CN108812096A

CN108812096A - 生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法、植物种植方法与应用

Info

Publication number: CN108812096A
Application number: CN201810639603.4A
Authority: CN
Inventors: 孙大伟; 叶茂; 吕正勇; 朱湖地; 范吉强; 宋登慧
Original assignee: Beijing Geoenviron Engineering and Technology Inc
Current assignee: Beijing Geoenviron Engineering and Technology Inc
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2018-11-16

Abstract

本发明提供了一种生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法、植物种植方法与应用，涉及环境工程技术领域。该方法将生物质炭与土壤混合，然后调节土壤田间持水量并保持5～20天，优选保持7～15天；抗性污染物包括抗生素、抗性菌体和抗性基因。该方法缓解了现有技术中缺乏一种有效阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的技术问题，提供了适用于多种抗生素、抗性菌体和抗性基因污染的土壤，且阻控效果好的阻控抗性污染物迁移富集的方法；此外，本发明还提供了相应的植物种植方法，该生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法和植物种植方法可在农业和林业领域应用。

Description

生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法、植物种植方法与应用

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，具体而言，涉及一种生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法、植物种植方法与应用。

背景技术

在我国畜禽粪便常未经安全化处理就直接作为有机物料施用至农田土壤。然而，畜禽粪便中往往含有多种抗生素，抗生素及其衍生化合物的随畜禽粪便被施入农田土壤后，将会逐渐诱导并筛选出大量具有抗生素抗性的土著菌群，并且这些抗性菌体体内抗性基因的过量表达和水平/垂直扩散转移，也使得土壤中人类病原菌获得抗药性的概率大大增加，致使土壤呈现抗生素、抗性菌体和抗性基因复合污染的新特征，而此前科技人员对此类新型污染土壤关注较少且认知不足；此外，当人类在此类高丰度抗性基因污染农田土壤上开展蔬菜种植时，部分土著抗性菌体会伴随蔬菜的生长进入蔬菜组织内部形成抗性内生菌体，与此同时抗性基因也随之迁移进入植物体内，进而在食物链上对蔬菜安全和人类健康带来极为严重的隐患和威胁，而先前科技人员对于蔬菜体内重金属、农药和抗生素等污染物的检测关注较多，却忽视了土著抗性菌体迁移至蔬菜体内定殖成为内生抗性菌体的过程。因而，至今尚未有对作物体内不断蓄积抗生素、抗性菌体和抗性基因过程的高效阻控技术，因此，开发一种能有效缓解农作物体内蓄积抗生素、抗性菌体和抗性基因的健康风险，阻控效果好，适用多种抗性污染物的阻控方法来阻控土壤中多种抗生素、抗性菌体和抗性基因向植物体内迁移富集，具有十分重要的意义。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法，该方法将生物质炭与土壤混合，然后调节土壤田间持水量并在保持5～20天，优选保持7～15天；抗性污染物包括抗生素、抗性菌体和抗性基因。用这种生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法阻控土壤抗生素、抗性菌体和抗性基因向植物体内迁移富集，缓解了现有技术缺乏一种有效阻控抗生素、抗性菌体和抗性基因向植物体内迁移富集方法的技术问题，该方法阻控效果好，适用于受多种抗生素、抗性菌体和抗性基因污染的土壤，适用范围广；此外，该方法兼具成本低，工艺简单易于推广的优点。

本发明目的之二在于提供一种植物种植方法，该种植方法采用上述生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法完成土壤活化后，进行蔬菜作物的种植，缓解了现有技术中缺乏与上述生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法相适应的种植方法的技术问题，该方法适用于多种植物的种植。

本发明目的之三在于提供上述生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法或植物种植方法在农业和林业领域的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法，包括如下步骤：

将生物质炭与土壤混合，然后调节土壤田间持水量并在保持5～20天，优选保持7～15天；抗性污染物包括抗生素、抗性菌体和抗性基因。

优选地，在本发明方案基础上，包括如下步骤：对生物质炭依次进行破碎和均一化处理，得到生物质炭；

生物质炭的粒径为5～20目，优选为8～20目，进一步优选为10～20目；和/或，生物质炭粒径为20～50目，优选为30～50目，进一步优选为40～50 目；和/或，生物质炭粒径为80～100目，优选为90～100目，进一步优选为 95～100目，最优选100目。

优选地，在本发明方案基础上，生物质炭为植物源生物质炭，优选平均比表面积为100～200m²/g的植物源生物质炭；

优选地，植物源生物质炭包括玉米秸秆制备的生物质炭、小麦秸秆制备的生物质炭或棉花秸秆制备的生物质炭。

优选地，在本发明方案基础上，土壤为表层0～60cm的土壤，优选为表层0～50cm的土壤，进一步优选为表层0～40cm的土壤。

优选地，在本发明方案基础上，生物质炭与土壤的混合质量比为 1:1500～1:50，优选为1:1200～1:75，进一步优选为1:1000～1:100。

优选地，在本发明方案基础上，调节土壤田间持水量为最大持水量的 30～70％，优选为35～65％，进一步优选为40～60％，最优选60％。

优选地，在本发明方案基础上，抗生素包括四环素、磺胺嘧啶、罗红霉素、氧氟沙星、青霉素和氯霉素中的一种或几种；和/或，抗性菌体包括革兰氏阴性菌和/或革兰氏阳性菌，革兰氏阴性菌包括沙门氏菌、农杆菌、寡养单胞菌、不动杆菌属、葡糖杆菌属和假单胞菌中的一种或几种；革兰氏阳性菌包括乳酸菌和/或芽孢杆菌；和/或，抗性基因包括tetM、tetW、tetQ、 sulI、sulII、ermA、ermB、tetQ、qnrB、qnrS1、catI、ampC、catI和catII中的一种或几种。

根据本发明的第二个方面，一种植物种植方法，采用上述生物质炭阻控土壤中抗性污染物的方法完成土壤活化后，进行植物的种植，植物包括蔬菜；

优选地，蔬菜包括果实类蔬菜、叶菜类蔬菜和根块类蔬菜中的一种或几种；

优选地，蔬菜为果实类蔬菜，生物质炭的粒径为5～20目，优选为8～20 目，进一步优选为10～20目；

优选地，蔬菜为叶菜类蔬菜，生物质炭的粒径为20～50目，优选为30～50 目，进一步优选为40～50目；

优选地，蔬菜为根块类蔬菜，生物质炭的粒径为80～100目，优选为 90～100目，进一步优选为95～100目，最优选100。

优选地，在本发明方案基础上，果实类蔬菜包括辣椒、西红柿、茄子、黄瓜、玉米和豆角中的一种或几种；

叶菜类蔬菜包括生菜、菠菜、白菜、油麦菜、芹菜和油菜中的一种或几种；

根块类蔬菜包括萝卜、马铃薯、生姜和红薯中的一种或几种。

根据本发明的第三个方面生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法或植物种植方法在农业和林业领域的应用。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法，将生物质炭与土壤混合，能够使生物质炭与土壤更充分地接触，有利于抗生素、抗性菌体、抗性基因吸附到生物质炭的表面和微孔内部，然后调节土壤田间持水量并在保持5～20天，优选保持7～15天；调节土壤田间持水量，适宜的含水量能够有利于菌体新陈代谢有利于菌体定殖和进而高效吸收并降解抗生素，保持一定的时间，能够保证抗性污染物的充分吸附，此外菌体代谢增殖和降解抗生素也需要一定的时间，因此土壤活化能够达到更好的阻控效果；由于生物质炭抗生素、抗性菌体和抗性基因的吸附属于物理吸附，因此不具有选择性，适用于多种抗生素、抗性菌体和抗性基因的吸附，由于吸附的抗性菌体种类较多，因此可降解的抗生素种类也多，因此该方法具有适用于多种抗生素、抗性菌体和抗性基因的优点，适用于受多种抗生素、抗性菌体和抗性基因污染的土壤。此外，生物质炭成本低，混合和土壤活化工艺简单易于推广；本发明还提供了植物种植方法，该生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内富集的方法和植物种植方法能够在农业和林业领域应用。

附图说明

图1为本发明实施例1施加玉米生物质炭前后萝卜体内四环素及磺胺嘧啶含量图；

图2为本发明实施例1施加玉米生物质炭前后萝卜体内抗性内生菌体菌株数目图；

图3为本发明实施例2施加小麦生物质炭前后生菜叶片中罗红霉素及氧氟沙星含量图；

图4为本发明实施例2施加小麦生物质炭前后生菜叶片中抗性内生菌体菌株数目对比图；

图5为本发明实施例3施加棉花生物质炭前后辣椒果实中罗红霉素及氧氟沙星图；

图6为本发明实施例3施加棉花生物质炭前后辣椒果实中抗性内生菌体菌株数目图；

图7为本发明对比例4和对比例5施加玉米生物质炭前后萝卜体内四环素及磺胺嘧啶含量图；

图8为本发明对比例4施加玉米生物质炭前后萝卜体内抗性内生菌体菌株数目对比图；

图9为本发明对比例5施加玉米生物质炭前后萝卜体内抗性内生菌体菌株数目对比图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。

根据本发明的第一个方面，一种生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法，包括如下步骤：

生物质炭是指由富含碳的生物质在无氧或缺氧条件下经过高温裂解生成的一种具有高度芳香化、富含碳素的多孔固体颗粒物质。它含有大量的碳和植物营养物质、具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积且表面含有较多的含氧活性基团，是一种多功能材料。

土壤田间持水量指一般认为是土壤所能稳定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持悬着水的最大量，是对作物有效的最高的土壤水含量。在地下水较深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允许水分充分下渗，并防止其水分蒸发，经过一定时间，土壤剖面所能维持的较稳定的土壤水含量(土水势或土壤水吸力达到一定数值)，是大多数植物可利用的土壤水上限。土壤颗粒的物理化学性质特别是颗粒大小、结构和有机质含量都与此数值有关。自然状态下的土壤持水量称为田间持水量，是决定植物有效水的上限值。但它是一个理想化的概念，严格说不是一个常数。虽在田间可以测定，但却不易再现，且随测定条件和排水时间而有一定的出入。

保持5～20天，典型但非限制性的保持天数例如为：5天、6天、7天、 8天、9天、10天、11天、12天、13天、14天、15天、16天、17天、18 天、19天或20天。

抗生素，是指由微生物或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质，抗生素的种类非常多，常见的例如：四环素、磺胺嘧啶、罗红霉素和氧氟沙星等。

抗性菌体，携带有抗性基因的菌体，抗性基因就是编码能够抵抗抗生素的基因序列，携带抗性基因的菌体，能够对相应的抗生素具有一定的耐受力。

抗性基因，编码使微生物可以耐受或抵抗相应抗生素的核酸序列。抗性基因可以使微生物体内的抗性基因，随着微生物进入到植物体内，也可以是微生物自然死亡或裂解释放到土壤内的抗性基因随着植物的根系吸收营养物质的过程中进入到植物体内的抗性基因。

抗生素、抗性菌体和抗性基因向植物体内迁移富集是指在土壤受到抗生素、抗性菌体和抗性基因的污染的情况下，向该土壤中种植植物，这些抗生素、抗性菌体和抗性基因会随着植物的生长和植物对土壤中物质的吸收而进入到植物体内，并在植物体内富集，另外，抗性菌体中也含有抗性基因，当抗性菌体进入到植物体内时，抗性基因也随之进入植物体内。

土壤的活化，由于生物质炭具有较大的比表面积并且含有较多的活性基团，具有较强的吸附性，因此抗生素和抗性菌体能够吸附到活性炭上，抗生素被吸附到生物质炭上，土壤中的抗生素浓度下降，另外，抗性菌体吸附到生物质炭上，能够在生物质炭表面和微孔内定殖，这样土壤中的抗性菌体就会减少，抗性菌体不会在土壤中大量增值和扩散，抗性菌体的新陈代谢过程中会在一定程度上吸收并降解该菌体吸收的抗生素，从而进一步降低土壤中的抗生素含量。

生物质炭具有多孔隙，比表面积大，吸附能力强的特性，施加进入土壤后既可以有效吸附固持抗生素，同时也能为土著抗性菌体提供良好的定殖场所和必须的养分元素，进而形成微生物膜，有助于促进抗生素的生物降解及截留抗性细菌在土壤中的扩散传播，实现阻控土壤抗生素、抗性细菌及向植物体内迁移蓄积的过程。调节混合后生物质炭与土壤混合物的持水量，并在自然条件下保持5～20天，优选为7～15天。调节混合后生物质炭与土壤的含水量，有利于菌体在活性炭上的定殖，自然条件下保持一定的天数，给予菌体和抗生素吸附到活性炭微孔的时间，此外抗生素的被抗性细菌吸收也需要一定过得时间。保证水分的情况下，能够保证吸附的微生物成功定殖在生物质炭的微孔内，进而形成一定量的携带的微生物，从而能够更高效地降解抗生素，微生物繁殖和降解抗生素都需要一定代谢过程，所以优化了田间活化的时间。

在一种优选的实施方式中，包括如下步骤：对生物质炭依次进行破碎和均一化处理，得到生物质炭；

生物质炭的粒径为5～20目，优选为8～20目，进一步优选为10～20目；和/或，粒径为20～50目，优选为30～50目，进一步优选为40～50目；和/ 或，粒径为80～100目，优选为90～100目，进一步优选为95～100目，最优选100。

破碎就是对生物质炭进行细化的过程，对生物质炭进行细化，有利于生物质炭暴露出更大的表面积，由于生物质炭表面微孔非常多，细化使同样质量的生物质炭微孔数目成倍地增加，进而更有利于抗生素和抗性菌体的吸附。均一化处理，将生物质炭的按照目数分组，不同目数的生物质炭，可以有不同的应用方式，适用于不同的植物种植。

典型但非限制性生物质炭例如为：5目、10目、15目或20目；和/或， 20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目；和/或，80目、85目、 90目、95目或100目。

在一种优选的实施方式中，生物质炭为植物源生物质炭，优选平均比表面积为100～200m²/g的植物源生物质炭；

植物源生物质炭，是指植物经高温热裂解后生成的生物质炭。植物源制备的生物质炭，资源相对充足，保证高效吸附的情况下，成本更低，取材更容易的优点。

典型但非限制性的平均比表面积例如为：100m²/g、110m²/g、120m²/g、 130m²/g、140m²/g、150m²/g、160m²/g、170m²/g、180m²/g、190m²/g或200m²/g，优选平均比表面积，比表面积越大，吸附效果越好。

在一种优选的实施方式中，土壤为表层0～60cm的土壤，优选为表层 0～50cm的土壤，进一步优选为表层0～40cm的土壤。

典型但非限制性的土壤为例如为表层在：0～60cm、0～50cm、0～40cm、 0～30cm、0～20cm或0～10cm。

对土壤的深度做限定，过深的土壤污染物相对较少，如果用很深的土壤，则相对更浪费生物质炭资源，因为一部分生物质炭混和到较深的土壤，这种土壤中相对污染很轻，生物质炭作用得不到充分发挥，造成浪费。

在一种优选的实施方式中，生物质炭与土壤的混合质量比为 1:1500～1:50，优选为1:1200～1:75，进一步优选为1:1000～1:100。

典型但非限制性的生物质炭与土壤的混合质量比为：1:1500、1:1400、 1:1300、1:1200、1:1100、1:1000、1:900、1:800、1:700、1:600、1:500、1:400、 1:300、1:200或1:100。

生物质炭的吸附能力随着过筛目数的增加而显著增强，污染土壤中生物质炭添加量越多，对于抗生素、抗性细菌及抗性基因向蔬菜体内迁移蓄积的阻控能力越强；优选生物质炭的比例，保证足够的生物质炭才能有效保证足够的表面积和微孔，更高效地吸附土壤中的污染抗生素和抗性菌体，生物质炭比例过低，表面微孔少，对土壤中的抗生素和抗性菌体的处理能力低，生物质炭比例过高，会造成浪费，增加成本。混合至土壤中无明显黑色生物质炭为止，代表混合充分，充分混合能够使土壤与生物质炭充分接触，为土壤中的抗生素、抗性菌体和抗性基因的吸附提供便利条件，保证吸附的充分性。

在一种优选的实施方式中，调节土壤田间持水量为最大持水量的 30～70％，优选为35～65％，进一步优选为40～60％，最优选60％。

典型但非限制性的生物质炭与土壤混合物的持水量例如为：30％、35％、 40％、45％、50％、55％、60％、65％或70％。

对持水量进行优化，能够更好地促进抗性菌体的定殖和抗生素的降解，抗性菌体的繁殖和抗生素的降解需要适宜的湿度，菌体新陈代谢过程需要保证足够的水分，因此需要保证一定的湿度，湿度过低不利于菌体的繁殖，菌体的繁殖，使活性炭微孔内菌体量增加，有利于对土壤内抗生素的吸收和降解，土壤中的抗生素吸附到生物质炭上，能够更好地被生物质炭上吸附的抗性菌体吸收并代谢掉。因此，土壤中的抗生素含量能够有效地降低。

在一种优选的实施方式中，抗生素包括四环素、磺胺嘧啶、罗红霉素、氧氟沙星、青霉素和氯霉素中的一种或几种；和或，抗性菌体包括革兰氏阴性菌和/或革兰氏阳性菌，革兰氏阴性菌包括沙门氏菌、农杆菌、寡养单胞菌、不动杆菌属、葡糖杆菌属和假单胞菌中的一种或几种；革兰氏阳性菌包括乳酸菌和/或芽孢杆菌；和/或，抗性基因包括tetM、tetW、tetQ、sulI、 sulII、ermA、ermB、tetQ、qnrB、qnrS1、catI、ampC、catI和catII中的一种或几种。

本发明方法由于生物质炭对抗生素、抗性菌体和抗性基因的吸附属于物理吸附，因此具有普适性，适用于多种抗生素的吸附，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞壁结构显著不同，导致这两类细菌在染色性等方面的很大差异。革兰氏阳性菌革兰氏染色法染色后呈紫色。革兰氏阴性菌革兰氏染色法染色后呈红色。本发明适用于多种菌体的吸附，其中包括革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，此外，由于生物质炭具有极强的吸附性，土壤中的抗性基因也会别吸附，加之由于生物质炭吸附的菌体种类较多，也进一步阻抗了更多种的抗性基因进入植物体内，因为还有部分抗性基因是随着抗性菌体而进入到植物体内的。

果实类蔬菜食用部分为果实，叶菜类蔬菜食用部分是叶，根块类蔬菜食用部分为根块。由于果实类蔬菜的可食部分由于不直接接触污染土壤，果实中所含污染物需经过根系和茎叶的传导才能获得，因而使用低目数生物质炭即可有效阻控土壤抗生素、抗性细菌及抗性基因向果实类蔬菜体内迁移蓄积的过程；一般用量也较少。由于叶菜类蔬菜可食部分中污染物主要通过根系传导而来，因此使用中等目数生物质炭即可有效阻控土壤抗生素、抗性细菌及抗性基因向叶菜类蔬菜体内迁移蓄积的过程；由于根块类蔬菜直接接触污染土壤，可食部分受到污染物入侵的风险较高，因此增加高目数生物质炭向污染土壤中的用量有助于确保根块类蔬菜的安全，这种按照作物种类确定目数的方法不同植物能有相应的方案阻控抗生素和抗性菌体向体内富集。

在一种优选的实施方式中，果实类蔬菜包括辣椒、西红柿、茄子、黄瓜、玉米和豆角中的一种或几种；

这种植物种植方法能够针对不同的植物，应用不同的目数的生物质炭与土壤进行混合并活化，根据植物的不同更有针对性地配合使用相应的方案，达到有效阻控抗生素、抗性菌体和抗性基因向植物体内富集的目的。

这种利用生物质炭阻控土壤中抗生素、抗性菌体和抗性基因向植物体内迁移富集的技术能在农业和林业领域内广泛应用，具有与上述技术相同的优势。

下面通过具体的实施例和对比例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。

实施例1

生物质炭阻控土壤四环素、磺胺嘧啶及其相应抗性菌体向萝卜体内迁移富集的技术例

目标土壤：南京市浦口横梁奶牛场附近的长期受到含有高浓度抗生素牛粪污染的农田土壤。土壤中四环素平均背景污染浓度为12.1±1.3mg kg^-1，磺胺嘧啶平均背景污染为15.2±2.3mg kg^-1，每克鲜重土壤中四环素类抗性基因tetM，tetW和tetQ相对丰度分别是2.4×10^-3，3.2×10^-4和4.2×10^-4tet拷贝数/16S拷贝数，每克鲜重土壤中磺胺类抗性基因sulI和sulII相对丰度分别是1.6×10^-3和3.6×10^-4tet拷贝数/16S拷贝数。

首先选取玉米秸秆制备的生物质炭，机械破碎，用95目孔径的无菌网筛对生物质炭进行过筛，筛下部分再用100目孔径的无菌网筛再过筛；获得95～100目的生物质炭，随后按照质量比1:100，将过筛后不同孔径的玉米生物质炭与表层0～40cm的污染农田土壤进行均匀混合搅拌，调节污染农田玉米秸秆制备的生物质炭与土壤混合物的田间最大持水量60％，自然条件下保持10天，完成添加生物质的田间活化过程；

随后种植根块类蔬菜萝卜，萝卜种植过程中的水肥管理、植保措施与萝卜的常规种植方式一致，待萝卜成熟收获后，清水清洗萝卜可食根部组织进行检测。

实施例2

生物质炭阻控土壤罗红霉素、氧氟沙星及其相应抗性菌体和抗性基因向生菜体内迁移富集的技术例

目标土壤：南京市湖熟地区某养鸡场附近的长期受到含有高浓度抗生素畜禽粪便的污染农田土壤。土壤中罗红霉素平均背景污染浓度为 8.3±0.6mg kg^-1，磺胺嘧啶平均背景污染为9.3±0.5mg kg^-1，每克鲜重土壤中罗红霉素类抗性基因ermA和ermB相对丰度分别是9.1×10^-3和5.5×10^-4erm 拷贝数/16S拷贝数，每克鲜重土壤中氧氟沙星类抗性基因qnrB和qnrS1相对丰度分别是2.3×10^-3和5.9×10^-4qnr拷贝数/16S拷贝数。

首先选取小麦秸秆制备的生物质炭，机械破碎，用40目孔径的无菌网筛对生物质炭进行过筛，筛下部分再用50目孔径的无菌网筛再过筛；获得 40～50目的生物质炭，随后按照质量比1:500，将过筛后不同孔径的玉米生物质炭与表层0～40cm的抗性基因污染农田土壤进行均匀混合搅拌，调节污染农田小麦秸秆制备的生物质炭与土壤混合物的田间最大持水量60％，自然条件下保持10天，完成添加生物质的田间活化过程；

随后种植叶菜类蔬菜生菜，生菜种植过程中的水肥管理、植保措施与生菜的常规种植方式一致，待生菜成熟收获后，清水清洗生菜可食叶片组织检测。

实施例3

生物质炭阻控土壤青霉素、氯霉素及其相应抗性菌体和抗性基因向辣椒果实中迁移富集的技术例

目标土壤：南京市谷里地区某养猪厂附近的长期受到含有高浓度抗生素肉猪粪便污染农田土壤。土壤中青霉素平均背景污染浓度为6.2±0.5mg kg^-1，氯霉素平均背景污染为4.7±0.3mg kg^-1，每克鲜重土壤中青霉素抗性基因ampC相对丰度分别是4.5×10^-5amp拷贝数/16S拷贝数，每克鲜重土壤中氯霉素类抗性基因catI和catII相对丰度分别是6.7×10^-5和3.8×10^-5cat拷贝数/16S拷贝数。

选取棉花秸秆制备的生物质炭，机械破碎，用10目孔径的无菌网筛对生物质炭进行过筛，筛下部分再用20目孔径的无菌网筛再过筛；获得10～20 目的生物质炭，随后按照质量比1:1000，将过筛后不同孔径的棉花秸秆生物质炭与表层0～40cm的抗性基因污染农田土壤进行均匀混合搅拌，调节污染农田棉花秸秆制备的生物质炭与土壤的田间最大持水量60％，自然条件下保持10天，完成添加生物质的田间活化过程；

随后种植果实类蔬菜辣椒，辣椒种植过程中的水肥管理、植保措施与辣椒的常规种植方式一致，待辣椒成熟收获后，清水清洗辣椒可食果实组织。

对比例1

对比例1与实施例1的区别仅在于土壤不进行任何处理，直接按照实施例1方式种植相同的蔬菜。

对比例2

对比例2与实施例2的区别仅在于土壤不进行任何处理，直接按照实施例1方式种植相同的蔬菜。

对比例3

对比例3与实施例3的区别仅在于土壤不进行任何处理，直接按照实施例1方式种植相同的蔬菜。

对比例4

对比例4与实施例1的区别仅在于土壤与生物质炭混合后，不保持15 天，而是直接种植。

对比例5

对比例4与实施例1的区别仅在于土壤与生物质炭混合后不调节田间持水量，原田间持水量仅为25％。

试验例

检测实施例1与对比例1中蔬菜食用部分的抗生素含量、蔬菜内生菌株的种类及数量、抗性基因的种类与相对丰度，实施例1与对比例1的检测结果见下表1。

表1 实施例1与对比例1的检测结果

检测实施例2与对比例2中蔬菜食用部分的抗生素含量、蔬菜内生菌株的种类及数量、抗性基因的种类与相对丰度，实施例2与对比例2的检测结果见下表2。

表2 实施例2与对比例2的检测结果

检测实施例3与对比例3中蔬菜食用部分的抗生素含量、蔬菜内生菌株的种类及数量、抗性基因的种类与相对丰度，实施例3与对比例3的检测结果见下表3。

表3 实施例3与对比例3的检测结果

由表1中实施例1和对比例1的检测结果可见，经施用生物质炭处理的污染土壤中种植出的萝卜根块内抗生素含量比在原始污染土壤上种植出的萝卜根块内抗生素含量明显下降，如图1；施用生物质炭处理的污染土壤中种植出的萝卜根块内抗性细菌种类、数量比在原始污染土壤上种植出的萝卜根块内抗性细菌种类、数量均明显下降，如图2；施用生物质炭处理的污染土壤中种植出的萝卜根块内抗性基因种类、丰度含量比在原始污染土壤上种植出的萝卜根块内抗性基因种类、丰度含量均明显下降。结果表明，生物质炭可高效阻控土壤四环素、磺胺嘧啶及其相应抗性细菌和抗性基因向根块内迁移富集的过程。

由表2中实施例2和对比例2的检测结果可见，施用生物质炭处理的污染土壤中种植出的叶菜类蔬菜叶片体内抗生素含量比在原始污染土壤上种植出的生菜叶片中抗生素含量明显下降，如图3；施用生物质炭处理的污染土壤中种植出的生菜叶片内抗性细菌种类、数量比在原始污染土壤上种植出的生菜叶片内抗性细菌种类、数量均明显下降，如图4；施用生物质炭处理的污染土壤中种植出的生菜叶片内抗性基因种类、丰度含量比在原始污染土壤上种植出的生菜叶片内抗性基因种类、丰度含量均明显下降。结果表明，该技术中涉及的小麦生物质炭可高效阻控土壤罗红霉素、氧氟沙星及其相应抗性细菌和抗性基因向生菜叶片中迁移富集的过程，有效保障叶菜类蔬菜的食品安全。

由表3中实施例3和对比例3的检测结果可见，施用棉花秸秆生物质炭处理的污染土壤中种植出的辣椒果实中抗生素含量比在原始污染土壤上种植出的辣椒果实中抗生素含量明显下降，如图5；施用棉花秸秆生物质炭处理的污染土壤中种植出的辣椒果实中抗性细菌种类、数量比在原始污染土壤上种植出的辣椒果实中抗性细菌种类、数量均明显下降，如图6；施用棉花秸秆生物质炭处理的污染土壤中种植出的辣椒果实中抗性基因种类、丰度含量比在原始污染土壤上种植出的辣椒果实中抗性基因种类、丰度含量均明显下降。结果表明，该技术中涉及的棉花秸秆生物质炭可高效阻控土壤青霉素、氯霉素及其相应抗性细菌和抗性基因向辣椒果实中迁移富集的过程。

由表1中实施例1和对比例4的检测结果可见，生物质炭和土壤混合后保持一定的天数，能够促进抗性污染物的分解，经施用未经田间活化的生物质炭处理的污染在抗生素含上和种类上下降较少，如图7，抗性菌体种类、数量比在原下降较少，如图8，抗性基因的种类和相对丰度上下降也不明显，因此，生物质炭与土壤混合后的土壤活化过程较为重要。

由表1中实施例1和对比例5的检测结果可见，生物质炭和土壤混合后调节持水量在一定范围内，能够促进抗性污染物的分解，持水量范围不做调整，影响生物质炭的吸附效率。经施用未调节土壤持水量的生物质炭处理的污染土壤中种植出的萝卜根块内抗生素含量比在原始污染土壤上种植出的萝卜根块内抗生素含量下降较少，如图7；抗性细菌种类、数量下降也较少，如图9；抗性基因的种类和抗性基因的相对丰度下降均比较少，因此，保证土壤的田间持水量对于抗性污染物的阻抗具有重要作用。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以做出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims

1.一种生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将生物质炭与土壤混合，然后调节土壤田间持水量并保持5～20天，优选保持7～15天；所述抗性污染物包括抗生素、抗性菌体和抗性基因。

2.按照权利要求1所述的生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法，其特征在于，对生物质炭依次进行破碎和均一化处理，得到生物质炭；

优选地，所述生物质炭粒径为5～20目，优选为8～20目，进一步优选为10～20目；和/或，所述生物质炭粒径为20～50目，优选为30～50目，进一步优选为40～50目；和/或，所述生物质炭粒径为80～100目，优选为90～100目，进一步优选为95～100目，最优选100目。

3.按照权利要求1或2所述的生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法，其特征在于，所述生物质炭为植物源生物质炭，优选平均比表面积为100～200m²/g的植物源生物质炭；

优选地，所述植物源生物质炭包括玉米秸秆制备的生物质炭、小麦秸秆制备的生物质炭或棉花秸秆制备的生物质炭。

4.按照权利要求1或2所述的生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法，其特征在于，所述土壤为表层0～60cm的土壤，优选为表层0～50cm的土壤，进一步优选为表层0～40cm的土壤。

5.按照权利要求1或2所述的生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法，其特征在于，所述生物质炭与土壤的混合质量比为1:1500～1:50，优选为1:1200～1:75，进一步优选为1:1000～1:100。

6.按照权利要求1或2所述的生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法，其特征在于，调节土壤田间持水量为最大持水量的30～70％，优选为35～65％，进一步优选为40～60％，最优选60％。

7.按照权利要求1或2所述的生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法，其特征在于，所述抗生素包括四环素、磺胺嘧啶、罗红霉素、氧氟沙星、青霉素和氯霉素中的一种或几种；和/或，所述抗性菌体包括革兰氏阴性菌和/或革兰氏阳性菌，所述革兰氏阴性菌包括沙门氏菌、农杆菌、寡养单胞菌、不动杆菌属、葡糖杆菌属和假单胞菌中的一种或几种；所述革兰氏阳性菌包括乳酸菌和/或芽孢杆菌；和/或，所述抗性基因包括tetM、tetW、tetQ、sulI、sulII、ermA、ermB、tetQ、qnrB、qnrS1、catI、ampC、catI和catII中的一种或几种。

8.一种植物种植方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的方法完成土壤活化后，进行植物的种植，所述植物包括蔬菜；

优选地，所述蔬菜包括果实类蔬菜、叶菜类蔬菜和根块类蔬菜中的一种或几种；

优选地，所述蔬菜为果实类蔬菜，所述生物质炭的粒径为5～20目，优选为8～20目，进一步优选为10～20目；

优选地，所述蔬菜为叶菜类蔬菜，所述生物质炭的粒径为20～50目，优选为30～50目，进一步优选为40～50目；

优选地，所述蔬菜为根块类蔬菜，所述生物质炭的粒径为80～100目，优选为90～100目，进一步优选为95～100目，最优选100。

9.按照权利要求8所述的植物种植方法，其特征在于，所述果实类蔬菜包括辣椒、西红柿、茄子、黄瓜、玉米和豆角中的一种或几种；和/或，所述叶菜类蔬菜包括生菜、菠菜、白菜、油麦菜、芹菜和油菜中的一种或几种；和/或，所述根块类蔬菜包括萝卜、马铃薯、生姜和红薯中的一种或几种。

10.按照权利要求1-7任一项所述的生物质炭阻控土壤中抗性污染物向植物体内迁移富集的方法或权利要求8-9任一项所述的植物种植方法在农业和林业领域的应用。