畜禽糞便中殘留抗生素污染特性及其生物降解研究

侯靈巖

（長(zhǎng)垣市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河南長(zhǎng)垣 453400）

我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)逐漸規(guī)模化、集約化的過程中，為了保障畜禽健康和養(yǎng)殖效益，抗生素的使用量不斷增加，在促進(jìn)畜牧養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的同時(shí)，也帶來了比較嚴(yán)重的抗生素污染問題，四環(huán)素類以及磺胺類抗性基因的檢出率最高。畜禽糞便殘留抗生素污染已經(jīng)帶來了比較嚴(yán)重的土壤污染、水體污染以及抗性基因污染，對(duì)人體健康存在潛在危險(xiǎn)。因此，要高度重視畜禽糞便中的抗生素、抗生素抗性基因等的新型污染物，發(fā)展綠色、健康、可持續(xù)畜牧業(yè)。

1 畜禽糞便中抗生素污染途徑

畜禽養(yǎng)殖中添加的抗生素并不能被動(dòng)物完全吸收，大部分抗生素以母體化合物或代謝產(chǎn)物形式通過畜禽糞便和尿液排出，進(jìn)入土壤或水體系統(tǒng)。進(jìn)入土壤后通過地表徑流的沖刷、滲濾以及非飽和水帶的遷移進(jìn)入地表水，地表水中的抗生素大部分被水體底泥吸附，因此地下水受到抗生素污染的程度比較低。受到抗生素污染的地表水或地下水，可通過飲用或植物吸收累積進(jìn)入食物鏈，最終威脅人類健康。此外，畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)中的灰塵中抗生素濃度較大，可能通過擴(kuò)散等途徑被人體吸收。

2 畜禽糞便中抗生素殘留的危害

2.1 土壤污染

畜禽糞便中殘留的抗生素首先進(jìn)入土壤中，被顆粒物質(zhì)吸附并能夠長(zhǎng)期累積于土壤中。當(dāng)土壤中的抗生素累積量達(dá)到一定的閾值后，將會(huì)影響土壤中的微生物種群結(jié)構(gòu)變化，甚至將誘導(dǎo)耐藥性的產(chǎn)生。

2.2 水環(huán)污染

伴隨著流失滲透等途徑，畜禽糞便中殘留的抗生素能夠進(jìn)入水體系統(tǒng)，并累計(jì)在水體底泥中，從而污染水環(huán)境。同樣，若抗生素長(zhǎng)期累積殘留，必然會(huì)影響水體中的微生物種群結(jié)構(gòu)種類，影響水生生物，甚至破壞水體生態(tài)系統(tǒng)。

2.3 人類健康潛在威脅

環(huán)境中的抗生素通過不同的介質(zhì)、不同的食物鏈條不斷累積，最終會(huì)威脅到位于食物鏈最頂端的人類的健康。土壤中殘留的抗生素被植物吸收后富集在種子、蔬菜或水果中，水體中殘留的的抗生素通過魚蝦蟹等水生動(dòng)物不斷富集，使用后將會(huì)產(chǎn)生損害。此外，如果無法對(duì)水體中的抗生素污染進(jìn)行有效去除，抗生素殘留可直接通過飲用水進(jìn)入人體，長(zhǎng)期飲用將會(huì)造成健康威脅。

2.4 抗性基因污染

殘留于糞便中的抗生素極易誘導(dǎo)出耐藥菌株從而產(chǎn)生抗生素抗性基因，而抗性基因可在不同細(xì)菌間傳遞，可能使更多的微生物獲得抗性基因。抗生素抗性基因的檢出率是判斷污染程度的重要指標(biāo)，目前對(duì)抗生素抗性基因的遷移、轉(zhuǎn)化和消亡規(guī)律還缺乏認(rèn)知，需要不斷加強(qiáng)研究。

3 畜禽糞便中抗生素的去除途徑及影響因素

2017年3月1日起實(shí)施的《有機(jī)肥料中土霉素、四環(huán)素、金霉素與強(qiáng)力霉素的含量測(cè)定高效液相色譜法》，對(duì)我國畜禽糞便有機(jī)肥處理有促進(jìn)作用，這就要求要采用生物方法和技術(shù)使得畜禽糞便無害化。

3.1 去除途徑

（1）好氧堆肥法

在氧氣充足條件下，好氧菌能夠?qū)S便進(jìn)行吸收、氧化以及分解。好氧堆肥溫度較高，一般在55～60℃，能夠最大限度地殺滅病原菌，有機(jī)質(zhì)的降解速度也快，是堆肥化的首選。在有機(jī)質(zhì)降解過程中，好氧菌將抗生素殘留物最終分解為水和二氧化碳。另外，在堆肥過程中添加抑制劑或嗜熱菌劑等改善堆肥條件，延長(zhǎng)高溫持續(xù)時(shí)間，可在一定程度上降低抗生素抗性基因的含量，防止土壤污染。有研究發(fā)現(xiàn)，在豬糞中人為添加抗生素，通過高溫堆肥法能實(shí)現(xiàn)75%以上的去除率。

（2）厭氧消化法

厭氧消化的過程中，厭氧菌分解有機(jī)物的同時(shí)，也可有效分解抗生素，減少抗生素殘留污染。最關(guān)鍵的是，厭氧消化法能夠產(chǎn)生生物能源，綠色、經(jīng)濟(jì)且有能源效益，也是處理畜禽糞便的有效途徑。

3.2 影響因素

（1）溫度。不同的溫度區(qū)間適宜生長(zhǎng)的微生物類型不同，因此對(duì)抗生素的轉(zhuǎn)化能力也不同，在堆肥升溫及高溫階段，微生物活動(dòng)強(qiáng)，去除效率也較高。

（2）含水量。水分不僅能夠參與微生物新陳代謝，還可調(diào)節(jié)堆肥溫度，適當(dāng)?shù)乃趾靠梢源龠M(jìn)抗生素的分解。好氧堆肥的含水量一般控制在50～60%。

（3）pH值。pH值同樣通過調(diào)節(jié)微生物的新陳代謝進(jìn)而影響降解效果，一般控制在 6～9 范圍內(nèi)較為合適。有研究表明金霉素在堿性和中性條件下降解率高于酸性條件。

（4）外源微生物添加。通過添加外源微生物可有效提高抗生素的降解效率，其難點(diǎn)在于特定抗生素降解菌株的篩選以及降解條件的控制。

（5）通氣狀態(tài)。通氣狀態(tài)直接影響微生物對(duì)抗生素的降解速度，一般含氧量控制在10%-20%較為合適。

（6）有機(jī)質(zhì)添加。堆肥過程中麥秸、鋸末等有機(jī)質(zhì)的添加可對(duì)抗生素降解起到促進(jìn)作用。