Adsorpcja i degradacja wybranych antybiotyków w glebie rolniczej

Abstract

Na całym świecie znaczne ilości antybiotyków wprowadzane są do środowiska m.in. poprzez stosowanie nawozów naturalnych takich jak gnojowica, gnojówka, obornik czy pomiot drobiowy na pola uprawne i trwałe użytki zielone, co powoduje zanieczyszczenie antybiotykami i podwyższone ryzyko dla środowiska naturalnego, głównie lądowego (gleba), ale również dla środowiska wodnego. Większość badań dotyczących losów antybiotyków w środowisku koncentruje się na środowiskach wodnych. Natomiast niewiele dostępnych jest informacji na temat obecności i zachowywania się antybiotyków w glebach rolniczych.

Celem projektu było przeprowadzenie doświadczeń z zakresu analizy ryzyka dla środowiska naturalnego po wprowadzeniu do gruntów ornych gnojowicy skontaminowanej wybranymi substancjami przeciwbakteryjnymi. Badania polegały na przygotowaniu gnojowicy skontaminowanej doksycykliną i sulfadiazyną na trzech poziomach stężeń 1, 5 i 10 mg/kg, a następnie przeniesienie tak przygotowanej gnojowicy na poletka eksperymentalne o wymiarach 1x1 m i jej wymieszanie z glebą. Ilość gnojowicy wprowadzonej do gleby przeliczono na zawartość azotu na hektar, którego ilość nie może przekraczać 170 kg/ha, zgodnie z wytycznymi Dyrektywy Azotanowej. Po wprowadzeniu gnojowicy ze znanymi stężeniami antybiotyków i jej wymieszaniu z glebą (na głębokość 20 cm), co dwa dni pobierano próbki gleby, w której dokonywano oceny stężenia antybiotyków. Badania prowadzono do momentu, w którym stężenie antybiotyków znalazło się poniżej granicy oznaczalności metody analitycznej (LC-MS/MS) opracowanej do celów niniejszego badania. Ponadto wyznaczono czas połowicznej degradacji antybiotyków w glebie.

Prowadzone doświadczenie wykazało, że doksycyklina jest antybiotykiem bardziej stabilnym w glebie, którego czas połowicznej degradacji DT50 wynosi około 36 dni w porównaniu do sulfadiazyny, dla której czas połowicznej degradacji określono na 10 dni. Czas połowicznej degradacji antybiotyków w glebie rolniczej jest krótszy w porównaniu do wyników otrzymanych w prowadzonym doświadczeniu laboratoryjnym, w którym wyeliminowano wpływ czynników biotycznych i abiotycznych, takich jak działalność mikrobioty glebowej, dostęp światła oraz opady. Wyniki uzyskane dla czasu połowicznej rdegradacji w warunkach laboratoryjnych były o 30% dłuższe niż te uzyskane w naturalnych warunkach polowych. Czas połowicznej degradacji antybiotyków będzie uzależniony od warunków atmosferycznych, działalności mikrobioty oraz pH gleby.

W prowadzonych doświadczeniach polowych i laboratoryjnych podjęto się oszacowania czasu degradacji antybiotyków wprowadzonych do gleb. W wyniku eksperymentu udowodniono, że oba antybiotyki są wykrywane w glebie przez okres ośmiu miesięcy prowadzonego doświadczenia, co prawda w niskich stężeniach na granicy oznaczalności metody (LOQ= 2 µg/kg) dla wprowadzonych do gleby stężeń wynoszących 5 i 10 mg/kg gnojowicy. W glebie do której wprowadzono antybiotyki w początkowym stężeniu wynoszącym 1 mg/kg gnojowicy po ośmiu miesiącach nie stwierdza się obecności doksycykliny i sulfadiazyny. Na czas degradacji antybiotyków w glebie ornej znaczny wpływ będą miały warunki pogodowe, częstotliwość opadów, która przyczynia się do ich migracji w głąb ziemi, działalność mikrobioty glebowej, temperatura i nasłonecznienie. Jednak należy wziąć pod uwagę fakt, że antybiotyki wraz z obornikiem bądź gnojowicą wprowadzane są do gleb ornych nawet dwa razy do roku – wiosną oraz jesienią, co może przyczyniać się do ich akumulacji w glebie. Wyniki naszych badań obejmowały wyłącznie jednokrotne wprowadzenie antybiotyków do gleby ornej przez co oszacowane wartości ryzyka środowiskowego (RQ, ang. risk quotient) wyniosły poniżej 0,01, co świadczy o tym, że stwierdzone w glebie stężenia analizowanych antybiotyków nie będą wykazywały negatywnego wpływu na środowisko naturalne po ich jednokrotnym wprowadzeniu do gleb. Wyznaczenie współczynników adsorpcji i desorpcji wymaga przeprowadzenia większej ilości badań oraz dokładnego scharakteryzowania zastosowanej w doświadczeniu gleby. Uzyskane wyniki badań oraz poczynione obserwacje będą podstawą do sformułowania celu przyszłego projektu badawczego w konkursie SONATA lub „Nauka dla Społeczeństwa”.