抗生素在农田土壤颗粒态有机质中的分配与锁定机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41371313
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    75.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0701.环境土壤学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Soil contamination and associated risks by veterinary antibiotics has been concerned of greatly as a kind of emerging pollutants. However, limited information has been reported on the impact of soil constituents, especially the fractions of soil organic matter on the environmental fate of antibiotics in soil. This project is aiming at the severe pollution of veterinary antibiotics in soil of the farmland, in particular of the protected vegetable land as a result of long-term application of manure with large amount. Such a pollution is supposed to be connected with particulate organic matter(POM) which is a labile pool of organic carbon with a short turn over in soil and tending to be change with agricultural activities easily. The POM is expected to be isolated from the soil samples with different manures application, soil types and cultivation history. Advance technologies such as solid 13C NMR, 14C radioactive isotopic tracing, NICA-Donna model, etc. will be applied in the research. The research contains the following aspects including fractionation of the antibiotics in size-fractions of the POM, dissipation and degradation of POM associated antibiotics, sorption and sequestration of antibiotics by POM and its modeling. Significant results are expected to be achieved based on the project. First is the aggregate and particle fractionation mechanisms of the POM associated antibiotics and their extractable fractions. Second is dynamic changes of the POM associated antibiotics and the metabolites. Third is the surface microscopic mechanism and the predication model for antibiotics sorption and partition by the POM. All these results are assumed to be useful in the explaination of mechanisms of the antibiotics contamination in soils and the risk assessment of the polluted soils due to a long-term application of manure with large amount under modern agricultural environment.
土壤中抗生素等新型污染物的污染与风险问题日益引起关注,但目前土壤组分,尤其是有机质组分对土壤中抗生素环境行为的影响机制尚不清楚。本项目针对以设施菜地为主的农田土壤中长期大量施用有机肥导致土壤抗生素严重污染的现实问题,结合土壤颗粒态有机质(POM)这一受农业措施影响大、周转快的土壤有机碳库,采用从不同有机肥源、土壤类型和种植历史的农田土壤中分离提取的POM,通过固态13C核磁共振表征、14C放射性同位素示踪、NICA-Donna模型模拟等技术手段研究POM结合态抗生素的粒径分配、逸散降解、吸附锁定及其预测等内容。探明土壤POM结合态抗生素及其提取形态的颗粒分配机制,阐明POM结合态抗生素及其代谢产物的动态变化规律,揭示POM-抗生素结合的表面微观机制,建立土壤POM对抗生素的吸附分配预测模型,为现代农业环境下长期高量施用有机肥导致的土壤抗生素污染形成机制与风险评估提供理论依据。

结项摘要

土壤中抗生素污染问题已引起广泛关注,颗粒态有机质是土壤中重要的有机质组分,其组成与结构对抗生素的环境行为具有重要影响。本研究在文献调研基础上,优化了颗粒态有机质分离提取方法与富含颗粒态有机质土壤中抗生素分析方法,并探明了高量有机肥施用土壤中抗生素的污染特征及在土壤-水中的分配规律。针对分离到的土壤颗粒态有机质,利用稳定同位素质谱分析、13C固态核磁共振技术与同步辐射技术从物质组成、微观三维空间结构、微米及纳米尺度的表面结构官能团微域分布等方面系统深入分析了典型滨海湿地土壤、潮土和农田土壤中颗粒态有机质的物理和化学性质,认识到颗粒态有机质中存在游离型、团聚体内部结合型、有机-无机复合型等多种有机质形态特征,并且不同颗粒态有机质微域也存在表面结构官能团异质性等现象。. 通过室内模拟培养试验与同位素标记抗生素的田间降解试验相结合,研究了大量添加有机肥等颗粒态有机质条件下,抗生素的动态逸散和降解特征,计算提出了富含颗粒态有机质土壤环境中四环素、土霉素半衰期为17天的残留时间,并通过结合不同种植年限农田土壤中抗生素的积累分析,验证了模拟培养与田间试验条件下抗生素的动态逸散规律。在此基础上,为进一步分析土壤颗粒态有机质对抗生素的吸附与结合机制,利用不同性质特征的颗粒态有机质对土霉素、环丙沙星的吸附模拟试验等,阐明了土壤颗粒态有机质对土壤抗生素的吸附动力学和热力学特征,并采用同步辐射STXM、软x-射线NEXAFS和NanoSIMS等非破坏性表征技术,从纳米与分子尺度探明了颗粒态有机质表面存在脂肪基碳、酚基碳为主的亲水性吸附微域和以醌类、不饱和芳香碳等官能团为主的疏水性吸附微域的异质性。这些不同吸附微域的差异表现在不同性质抗生素在颗粒态有机质表面的吸附结合机制的差异上,如土霉素的吸附以表面吸附为主,受到氢键结合控制,而环丙沙星的吸附以共价结合或疏水作用为主。这些结果为解析土壤中抗生素的积累与迁移提供了理论基础。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Distribution of heavy metals in soils of the Yellow River Delta: concentrations in different soil horizons and source identification
黄河三角洲土壤重金属分布:不同土层浓度及来源识别
  • DOI:
    10.1007/s11368-014-0861-0
  • 发表时间:
    2014-06-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF SOILS AND SEDIMENTS
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Li, Yuan;Zhang, Haibo;Christie, Peter
  • 通讯作者:
    Christie, Peter
Anthropogenic mercury sequestration in different soil types on the southeast coast of China
中国东南沿海不同土壤类型的人为固汞
  • DOI:
    10.1007/s11368-015-1062-1
  • 发表时间:
    2015-01
  • 期刊:
    Journal of Soils and Sediments
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Zhang Haibo;Li Yuan;Luo Yongming;Christie Peter
  • 通讯作者:
    Christie Peter
Sources identification of antibiotic pollution combining land use information and multivariate statistics
结合土地利用信息和多元统计的抗生素污染源识别
  • DOI:
    10.1007/s10661-016-5439-4
  • 发表时间:
    2016-06
  • 期刊:
    Environmental Monitoring and Assessment
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Zhang, Haibo;Chen, Yongshan;Luo, Yongming;Zhang, Hua
  • 通讯作者:
    Zhang, Hua
黄河三角洲内陆到潮滩土壤中碳、氮元素的梯度分布规律
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    地球化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李远;章海波;陈小兵;涂晨;骆永明
  • 通讯作者:
    骆永明
Characteristics of residual organochlorine pesticides in soils under different land-use types on a coastal plain of the Yellow River Delta
黄河三角洲滨海平原不同土地利用类型土壤有机氯农药残留特征
  • DOI:
    10.1007/s10653-015-9738-4
  • 发表时间:
    2016-04-01
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL GEOCHEMISTRY AND HEALTH
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Li, Yuan;Zhang, Haibo;Li, Lianzhen
  • 通讯作者:
    Li, Lianzhen

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其他文献

电子废弃物拆解区土壤Hg和As的分布规律
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    尹雪斌;章海波;骆永明;宋静;姚春霞
  • 通讯作者:
    姚春霞
Research on precise constraint reconstruction of section data
断面数据精确约束重构研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    张旭;章海波;张学昌
  • 通讯作者:
    张学昌
香港土壤研究Ⅶ.BCR提取法研究重金属的形态及其潜在环境风险
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    章海波;骆永明;赵其国;张甘霖;黄铭洪
  • 通讯作者:
    黄铭洪
黄河三角洲滩涂—湿地—旱地土壤团聚体有机质组分变化规律
  • DOI:
    10.11766/trxb201803190082
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘兴华;章海波;李远;代振飞;付传城;骆永明
  • 通讯作者:
    骆永明
富里酸和胡敏酸作用下酸性饱和多孔介质中纳米TiO2的迁移与滞留机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张瑞昌;章海波;涂晨;骆永明
  • 通讯作者:
    骆永明

其他文献

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章海波的其他基金

微塑料介导下根际土壤中抗生素的生物有效性研究
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    2021
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  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    57.00 万元
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  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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