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Picarro G2201-i（行业快报：土地和水管理促进气候智能农业国际研讨会）

发表时间：2024-04-17

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前言

粮农组织/国际原子能机构联合中心土壤和水管理及作物营养处（SWMCN）筹备的粮农组织/国际原子能机构“土地和水管理促进气候智能农业国际研讨会”于2022年7月25日至29日在奥地利维也纳举行。该专题讨论会广泛涵盖了与使用同位素和核技术使土地和水管理有助于气候恢复有关的主题。

会议包括了两个特别主题。一个是“全球土壤实验室网络（GLOSOLAN）”，一个是关于“粮农组织的水产作物”。GLOSOLAN网络是全球土壤伙伴关系（Global Soil Partnership）的一部分，这是粮农组织的一项倡议，旨在支持和促进全球集体行动，以实现可持续土壤管理，促进粮食安全、适应和缓解气候变化。

在此次会议之前，于2022年1月举行了一次关于同位素技术在土壤微塑料的检测、传输和评估中的环境意义的咨询会议。会议与会者讨论了关于农业土壤中微塑性的去向的协调研究项目（CRP）的制定，并制定了检测方法。此外还举行了两次研究协调会议（RCM）。其中一个是CRP的第三个RCM“多同位素指纹识别农业污染物的来源和传输”（D15018），另一项RCM是CRP关于“评估抗菌素命运的同位素技术和农业系统中抗菌素耐药性的影响”（D15022）的首次会议，这两次协调会议均于2022年5月举行。

SWMCN实验室（SWMCNL）在研究和开发工作过程中提供了许多成果。如：研究磺胺甲恶唑（SMX）在实验室条件下使用稳定同位素在农业土壤中作为抗微生物剂模型的去向，使用¹³C标记的SMX进行几项培养实验，以提供关于土壤中SMX转化的见解，这将有助于设计未来的实验，以研究SMX在田间施肥后的去向。

细菌耐药性（AMR）研究进展：用稳定同位素揭示磺胺甲恶唑在农业土壤中的去向

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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细菌耐药性（AMR）是指微生物（细菌、真菌、病毒和寄生虫）抵抗抗菌药物作用的能力。抗菌剂（AM）用于治疗人类和动物的细菌和其他微生物感染，也用作动物的生长促进剂。畜牧业是AMR的源头（粮农组织和国际原子能机构，2019年），而AMR目前是全球最严重的健康问题之一，每年约有70万人因此而死亡。粮农组织/国际原子能机构协调研究项目（CRP）“同位素技术评估抗菌素的去向及其对农业系统抗微生物耐药性的影响”以抗生素磺胺甲恶唑（SMX）为模型AM，并将在实验室和田间条件下确定其在农业系统中的去向。

仪器设备

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包括：

（a）用于化合物特定多元素稳定同位素分析的气相色谱同位素比质谱（GC-IRMS）；

（b）光腔衰荡光谱（CRDS）分析仪（Picarro G2201-i），能精确、连续地测量二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）中的δ¹³C；

（c）Memmert培养箱用于在不同温度条件下培养用抗生素改良的土壤样品。

实验设计

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研究者打算组装一个自动孵化系统，微观土壤系统将被孵化数天或数周，通过密闭室顶空的离散取样，持续监测CO₂和CH₄通量及其C同位素组成。然后，可以将这种方法与另一种更为成熟的封闭通量室设置进行比较，该密闭通量室具有顶空的闭环再循环，但这需要操作员现场操作。利用新的自动化系统，研究者在CRP期间针对几个研究问题进行研究。例如，获得SMX分解的温度和湿度敏感性的新数据。在后期，研究者还将研究氮磷肥料影响下土壤中SMX矿化的温度和土壤水分敏感性。事实上，通过将¹³C标记的SMX应用于土壤并随后跟踪CO₂和CH₄中的¹³C，能够区分土壤有机质和SMX对两种温室气体通量的相对贡献。然后，通过GC-IRMS，研究者希望确定磷脂衍生脂肪酸（PLFA）中的¹³C，以估计不同微生物类群吸收的SMX-C的比例。

此外，关于SMX如何影响土壤微生物群落和活性，以及这如何反映在土壤有机碳和新添加有机物质的分解速率方面的知识欠缺。为了填补这一空白，研究者进行了一项实验，将¹³C标记的葡萄糖与未标记的SMX一起施用（图1）。初步研究结果表明，新施用的SMX（从10 mg SMX kg^-1土壤开始）在较高浓度下对总分解速率有抑制作用。这表明，环境中抗生素的污染可能会影响土壤C储量和转化。然而，从长远来看，可能会出现在土壤微生物中（导致SMX的抑制作用减弱）的AMR是否可以抵消这种影响仍未可知。

上图，使用新购买的Picarro G2201-i分析仪测量土壤CO₂和CH₄通量及其C同位素特征。

背景

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同位素标记的SMX研究实验将为农业土壤中的SMX矿化以及SMX污染对土壤微生物生命和土壤C动力学的环境影响提供重要的见解。

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