抗生素在有机肥料-土壤-农作物系统中的转化及影响的研究进展

综述了国内外对抗生素在“有机肥-土壤-农作物”系统中的转化及其影响的研究状况,旨在为降低抗生素危害提供参考.国内外研究表明:规模养殖场产生的畜禽粪便作为有机肥料施入农田土壤前,无害化处理过程需考虑抗生素降解效果,否则存在抗生素进入食物链的潜在风险;土壤微生物、土壤酶活性会受到有机肥料中残留抗生素的影响,间接影响土壤肥力;部分农作物在生长发育过程中受残留抗生素的影响,且会吸收抗生素,使抗生素在食物链中迁移累积,给人类健康带来不可预知的威胁.     

畜禽粪便中残留四环素类抗生素和重金属的污染特征及其控制

兽用抗生素和微量重金属作为饲料添加剂广泛用于畜禽养殖业,但超量使用是导致畜禽粪便中高浓度抗生素和重金属残留的根本原因。随着我国畜禽养殖业的规模化发展,畜禽粪便中残留的四环素类抗生素和重金属（铜、锌、砷）及其复合污染对生态环境和人类健康构成了巨大的潜在威胁。针对这种状况,总结了我国四环素类抗生素（包括四环素、土霉素和金霉素）和微量重金属元素（铜、锌、砷）在畜禽粪便中的残留量及其区域分布特征,并概述了这两类物质在畜禽粪便生物处理过程（堆肥和厌氧消化）中的转化、降解及其影响。畜禽粪便中残留的抗生素和重金属可导致环境中出现耐药菌与抗性基因,是环境与健康领域的又一重大挑战,其影响不容忽视。     

施用含土霉素动物粪便对萝卜吸收土壤中土霉素及其生长的影响(英文)

[目的]兽用抗生素被广泛用于畜禽养殖业的疾病预防与促进动物生长,由于动物对抗生素的吸收率较低,抗生素可以母体或代谢产物方式残留于畜禽粪便中,并随畜禽粪便的施用进入农田环境,对农作物生长产生潜在的影响。鉴于此,该研究以作物体内抗生素的积累与作物生长状况为观察指标评估了土壤中土霉素污染对蔬菜作物的影响。[方法]在温室内,选择了砂质土和粘质土等2种土壤,通过使用畜禽粪及添加不同剂量的土霉素(0,2,5,10,25和50 mg/kg)进行了为期7个星期的萝卜生长试验,测定了萝卜地上和地下部分中土霉素含量,观察了萝卜光合作用强度及生物量的变化,模拟研究了由畜禽粪便引入的抗生素对萝卜生长及萝卜对土壤中土霉素的吸收。[结果]萝卜能吸收土壤中的土霉素,其体内土霉素含量随土壤中土霉素污染浓度增加而增加,并随作物生长时间的增加有所下降;萝卜根系中土霉素积累比地上部分明显。砂质土壤中土霉素的生物有效性高于粘质土壤。土壤中土霉素污染水平低于10 mg/kg对萝卜生长影响不明显,但污染水平在25 mg/kg以上时可显著减弱萝卜叶片的光合作用强度,减少根系和地上部分的生物量。[结论]由于抗生素可在蔬菜中的积累,研究认为长期施用含高量抗生素的畜禽粪便可引起人类食用蔬菜的健康风险。     

施用含土霉素动物粪便对萝卜吸收土壤中土霉素及其生长的影响

[目的]兽用抗生素被广泛用于畜禽养殖业的疾病预防与促进动物生长,由于动物对抗生素的吸收率较低,抗生素可以母体或代谢产物方式残留于畜禽粪便中,并随畜禽粪便的施用进入农田环境,对农作物生长产生潜在的影响.鉴于此,该研究以作物体内抗生素的积累与作物生长状况为观察指标评估了土壤中土霉素污染对蔬菜作物的影响.[方法]在温室内,选择了砂质土和粘质土等2种土壤,通过使用畜禽粪及添加不同剂量的土霉素（0,2,5,10,25和50 mg/kg）进行了为期7个星期的萝卜生长试验,测定了萝卜地上和地下部分中土霉素含量,观察了萝卜光合作用强度及生物量的变化,模拟研究了由畜禽粪便引入的抗生素对萝卜生长及萝卜对土壤中土霉素的吸收.[结果]萝卜能吸收土壤中的土霉素,其体内土霉素含量随土壤中土霉素污染浓度增加而增加,并随作物生长时间的增加有所下降;萝卜根系中土霉素积累比地上部分明显.砂质土壤中土霉素的生物有效性高于粘质土壤.土壤中土霉素污染水平低于10 mg/kg对萝卜生长影响不明显,但污染水平在25 mg/kg以上时可显著减弱萝卜叶片的光合作用强度,减少根系和地上部分的生物量.[结论]由于抗生素可在蔬菜中的积累,研究认为长期施用含高量抗生素的畜禽粪便可引起人类食用蔬菜的健康风险.     

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。     

氟喹诺酮类抗生素在我国农田土壤中 残留及其风险研究进展

氟喹诺酮类抗生素由于其广谱性而被广泛使用,已在河流、沉积物和土壤等环境基质中普遍检出。而农田作为兽用抗生素的主要归宿,其在土壤中的残留与风险引起普遍关注。对我国农田土壤中氟喹诺酮类抗生素的检测方法、残留现状、主要来源以及潜在的生态风险进行了综合归纳,并在此基础上提出了对农田土壤中氟喹诺酮类抗生素残留的消减对策,以及今后的研究重点和方向。     

氟喹诺酮类抗生素在我国农田土壤中残留及其风险研究进展

氟喹诺酮类抗生素由于其广谱性而被广泛使用,已在河流、沉积物和土壤等环境基质中普遍检出。而农田作为兽用抗生素的主要归宿,其在土壤中的残留与风险引起普遍关注。对我国农田土壤中氟喹诺酮类抗生素的检测方法、残留现状、主要来源以及潜在的生态风险进行了综合归纳,并在此基础上提出了对农田土壤中氟喹诺酮类抗生素残留的消减对策,以及今后的研究重点和方向。     

类固醇雌激素的环境暴露及其迁移转化

类固醇雌激素是一类内分泌干扰物,可分为天然雌激素和人工合成雌激素,在环境中分布广泛,虽然含量较低,但是危害巨大,具有干扰动物和人体的内分泌系统以及影响生殖、发育等特征。本文围绕环境中几种主要的类固醇雌激素,介绍了它们的结构性质、危害及其主要来源,指出其在地表水体、农田土壤中的暴露水平。目前,关于类固醇雌激素的环境暴露研究多集中于河流、湖泊等地表水体,有关雌激素在土壤中的残留报道较少,而设施菜地由于大量施用粪肥将极可能产生雌激素污染问题。本文对雌激素进入环境后的迁移转化规律及影响因素进行了综述,描述了雌激素吸附与降解等环境行为及其影响因素。目前针对雌激素的大多数研究仍基于室内模拟实验,对于其在实际环境中的迁移转化过程及与其他污染物共同作用的规律尚不清楚。因此,对今后的研究方向提出以下几点建议:1)研究随畜禽粪便进入农田土壤特别是设施菜地的雌激素及其环境行为规律;2)除室内模拟实验外,对实际环境系统中的雌激素研究更具价值,特别是在环境多相态体系中的迁移转化等过程;3)研究与多种类污染物共存下雌激素的环境行为规律。     

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。     

兽用抗生素研究的文献计量学分析

为深入了解兽用抗生素研究的整体状况和前沿动态,以Science Citation Index Expanded(SCI-E)的在线数据库为基础,对1995—2016年间全球范围内有关兽用抗生素的文献报道(21 394篇)开展了计量学分析,对研究内容和发展趋势进行了系统的评价。结果表明,近20年来有关兽用抗生素的研究报道增加极快,自1995年的387篇上升到2016年的1601篇,研究内容涉及兽用抗生素的污染残留、环境行为、安全评价、替代研究及毒性效应等方面。特别地,由抗生素引起的细菌耐药性问题日益严重,抗性基因也因此成为近年来的研究热点。综合分析作者关键词(Author keywords)、附加关键词(Keywords Plus)、题目(Title)及摘要(Abstract),四环素类、喹诺酮类和磺胺类是当前热点研究的抗生素类别,也依然是未来持续关注的对象。此外,耐药菌所导致的流行病传播、抗生素在环境中的残留及其检测方法、抗性基因等是畜禽养殖业中抗生素研究的热门主题,兽用抗生素相关的热门研究基质包括食物、饲料、粪便、肉类、奶、土壤等。综合文献计量分析的结果,兽用抗生素仍然是农业环境领域研究的热点,环境介质中四环素类、喹诺酮类等抗生素及其相应的耐药菌污染问题将仍然是研究的主要方向。     

畜禽养殖环境中抗生素抗性基因污染与扩散研究进展

兽用抗生素的长期使用导致畜禽养殖环境中抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）污染日益严重,其在环境中的风险与危害也逐渐引起人们的重视。本文针对畜禽养殖环境中ARGs的污染与扩散情况进行综述,分析了不同畜种、不同国家（地区）间粪便中ARGs的浓度水平差异,并阐述了ARGs在粪便堆肥过程中的变化,以及在不同废水处理工艺中的消长情况。此外,还特别讨论了ARGs通过粪肥施用和气流作用等途径向周围土壤和大气等环境的输入,及其对周围环境介质中天然耐药水平的影响。最后,结合畜禽粪污ARGs的污染现状对今后减少养殖场ARGs排放和扩散的措施进行了总结与展望。     

天津市家庭养殖环境中抗生素污染特征与风险评估

为了解我国农村地区家庭养殖环境中抗生素的污染特征,选取天津市蓟州区20户家庭养殖场为研究对象,采用固相萃取-高效液相色谱-质谱串联法,分析了4大类37种兽用抗生素在畜禽粪污中的污染特征及其对周边农田土壤的影响。结果表明,4大类抗生素在各种环境介质中均有检出,废水中检出率(0~80.0%)>粪便中检出率(0~74.4%)>土壤中检出率(0~35.0%),其中四环素类抗生素检出率高于其余3类抗生素。猪粪中抗生素总浓度的平均值(75.78 mg·kg^-1)分别为鸡粪(5.80 mg·kg^-1)和牛粪(0.26 mg·kg^-1)的13.1倍和291.4倍,猪场废水中抗生素总浓度的平均值(549.85μg·L^-1)是牛场废水总浓度平均值(5.27μg·L^-1)的104.3倍。此外,针对不同类型猪粪中抗生素残留的研究结果显示,肥猪粪(156.59 mg·kg^-1)>仔猪粪(49.38 mg·kg^-1)>母猪粪(23.97 mg·kg^-1)。对养殖场周边土壤研究表明,粪肥施用是土壤中抗生素污染的主要来源,且猪场周边土壤中抗生素污染倍数最高。研究表明,家庭养殖环境介质中抗生素污染非常普遍,其中四环素类抗生素在各环境介质中残留水平均为最高。抗生素的残留对环境产生了一定的生态风险,粪肥的还田利用可增加土壤中抗生素的生态风险,且废水中抗生素风险高于土壤中抗生素风险。     

土霉素污染对土壤生物学性质影响的初步研究

为了解随粪肥进入农田中的土霉素对土壤生物化学性质产生的可能影响,采用实验模拟方法研究了土霉素污染对土壤微生物生物量碳、土壤酶活性及微生物组成的影响.结果表明,土霉素污染对土壤细菌、放线菌数量和微生物总量均有一定的抑制作用,随土霉素污染程度的提高抑制作用也有所增强;但土霉素污染对真菌的作用较为复杂,一般是低浓度时有促进作用,高浓度时有抑制作用.低量土霉素污染对土壤脲酶和中性磷酸酶活性均无明显的影响,但高量的土霉素污染对土壤脲酶活性起抑制作用.土霉素对土壤微生物生物量碳的影响因土壤类型、土霉素加入量和培养时间不同有所差异.土霉素污染对土壤生物化学性质的影响主要发生在土霉素进入土壤的初期,随着时间的增加,影响逐渐减弱和消失.     

畜禽粪便中残留抗生素对厌氧消化影响的研究进展

厌氧消化技术处理畜禽粪便,既可以减少环境污染,又能够实现废物无害化、资源化。但畜禽粪便中残留的抗生素对厌氧菌的活性有很大影响,进而影响厌氧消化效果。目前含抗生素类畜禽粪便的厌氧消化处理的可行性受到广泛关注。概述了抗生素在畜禽养殖业中的应用现状和潜在危害,分析了抗生素对厌氧消化产气效果和微生物种群的影响及抗生素的厌氧降解情况,并对今后的研究重点和研发方向提出建议和展望,以期为含抗生素类畜禽粪便厌氧消化处理提供理论支持。     

畜禽粪对抗生素的吸持作用

抗生素是畜禽养殖业中常用的一类兽药,经饲料添加用量大,体内代谢率低,主要通过粪便排出体外。当畜禽粪便在养殖场周边堆放或施入农田后,会对生态环境造成一定的污染危害,而这种影响与畜禽粪对其的吸附强弱密切有关。研究了猪粪和鸡粪对土霉素、泰乐菌素、磺胺二甲嘧啶和恩诺沙星等4种常用抗生素的吸附能力。结果表明,畜禽粪对抗生素的吸附强度因抗生素种类的不同可有很大的变化,吸附强度大小为：土霉素>恩诺沙星>泰乐菌素>磺胺二甲嘧啶;鸡粪对抗生素的吸附强度略高于猪粪;从畜禽粪中分离的胶体物质对抗生素的吸附高于相应的畜禽粪。由此可以推断,当畜禽粪便在养殖场周边堆放或施入农田时,磺胺二甲嘧啶与畜禽粪结合较弱,以可溶态形式流失的风险较大,而土霉素、恩诺沙星和泰乐菌素以可溶态的流失风险较小,但它们也可呈胶体结合态随地表径流流失。     

猪粪便中兽药盐霉素残留的降解动态研究

兽药抗生素在畜禽养殖生产中被大量使用,由于这些药物的大部分会被排入粪便并随粪便作为肥料而随处散播,增加了环境风险。通过实验室模拟不同的环境条件,研究了常用兽药抗生素——盐霉素在畜禽粪便中的降解动态及其影响因素(如药物残留浓度、粪便含水量、微生物及光照等)。结果表明,盐霉素在粪便中的降解主要是微生物降解,光降解和化学降解只占很小比例,灭菌组的降解速率明显低于未灭菌组(P<0.05),而光照对盐霉素的降解速率影响不大(P>0.05);盐霉素的降解速率随粪便中盐霉素起始浓度增加而降低,表明粪便中降解微生物对盐霉素的浓度敏感;粪便含水量的增加明显加快了盐霉素残留的降解速率,因而在粪便施入农田前,可以通过降低粪便中盐霉素残留浓度或提高粪便含水量等方法加速盐霉素的降解,以降低其对环境土壤和水体的风险。     

猪粪便中兽药盐霉素残留的降解动态研究

兽药抗生素在畜禽养殖生产中被大量使用,由于这些药物的大部分会被排入粪便并随粪便作为肥料而随处散播,增加了环境风险.通过实验室模拟不同的环境条件,研究了常用兽药抗生素--盐霉素在畜禽粪便中的降解动态及其影响因素(如药物残留浓度、粪便含水量、微生物及光照等).结果表明,盐霉素在粪便中的降解主要是微生物降解,光降解和化学降解只占很小比例,灭菌组的降解速率明显低于未灭菌组(P＜0.05),而光照对盐霉素的降解速率影响不大(P＞0.05);盐霉素的降解速率随粪便中盐霉素起始浓度增加而降低,表明粪便中降解微生物对盐霉素的浓度敏感;粪便含水量的增加明显加快了盐霉素残留的降解速率,因而在粪便施入农田前,可以通过降低粪便中盐霉素残留浓度或提高粪便含水量等方法加速盐霉素的降解,以降低其对环境土壤和水体的风险.     

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。