氟苯尼考和甲砜霉素的最高浓度超过 100ng L⁻¹。

 

特别值得一提的是，氟苯尼考是一种在地表水（如河流、池塘）中广泛检测到的兽用抗生素，由于其较弱的吸附性，它甚至比土壤中的大多数磺酰胺抗生物质更具流动性。人们越来越关注弱吸附性抗生物质（如磺胺类、林可酰胺类和氯霉素类）从农田土壤向地表水和地下水的迁移，尤其是在雨季。

 

通过径流从土壤中流失的抗生素的数量通常占抗生素应用的很小一部分，根据土壤和抗生素特性，土壤水分和气候条件，在 0.002 - 27.4%的范围内变化。通过淋滤的抗生素损失一般低于通过径流的损失，可达到施用量的 1.3%（磺胺二甲嘧啶）。因此，除了通过水文过程造成的损失外，不同比例的抗生素可能通过土壤中的生物（微生物降解）和非生物（如水解和光分解）过程消散。

 

不同抗生物质在土壤中的半衰期范围很广（0.4 - 3466 天），可能受到许多生物和非生物因素的影响。磺胺类药物和大环内酯类药物比四环素类药物和喹诺酮类药物更易降解。生物降解是消散各种抗生物质（如磺胺类、四环素类、氟喹诺酮类和大环内酯类）的主要过程。光降解和水解对土壤中抗生素消散的作用是有限的。此外，土壤吸附可以保护抗生物质免受降解，从而延缓其消散。

 

一方面，许多实验室研究阐述了土壤类型、土壤改良剂、土壤水分、土壤氧化还原状况和温度对抗生物质降解的影响。另一方面，一系列的蒸渗仪、地块和全尺寸的实地研究已经探索了抗生物质从土壤到地表水和地下水的迁移过程。然而，有关抗生物质在不同田间条件下的消散、径流流失和淋溶情况的系统性命运研究并不多见。

 

生物炭（BC）被认为是一种潜在的土壤改良剂，可以通过改变土壤的物理和化学性质来减少抗生物质（如磺胺二甲嘧啶、磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶和氟苯尼考）在土壤中的吸附和迁移。

 

一方面，根据一项荟萃分析研究，BC 修正可能导致土壤物理性质的不同变化。发现 BC 对饱和水力传导性的影响最大（增加 25%），对可用持水量的影响中等（增加 15%），对体积密度（减少 8%），孔隙度（增加 8%）和集料稳定性（增加 8%）的影响最小。值得注意的是，实地研究报告的 BC 对土壤水力特性的影响小于实验室研究，这可归因于实地更大的土壤不均匀性。

 

另一方面，BC 修正可能导致土壤化学性质的显着变化，包括土壤 pH 值和阳离子交换容量的增加，土壤有机质组成的变化，以及天然土壤有机碳矿化和淋失的增强。

 

鉴于有报道指细菌数量可减少抗生素的运输，因此有必要进行细菌数量应用的实地试验，并研究细菌数量如何影响抗生物质（尤其是相对较弱的吸附抗生物质）在天然降雨过程中通过水文过程的运输。

 

图1 设置不同处理的6 ° 坡耕地土壤箱及降雨、径流、排水、土壤水势和抗生素输出监测系统。处理方法包括: 对照(CK; 上升箱) ，表层土壤(1% BC-SA; 左下方箱)表面施用1% 生物炭，在土壤箱下端(5% BC-PRW; 直立箱)施用5% 生物炭修复渗透反应墙，1% BC-SA 和5% BC-PRW (直立箱)组合。

 

在这项研究中，我们假设细菌数量对抗生素运输的影响不仅可以归因于土壤吸附抗生物质能力的增强，还可以归因于土壤水力特性和流动模式的变化。通过在田间设置斜坡土箱，我们旨在评估不同 BC 处理（即 BC 的地面施用、BC 修正渗透墙（PRW）的建造及其组合）对基于降雨事件的抗生物质通过径流和排水传输的影响，并揭示其潜在机制。

 

Xiang-Yu Tang, Wen-Min Yin, Guang Yang, Jun-Fang Cui, Jian-Hua Cheng, Fei Yang, Xiao-Yu Li, Chun-Yan Wu, Sen-Gen Zhu, Biochar reduces antibiotic transport by altering soil hydrology and enhancing antibiotic sorption,

Journal of Hazardous Materials, Volume 472,2024, 134468, ISSN 0304-3894, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134468.

 

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