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前言
糧農(nóng)組織/國際原子能機(jī)構(gòu)聯(lián)合中心土壤和水管理及作物營養(yǎng)處(SWMCN)籌備的糧農(nóng)組織/國際原子能機(jī)構(gòu)“土地和水管理促進(jìn)氣候智能農(nóng)業(yè)國際研討會(huì)”于2022年7月25日至29日在奧地利維也納舉行。該專題討論會(huì)廣泛涵蓋了與使用同位素和核技術(shù)使土地和水管理有助于氣候恢復(fù)有關(guān)的主題。
會(huì)議包括了兩個(gè)特別主題。一個(gè)是“全球土壤實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)(GLOSOLAN)”,一個(gè)是關(guān)于“糧農(nóng)組織的水產(chǎn)作物”。GLOSOLAN網(wǎng)絡(luò)是全球土壤伙伴關(guān)系(Global Soil Partnership)的一部分,這是糧農(nóng)組織的一項(xiàng)倡議,旨在支持和促進(jìn)全球集體行動(dòng),以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)土壤管理,促進(jìn)糧食安全、適應(yīng)和緩解氣候變化。
在此次會(huì)議之前,于2022年1月舉行了一次關(guān)于同位素技術(shù)在土壤微塑料的檢測、傳輸和評估中的環(huán)境意義的咨詢會(huì)議。會(huì)議與會(huì)者討論了關(guān)于農(nóng)業(yè)土壤中微塑性的去向的協(xié)調(diào)研究項(xiàng)目(CRP)的制定,并制定了檢測方法。此外還舉行了兩次研究協(xié)調(diào)會(huì)議(RCM)。其中一個(gè)是CRP的第三個(gè)RCM“多同位素指紋識別農(nóng)業(yè)污染物的來源和傳輸”(D15018),另一項(xiàng)RCM是CRP關(guān)于“評估抗菌素命運(yùn)的同位素技術(shù)和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中抗菌素耐藥性的影響”(D15022)的首次會(huì)議,這兩次協(xié)調(diào)會(huì)議均于2022年5月舉行。
SWMCN實(shí)驗(yàn)室(SWMCNL)在研究和開發(fā)工作過程中提供了許多成果。如:研究磺胺甲惡唑(SMX)在實(shí)驗(yàn)室條件下使用穩(wěn)定同位素在農(nóng)業(yè)土壤中作為抗微生物劑模型的去向,使用13C標(biāo)記的SMX進(jìn)行幾項(xiàng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),以提供關(guān)于土壤中SMX轉(zhuǎn)化的見解,這將有助于設(shè)計(jì)未來的實(shí)驗(yàn),以研究SMX在田間施肥后的去向。
細(xì)菌耐藥性(AMR)研究進(jìn)展:用穩(wěn)定同位素揭示磺胺甲惡唑在農(nóng)業(yè)土壤中的去向
Advances on Antimicrobial Resistance (AMR): uncovering the fate of Sulfamethoxazole in agricultural soils with stable isotopes, Menyailo, O et.al, Soils Newsletter Vol. 45, No 1, July 2022.
背景
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細(xì)菌耐藥性(AMR)是指微生物(細(xì)菌、真菌、病毒和寄生蟲)抵抗抗菌藥物作用的能力??咕鷦ˋM)用于治療人類和動(dòng)物的細(xì)菌和其他微生物感染,也用作動(dòng)物的生長促進(jìn)劑。畜牧業(yè)是AMR的源頭(糧農(nóng)組織和國際原子能機(jī)構(gòu),2019年),而AMR目前是全球最嚴(yán)重的健康問題之一,每年約有70萬人因此而死亡。糧農(nóng)組織/國際原子能機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)研究項(xiàng)目(CRP)“同位素技術(shù)評估抗菌素的去向及其對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)抗微生物耐藥性的影響”以抗生素磺胺甲惡唑(SMX)為模型AM,并將在實(shí)驗(yàn)室和田間條件下確定其在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的去向。
儀器設(shè)備
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包括:
(a)用于化合物特定多元素穩(wěn)定同位素分析的氣相色譜同位素比質(zhì)譜(GC-IRMS);
(b)光腔衰蕩光譜(CRDS)分析儀(Picarro G2201-i),能精確、連續(xù)地測量二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)中的δ13C;
(c)Memmert培養(yǎng)箱用于在不同溫度條件下培養(yǎng)用抗生素改良的土壤樣品。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
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研究者打算組裝一個(gè)自動(dòng)孵化系統(tǒng),微觀土壤系統(tǒng)將被孵化數(shù)天或數(shù)周,通過密閉室頂空的離散取樣,持續(xù)監(jiān)測CO2和CH4通量及其C同位素組成。然后,可以將這種方法與另一種更為成熟的封閉通量室設(shè)置進(jìn)行比較,該密閉通量室具有頂空的閉環(huán)再循環(huán),但這需要操作員現(xiàn)場操作。利用新的自動(dòng)化系統(tǒng),研究者在CRP期間針對幾個(gè)研究問題進(jìn)行研究。例如,獲得SMX分解的溫度和濕度敏感性的新數(shù)據(jù)。在后期,研究者還將研究氮磷肥料影響下土壤中SMX礦化的溫度和土壤水分敏感性。事實(shí)上,通過將13C標(biāo)記的SMX應(yīng)用于土壤并隨后跟蹤C(jī)O2和CH4中的13C,能夠區(qū)分土壤有機(jī)質(zhì)和SMX對兩種溫室氣體通量的相對貢獻(xiàn)。然后,通過GC-IRMS,研究者希望確定磷脂衍生脂肪酸(PLFA)中的13C,以估計(jì)不同微生物類群吸收的SMX-C的比例。
此外,關(guān)于SMX如何影響土壤微生物群落和活性,以及這如何反映在土壤有機(jī)碳和新添加有機(jī)物質(zhì)的分解速率方面的知識欠缺。為了填補(bǔ)這一空白,研究者進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn),將13C標(biāo)記的葡萄糖與未標(biāo)記的SMX一起施用(圖1)。初步研究結(jié)果表明,新施用的SMX(從10 mg SMX kg-1土壤開始)在較高濃度下對總分解速率有抑制作用。這表明,環(huán)境中抗生素的污染可能會(huì)影響土壤C儲量和轉(zhuǎn)化。然而,從長遠(yuǎn)來看,可能會(huì)出現(xiàn)在土壤微生物中(導(dǎo)致SMX的抑制作用減弱)的AMR是否可以抵消這種影響仍未可知。
上圖,使用新購買的Picarro G2201-i分析儀測量土壤CO2和CH4通量及其C同位素特征。
背景
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同位素標(biāo)記的SMX研究實(shí)驗(yàn)將為農(nóng)業(yè)土壤中的SMX礦化以及SMX污染對土壤微生物生命和土壤C動(dòng)力學(xué)的環(huán)境影響提供重要的見解。
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