應(yīng)用案例

Picarro G2201-i（行業(yè)快報：土地和水管理促進氣候智能農(nóng)業(yè)國際研討會）

發(fā)表時間：2024-04-17

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前言

糧農(nóng)組織/國際原子能機構(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/國際原子能機構(gòu)“土地和水管理促進氣候智能農(nóng)業(yè)國際研討會”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。

會議包括了兩個特別主題。一個是“全球土壤實驗室網(wǎng)絡(luò)（GLOSOLAN）”，一個是關(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)組織的一項倡議，旨在支持和促進全球集體行動，以實現(xiàn)可持續(xù)土壤管理，促進糧食安全、適應(yīng)和緩解氣候變化。

在此次會議之前，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)境意義的咨詢會議。會議與會者討論了關(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)會議（RCM）。其中一個是CRP的第三個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RCM是CRP關(guān)于“評估抗菌素命運的同位素技術(shù)和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中抗菌素耐藥性的影響”（D15022）的首次會議，這兩次協(xié)調(diào)會議均于2022年5月舉行。

SWMCN實驗室（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）在實驗室條件下使用穩(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標記的SMX進行幾項培養(yǎng)實驗，以提供關(guān)于土壤中SMX轉(zhuǎn)化的見解，這將有助于設(shè)計未來的實驗，以研究SMX在田間施肥后的去向。

細菌耐藥性（AMR）研究進展：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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細菌耐藥性（AMR）是指微生物（細菌、真菌、病毒和寄生蟲）抵抗抗菌藥物作用的能力?？咕鷦ˋM）用于治療人類和動物的細菌和其他微生物感染，也用作動物的生長促進劑。畜牧業(yè)是AMR的源頭（糧農(nóng)組織和國際原子能機構(gòu)，2019年），而AMR目前是全球最嚴重的健康問題之一，每年約有70萬人因此而死亡。糧農(nóng)組織/國際原子能機構(gòu)協(xié)調(diào)研究項目（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，并將在實驗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。

實驗設(shè)計

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研究者打算組裝一個自動孵化系統(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。利用新的自動化系統(tǒng)，研究者在CRP期間針對幾個研究問題進行研究。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。事實上，通過將¹³C標記的SMX應(yīng)用于土壤并隨后跟蹤CO₂和CH₄中的¹³C，能夠區(qū)分土壤有機質(zhì)和SMX對兩種溫室氣體通量的相對貢獻。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碳和新添加有機物質(zhì)的分解速率方面的知識欠缺。為了填補這一空白，研究者進行了一項實驗，將¹³C標記的葡萄糖與未標記的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影響土壤C儲量和轉(zhuǎn)化。然而，從長遠來看，可能會出現(xiàn)在土壤微生物中（導致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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同位素標記的SMX研究實驗將為農(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動力學的環(huán)境影響提供重要的見解。

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