畜禽粪便中常见抗生素去除的研究进展

随着我国规模化、集约化畜禽养殖业的快速发展,大量兽用抗生素被广泛用于畜禽养殖业。由于抗生素在动物体中不能完全被吸收,导致畜禽粪便中抗生素高浓度残留,对生态环境和人类健康构成很大威胁。本文综述了畜禽粪便中常见的四大类抗生素(四环素类、氟喹诺酮类、磺胺类和大环内酯类抗生素)的分布特征及去除方法,比较了不同去除方法对抗生素的降解效果,旨在为畜禽养殖粪便抗生素残留的控制提供参考。     

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。     

宁夏规模养殖场畜禽粪便养分含量和重金属、抗生素残留量测定及安全性评估

通过对宁夏规模养殖场奶牛、肉牛、生猪、蛋鸡、肉鸡5种畜禽的16个粪便样品、8个堆粪样品、9个有机肥样品,奶牛场、猪场4个干湿分离粪渣样品和5个液体粪污样品的化验分析,测定了样品中常规养分含量,常量、微量元素含量,重金属和稀有元素含量,抗生素残留量等.结果显示:宁夏规模养殖场奶牛、肉牛、猪、肉鸡、蛋鸡粪便、堆粪、粪渣及生产的商品有机肥均含有丰富的有机质及氮、磷、钾等常规养分和铁、铜、锌、锰、镁、钙等常量、微量矿物质元素,是优质的有机肥资源.其所含的全盐量、重金属含量对照《畜禽粪便还田技术规范》(GB/T 25246-2010),以畜禽粪便为主要原料的肥料中,畜禽粪便的砷、铜、锌含量限值和宁夏规模养殖奶牛、肉牛、生猪、蛋鸡、肉鸡粪便、堆粪、有机肥中砷、铜、锌含量测定值对比,重金属砷的含量远低于畜禽粪便作为肥料的限值,猪粪便和堆粪中铜的含量超过了水稻、蔬菜限值标准;奶牛场堆粪中锌的含量超过蔬菜和水稻的用肥限值标准.宁夏规模养殖场畜禽粪便干物质中含有多种抗生素,含量最高值为奶牛场有机肥样品,其干物质中土霉素质量比为15.83 mg/kg,其他粪便样品干物质中多种抗生素含量普遍低于0.1 mg/kg,查阅国内相关研究结果,相比均在较低水平.     

1株耐铜、锌离子土霉素降解菌的筛选鉴定及特性

【目的】铜、锌离子和土霉素作为养殖业中常用饲料添加剂,在畜禽粪便和污水中大量残留,形成了复合污染。本文在铜、锌离子的胁迫下筛选出降解土霉素的菌株。【方法】通过选择培养基,从养殖废水中筛选分离出1株土霉素降解菌DJI,优化其降解条件,测定DJ1菌株对其他四环素类抗生素和氯霉素的耐受性。【结果】通过菌株形态学特征及18S rDNA序列比对分析,确定DJ1菌株为Cutaneotrichosporon cutaneum。该菌在pH7、温度30℃、装液量50 mL(使用250 mL三角瓶)、底物质量浓度200 mg/L、接种量为1%(φ)的条件下,培养5 d后对土霉素的降解率为78.83%。在低质量浓度(50 mg/L)土霉素的培养基中,添加50 mg/L Zn~(2+)抑制了土霉素的降解;而在高质量浓度(200mg/L)土霉素培养基中,添加50 mg/L Cu~(2+)抑制了土霉素的降解。菌株DJ1对四环素类抗生素及氯霉素具有高耐受能力,耐受均超过700 mg/L,能在抗生素与重金属铜、锌离子二元交叉培养基平板上生长,具有耐抗生素与重金属的双重抗性。【结论】菌株DJI具有高耐受四环素类抗生素、氯霉素、铜和锌离子的能力,能高效降解土霉素,可在环境抗生素污染防治中发挥积极作用。     

畜禽粪便堆肥中抗生素和重金属残留及控制研究进展

规模化养殖畜禽类粪便中会含有多种抗生素类药物残留和重金属元素,对其在农业中的利用产生了负面影响,针对这种状况,总结了我国抗生素和微量重金属元素在畜禽粪便中的来源、残留及其复合污染特征,概述了这两类物质在畜禽粪便堆肥处理过程中的无害化处理技术,并对此提出了一些展望和建议。     

畜禽粪便堆肥中抗生素和重金属残留及控制研究进展

规模化养殖畜禽类粪便中会含有多种抗生素类药物残留和重金属元素,对其在农业中的利用产生了负面影响,针对这种状况,总结了我国抗生素和微量重金属元素在畜禽粪便中的来源、残留及其复合污染特征,概述了这两类物质在畜禽粪便堆肥处理过程中的无害化处理技术,并对此提出了一些展望和建议。     

畜禽粪便农用对土壤氨氧化及其功能微生物的影响

畜禽粪便作为有机肥农用是对养殖业产生的大量有机废弃物重要的综合利用途径。由于常含有重金属和抗生素等多种污染物,长期施用不仅污染土壤环境,而且影响土壤关键过程和土壤质量。本文综述了畜禽粪便农用对土壤氨氧化过程及其功能微生物影响的研究进展,表明:重金属对氨氧化过程及其功能微生物具有抑制作用,抑制影响程度与重金属种类和可溶性重金属相关,而与重金属全量相关性不高;抗生素对土壤氨氧化的影响过程和作用机制具有种间差别,如氟奎诺酮类抗生素在中高浓度时抑制氨氧化过程及功能微生物,而四环素类却表现出增益作用;抗生素与重金属对土壤氨氧化的复合影响有待进一步研究。     

堆肥消减畜禽粪便中病原微生物及抗生素残留的研究进展

随着我国畜禽养殖业的规模化发展,畜禽粪便排放量急剧增加,其中含有大量的病原微生物及抗生素残留,如不进行处理会对人类健康和生态环境造成严重威胁。堆肥技术能有效去除畜禽粪便中大部分病原微生物及抗生素残留。本文对畜禽粪便中病原微生物、抗生素残留以及堆肥对病原微生物及各类抗生素的消减情况进行了总结,并对今后堆肥的研究方向提出了建议。     

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。     

畜禽粪便中铜锌的污染及治理研究进展

由于畜禽对铜锌的利用率较低,摄入的铜锌经体内代谢后大部分随粪便排出。施用此类粪肥会造成铜锌元素在土壤中的累积,破坏土壤的质地和微生物,影响作物产量和养分,增加农作物中铜锌的含量,最终通过食物链给人类的健康造成潜在危害。中国畜禽养殖业进入规模化阶段,生猪和家禽饲养量居世界第一,畜禽粪便中铜锌的污染已成为中国农业环境领域急需解决的问题之一。针对畜禽粪便中铜锌污染的现状,本研究综述了应用氨基酸铜锌螯合物,在堆肥中使用钝化剂,采用生物沥浸法、电化学法和有机酸浸提的新型处理技术来提高畜禽对铜锌的吸收,降低畜禽粪便中铜锌生物有效性的研究进展,提出规范饲料生产和养殖管理、完善有机肥标准的建议,以期为解决中国农业环境的铜锌污染问题提供理论及技术依据。     

我国畜禽粪便重金属污染现状及其钝化措施研究进展

我国畜禽养殖业呈现出集约化经营的特点,畜禽粪便制备的有机肥中仍存在较严重的重金属超标问题,导致土壤环境中重金属逐年累积,农产品品质急剧下降。回顾了我国畜禽粪便重金属污染的现状,总结分析了近年来畜禽粪便重金属污染采取的钝化措施,重点针对堆肥过程中钝化剂的种类及钝化效果进行了总结概括,据此对该领域的未来研究趋势及重点发展方向作了概括性展望。综合分析认为,钝化剂的研发应关注成本低廉、废弃资源再利用的材料。以畜禽粪便为原料的有机肥的土地利用需开展长期定位试验,以进一步追溯重金属在土壤中的变化。     

基于农田土壤重金属污染风险筛选值的畜禽粪污农田承载力估算

针对有机肥施用中,畜禽粪便中重金属造成农田土壤污染的问题,对重金属在养殖业-种植业生产系统中的流动过程进行分析,建立基于农田土壤重金属污染风险筛选值的畜禽粪污农田承载力估算模型,以黑龙江农垦和新疆生产建设兵团的养殖业-种植业生产系统为研究对象,计算获得相应的畜禽粪污农田承载力。结果表明:1)在水稻、玉米和大豆种植情况下,黑龙江农垦每hm2农田可承载的猪当量分别为37、21和21头;在棉花、小麦和玉米种植情况下,新疆生产建设兵团每hm2农田可承载的猪当量均为67头。2)在畜禽粪便有机肥施用过程中,黑龙江农垦和新疆生产建设兵团农田土壤重金属污染风险防控应以Cd、Cu和Zn为主。建议未来注重防控农田土壤酸化和以磷肥途径的Cd输入,并根据各自实际畜禽养殖生产现状与农田土壤重金属本底值,建立地方标准控制畜禽粪便有机肥中Cu和Zn的质量分数。     

高温堆肥对畜禽粪中抗生素降解和重金属钝化的作用

 【目的】规模化养殖畜禽粪中含有多种抗生素药残和重金属元素，其对畜禽粪在农业中利用的影响已引起广泛的重视。通过试验研究探索对畜禽粪中抗生素降解和重金属钝化的技术途径。【方法】利用高温堆肥方法，比较不同堆肥处理对畜禽粪中四环素类抗生素TTC（四环素）、OTC（土霉素）和CTC（金霉素）的降解特点以及对重金属Cu、Zn、Cr、As元素水溶态的影响。【结果】不同堆肥处理的TTC、OTC、CTC均以P+S处理、C+S处理去除效果最好；添加专门选择的BM菌剂可以促进四环素类抗生素的降解，添加BM菌剂处理对TTC、OTC、CTC的降解去除效果好于P+S＋TCs处理和C+S＋TCs处理。所有处理对OTC降解去除效果较差，C+S＋OTC处理去除率最低为40.23%。所有堆肥处理降解去除率由大到小的顺序均为：TTC＞CTC＞OTC。添加风化煤堆肥处理对水溶态Cu、Zn、Cr、As的钝化效果显著地好于P+S和C+S处理。猪粪堆肥添加风化煤钝化剂处理的Cu、Zn、Cr、As元素水溶态含量,堆肥后比堆肥前分别减少了6.17%、6.40%、4.17%和1.83%。鸡粪堆肥添加风化煤钝化剂的处理，堆肥后比堆肥前分别减少了7.07%、5.69%、5.50%和2.07%。【结论】在不同堆制条件下，高温堆肥对四环素类抗生素具有不同程度的降解效果，外源添加有益降解菌剂有助于抗生素药物残留的去除；高温堆肥也可以降低重金属生物有效性，风化煤对畜禽粪堆肥中的水溶态重金属元素具有钝化作用。     

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。     

施肥方式对蔬菜地土壤中8种抗生素残留的影响

从浙江省杭州、嘉兴和绍兴等3个地级市采集了4种不同施肥方式下(分别为施用畜禽粪+化肥、商品有机肥+化肥、沼渣+化肥和单施化肥)的蔬菜地表层土壤样品44个,分析了4类8种抗生素(包括四环素类抗生素的土霉素、四环素和金霉素,喹诺酮类抗生素的恩诺沙星,磺胺类抗生素的磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲噁唑及大环内脂类抗生素的泰乐菌素)的残留情况,探讨了施肥方式对蔬菜地土壤中抗生素残留的影响。结果表明,蔬菜地土壤中抗生素的检出率和残留含量与施肥方式密切相关。8种检测的抗生素中土霉素的检出率和残留含量明显高于其他种类的抗生素,土霉素的平均含量占8种抗生素总量平均值的67.03%。抗生素的检出率和平均含量由高至低依次为:土霉素>磺胺二甲嘧啶>恩诺沙星>四环素>磺胺甲噁唑、泰乐菌素>金霉素>磺胺嘧啶;四环素类抗生素>磺胺类抗生素。土壤中各类抗生素的检出率及含量均为施用畜禽粪的蔬菜地>施用商品有机肥的蔬菜地>施用沼渣的蔬菜地>单施化肥的蔬菜地,施用畜禽粪的蔬菜地土壤中抗生素残留量明显高于其他蔬菜地。试验结果表明,畜禽粪是蔬菜地土壤抗生素的主要来源,商品有机肥和沼渣的施用对蔬菜地土壤中抗生素的残留也有一定的贡献。     

我国土壤畜禽粪便抗生素残留研究进展

近年来随着抗生素的广泛使用，土壤中的抗生素残留对农业生产和发展产生了负面影响，这些抗生素的来源之一是规模化畜禽养殖中产生的畜禽粪便，这些抗生素残留会对生态环境及人类健康存在潜在危害。针对目前状况，本文总结分析了我国畜禽粪便中的抗生素来源；畜禽粪便中残留的抗生素对土壤及农作物的影响；以及如何降低畜禽粪便中的抗生素残留。     

猪粪中重金属元素含量及其变化特征分析

为研究猪粪中重金属含量及其变化特征,以天津市某猪场为例,连续4年开展猪粪中7种主要重金属的定位监测,分析猪粪中重金属元素含量及其季节性和周年性变化规律。结果表明：猪粪中重金属种类以锌（Zn）、铜（Cu）、铬（Cr）为主,平均含量分别为（1 192.37±153.33）、（188.67±40.53） mg·kg^-1和（83.76±58.79） mg·kg^-1,铅（Pb）、镉（Cd）、砷（As）和汞（Hg）含量相对较低,平均含量分别为（4.51±2.57）、（0.98±0.75）、（0.22±0.04） mg·kg^-1和（0.021±0.004） mg·kg^-1。猪粪中主要重金属含量在不同年份、不同季节均表现出一定的差异性： Zn含量的年度差异在秋季最小、冬季最大;Cu含量年度差异在春季最小、夏季最大;Cr含量年度差异在秋季最小、夏季最大;Pb含量年度差异在冬季最小、夏季最大;Cd含量年度差异在夏季最小、秋季最大;不同季节As和Hg含量的年度差异均表现明显,且在冬季差异最大。研究表明,猪粪中重金属含量受季节、生长阶段、饲料配比以及防病抗病等因素的影响,应从源头严格控制饲料添加剂的用量,确保猪粪的高效资源化利用和粪肥的农田安全利用。     

施用鸡粪菜田的土壤重金属含量状况研究

植物必需的微量元素Cu和Zn以及人体必需的Cu、Zn和Cr元素均属于重金属之列。在动物饲料中添加的部分重金属元素对畜禽生长发育和生殖有重要作用,而畜禽对重金属元素利用率很低,绝大部分随畜禽粪便排出体外。如果长期大量无节制地使用畜禽粪便作为有机肥,有可能对土壤环境带来重金属污染的潜在风险,并通过饲料添加—禽畜吸收—禽畜排泄—施入土壤—作物吸收—进入人类食物链,最终将影响人类健康。在石家庄郊区和藁城市,选取不同鸡粪（规模化养殖场鸡粪）施用量与施用年限的设施菜田和露地菜田为研究对象,以藁城市秸秆还田小麦-玉米轮作农田（不施用鸡粪）作为对照,对土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cr和Cd含量进行了测定,分析施用鸡粪对菜田土壤重金属含量的影响,可为农业生产上科学施用鸡粪提供参考。结果表明：除处理4与处理1（CK）的Cd含量基本持平,其余各处理的重金属含量均是菜田高于农田;且随着鸡粪施用量和施用年限的增加,土壤Cu、Zn、Pb、Cr和Cd含量有明显的累积增加趋势。按照国家土壤重金属污染评价标准（GB 15618—1995）,除处理9的Cd含量超标14%,属轻度污染外,其余各处理的重金属含量均未超标。按照国家无公害蔬菜产地环境质量标准（GT18407.1—2001）,取样菜田土壤Cu、Cd的超标率分别为66.7%和8.3%,Zn、Pb和Cr含量均不超标。与河北省土壤环境背景值相比,取样菜田土壤Cu和Pb的含量均高于土壤背景值,其中Cu、Zn、Pb、Cr、Cd最高含量分别超过背景值2.1倍、1.9倍、4.8倍、1.6倍和9.1倍。     

基于农田土壤抗生素生态风险值的畜禽粪污农田承载力估算

针对有机肥施用中,畜禽粪便中抗生素造成农田土壤生态风险的问题,对抗生素在养殖业-种植业生产系统中的流动与降解过程进行分析,建立基于农田土壤抗生素生态风险值的畜禽粪污农田承载力估算模型,以黑龙江农垦和新疆生产建设兵团的养殖业-种植业生产系统为研究对象,计算获得相应的畜禽粪污农田承载力。结果表明:1)黑龙江农垦和新疆生产建设兵团每hm2农田可承载的猪当量分别为58和66头。2)在畜禽粪便有机肥施用过程中,黑龙江农垦和新疆生产建设兵团农田土壤抗生素生态风险防范应以磺胺嘧啶和恩诺沙星等高生态风险抗生素为主。建议黑龙江农垦和新疆生产建设兵团未来设立地方标准,严控畜禽粪便中抗生素残留量,尤其高生态风险的抗生素种类;增强畜禽舍的环境调控,保障动物生长环境健康;优选畜禽粪便处理工艺,配套处理设施设备。