东莞市蔬菜基地土壤中四环素类抗生素的含量与分布

邰义萍;莫测辉;李彦文;吴小莲;王纪阳;苏青云

【摘 要】利用高效液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分析方法,探讨了东莞市18个区镇24个代表性蔬菜基地上壤中4种四环素类(四环素、土霉素、金霉素、强力霉素)抗生素的含量与分布特征.结果表明,4种抗生素总含量为0～138.86μg/kg低于10.g/kg占总样本数59％,平均为20.85μg/kg.各化合物检出率为59％～89％,含量为0～103.40μg/kg,绝大多数在10μg/kg以下,以土霉素(平均含量8.95μg/kg)为主,其次是强力霉素(平均含量5.45μg/kg)和金霉素(平均含量5.13μg/kg).不同基地土壤中四环素类化合物的组成与含量特征差异较大,主要有以土霉素为主、以金霉素为主、以强力霉素为主和以土霉素+强力霉素为主4种组成模式.同一基地种植不同蔬菜土壤中四环素类化合物的组成与含量特rn征差异较小.%The concentration and distribution of four tetracycline antibiotics (TCs) including tetracycline(TC), oxytetracycline (OTC), chlortetracycline (CTC) and deoxytetracycline (DC) in soils from 24 typical vegetable fields in 18 towns of Dongguan city using high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS) was discussed. The total concentrations of four tetracycline antibiotics (Σ TCs) ranged from 0 (below LOQ) to 97.04μg/kg, which predominated with under 10μg/kg and averaged at 13.42μg/kg. The concentrations of four tetracycline compounds detected in 59～89％ of the samples ranged from 0 (below LOQ) to 75.29μg/kg which falls mostly bellow 10μg/kg. Oxytetracycline which averaged at 6.51 μg/kg was dominant compound, followed by chlortetracycline and deoxytetracycline which averaged at 2.95μg/kg and

2.92μg/kg respectively. The concentration and constitute of tetracycline compounds in soils from different vegetable fields varied greatly, consisting mainly of four models, i.e. the first one dominated with

oxytetracycline, the second one dominated with chlortetracycline, the third one dominated with deoxytetracycline, and the last one dominated with both oxytetracycline and deoxytetracycline. However, the concentrations and constitute of tetracycline compounds in soils grown different cultivars within the same vegetable fields varied weakly. The concentrations of tetracycline antibiotics in soils from vegetable fields of Dongguan city were generally lower and less ecotoxic risk for soil ecosystem. But it should not be ignored as to combined toxic effect and resistance of various compounds.

【期刊名称】《中国环境科学》 【年(卷),期】2011(031)001 【总页数】6页(P90-95)

【关键词】蔬菜基地;土壤;污染;四环素类抗生素;监测 【作 者】邰义萍;莫测辉;李彦文;吴小莲;王纪阳;苏青云

【作者单位】暨南大学环境工程系,广东省高校水土环境毒害性污染物防治与生物修复重点实验室,广东,广州,510632;中国科学院华南植物园,广东,广州,510650;暨南大学环境工程系,广东省高校水土环境毒害性污染物防治与生物修复重点实验室,广东,广州,510632;暨南大学环境工程系,广东省高校水土环境毒害性污染物防治与生物修复重点实验室,广东,广州,510632;暨南大学环境工程系,广东省高校水土环境毒

害性污染物防治与生物修复重点实验室,广东,广州,510632;东莞市农产品质量安全监督检测所,广东,东莞,523086;东莞市农产品质量安全监督检测所,广东,东莞,523086 【正文语种】中 文 【中图分类】X53

各种抗生素在规模化动物养殖中用于防病治病、提高饲料利用率和促进动物生长.使用后抗生素通常以药物原形随粪尿排出[1-3].有研究表明规模化养殖动物粪便普遍富含抗生素[4-7],并且广泛作为有机肥料用于农业生产,特别是用在蔬菜和果树生产[8],可造成对土壤的污染[4-6,9-10].目前关于抗生素污染的研究工作主要集中在水体污染及其生态效应方面[11-13,14],而对于土壤污染及其生态效应的研究较少[4-6,9-10],在我国还鲜见报道[9,15-16].

我国是抗生素生产与使用大国,也存在着滥用抗生素现象.有报道称珠三角地区城市污水、河水中抗生素的含量较高[17-19],通过污水灌溉水造成土壤污染,与施用粪肥一样成为土壤中抗生素的重要来源.为此,本研究选择东莞市蔬菜基地和人畜共用的四环素类抗生素为研究对象,探讨区域农业土壤中抗生素的含量水平与空间分布特征,为抗生素污染控制与农产品安全提供科学依据. 1 材料与方法 1.1 样品采集与预处理

东莞市蔬菜生产基地主要由各农户生产经营,以复合肥施用为主,灌溉水有河水、水库水、井水和污水等.根据基地类型(普通蔬菜基地、无公害蔬菜基地)、规模大小、环境质量状况和蔬菜品种等因素,选择东莞市18个区镇的24个代表性蔬菜基地,分别采集表层土壤(0～20cm)1-5个样品,以全球定位系统定位.根据环境监测要求,多

点位采集土壤组成混合样,按四分法缩减,共37个样品,于室内风干粉碎过60目筛备测.样品预处理方法参考文献[9].准确称取 1.00g左右土壤样品置于 10mL离心瓶中,加入甲醇/EDTAMcllvaine(体积比1:1)缓冲液混合液5mL,依次振荡和超声提取各 15min,离心(4500r/min)收集上清液.残渣按上述方法反复提取2次.合并上清液进行旋转蒸发,浓缩液通过 HLB小柱(先后用6mL甲醇和6mL EDTA-Mcllvaine缓冲液活化)萃取富集.先用6mL高纯水淋洗,再用3mL甲醇洗脱小柱.洗脱液在40℃水浴下用氮气吹至近干,用甲醇/水(体积比 3:2)溶液定容至 1mL,溶液过0.22μm滤膜后收集于样品瓶中待测. 1.2 仪器与试剂

Agilent1100 型 高 效 液 相 色 谱 仪 , AB4000QTRAP型电喷雾(ESI)离子源串联质谱仪;SHZ-82恒温震荡器;KQ-250E超声波清洗器;KDC-1042型低速离心机;VisiprepTM-DL型固相萃取装置(Supelco);Oasis HLB固相萃取柱

(3mL/60mg,Supelco);KL512J型数控恒温水浴.四环素类(TCs)抗生素4种化合物分别为四环素(TC)、土霉素(OTC)、金霉素(CTC)、强力霉素(DC),标准品均产自德国 Ehrenstorfer GmbH公司,纯度＞98%.甲醇、乙腈均为色谱纯(Sigma公司),其他化学试剂均为分析纯,实验用水为高纯水.四环素类化合物标准品母液配制:准确称取标准品各0.0100g,溶于甲醇并定容至 100mL,配制成浓度为100μg/mL的工作母液,于4℃冰箱中避光保存,使用期为6个月.实验所用各种浓度的标准液用乙腈/水(体积比 20:80)按一定比例稀释,配制成浓度范围为 0.2～200µg/L的校正曲线工作液.EDTA-Mcllvaine缓冲液配制:称取柠檬酸12.9g,磷酸氢二钠 27.5g,乙二胺四乙酸二钠(EDTA)37.2g,溶于水中并定容到1L(pH=4.0). 1.3 LC-MS/MS分析与质量控制

色谱条件:色谱柱,20RBAX XDB-C18 (2.1×50mm);流动相:水(4‰甲酸)-乙腈(1‰甲酸)(体积比 80:20);进样体积:5μL.质谱条件:离子源为ESI源;离子源I(GS1)和

II(GS2)的气体流量分别为50和60mL/min,气帘气流量为10mL/min.气体均为N2;离子源温度为500℃;离子源电压为4500V;检测方式为多反应选择监测 (MRM)离子模式.以 5.0,25.0,100.0μg/kg加标浓度进行四环素类化合物的回收率测定, 并根据0.2μg/L混合工作液色谱峰的 10倍信噪比(S/N)确定定量限,结果见表 1.为控制实验过程中人为污染,保证操作过程准确,每10个样品间隔设置空白、样品平行样、样品加标样,并且在进样过程中同时进固定浓度标样进行质量控制.空白中均未检出4种四环素类化合物,平行样品测试结果标准偏差均＜1%,整个分析流程的回收率为 89%～103%.本文所提供的样品分析结果尚未经回收率校正.

表1 土样中4种四环素类化合物的回收率、检测限与定量限Table 1 Recovery, limit of detection, and limit of quantification of tetracyclines in soils加标回收率( % )化合物 1 0 μ g / k g 5 0 μ g / k g 1 0 0 μ g / k g检测限( μ g / L )定量限( μ g / k g )土霉素 1 0 5 ± 6 . 7 1 0 7 ± 6 . 9 1 1 2 ± 7 . 5 0 . 0 4 0 . 1 5四环素 9 0 ± 3 . 0 8 8 ± 2 . 9 9 5 ± 2 . 5 0 . 0 3 0 . 1 1金霉素 8 9 ± 1 . 9 8 7 ± 1 . 8 9 0 ± 2 . 3 0 . 0 5 0 . 1 8强力霉素 9 9 ± 1 . 4 1 0 0 ± 1 . 4 1 0 6 ± 3 . 0 0 . 0 6 0 . 2 2 2 结果与讨论

2.1 研究区土壤中4种抗生素的含量与组成特征

表2 东莞市蔬菜基地土壤中4种抗生素的含量Table 2 Concentrations of 4 antibiotics in soils from vegetable fields of Dongguan city注: n.d.为未检出,按0参与统计含量(μg/kg)化合物 最大值 最小值 平均值 标准偏差检出率(%)土霉素 103.40 n.d. 8.95 18.73 89四环素 7.24 n.d. 1.32 1.86 84金霉素 76.00 n.d. 5.13 13.77 59强力霉素 44.57 n.d. 5.45 11.37 62∑TCs 138.86 n.d. 20.85 34.00 92

东莞市蔬菜基地土壤中四环素类化合物的含量特征见表 2.4种四环素类化合物的总

含量(∑TCs)在0(低于检测限)～138.86μg/kg之间,低于10μg/kg占样品总数的 59%,其次(22%)在10～30μg/kg之间,平均为 20.85μg/kg(图 1).土霉素、四环素、金霉素和强力霉素的检出率均较高,分别为89%、84%、59%和62%,但75%以上样品的含量低于10μg/kg,其次在10～30μg/kg之间(图 2),最高含量顺序为土霉素(103.40μg/kg)＞金霉素(76.00μg/kg)＞强力霉素(44.57μg/kg)＞四环素 (7.24μg/kg),平 均 含 量 顺 序 为 土 霉 素(8.95μg/kg)＞强力霉素(5.45μg/kg)＞金霉素(5.13μg/kg)＞四环素(1.32μg/kg).因此,土壤中四环素类化合物主要为土霉素,其次为金霉素和强力霉素.检出4个、3个和2个化合物的土壤样品分别占43%、27%和19%,仅检出1个或4个化合物均未检出的土壤样品分别占3%和8%. 图1 土壤中四环素类抗生素总含量分布特征Fig.1 Total content distribution of tetracyclines in soils

图2 土壤中四环素类各化合物含量分布特征Fig.2 Content distribution of tetracyclines in soils

目前国内外关于区域农业土壤中抗生素污染问题的研究几乎是空白.针对局部地区施用粪肥土壤中四环素类抗生素污染特征的研究在国外有一些报道[4-6],在国内只有个别报道[16,20].但是不同研究者之间的研究结果差异很大.澳大利亚动物粪肥中金霉素、土霉素和四环素的含量分别高达46mg/kg、29mg/kg和23mg/kg,但施用粪肥土壤中土霉素和四环素的含量均低于检测限,而金霉素的含量高达 391μg/kg[5].意大利、土耳其等国施用粪肥土壤中土霉素和金霉素的含量高达100μg/kg甚至500μg/kg以上[6,21].我国浙北地区施用粪肥土壤中土霉素、金霉素和四环素的含量高达500μg/kg甚至5000μg/kg以上[16].而德国、丹麦、加拿大等国施用粪肥土壤中土霉素、金霉素和四环素的含量低于 100μg/kg[4,10,22-23].这与地区分布相关的气候因素如温度、湿度等对于土壤中抗生素的环境行为影响有关,通常高温、高湿有利于抗生素的降解[24].除了与气候因素相关的地区分布

以外,还有其它重要的控制因素,如粪肥种类(猪粪、鸡粪等)及其中抗生素含量、施肥方式、施肥后取样时间、土壤特性、耕作条件等等都会影响施用粪肥土壤中抗生素的含量,而且这些因素之间又可能相互影响.施用粪肥土壤中抗生素的含量随着时间推移可能发生很大变化[25],鸡粪中抗生素的降解速率比猪粪中的快[24],砂壤质土壤中抗生素的降解速率比砂质土壤中的快[23].连续施用粪肥可能导致土壤中抗生素含量的累积提高[10],也可能不累积甚至反而降低[25-26],后者可能是因为连续施肥促进了土壤微生物的活动性从而有利于抗生素的降解有关.与不施用粪肥相比,施用粪肥可促进土壤中抗生素的降解[24].东莞市蔬菜基地土壤中四环素类抗生素可能来源于粪肥施用,也可能来源于污水灌溉,但只有少数蔬菜基地施用粪肥.相对于上述施用粪肥土壤,东莞市蔬菜基地土壤中四环素类抗生素的含量比较低,基本低于兽药国际协调委员会(VICH)筹划指导委员会提出土壤中抗生素生态毒害效应的触发值(100μg/kg)[6],对土壤生物群落结构与功能的毒害风险较小.但也有报道,潜育灰壤在四环素存在下孵化 8周后当浓度为10μg/kg时,代谢商仍受到显著影响[27].本研究 4种四环素类化合物的检出率均较高,且在多数土壤样品同时检出3种以上化合物,各化合物之间的联合毒性尤其是耐药性问题不容忽视,因此需要进一步研究与控制.

2.2 不同蔬菜基地土壤中四环素类抗生素的空间分布特征

不同蔬菜基地土壤中四环素类抗生素的含量与组成特征差异较大(图3),大部分(约76%)蔬菜基地四环素类抗生素总含量小于5μg/kg,有近14%蔬菜基地总含量在5～50μg/kg之间,少部分(11%)蔬菜基地总含量在50μg/kg以上,最高达138.86μg/kg,与各蔬菜基地的生产方式(施肥情况等)、环境条件(灌溉水为水库水或污水等)等因素有关.能同时检出4种和3种四环素类化合物的蔬菜基地分别占54%和25%,而 4种四环素类化合物均未检出的蔬菜基地占13%.化合物的组成特征主要有4种模式,即以土霉素单个化合物为主(如麻涌镇蔬菜基地)、以金霉素为主

(如东城区蔬菜基地)、以强力霉素为主(如南城区蔬菜基地)和以土霉素+强力霉素为主(如茶山镇1蔬菜基地).同一蔬菜基地不同地块土壤样品之间四环素类抗生素的含量也有一定差异,其中少数蔬菜基地差异较大.可能与同一蔬菜基地不同农户之间的生产方式如施肥、耕作等不同有关,耕作条件不同直接影响土壤中抗生素的环境行为与归宿[28].

图3 东莞市不同区镇蔬菜基地土壤中四环素类化合物的含量与组成特征Fig.3 Contents and constituents of tetracyclines in soils from various vegetable fields of Dongguan city

2.3 同一基地种植不同蔬菜的土壤中四环素类抗生素的含量与组成特征

图4 种植不同蔬菜土壤中四环素类化合物的含量与组成特征Fig.4 Occurrence of tetracycline compounds in soils grown different vegetables within the same field

同一基地种植不同蔬菜土壤中四环素类抗生素的含量及组成特征也有一定差异(图 4a),但总体上差异不大(图 4b).道滘镇蔬菜基地种植小叶通菜和中叶通菜土壤中检出土霉素、金霉素和四环素3种化合物,总含量在6.00μg/kg左右,而种植大叶通菜、青苋菜和红苋菜土壤中检出土霉素和四环素两种化合物,总含量大于 4.00μg/kg.万江区蔬菜基地种植豆角、白杆通菜和青苋菜土壤中四环素类化合物的总含量和化合物组成特征差异不大,均检出土霉素、四环素、强力霉素,而金霉素均未检出.但豆角和青苋菜土壤中以土霉素为主,而白杆通菜土壤中以土霉素和强力霉素为主.不同蔬菜土壤中四环素类抗生素的含量及组成特征差异与不同蔬菜根系生理生化特征不同而导致的根际微生物种群结构与功能的差异及其对土壤中污染物降解的差异,以及不同种属或不同基因型蔬菜对污染物吸收累积的差异等因素有关[29]. 3 结论

3.1 东莞市蔬菜基地土壤中4种四环素类化合物检出率为59%～89%,绝大多数样

品4种抗生素总含量在10μg/kg以下,最高为138.86μg/kg,以土霉素为主,其次是金霉素和强力霉素.

3.2 不同基地土壤中四环素类化合物的组成与含量特征差异较大,主要包括以土霉素为主、以金霉素为主、以强力霉素为主和以土霉素+强力霉素为主4种组成模式. 3.3 同一基地种植不同蔬菜土壤中四环素类化合物的组成与含量特征差异较小. 参考文献：

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