石家庄市土壤中喹诺酮类抗生素空间分布特征及其与微生物群落相关性

摘要

微生物群落作为土壤生态系统重要组分,长期低含量抗生素干扰会影响土壤中微生物群落结构及其功能.选取石家庄市为研究区,在2020年9月采集12个样点的表层土壤(0~25 cm),并根据空间方位将其划分为4个区(S1、S2、S3和S4);运用超高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS/MS)方法测定土壤中典型抗生素——喹诺酮类(quinolones,QNs)含量,明晰QNs在土壤中的空间分布特征,同时利用16S rRNA高通量测序技术对土壤中微生物群落结构及功能进行研究,识别其主要环境影响因子.结果表明:①4个区域的QNs总含量平均值由大到小依次为:S3(313.5μg·kg^(-1))>S4(65.54μg·kg^(-1))>S1(46.19μg·kg^(-1))>S2(12.63μg·kg^(-1)).其中诺氟沙星(NOR)含量最高(平均值为91.99μg·kg^(-1)),而喹草酸(OXO)含量最低(平均值为0.4486μg·kg^(-1));②土壤颗粒以粉粒(2~50μm)占比最高(66.7%~93.2%),而黏粒(小于2μm)占比最低(2.50%~9.10%);土壤中总磷(TP)和氨氮(NH_(4)^(+)-N)无显著空间差异,而硝氮(NO_(3)^(-)-N)、亚硝氮(NO_(2)^(-)-N)和土壤粒径呈现显著空间差异;③微生物群落的优势菌门有6种,优势菌属有5种,其中放线菌门(18.3%~34.6%)和变形菌门(13.6%~34.1%)为主要优势菌门,Arthrobacter(3.24%~8.61%)和Nitrososphaeraceae(2.93%~9.46%)为主要优势菌属;α多样性分析结果表明,Shannon值在S2区最高(6.48),而在S3区最低(5.89);④相关性结果表明,QNs和土壤理化参数均会显著改变微生物群落的结构组成,OXO、NO_(3)^(-)-N和土壤粒径会影响微生物群落多样性,而FLU、NH_(4)^(+)-N和NO_(2)^(-)-N和土壤粒径会对微生物群落的功能产生影响.因此,需进一步加强石家庄市土壤环境中抗生素的风险管控.