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抗生素残留改变土壤氮转化速率和N2O排放路径

粪肥还田；抗生素；N2O排放；微生物群落；氮转化过程

随着有机农业发展，大量抗生素通过畜禽粪污还田、灌溉及其他途径进入土壤环境，威胁土壤生态环境安全。为明确抗生素残留对土壤生物地球化学循环的影响，以环丙沙星为代表性抗生素，利用同位素示踪和高通量测序等技术，探究抗生素对土壤微生物群落、氮转化速率和N₂O排放的影响。结果表明，环境浓度的环丙沙星（0.1 mg/kg和1 mg/kg）显著促进N₂O排放，且低浓度（0.1 mg/kg）表现更强的刺激效应。¹⁵N同位素示踪结果表明，环丙沙星残留主要是降低了自养和异养硝化过程N₂O排放贡献，增加了反硝化过程N₂O排放贡献。同时，环丙沙星残留也显著降低了自养和异养硝化速率，却增加了反硝化速率。此外，环丙沙星残留显著降低了自养（Bacillus）和异养硝化菌（Nitrospira）的丰度，增加了反硝化菌（Methylobacillus）的丰度。通过分析微生物群落组装机制，发现环丙沙星残留降低了自养和异养硝化菌（Bacillus、Nitrospira）的确定性过程，增加了反硝化菌（Methylobacillus）的确定性过程，表明反硝化菌对抗生素胁迫呈更强的耐受性。qPCR结果也进一步表明，环丙沙星残留显著降低了硝化过程amoA，nxrA基因拷贝数，增加了反硝化nirS和nirK基因拷贝数，降低了nosZ基因拷贝数，表明环丙沙星促进NO₂^-还原而抑制N₂O还原。研究为评估抗生素残留对土壤生态环境功能和温室气体排放提供理论依据。