河北省典型設(shè)施菜地土壤抗生素積累變化分析

摘要：為明確河北地區(qū)典型設(shè)施菜地土壤中抗生素的污染現(xiàn)狀和積累變化規(guī)律，本研究選取石家莊藁城、張家口崇禮和衡水武邑三地中連續(xù)耕種1～20 a不等的共計61個蔬菜大棚土壤，檢測并分析了其抗生素殘留特征。結(jié)果表明：三地設(shè)施菜地土壤中抗生素均有檢出，其中以藁城地區(qū)土壤中抗生素殘留量最高，這與其長期施加有機肥有關(guān)?？股乜倸埩袅糠秶鸀?.97～342 μg·kg-1，其中90.2%的土樣中抗生素總殘留量未超過100 μg·kg-1。三地均存在四環(huán)素類抗生素殘留量較高，喹諾酮類次之，磺胺類較低的現(xiàn)象。檢出的4類共24種抗生素的殘留組成具有區(qū)域差異性，藁城、崇禮、武邑地區(qū)殘留量最高的分別是土霉素（26.7 μg·kg-1）、諾氟沙星（5.09 μg·kg-1）、強力霉素（9.92 μg·kg-1）。隨著種植年限增加，僅藁城地區(qū)抗生素殘留量顯著上升，長期種植和施肥行為會導(dǎo)致厚壁菌門、放線菌門、變形菌門微生物豐度的上升。

關(guān)鍵詞：抗生素；設(shè)施土壤；殘留特征；種植年限

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-2043（2025）03-0654-11 doi：10.11654/jaes.2024-0506

隨著社會的發(fā)展和人口的增長，我國蔬菜的需求量不斷增加，種植面積增長迅速。2021年，全國設(shè)施種植面積達(dá)到266.7 萬hm2，其中設(shè)施蔬菜面積占80%以上，居世界首位[1]。設(shè)施菜地因具有封閉性、可控性、缺少雨水淋洗、復(fù)種指數(shù)高和持續(xù)施肥且施肥量大等特點，污染物更易在土壤中積累；并且設(shè)施栽培蔬菜多在冬春反季節(jié)進(jìn)行，形成了高溫、弱光、高濕的人工小氣候環(huán)境，土壤理化性質(zhì)、土壤微生物種群數(shù)量和結(jié)構(gòu)等都與露地土壤有顯著差異[2]。此外，設(shè)施菜地長期施用含有大量抗生素殘留的畜禽糞便和由畜禽糞便堆制的有機肥，導(dǎo)致土壤中抗生素的積累和污染[3-5]。土壤中的抗生素殘留一方面會造成化學(xué)污染，因其廣譜抑菌性而改變微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性，干擾土壤生態(tài)系統(tǒng)；另一方面，抗生素的殘留會誘導(dǎo)土壤中抗性細(xì)菌和抗生素抗性基因（ARGs）的增殖擴散，對人類健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，因此及時掌握設(shè)施菜地土壤中抗生素的殘留現(xiàn)狀十分必要。

長期的耕作與施肥會給土壤的理化性質(zhì)、養(yǎng)分含量以及污染物的殘留帶來極大影響。研究發(fā)現(xiàn)，種植年限的延長會直接降低土壤pH 值并提高土壤有機碳、有效磷、速效鉀、微生物生物量碳的含量[6-7]，并且長期種植行為會改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性[8-9]，導(dǎo)致潛在的致病菌屬豐度增加[10]。此外，長期的種植和施肥可能導(dǎo)致土壤團聚體穩(wěn)定性上升[11-12]，不利于土壤中抗生素的降解，并可能促進(jìn)ARGs的傳播[13]。目前種植年限對土壤中抗生素殘留特征的影響以及抗生素殘留和種植年限對土壤微生物群落的綜合影響尚不明確，還需要深入研究。

為此，本研究選取河北省三地的典型設(shè)施菜地土壤為研究對象進(jìn)行系統(tǒng)采樣，分析不同地區(qū)不同種植年限土壤中抗生素的組成、分布和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，并對其影響因素進(jìn)行初步探討，以期為土壤抗生素污染防控和治理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集和研究區(qū)信息統(tǒng)計

2020年7—9月，在河北省三地（石家莊藁城、張家口崇禮和衡水武邑）共采集農(nóng)田土壤樣品61份，其中設(shè)施蔬菜大棚土壤58份，露天對照土壤3份，所選大棚種植年限為1～20 a。具體采樣信息如表1所示。采用預(yù)先清洗過的不銹鋼鏟采集0～20 cm表層土壤，每個棚室取樣21點混合為一個土樣。所取土樣在低溫環(huán)境下運至實驗室，混合均勻，取3 g 左右鮮樣置于-20 ℃冰箱保存，用于測定土壤微生物多樣性；另取20 g左右土樣進(jìn)行冷凍干燥，研磨過60目篩（0.25mm）后，待測土壤理化性質(zhì)和抗生素含量。

土壤pH 值測定：稱取1.0 g干土，加入0.01 mol·L-1 的CaCl2 溶液10 mL，充分振蕩30 min，靜置1 h 后使用pH計測定上清液pH值?？傆袡C碳（TOC）含量測定：稱取1.0 g干土于50 mL的離心管中，加入足量的4 mol·L-1 HCl，振蕩12 h（180 r·min-1）去除土壤中的無機碳，離心去除上清液，超純水洗滌3～4次，渦旋混勻，離心去除上清液，取沉淀烘干或者自然風(fēng)干，使用TOC測定儀測定土壤中TOC的含量。

1.2 土壤中抗生素的提取

土壤樣品中抗生素的提取和凈化在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些修改[14]，即：取1.0 g凍干土壤于50mL離心管中，分別加入0.40 g乙二胺四乙酸二鈉鹽、10 mL 乙腈和10 mL 磷酸鹽緩沖液，渦旋振蕩8 min（2 500 r·min-1），10 000 r·min-1離心10 min，將上清液轉(zhuǎn)移至梨形瓶。重復(fù)1次上述提取和分離步驟，合并兩次上清液。將上清液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（40 ℃）中蒸發(fā)至20 mL左右，過0.45 μm尼龍濾膜，加入蒸餾水稀釋至80 mL，并用甲酸調(diào)節(jié)pH至4左右。所得提取液用PEP-2固相萃取小柱（500 mg，6 mL，博納艾杰爾科技有限公司，天津）凈化。過柱前，PEP-2柱用6.0 mL甲醇和6.0 mL蒸餾水活化。過柱后，用10 mL甲醇洗脫。最后，在低溫下用高純氮氣將洗脫液吹至1.0 mL以下，用甲醇水（1∶1，V/V）復(fù)溶，過0.22 μm尼龍濾膜后轉(zhuǎn)移至進(jìn)樣小瓶，-20 ℃冰箱保存待上機檢測。

1.3 抗生素的測定

根據(jù)已有報道和研究區(qū)抗生素類藥物使用情況，選取四環(huán)素類抗生素（TCs）、喹諾酮類抗生素（QNs）、磺胺類抗生素（SAs）和大環(huán)內(nèi)酯類抗生素（MLs）4類共計24種抗生素進(jìn)行分析，所選抗生素見表2。

抗生素的濃度采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（LCMS/MS，SCIEX QTRAP?4500，美國）測定。實驗使用的色譜柱為Acquity UPLC BEH C18色譜柱（100 mm×2.1 mm，1.7 μm，Waters，美國），實驗條件設(shè)置流速為0.40 mL·min-1，柱溫為40 ℃，進(jìn)樣量為10 μL。流動相A為0.1%甲酸-水溶液，流動相B為甲醇，采用梯度洗脫程序。使用電噴霧離子源（ESI+）對分析物進(jìn)行電離，并用多反應(yīng)監(jiān)測（MRM）模式進(jìn)行分析。ESI條件如下：離子源1和2的氣壓均為334.7 kPa，氣簾氣壓力為206.8 kPa，碰撞氣為Medium（中級），噴霧氣壓力334.7 kPa，輔助加熱氣壓力334.7 kPa，離子源溫度為550 ℃。

1.4 質(zhì)量控制和質(zhì)量分析

采用外標(biāo)法定量。以濃度為0.1、1.0、5.0、10、20、50、80、100 μg·kg-1的8個標(biāo)準(zhǔn)溶液建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，以決定系數(shù)（R2）均大于0.999 判定數(shù)據(jù)可信。在測樣的同時設(shè)置回收率實驗組，同時選擇一個樣品測定重復(fù)。結(jié)果表明，土壤中所有抗生素的加標(biāo)回收率范圍為40%～115%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）lt;20%，3個地區(qū)土壤樣品的回收率無顯著差異。檢測方法的檢出限以3 倍的信噪比計為可信，檢出限的范圍為0.01～0.50 μg·kg-1。實驗過程中設(shè)置程序空白，本文中的數(shù)據(jù)均為扣除程序空白的結(jié)果。

1.5 細(xì)菌分析

采用高通量測序法測定細(xì)菌群落組成，測序方法如下：（1）DNA 提取。使用Power soil DNA 試劑盒（Mobio，美國），按照說明書方法提取待測土壤的DNA。然后用1% 瓊脂糖凝膠電泳檢測提取DNA的純度和濃度。（2）PCR擴增。細(xì)菌的擴增引物為338F（ACTCCTACGGGAGGCAGCAG）、806R（GGACTACH?VGGGTWTCTAATPCR）。PCR 所用的材料和儀器包括TransGen AP221-02：TransStart Fastpfu DNA 多聚酶和ABI GeneAmp? 9700。所有PCR 反應(yīng)在30μL反應(yīng)體系中進(jìn)行，體系包括15 μL Phusion?高保真PCR反應(yīng)混合液（New England Bio labs）、0.2 μmol 正向和反向引物、10 ng模板DNA。熱循環(huán)程序開始于98 ℃持續(xù)1 min的初始變性步驟，以確保模板DNA完全變性。接下來進(jìn)行30 個循環(huán)，每個循環(huán)依次為：98 ℃持續(xù)10 s，使雙鏈DNA 分離成單鏈；50 ℃退火30 s，引物與單鏈DNA 模板結(jié)合；72 ℃延伸30 s，在DNA 聚合酶的作用下，引物被延伸，合成新的DNA鏈。最后，在72 ℃持續(xù)5 min進(jìn)行最終延伸，確保所有新合成的DNA鏈完全延伸。每個樣品3個重復(fù)，將同一樣品的PCR產(chǎn)物混合，用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測，PCR產(chǎn)物用AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒（AXYGEN）回收，Tris_HCl洗脫，2%瓊脂糖電泳檢測。（3）熒光定量。參照電泳初步定量結(jié)果，采用QuantiFluor?-ST藍(lán)色熒光定量系統(tǒng)（Promega 公司）對PCR 產(chǎn)物進(jìn)行檢測和定量，然后根據(jù)每個樣品的測序體積要求進(jìn)行相應(yīng)比例的混合。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS Statistics 25.0軟件對不同處理組土壤中四環(huán)素類抗生素、土壤pH值、TOC、微生物豐度進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），選用鄧肯假定等方差檢驗進(jìn)行多重比較；采用Origin 2023軟件進(jìn)行圖形繪制；微生物數(shù)據(jù)依托美吉生物云平臺分析，采用Uparse（version 7.0.1090）軟件進(jìn)行生物信息統(tǒng)計分析，采用RDP classifier（version 2.13）貝葉斯算法對97%相似水平的OTU（Operational Taxonomic Units）代表序列進(jìn)行分類學(xué)分析，用R語言工具繪圖；采用QIIME（version 1.9.1）軟件進(jìn)行細(xì)菌群落的豐富度（Chao1指數(shù)）、多樣性（Shannon指數(shù)）和多級物種差異判別分析（LEfSe）；采用Canoco 5（version 2013）軟件進(jìn)行冗余分析（RDA）圖繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 典型設(shè)施菜地土壤中抗生素的殘留特征

2.1.1 土壤中抗生素的總殘留量

河北三地抗生素總含量數(shù)據(jù)分布如圖1 所示。可以看出，研究區(qū)各樣點抗生素檢出率為100%，總殘留量范圍為6.19～354 μg·kg-1，各樣點數(shù)據(jù)之間變異系數(shù)為148%。藁城地區(qū)土壤中的抗生素總殘留量顯著高于其他兩地（Plt;0.05），殘留量范圍為12.1～126μg·kg-1，平均殘留量為47.9 μg·kg-1，變異系數(shù)為62.1%。崇禮地區(qū)土樣中抗生素總殘留量普遍較低，范圍為7.94～45.7 μg·kg-1，平均殘留量為12.0 μg·kg-1，變異系數(shù)為72.9%。武邑地區(qū)除一個樣點超高外，其余樣點抗生素總殘留范圍為3.97～31.6 μg·kg-1，平均殘留量為13.9 μg·kg-1，變異系數(shù)為45.4%。經(jīng)統(tǒng)計，90.2% 的土樣中抗生素總殘留量均未超過100μg·kg-1。總體而言，抗生素在研究地區(qū)內(nèi)被廣泛且普遍檢測到，但整體殘留量較低，且各樣點抗生素殘留量存在較大差異。

2.1.2 各類抗生素在土壤中的殘留情況

對三地四類抗生素的殘留量進(jìn)行統(tǒng)計（表3），結(jié)果表明TCs和QNs在各地檢出率均為100%。TCs在藁城地區(qū)的殘留量最高（平均殘留量為37.8 μg·kg-1），其次是武邑和崇禮（平均殘留量分別是17.9μg·kg-1和2.56 μg·kg-1）。QNs在三地中殘留量相當(dāng)，平均殘留量分別是9.95 μg·kg-1（武邑）、9.36 μg·kg-1（藁城）和8.75 μg·kg-1（崇禮），其中崇禮地區(qū)QNs殘留量要高于TCs。SAs檢出率和平均殘留量在三地中均最低，最高殘留為0.060 2 μg·kg-1（藁城）。MLs在三地的檢出率高于80%，最高殘留量為6.37 μg·kg-1（武邑）。在本研究檢測的24種抗生素中，9種抗生素的綜合檢出率高于90%，分別是四環(huán)素類的TC、OTC、CTC、DC 和喹諾酮類的NOR、ENR、PER、OFL、DANO。其他抗生素中綜合檢出率高于60% 的還有磺胺類的ST 和大環(huán)內(nèi)酯類的TMS。篩選15 種檢出率較高的抗生素，分析其在三地樣本中的分布（圖2）。結(jié)果顯示，三地殘留量最高的TCs 種類各不相同。藁城殘留量最高的TCs 是OTC（平均殘留量為26.7 μg·kg-1），崇禮地區(qū)為CTC（平均殘留量為1.42μg·kg-1），武邑地區(qū)則是DC 殘留量最高（平均殘留量為9.92 μg·kg-1）。QNs 在三地中殘留量最高的均是NOR 和DANO，最高殘留量可以達(dá)到33.1 μg·kg-1（崇禮，NOR）。SAs 和MLs 在三地土壤中殘留量均較低，最高平均殘留量為0.927 μg·kg-1（武邑，TMS）?？傮w來說，TCs 在藁城設(shè)施菜地土壤中的殘留量顯著高于其他抗生素在各地的殘留量；各地中殘留量最高的抗生素種類均不相同，抗生素的殘留組成具有差異性。

2.2 土壤中抗生素的積累變化情況

對不同種植年限設(shè)施土壤中抗生素總殘留量進(jìn)行差異性分析，結(jié)果顯示（圖3），20 a棚內(nèi)土壤抗生素總殘留量顯著高于低齡棚內(nèi)土壤（Plt;0.05）。抗生素殘留量隨種植年限變化的擬合結(jié)果顯示，三地中抗生素殘留量和種植年限均呈現(xiàn)了正相關(guān)關(guān)系，其中以藁城地區(qū)最顯著。

對三地不同種植年限間土壤中四大類抗生素的殘留數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析（圖4A至圖4C），結(jié)果顯示，三地中僅有藁城地區(qū)土壤中TCs的殘留量隨著種植年限的增加出現(xiàn)了顯著的上升（Plt;0.05）。對藁城地區(qū)土壤中4種TCs（TC、OTC、CTC、DC）的殘留量分別進(jìn)行不同年限間的對比（圖4D），發(fā)現(xiàn)OTC始終為殘留量最高的TCs，且20 a 棚內(nèi)OTC 殘留量相比于低齡棚內(nèi)殘留量增長極顯著（Plt;0.01）。隨著種植年限的增長，TC 和CTC 的殘留量也顯著上升（Plt;0.05）DC平均殘留量普遍高于TC和CTC，但DC的殘留量在不同年限間并無顯著差異。由此可見，TCs 是土壤中抗生素殘留量隨種植年限增長的主要因素，其中，OTC 含量的逐年增長是藁城抗生素總殘留量升高的主要原因，另外TC 和CTC 的逐年積累也不可忽視。

2.3 抗生素殘留對土壤微生物的影響

2.3.1 微生物群落多樣性及其組成

選取抗生素殘留量最高的藁城地區(qū)樣品和普遍施加糞肥的武邑地區(qū)樣品，采用高通量測序法測定其細(xì)菌群落多樣性。使用Alpha 多樣性分析評估了兩地土壤樣本中微生物群落的豐富度和多樣性（圖5A和圖5B），發(fā)現(xiàn)藁城土壤微生物群落的豐富度和多樣性均普遍顯著高于武邑。Chao1指數(shù)顯示，藁城20 a棚內(nèi)土壤的微生物群落豐富度顯著高于同地區(qū)8 a棚內(nèi)土壤，但是在武邑地區(qū)，土壤微生物群落的豐富度和種植年限之間并無顯著關(guān)聯(lián)。Shannon指數(shù)分析結(jié)果顯示，同一地區(qū)不同種植年限間土壤微生物群落的多樣性均沒有顯著差異。對門水平上的物種組成進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)（圖5C和圖5D），兩地豐度前5的物種組成均為厚壁菌門（Firmicutes）、放線菌門（Actinobacte?riota）、變形菌門（Proteobacteria）、綠彎菌門（Chloro?flexi）和酸桿菌門（Acidobacteriota）。對兩地的微生物組成進(jìn)行LDA閾值為3的LEfSe分析，發(fā)現(xiàn)藁城地區(qū)變形菌門、放線菌門、藍(lán)菌門（Cyanobacteria）和硝化螺旋菌門（Nitrospirota）的整體豐度均顯著高于武邑地區(qū)（Plt;0.05），而綠彎菌門和鹽厭氧菌門（Halanaero?biaeota）的整體豐度則顯著低于武邑地區(qū)（Plt;0.05）。

2.3.2 土壤理化性質(zhì)、抗生素殘留與微生物群落的相關(guān)性

為了探究不同種植年限設(shè)施土壤中微生物與抗生素殘留量及土壤理化性質(zhì)間的相關(guān)性，選取兩地整體豐度前5的微生物門類與土壤pH值、TOC、6種抗生素殘留量（TC、OTC、CTC、DC、DANO、NOR）以及土壤中抗生素的總殘留量（ABXs）進(jìn)行冗余分析（圖6）。藁城地區(qū)分析結(jié)果顯示，土壤pH值對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響最為顯著，其中pH值與酸桿菌門呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05），可見土壤酸性越高則酸桿菌門豐度越高；抗生素的總殘留量以及殘留水平較高的TC、OTC 對土壤微生物的影響都較小，而DANO 和NOR 對土壤微生物群落的影響較大。此外，棚外樣本均分布在第四象限，且隨著種植年限的增加，樣本分布逐漸向下，體現(xiàn)了設(shè)施種植方式及種植年限的增加均對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的影響。結(jié)合圖5C分析可知，設(shè)施種植行為導(dǎo)致了厚壁菌門的增殖和放線菌門的減少；在3個種植年限中，種植12a的設(shè)施土壤中放線菌門豐度最高。對武邑地區(qū)的RDA 分析發(fā)現(xiàn)，樣本點較為分散，土壤理化性質(zhì)、抗生素殘留量與微生物群落的整體相關(guān)性較低，解釋度也較低（26.1%），可見武邑土壤整體狀態(tài)穩(wěn)定，種植行為和種植年限的增加未導(dǎo)致土壤抗生素殘留量和微生物群落組成發(fā)生顯著變化。

3 討論

相關(guān)研究表明，我國菜地土壤受到不同程度抗生素污染，總體呈現(xiàn)“北高南低，東高西低”的特征，殘留量范圍在4.59～2 101.4 μg·kg-1之間，平均殘留量達(dá)到了186.98 μg·kg-1[15]。本研究中90.2% 的土樣中抗生素總殘留量未超過100 μg·kg-1，整體抗生素平均總殘留量為37.0 μg·kg-1，可見本研究地區(qū)整體抗生素殘留量較低。

本研究區(qū)土壤中普遍存在四環(huán)素類抗生素殘留量較高，喹諾酮類次之，而磺胺類抗生素殘留量較低的現(xiàn)象，這與曾經(jīng)對土壤中抗生素殘留情況的調(diào)查結(jié)果相吻合。例如在對滄州市5家典型養(yǎng)殖場附近土壤中抗生素的污染狀況調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，四環(huán)素類、喹諾酮類和磺胺類抗生素的檢出量依次為28.1、9.22 μg·kg-1 和1.31 μg·kg-1[16]；在岷江上游養(yǎng)殖場附近土壤中，四環(huán)素類抗生素的殘留量遠(yuǎn)高于磺胺類和喹諾酮類[17]；山東省某設(shè)施菜地土壤中檢出量最高的抗生素也是四環(huán)素類和喹諾酮類[18]。這種殘留狀況主要是由各類抗生素在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中的使用情況和其性質(zhì)差異所致。四環(huán)素類抗生素在土壤中的大量殘留，一方面因其廣譜性、價格低廉而被廣泛應(yīng)用于飼料添加劑；另一方面，四環(huán)素類抗生素難以被機體完全吸收從而導(dǎo)致其隨畜禽糞便大量排出[19]。此外，四環(huán)素類抗生素在化學(xué)結(jié)構(gòu)上具有較多的極性官能團，因而更容易在土壤環(huán)境中吸附殘留[15]。喹諾酮類抗生素在三地土壤中均有殘留，且殘留量相近，保持在4.09～40.2 μg·kg-1，這與其在動物疾病治療中的廣泛應(yīng)用及其在土壤中較強的吸附能力直接相關(guān)[20]。對5 種不同的抗生素（四環(huán)素、磺胺二甲嘧啶、諾氟沙星、紅霉素和氯霉素）在農(nóng)業(yè)土壤中好氧和厭氧條件下的吸附和降解能力的研究顯示，5種抗生素在土壤中的吸附強弱[吸附系數(shù)（Kd）]順序依次為四環(huán)素（1 093 L·kg-1）gt;諾氟沙星（591 L·kg-1）gt;紅霉素（130 L·kg-1）gt;氯霉素（2.5 L·kg-1）gt;磺胺二甲嘧啶（1.37 L·kg-1），這說明四環(huán)素類和喹諾酮類抗生素均容易吸附在土壤中，而磺胺類抗生素在土壤中的吸附最弱[21]，相對來說其在地下水環(huán)境中污染風(fēng)險更高[22]。

三個地區(qū)設(shè)施土壤中抗生素殘留水平呈現(xiàn)顯著差異，這與各個地區(qū)的施肥情況密切相關(guān)。藁城地區(qū)抗生素殘留水平最高，這與其長期大量施用有機肥有關(guān)。武邑地區(qū)雖然長期施用大量糞肥，但其抗生素殘留量卻較低，推測原因與其大量施加的生物肥和菌肥有關(guān)。崇禮地區(qū)所選大棚主要施用水溶性化肥，基本不施有機肥，因此土壤中抗生素殘留量最低。根據(jù)市場宣傳，農(nóng)業(yè)施加的商品有機肥是用動植物殘體和各種動物糞便經(jīng)過高溫發(fā)酵后加工而成的一種商品肥料，因其具有潔凈性和完熟性被大量推廣。然而，近年來的許多研究表明，雖然部分抗生素在加工過程中發(fā)生吸附與降解，但商品有機肥中仍存在多種抗生素殘留[5，23-24]。據(jù)研究，在糞肥和商品化有機肥樣品中大量檢出四環(huán)素類抗生素及其代謝產(chǎn)物，含量范圍分別為130～1.18 × 105 μg · kg-1 和54.6～1.04 × 105 μg ·kg-1 [3]。并且我國商用有機肥中抗生素殘留以土霉素的檢出量和殘留量占比最高，這與本研究中藁城地區(qū)抗生素殘留現(xiàn)狀相吻合。傳統(tǒng)生物肥和菌肥主要包括固氮微生物菌肥、解磷微生物菌肥、解鉀微生物菌肥等，其可通過改善土壤微生物質(zhì)量來促進(jìn)作物發(fā)育，提高作物產(chǎn)量[25]，在提高酶活性和拮抗菌豐度方面均優(yōu)于有機肥[26]，是一種由有益微生物群落組成或由有益微生物群落發(fā)酵而成的綠色無污染生物性肥料。施加這類肥料可以改善土壤理化性質(zhì)和土壤肥力，并優(yōu)化土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[27]，從而對抗生素的殘留做出響應(yīng)。

長期種植和施肥行為可以通過改變抗生素殘留情況和土壤理化性質(zhì)對微生物組成產(chǎn)生影響，并存在潛在的抗生素抗性基因（ARGs）增殖擴散風(fēng)險。在已有對于種植年限和抗生素污染關(guān)系的研究中，苑學(xué)霞等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在2、4、15 a棚內(nèi)，土壤中抗生素總含量分別是棚外的2 倍以上，其中以15 a 棚的比例最高，且檢出量最高的也是四環(huán)素類和喹諾酮類。在王喜英等[8]的研究中，發(fā)現(xiàn)隨種植年限增加，土壤pH值和速效鉀含量呈逐漸下降趨勢，土壤有機碳呈現(xiàn)先增后減的趨勢。在本研究中，僅藁城地區(qū)的土壤抗生素殘留量隨種植年限增加顯著上升，其中四環(huán)素類抗生素土霉素的貢獻(xiàn)最顯著。種植年限與土壤pH和TOC均呈正相關(guān)關(guān)系?？股貧埩袅枯^高的藁城地區(qū)土壤中變形菌門、放線菌門整體豐度均顯著高于武邑地區(qū)（Plt;0.05），且設(shè)施種植行為導(dǎo)致了厚壁菌門的增殖，種植年限較高的土壤中，放線菌門、變形菌門豐度均較高。有大量研究表明，放線菌門是土壤中ARGs的主要宿主菌[4，28-32]，而綠彎菌門與ARGs去除密切相關(guān)[33]。此外，長期施肥行為會促進(jìn)抗生素在土壤中的垂直和水平轉(zhuǎn)移[34]，ARGs殘留總量與種植年限存在顯著的正相關(guān)關(guān)系[35]，并且長期施肥的土壤中具有更豐富和更多樣化的ARGs[4，36]。有機肥的施加可能造成更高的ARGs殘留和傳播風(fēng)險[37]，并表現(xiàn)出對土壤中四環(huán)素類抗生素抗性基因tetM、tetO、tetT 和tetX 基因的偏好[38]。綜上所述，藁城地區(qū)由于長期的種植施肥行為造成了微生物群落的改變，具有潛在的ARGs增殖和擴散的生態(tài)風(fēng)險，值得深入追蹤研究。

4 結(jié)論

（1）河北三地設(shè)施菜地土壤中抗生素的殘留水平普遍較低，其中長期大量施用有機肥的藁城地區(qū)殘留量最高，長期施用糞肥和菌肥的武邑地區(qū)次之，施肥以水溶性化肥為主的崇禮地區(qū)抗生素殘留量最低。

（2）由于四環(huán)素類和喹諾酮類抗生素均容易吸附在土壤中，而磺胺類抗生素在土壤中的吸附最弱，三地均存在著四環(huán)素類抗生素殘留量較高，喹諾酮類次之，而磺胺類抗生素殘留量較低的現(xiàn)象。藁城設(shè)施菜地土壤中抗生素殘留以四環(huán)素類抗生素為主，其中土霉素和強力霉素貢獻(xiàn)較大。武邑地區(qū)和崇禮地區(qū)喹諾酮類抗生素的殘留量較高。

（3）由于長期施用有機肥，藁城地區(qū)土壤抗生素殘留量與種植年限呈顯著正相關(guān)關(guān)系，并且長期種植施肥行為造成藁城地區(qū)設(shè)施土壤中厚壁菌門、放線菌門、變形菌門豐度上升，存在著ARGs增殖擴散的潛在風(fēng)險。

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（責(zé)任編輯：李丹）