黑土地抗生素抗性基因污染風險及對策

劉淑濱，尚晶

(1.黑龍江省委《奮斗》雜志社，黑龍江 哈爾濱 150001； 2.廣東財經大學 財政稅務學院，廣東 廣州 510320)

黑土地是指擁有黑色或暗黑色腐殖質表土層的土地，是一種性狀好、肥力高、適宜農耕的優質土地，是世界公認的肥沃土壤，是珍貴的土壤資源，其形成極為緩慢，在自然條件下形成1 cm厚的黑土層需要200～400年。東北平原是世界三大黑土區之一，是我國重要的商品糧基地，糧食產量占全國的1/4，商品量占全國的1/4，調出量占全國的1/3。長期高強度的開發利用，使得東北黑土地數量減少，質量下降。據監測，近60 a來，東北黑土層平均厚度只有30 cm左右，比開墾之初減少了約40 cm。東北黑土地耕作層土壤有機質含量平均下降1/3，部分地區下降50%[1]。保護黑土地，刻不容緩。2017年6月，(原)農業部、國家發展和改革委員會等6部委聯合印發了《東北黑土地保護規劃綱要(2017—2030年)》，實施范圍為內蒙古東部和遼寧、吉林、黑龍江的黑土區。

施用有機肥是增加土壤有機質含量、改善土壤理化性狀的基本手段之一。然而，已有研究在中國施用動物糞肥的蔬菜農場土壤中發現17種獸用抗生素和6種抗性細菌，抗生素水平高的主要是有機蔬菜農場土壤[2]。因此，當施用有機肥特別是以畜禽糞便為原料的有機肥料改良黑土土壤時，還須警惕和防范有機肥料中的抗生素抗性基因(ARGs)給黑土地帶來二次污染。

1 土壤中ARGs的來源

土壤是抗生素殘留的重要受納體之一[3]，土壤環境中ARGs的來源主要有2種途徑：一種是土壤環境中正常基因突變產生抗性基因。對人體和現代細菌菌群基因庫的研究表明，在自然環境中原本就存在著大量的ARGs。另一種是外源輸入的抗性基因[3-4]，主要受人類活動等因素的影響，由外源攜帶進入土壤環境。抗生素生產企業污水、醫院廢水，以及畜牧業、水產養殖、人畜糞便和城市污水處理廠的污水被認為是環境中ARGs的主要來源[5]。

抗生素殘留和ARGs主要通過施肥、污泥農用[6]，以及廢水或再生水灌溉[7]等方式釋放到土壤中[3]。抗生素在人與動物體內的代謝率很低，25%～75%的抗生素未經代謝就通過排泄物進入環境中。此外，隨糞便排出的還有抗生素在養殖動物腸道內誘導出的部分抗性菌株[8]。集約化養殖大量使用抗生素，使得畜禽糞便中殘留的抗生素濃度增加[9]，畜禽糞便再以肥料的形式進入土壤，造成土壤中抗生素和ARGs的累積[3]，并成為環境中ARGs最重要的來源。

2 ARGs的危害

抗生素的濫用，誘導出現大量攜帶ARGs的微生物[4]。ARGs作為一種新型的環境污染物，在不同環境介質中的轉移、傳播所造成的危害可能比抗生素本身更大。ARGs這種基因污染的特殊性使其能夠在物種間以水平轉移的方式無限制地傳播開來，存在于染色體上的ARGs更能通過復制作用一直存在于生物體中，難以消除。而且，ARGs一旦產生就會在微生物種群中長期存在[10]。低于致死劑量的抗生素基因可能誘導微生物通過突變產生耐藥性，即使是低劑量抗生素的長期作用也能夠使細菌產生耐藥性。目前，已經發現微生物對257種抗生素具有抗性，國際抗生素耐藥基因數據庫已經收錄124屬933種細菌的377種13 293個抗性基因[4]。在ARGs在細菌代際間垂直轉移和細菌群體間水平轉移的過程中，微生物不斷進化，新的抗生素抗性機制也可能隨之產生[11]，甚至有可能導致多重抗藥性基因甚至超級細菌的產生，從而威脅公共健康、食品和飲用水安全。若新型抗生素的研發速度慢于細菌的進化速度，一旦發生大規模耐藥菌感染事件，相關治療將變得更加困難，甚至出現無藥可醫的局面。

進入土壤中的抗生素會直接影響土壤微生物和酶的活性，損害有益菌。ARGs還會通過垂直轉移轉移到后代細菌中，導致具有抗性基因的細菌的產生和增殖，改變土壤生態系統微生物結構和群落，破壞土壤生態系統平衡。一旦土著微生物獲得抗性基因，因其具有良好的環境適應性，會以超過親代菌株的效率來擴散這種抗生素抗性[5]，給土壤生態安全帶來更大威脅。

ARGs不但可以通過水平基因轉移的方式進入到其他微生物菌體或環境中[12]，甚至能轉移到人類共生微生物和病原體中[13]。進入土壤中的多種抗生素之間會產生加和、協同、拮抗等交互作用，對土壤中的植物、動物、微生物產生復合污染毒性效應[14]，導致土壤中多種抗生素的復合污染[15]。進入土壤中的殘留抗生素和ARGs可通過土壤-水-植物體系的遷移分布被植物吸收并進入食物鏈[3]，并在食物鏈中遷移累積，最后進入人體。植物可以從土壤中吸收多種抗生素，且多種抗生素的毒性不是單一的毒性疊加，而是會誘導產生聯合毒性[16]。耐藥菌增殖及人與動物耐藥性的增強是一個逐漸累積的過程，只有專業的檢測才能明確是否存在ARGs污染。ARGs污染效應的隱秘性大大增加了其風險的嚴重性和不可控性。

抗生素殘留去除技術的不成熟和高成本是導致ARGs污染風險的又一原因。現有的水處理技術尚無法做到對許多抗生素類物質的明顯去除[17]。大量研究結果均表明，污水處理廠的進水、出水及活性污泥中檢測到的耐藥抗性菌株或抗性基因濃度較高，如研究表明，松花江流域哈爾濱4個污水處理廠出水的ARGs濃度相對較高[18]。同時，快速有效去除或降低以養殖場糞污為原料的有機肥料中的抗生素類物質的技術至今仍不夠成熟，而常規的處理養殖場糞污中抗生素殘留方法的時間成本和經濟成本均較高，這些都導致有機肥料中抗生素殘留水平較高。

3 防范黑土地ARGs污染

有學者在東北黑土地土壤和地表水體中檢測出較高濃度的ARGs，表明其生態環境安全的潛在風險加大。東北地區集中飼養作業的豬糞中四環素殘留濃度較高，氟喹諾酮類藥物在雞糞中廣泛存在，這些動物糞便中的抗生素藥物殘留都可能會給當地帶來嚴重的生態風險[19]。某研究顯示，遼寧省沈陽市糞肥和土壤中檢測出多種抗生素，包括四環素類和磺胺嘧啶類，在單一糞便樣品中也同時測出多種抗生素。用糞肥施肥的蔬菜地中抗生素濃度高于未施肥的玉米田[20]，說明糞肥的施用顯著增加了土壤中的抗生素濃度。東北地區的地表水體中也檢測出種類和濃度不等的抗生素：松花江流域有12種抗生素分布，濃度存在差異，且支流和主流中抗生素濃度存在差異[21]；城市地表水的抗生素濃度在冰凍季節高于非冰凍季節；松花江哈爾濱段4種喹諾酮類、3種磺胺類和4種大環內酯類抗生素的含量較高[22]；吉林省遼河3個主要支流流域人口和牲畜數量眾多的城市周圍的水和沉積物中抗生素總濃度較高，抗生素及其混合物對遼河水中生物具有潛在的生態風險[23]。

研究表明，東北黑土土壤對抗生素的降解能力高于其他類型土壤[24]，而且在本研究檢索范圍內也未見有關東北黑土地受到ARGs污染的惡性事件報道。但是，黑土地存在ARGs污染風險也是不爭的事實。ARGs的影響具有累積性，其對土壤微生物的影響從未停止，對此我們應有清醒認識，未雨綢繆，為切實保護黑土質量，保障國家糧食安全，做好防范應對準備。

4 防范黑土地ARGs污染的對策建議

為應對細菌耐藥帶來的挑戰和潛在危害，遏制細菌耐藥發展與蔓延，原國家衛生和計劃生育委員會等14部委聯合制定了《遏制細菌耐藥國家行動計劃(2016—2020年)》。土地是食物的來源，保護土壤免受污染才能保證食物安全。黑土地是保障國家糧食安全的壓艙石，防范ARGs污染黑土地不容懈怠。針對當前黑土地面臨的ARGs污染風險和我國當前抗生素及耐藥細菌的防制規劃和辦法，提出以下對策建議。

4.1 研究并制定適用于黑土地的有機肥料抗生素殘留上限標準

國家標準GB/T 32951—2016《有機肥料中土霉素、四環素、金霉素與多西環素含量測定(高效液相色譜法)》，給出了檢測有機肥料中抗生素含量的方法標準。然而，目前國家還沒有出臺有機肥料中允許的抗生素殘留的上限標準。養殖業中抗生素的使用是無法避免的，畜禽糞便中抗生素的種類和濃度也是動態變化的。為保證無污染有機堆肥的有效供給，必須對有機肥料生產原料中包括ARGs等在內的新型環境污染物進行檢測和去除，以確保使用有機堆肥能提高土地肥力、改良土壤，同時不會對黑土地造成二次污染。黑土區的各省份可將此列為重點研發課題，聯合組織領域內專家、學者和科研人員針對黑土土壤中抗生素降解的特征做深入研究：一是確定黑土土壤對抗生素殘留的降解特征和自凈能力上限，制定黑土區適用的有機肥料中抗生素殘留濃度標準；二是研究可大規模應用的去除畜禽糞肥中抗生素殘留的實用技術和設備。

4.2 加強對抗生素藥物銷售和使用的監管

首先，加大防治ARGs污染的宣傳力度。通過各種宣傳渠道讓廣大群眾了解ARGs污染的危害，自覺減少抗生素濫用，減少含抗生素污水的隨意排放。其次，有關部門應該加大監督檢查力度，控制人用抗生素藥物的銷售和濫用。目前，人用抗生素藥物的銷售已經得到一定控制，大部分正規藥店已經實行憑醫生處方購買抗生素，但在部分偏遠地區藥店仍可隨意買賣抗生素藥物。再次，規范畜禽抗生素藥物的買賣及使用。大型養殖場使用抗生素藥物要在技術員的指導下用藥，并由技術人員開具用藥證明。農戶散養的畜禽要在登記備案的獸醫指導下用藥。最后，建立抗生素藥物流通地圖。建立抗生素藥物從出廠到最終使用的流向檔案，這樣既能夠幫助醫療衛生部門監測藥物使用地區的疫情，又能夠為環保部門提供ARGs污染預警。

4.3 嚴格控制排放到黑土地土壤中的抗生素種類和濃度

土壤中的抗生素殘留主要來源于污水灌溉和有機肥施用，防控黑土地ARGs污染也應把這2個渠道作為主要抓手。一是在《環境保護法》《東北黑土地保護規劃綱要(2017—2030年)》等一系列政策法規的框架內，嚴控醫藥產業廢水、醫療機構廢水、污水處理廠出水中的抗生素濃度，防止其污染土壤。二是加強對獸醫及養殖業從業人員關于抗菌藥合理應用的教育培訓。規范養殖業抗生素使用，提倡科學化、減量化使用抗生素，降低養殖業廢棄物中的抗生素殘留濃度。

4.4 規范適用于黑土地的有機肥料的生產和銷售

建立有機肥料市場抗生素殘留濃度準入制度。對進入黑土區銷售的有機肥料進行抗生素殘留檢測，超標的肥料禁止施用于黑土地。

設定當地有機肥料生產企業出廠肥料抗生素殘留濃度標準。有機肥生產的利潤空間有限，而消除畜禽糞污有機肥原料中抗生素的經濟成本和時間成本較高，對生產利潤擠壓嚴重，加大了有機肥生產企業的運營難度。可根據這一實際情況設立專項資金，用于支持當地有機肥企業研發或購買去除肥料中抗生素殘留的技術或設備。

加強對農民自制自用有機肥料的指導和監管。漚制有機肥在我國農耕生產中歷史悠久，但是由于近年來抗生素使用量增加，農家自有糞肥的抗生素殘留也不容忽視，相關部門可以組織農民進行糞肥漚制技術培訓，保證足夠的漚制時間，以降低農民自制有機肥的抗生素濃度。