养殖废弃物堆肥中抗生素和抗性基因的降解研究

抗生素的滥用及排放会造成细菌产生耐药性以及抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes, ARGs)的传播和扩散。畜禽粪便是导致环境中抗生素污染的主要来源之一。本文综述了四环素类、大环内酯类、喹诺酮类、β-内酰胺类、磺胺类和氨基糖苷类等在水土环境中广泛存在的抗生素及其环境残留水平和对动植物、微生物的影响,分析了当前利用堆肥技术降解畜禽粪便中抗生素和ARGs效果及机制的研究情况。总结得出,猪粪中抗生素残留量最高,其中四环素类残留量为1390~354 000 mg·kg^-1,磺胺类170.6~89 000 mg·kg^-1,氟喹诺酮类411.3~1 516.2 mg·kg^-1,硝基呋喃类85.1~158.1 mg·kg^-1,大环内酯类1.4~4.8 mg·kg^-1。堆肥对大部分抗生素具有好的降解效果,其中四环素类抗生素降解率为62.7%~99%,磺胺类为0~99.99%,对大环内酯类几乎可以完全降解,但是,堆肥无法降解喹诺酮类抗生素。养殖废弃物堆肥过程中,ARGs的降解情况同样因抗生素种类和堆肥方式而不同。已有的研究表明,除大环内酯类ARGs外,堆肥对其他ARGs均具有有效的降解效果,降解率为50.03%~100%。堆肥初期的优势菌门是厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和拟杆菌门;堆肥结束后放线菌门成为最优势菌门。初始抗生素的浓度不影响堆肥结束时微生物的群落组成。温度和pH是影响抗生素降解的最主要因素,而ARGs的降解效果主要受温度影响。     

畜禽粪便中铜和锌污染现状及风险分析

为研究我国畜禽粪便中重金属Cu和Zn的现状及对土壤的污染风险,对数据库和课题组已有的数据进行整理,分析了我国畜禽粪便中Cu、Zn的现状,建立土壤中畜禽粪便重金属Cu和Zn的风险评估模型,预测施用畜禽粪便后土壤Cu、Zn的污染情况,并推算畜禽粪便Cu、Zn的阈值。研究发现,不同畜禽粪便中Cu、Zn含量差异较大,且Zn的含量均高于Cu含量。猪粪中Cu、Zn含量最高,中位值分别为406.9 mg·kg~(-1)和671.3 mg·kg~(-1),羊粪中Cu、Zn含量最低,中位值分别为28.7 mg·kg~(-1)和101.1 mg·kg~(-1)。施用猪粪的土壤中Cu和Zn的积累速率分别为12 080.0 g·hm~(-2)·a~(-1)和18 928.4 g·hm~(-2)·a~(-1);家禽粪的影响其次,Cu和Zn的积累速率分别为1 396.4 g·hm~(-2)·a~(-1)和7 978.1 g·hm~(-2)·a~(-1);牛粪和羊粪的污染风险较低。根据模型计算的阈值中,粪肥中Cu和Zn的阈值范围分别为80.8～2 256.6 mg·kg~(-1)和1 322.4～20 040.9 mg·kg~(-1);粪肥污染风险与阈值呈负相关,污染风险最高的猪粪,阈值最低,其Cu和Zn的阈值范围分别为80.8～163.2 mg·kg~(-1)和1 322.4～1 972.8 mg·kg~(-1)。     

典型养鸡场及其周边土壤中抗生素的污染特征和风险评估

为了解畜禽养殖场中抗生素污染特征和生态风险,选取天津市5家典型规模化养鸡场,分别采集新鲜鸡粪、周边近土,及远离养鸡场的对照远土,用UPLC-MS/MS法检测分析5类兽用抗生素[磺胺类(SAs)、四环素类(TCs)、喹诺酮类(QLs)、大环内酯类(MAs)、β-内酰胺类(β-lactams)]的污染现状,利用风险商值(RQ)法对养鸡场周边土壤环境中的抗生素污染进行生态风险评价,并提出消减典型兽用抗生素的对策。结果表明:天津市5家典型养鸡场新鲜鸡粪样中∑SAs、∑TCs、∑QLs、∑MAs、∑β-lactams的均值分别为4.11、143.34、90.46、258.14μg·kg^-1和4.06μg·kg^-1,养鸡场周边近土及对照远土的土壤样品中∑SAs、∑TCs、∑QLs、∑MAs、∑β-lactams检出浓度范围分别为3.15~8.51、9.92~133.95、2.48~13.72、0.03~2.33、0.01~0.40μg·kg^-1;环境因子与抗生素浓度的冗余分析结果显示,TP、pH及TN对土壤样品中抗生素浓度的影响较大,占抗生素浓度差异性总解释方差的56.35%;生态风险评价结果表明,养鸡场土壤样品中磺胺嘧啶(SD)、磺胺甲恶唑(SMX)生态风险最高,全部表现为高风险。总体上,养鸡场周边近土RQ值高于对照远土的RQ值;RQ差值表明,养鸡场a、b周边近土中4大类抗生素均存在较高的生态风险。因此,养殖场及其周边土壤中抗生素污染应从源头控制使用,在畜禽粪便污染过程中寻找抗生素消减关键技术,降低抗生素的生态风险。     

广州市某绿色和有机蔬菜基地土壤中四环素类抗生素的含量与分布特征

利用高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)分析方法,探讨了广州地区施用粪肥的"绿色蔬菜基地"和"有机蔬菜基地"土壤中4种四环素类抗生素(四环素、土霉素、金霉素和强力霉素)的含量与分布特征。结果表明:土壤中4种四环素类抗生素的总含量在0.11~48.45μg·kg-1之间,平均为12.64μg·kg-1;各抗生素的检出率为69%~92%,平均含量为0.98~6.59μg·kg-1,以土霉素为主;有机蔬菜基地土壤中四环素类抗生素的平均总含量比绿色蔬菜基地土壤中的高;同一基地不同品种蔬菜地土壤中4种四环素类抗生素的组成及含量特征有一定差异。研究区土壤中四环素类抗生素的含量低于土壤中抗生素生态毒害效应触发值(100μg·kg-1),对土壤生物群落结构与功能的生态毒害风险较小。     

广州市兽用抗生素的环境残留研究

畜禽废物中的抗生素可造成土壤及水体的抗生素污染,利用高效液相色谱及高效液相色谱-串联质谱分析了广州市代表性养殖场畜禽废物、施用畜禽粪土壤和鱼塘水中尼卡巴嗪、喹乙醇、四环素类、磺胺类、喹诺酮类、氯霉素类抗生素的含量.结果发现:猪粪、鸡粪中抗生素含量最高的均为四环素类,分别为123.76、14.59 mg·kg-1;含量最低的均为氯霉素类,分别为2.35μg·kg-1、0.08 mg·kg-1;小猪猪粪中抗生素的含量明显高于大猪.鱼塘水中抗生素含量较高的是四环素(5.16μg·L-1)与磺胺对甲氧嘧啶(4.78μg·L-1),土霉素在所有样点中均未被检出.施用禽畜粪土壤中四环素类、喹诺酮类含量较高,分别为70.40、49.77μg·kg-1;磺胺甲基嘧啶、磺胺对甲氧嘧啶、磺胺甲噁唑、甲砜霉素、氯霉素、喹乙醇均未被检出.粪样中的抗生素可导致土壤和水体的抗生素污染,TCs、QNs和NCZ可能对生态环境和人类健康安全的威胁更大.     

土壤和茎基部镉含量对稻米镉污染风险的影响

为了探讨影响稻米镉(Cd)污染风险的关键因素,通过分析土壤总Cd和有效态Cd含量在不同海拔高度和季节间的变化,对降低稻米Cd超标风险的科学分类方法进行了比较研究。结果表明,海拔高度、水稻生长季节和深层土壤Cd含量等因素对耕层土壤Cd污染程度均有显著影响,低海拔地区的土壤Cd含量显著高于高海拔地区。深层土壤(40~60 cm)的Cd含量比较稳定(0.11~0.60 mg·kg^-1),耕层土壤(0~20 cm)Cd含量波动很大(0.22~1.78 mg·kg^-1)。耕层土壤Cd总量和有效态Cd含量高度线性相关,但对低Cd稻米(Cd≤0.2 mg·kg^-1)的分布频率没有显著影响。随着土壤Cd含量的增加,中Cd稻米(0.2 mg·kg^-10.8 mg·kg^-1)的发生率显著增加,导致稻米的超标风险急剧增加。在海拔高度为26~90m的平原和岗地,稻米Cd含量和产地的海拔高度显著负相关,低海拔地区有效态Cd含量明显高于相邻的高海拔地区。根系和茎基部的Cd含量与稻米的Cd含量显著正相关,当茎基部Cd含量<4.0 mg·kg^-1时,稻米Cd超过0.4 mg·kg^-1的样点数为8.8%,全部样点的稻米Cd平均值为0.20 mg·kg^-1。当茎基Cd含量>9.0 mg·kg^-1时,稻米Cd含量几乎都在0.8 mg·kg^-1以上。由此可见,以容易受农事活动和生态因素影响的耕层土壤Cd含量为依据对水稻产区进行分类,不能有效控制稻米Cd含量超过0.2 mg·kg^-1的风险;以茎基Cd含量为依据进行稻田分类,可以有效降低稻米Cd超标的风险。     

再生铝企业周边农田土壤与农作物重金属含量特征分析

为探究再生铝企业群周边农田土壤及作物的污染状况,通过现场采样及室内测试,对企业周边土壤及农作物中7种重金属元素的含量进行分析,应用空间插值法对土壤重金属的空间分布特征进行研究。结果表明,研究区域土壤中Cd含量相对较高,含量范围为0.11~1.86 mg·kg^-1,其平均值超过了我国土壤污染风险筛选值标准,Cu、Cr、Zn、Pb、Cd、Ni和As 7种元素的平均值分别达到河北省背景值的1.9、1.1、1.4、1.5、4.1、0.91倍和0.39倍,Cd元素存在强生态风险。从空间分布特征来看,土壤中Cd、Pb、Cu、Zn 4种元素均表现出以企业为中心向四周逐渐递减的分布趋势,且高值分布范围相对其他金属较广。小麦籽粒中Cu、Zn、Cd、Cr和Pb 5种元素存在不同程度的超标现象,最严重的为元素Pb,其含量范围为0.02~1.06 mg·kg^-1,与食品安全国家标准相比,最大超标倍数达到5.3倍,其高值样品分布在研究区北部。玉米籽粒也发现Cr、Zn、Ni超标的现象,Cr超标较其他重金属严重,其含量范围为0.16~1.32 mg·kg^-1。研究表明,再生铝企业活动对周边农田土壤和农作物造成多种重金属污染威胁,需要引起重视。     

广州市北郊蔬菜基地土壤四环素类抗生素的残留及风险评估

为了解蔬菜基地土壤中四环素类抗生素的残留及风险状况,采集了广州市北郊20个蔬菜基地30个土壤样品,利用固相萃取(SPE)-高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)分析方法,检测土壤中四环素类抗生素(四环素、土霉素和金霉素)的残留状况,并引入层次分析法、风险商值法和指示克里金法,分析研究区域土壤抗生素的主要来源、生态风险以及空间分布。结果表明,广州市北郊蔬菜基地土壤四环素(Tetracycline,TC)、土霉素(Oxytetracycline,OTC)和金霉素(Chlorotetracycline,CTC)的含量范围分别为ND~30.37μg·kg~(-1)、ND~903.13μg·kg~(-1)和ND~103.02μg·kg~(-1),其平均值分别为5.64、38.39μg·kg~(-1)和8.92μg·kg~(-1),3种TCs在土壤中的平均含量高低顺序为:OTCCTCTC。粪肥是土壤3种TCs的主要来源,其贡献率大于50%;其次是商业性有机肥,其权重系数为24%左右。广州市北郊蔬菜基地土壤中3种TCs的生态风险整体较低,但西部部分区域处于中、高风险等级,首要防控污染物为OTC,其次是CTC。     

四环素类抗生素生态毒性研究进展

四环素类抗生素是使用最广泛、用量最大的抗生素种类之一,其在环境中的大量残留带来了潜在的环境风险.本文介绍了四环素类抗生素目前在世界范围内的使用情况以及污染水平;并围绕微生物、植物、动物和土壤生物的生态毒性对四环素类抗生素的生态毒性进行阐述,总结了四环素类抗生素在群落、个体、细胞和分子水平上的生态毒性.最后,分析了目前对四环素类抗生素在土壤中的生态毒性研究相对滞后的原因,对今后的研究重点进行了展望.     

洱海流域畜禽饲料·粪便·土壤中四环素类抗生素残留分析

[目的]研究洱海流域畜禽粪便、饲料和土壤中的四环素类抗生素残留状况。[方法]以云南省洱海流域养殖业链为研究对象,采样分析了11个饲料样品、10个粪便样品、21个土壤样品中土霉素、四环素、金霉素残留状况。[结果]饲料中四环素、土霉素、金霉素的检出率分别为100%、100%、50%,其中猪饲料中土霉素、金霉素含量最高,其次是鸡饲料,奶牛饲料添加的抗生素相对较低;粪样中土霉素检出率为100%,四环素检出率为80%,金霉素检出率为90%,其中鸡粪中残留的抗生素最高;土壤抗生素残留较低,金霉素的检出率为66.6%,四环素、土霉素均未检出。[结论]洱海流域养殖业残留抗生素对环境和人体健康的风险较低。     

神刘村汾河灌区耕层土壤养分空间变异性研究

应用传统统计学、地统计学和GIS技术相结合的方法,分析了尧都区神刘村汾河水灌溉区耕层土壤养分的空间变异规律,绘制了表达这些土壤特性随机性和结构性的半方差图和空间分布图.结果表明：土壤有机质、全氮、全磷、全钾、有效氮、速效磷、速效钾、有效铜、有效锰、有效锌和有效铁含量范围分别为45.62～9.61 g·kg-1、1.82～0.06 g· kg-1、1.19～0.26 g·kg-1、19.86～11.18 g· kg^-1、197.62～37.34 mg· kg-1、28.50～0.40 mg·kg-1、488.89～102.22 mg· kg-1、3.12～0.38 mg· kg-1、6.16～1.39 mg· kg-1、4.23～0.42 mg· kg-1、19.82～4.18mg·kg-1.与全国第二次土壤普查养分分级表的比较,调查区土壤有机质、全氮、全钾的均值处于二级水平,全磷、水解氮和有效锌的均值处于二级水平,土壤速效钾的均值处于一级水平,其含量均可满足农作物的生长需求,但该地区土壤有效锰的均值处于五级水平.在研究区内,土壤各养分的空间变异程度均属于中等强度.有效锰的空间分布为纯块金效应,说明在采样范围内不存在空间相关性.水解氮和有效铁的空间分布体现为中等空间相关性,其余养分的空间分布均体现为强空间相关性.     

南通市农田土壤重金属含量及评价

为有效防治农田土壤重金属污染,对南通市农田土壤重金属含量及其污染状况进行了分析和评价。结果表明:重金属平均含量分别为Cd 0.14mg·kg-1、Cr 51.41mg·kg-1、Pb 19.47mg·kg-1、As 6.93mg·kg-1、Hg0.10mg·kg-1。一般农田未受到重金属污染,个别蔬菜地受到重金属轻度污染,主要污染物为Cd,单项污染指数为1.60。全市农田土壤重金属平均综合污染指数为0.31,处于安全水平。     

施用猪粪土壤中抗生素的降解、植物有效性及土壤酶活性变化

在土壤中添加不同用量(0、1%、2%和4%)猪粪进行土壤培养和荔枝盆栽试验,研究来自猪粪的抗生素(金霉素、强力霉素)在土壤360 d内的降解动态和土壤酶活性的变化,并探讨不同时间(153 d和210 d)收获的荔枝植株吸收两种抗生素能力变化。结果表明:施用猪粪显著提高土壤两种抗生素含量(P0.05),金霉素和强力霉素在土壤中的半衰期分别为26.84 d和58.89 d;施入猪粪可提高土壤过氧化氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性。当猪粪施用量为1%和2%时,土壤3种酶活性与金霉素和强力霉素含量为显著正相关(P0.05)。随荔枝生长时间延长,植株金霉素含量显著提高,但与猪粪用量关系不大;植株强力霉素含量随猪粪用量增加而显著提高,但随荔枝生长被生物量稀释而下降。金霉素在植株体内向上转移能力较强(转移系数0.595~0.789),强力霉素则很弱(转移系数0.01)。收获荔枝植株后,根际土壤两种抗生素的累积也与猪粪用量正相关。荔枝为多年生果树,如长期连续大量施用此类禽畜粪肥,可能造成抗生素在果园土壤的累积,荔枝果实存在吸收抗生素、尤其是金霉素的风险。     

同源猪场废弃物对土壤-生菜系统铜锌迁移的影响

猪场废弃物Cu、Zn含量高,为了比较同源猪场废弃物(沼液、猪粪、沼渣)对土壤-生菜系统Cu、Zn迁移的影响,从广东省博罗县某规模化养猪场同时采集了猪粪、沼液与沼渣3种猪场废弃物,在Cu风险土壤中添加不同用量猪场废弃物(按每千克土壤0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g总氮水平计算),通过连续2茬生菜的盆栽试验来研究同源猪场废弃物对生菜可食部分Cu、Zn含量和土壤有效态Cu、Zn含量的影响。结果表明:生菜生物量受猪场废弃物种类及其处理水平2种因素的显著影响。生菜可食部分Cu、Zn含量范围分别为0.46～2.08、0.70～14.4 mg·kg~(-1)。生菜可食部分Cu、Zn含量受猪场废弃物种类及其处理水平的显著影响,影响大小顺序为废弃物种类废弃物处理水平;猪场废弃物提高第1茬生菜可食部分Cu含量,但降低第2茬生菜可食部分Cu含量和第1、2茬生菜可食部分Zn含量。废弃物种类对Cu影响大小顺序为猪粪沼渣沼液,对Zn影响大小顺序为猪粪沼液沼渣。猪场废弃物种类及其处理水平(两者中前者的影响大于后者)显著影响DTPA-Cu或DTPA-Zn含量,废弃物种类的影响大小顺序为沼渣猪粪沼液。本文供试土壤具有一定的消纳富Cu猪场废弃物的能力,富Cu猪场废弃物也适合施用到缺Cu土壤上。     

畜禽粪污厌氧发酵沼液农用之环境安全风险

畜禽粪污沼液是以畜禽粪污为主要原料,经厌氧发酵产生沼气后的残留液。中国沼气工程建设始于20世纪70年代,随着畜禽养殖业的发展和畜禽粪污厌氧消化技术的推广,畜禽粪污厌氧发酵沼液的产生量随之增大。畜禽粪污沼液属于污水的一种,畜禽粪污厌氧发酵沼液的安全消纳或治理已成为当前中国农业源废弃物污染防治必须要面对和解决的问题。目前,中国畜禽粪污沼液还田消纳作为一种沼液处理的主要方式,即沼液未经过无害化处理而直接还田。然而,由于畜禽粪污中多种有害物质（包括重金属和抗生素类污染物）可在沼液中残留,且大多存在不同程度超出国家水质安全标准,危害农田生态环境安全。本文收集了最近十几年来公开发表的大量文献中的研究数据,分析了猪、牛、鸡饲料和粪污中重金属等污染元素和抗生素的含量,评估了粪污沼液还田对土壤质量、农田水环境和农产品安全的影响。研究结果显示,（1）畜禽粪污沼液存在水质严重超标。如畜禽粪污沼液中检出Hg、Cd、As、Pb、Cr、Cu、Zn和Cl大多超出国家《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2005）;且超出国家《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）IV-V类水质标准。此外,畜禽粪污沼液中还检出多种抗生素残留,其中以四环素类较其他类抗生素浓度为高,且高出欧盟医药产品评估局（EMEA）规定的水环境抗生素阈值（10 ng·L^-1）。（2）畜禽粪污沼液农用存在农地污染风险。如施用沼液的土壤中检出Cd、As、Pb、Ni、Cr、Cu和Zn等均有不同程度超出国家《土壤环境质量—农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618—2018）中农用地土壤污染风险筛选值。另有研究报道,连续6年施用沼液的土壤中检出多种抗生素类兽药残留,其中四环素类和喹诺酮类抗生素残留量最高（分别约为3.9和14.3 mg·kg^-1）,已超过国际兽药协调委员会（VICH）规定的土壤中抗生素残留允许限量（0.1 mg·kg^-1）。（3）畜禽粪污沼液农用存在农产品安全风险。如施用沼液的作物中检出多种污染物（如蔬菜中Cd、Pb、Ni、Cr、Zn、As和粮食作物中Zn、As等）累积量存在不同程度超出国家《农产品安全质量无公害蔬菜安全要求》（GB/T 18406.1—2001）和《食品中污染物限量》（GB 2762—2017）。鉴于当前畜禽粪污沼液不达标还田利用存在环境安全风险,以致农产品中多种污染物超标,可能对人类健康产生危害,沼液的无害化处理使其达标还田对于确保土壤、水体及农产品安全势在必行。为此,加强沼液中多种污染物的协同去除处理技术的研发和应用,对于确保沼液资源化安全利用具有实际意义。     

19份野生豆科绿肥的有机肥品质评价

分析19份采自海南、广西、广东、福建、云南等地的豆科绿肥种质的矿质养分含量,并在此基础上利用有机肥分级评价方法对这些豆科种质进行有机肥分级。结果表明:19份豆科绿肥的大量元素含量变异较大,其中含氮量为12.4~43.8 g·kg-1(平均22.2 g·kg-1),含磷量为4.3~16.7 g·kg-1(平均9.7 g·kg-1),含钾量为5.6~31.1 g·kg-1(平均12.9 g·kg-1)。供试的19份豆科绿肥种质的有机肥评价结果显示,大多数为2级有机肥,3级和1级有机肥均仅有1份,说明这19份豆科绿肥都是品质较高的绿肥。     

不同有机物料对灌漠土重金属累积特征及作物效应的影响

【目的】 探讨长期施用有机物料对灌漠土中重金属含量、形态赋存特征及作物重金属含量的影响,为有机物料农业安全利用及土壤有机培肥中重金属累积控制提供理论依据和技术支持。【方法】 利用田间长期定位试验,研究鸡粪、牛粪、猪粪、菌渣、污泥和沼渣对灌漠土几种典型重金属元素含量、赋存形态及小麦植株中重金属含量的影响。【结果】 长期（7年）施用鸡粪、猪粪、污泥的处理显著增加了灌漠土中Cu、Zn含量,增加量为猪粪＞鸡粪＞污泥,其中Cu含量分别增加了62.20%、20.10%和10.26%,Zn含量分别增加了79.98%、39.24%和18.31%,并与施用年限呈显著正相关关系。3种有机物料施用下Cu平均每年累积速率为4.16、1.25和0.97 mg·kg ^-1·a ^-1,Zn平均每年累积速率为11.04、4.86和2.59 mg·kg ^-1·a ^-1。但施用上述3种有机物料对Cd、Cr、Pb和Ni含量没有显著影响。施用牛粪、菌渣和沼渣对灌漠土中重金属含量亦无显著影响。施用鸡粪、猪粪、污泥还显著影响了土壤中Cu、Zn赋存形态,增加了土壤中Cu、Zn各有效赋存形态的含量和占总量的比例,显著提高了灌漠土中Cu、Zn有效态的含量,显著增加了小麦根和秸秆中Cu、Zn的含量,其中猪粪影响最大。【结论】 猪粪、鸡粪、污泥长期施用可导致灌漠土中Cu、Zn快速累积并提高Cu、Zn的生物有效性,其中猪粪的作用尤为明显。在施用有机物料培肥土壤时,要特别关注其中Cu、Zn的含量,以确保土壤健康和可持续利用。