我國有機肥原料及商品有機肥中四環素類抗生素的檢出率及含量

楊 威，狄彩霞，李 季，田有國，史凱麗，趙 迪，王甲辰，譚啟玲*

[1 華中農業大學資源與環境學院/新型肥料湖北省工程實驗室，湖北武漢 430070；2 內蒙古自治區農牧業科學院資源環境與檢測技術研究所，內蒙古呼和浩特 010031；3 中國農業大學資源與環境學院，北京 100091；4 全國農業技術推廣服務中心，北京 100125；5 北京市農林科學院植物營養與資源研究所，北京 100089；6 成都土壤肥料測試中心/農業農村部農產品質量安全環境因子風險評估實驗室(成都)，四川成都 610041]

四環素類抗生素 (TCs) 是一類具有并四苯結構的廣譜抗生素，包括由放線菌產生的土霉素 (OTC)、四環素 (TTC)、金霉素 (CTC) 和半合成的強力霉素 (DXC)等。由于TCs具有廣譜性和廉價性的特點，被廣泛應用于畜禽養殖，具有防治禽畜疾病、促進生長的作用。世界許多國家都在生產和使用TCs，中國已成為世界上生產和消費TCs量最大的國家之一[1]。大部分TCs不能完全被動物消化或吸收，約有30%～90%以母體化合物的形態隨畜禽糞尿排放[2]。對規模化養殖企業禽畜糞便有害成分檢測分析發現，在32個豬糞檢測樣本中不同程度地檢測出TCs的殘留[3]。

有機肥是畜禽糞便資源化利用和提供作物養分的重要途經之一，對實現有機肥替代化肥、發展綠色可持續農業具有重要意義。但畜禽糞便也是抗生素污染土壤的重要來源之一，施用畜禽糞便肥的農田表層土壤中OTC、TTC和CTC的平均殘留量分別是未施畜禽糞便的農田38、13和12倍[4]。堆肥是畜禽糞便無害化處理和資源化利用的主要措施，是國內外較為常用且經濟、有效、成熟的畜禽糞便處理方法，也是去除畜禽糞便抗生素殘留的主要方式之一[5-6]，堆肥發酵過程被認為是有機肥生產中抗生素降解的主要途徑，除了微生物的降解，堆肥溫度、pH、含水率、光線、容重及抗生素自降解等均會影響抗生素的降解[7-13]，雖然堆肥對大部分抗生素具有好的降解效果，但仍從商品有機肥中檢出11種抗生素，其中TTC的檢出率為8.82%[14]，畜禽糞便結合秸稈進行高溫堆肥，豬糞堆肥和雞糞堆肥TTC、OTC、CTC去除率分別為81.5%、66.8%、59.7%和73.7%、53.0%和46.6%[15]，經50天堆肥處理后，TTC、CTC及OTC的去除率分別為70%、92%及74%[16]，說明堆肥化處理并未能完全降解抗生素。未降解的抗生素隨著肥料進入農田，不僅能殺死有益的微生物，甚至可產生耐藥菌，從而對土壤生態系統的結構和功能產生影響。抗生素被動植物吸收后進入食物鏈，對人類健康也形成潛在威脅，如在3家中國商業養豬場糞肥中發現了149種“獨特”的抗生素耐藥基因[17]，甘藍、玉米和葉用洋蔥不僅能吸收CTC且隨CTC濃度增加吸收量增加[18-19]。我國有機肥標準雖已于2021年6月進行修訂 (NY/T 525-2021《有機肥料》)，但仍未對有機肥的抗生素含量作限量規定，因此亟需建立我國有機肥抗生素含量限量標準。

本研究對我國不同地區的畜禽糞便原料及以其為主要原料生產的有機肥進行4種TCs含量的檢測，通過分析不同原料及地區TCs含量與檢出率、有機肥制作過程對4種TCs的去除率，評估不同畜禽糞便及不同地區存在TCs風險的可能性，為我國有機肥的安全風險監測和評價提供依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2019年5—12月，以華中、華南、東北、華北、西南地區等典型縣市區為代表，包括內蒙古、河北、甘肅、湖北、湖南、云南、四川、廣西、江西、安徽、江蘇、山東等省區，采集商品有機肥樣品244個，有機肥原料樣品180個，其中畜禽養殖類原料占抽樣數的86.1%，其它則為商品有機肥生產常用的輔料。同時采集原料及利用該原料生產的商品有機肥樣品各81份。

袋裝商品有機肥根據所需抽樣商品有機肥的樣袋，每袋從斜長對角線放入到取樣器的四分之三處，取樣量應多于或等于100 g，一個樣品取樣應多于或等于2 kg，裝入樣品袋密封；散裝有機肥和有機肥原料取樣方法是在每個堆垛點，自下而上每20 cm取樣一次，每次約500 g，采用四分法取樣1 kg，裝入樣品袋密封 (NY/T 3442—2019)。樣品冷藏帶回實驗室，粉碎后過0.5 mm篩用于測定。

1.2 樣品測定指標與測定方法

樣品經Na2EDTA-Mcllvaine-甲醇 (1∶1) 提取，上清液氮氣吹至一半體積，依次用水和甲醇-超純水進行凈化處理，草酸-甲醇溶液洗脫，調pH為5～6，氮氣吹干后加水溶解并用0.22 μm濾膜過濾，高效液相色譜紫外檢測器檢測OTC、TTC、CTC及DXC的含量。測定條件：C18色譜柱 (2.7 μm，4.6 mm×100 mm) 進行分離，0.01 mol/L草酸∶乙腈∶甲醇 (76∶16∶8) 等度洗脫，流速1 mL/min，柱溫30℃。進樣20 μL，355 nm處檢測，采樣時間25 min(GB/T32951—2016)。OTC、TTC、CTC及DXC的檢出限及回收率分別為0.75 mg/kg和92.45%、0.75 mg/kg和92.18%、1.0 mg/kg和92.69%及0.75 mg/kg和96.18%。

1.3 數據分析

利用Microsoft Excel 2007、SPSS 23.0及Origin 2017進行數據分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 畜禽糞便原料及商品有機肥中4種四環素類抗生素總檢出率

由圖1可知，有機肥原料及商品有機肥樣品檢出抗生素的比率分別為35.00%和16.39%，總計24.29%，原料檢出率約是商品有機肥的1倍。檢出1～2種抗生素的樣品占總樣品數的80.58%，其中檢出1～2種抗生素的商品有機肥比例高達92.50%，而有機肥原料檢出1～2種抗生素的樣品占73.02%，商品有機肥檢出1～2種抗生素的比例高于有機肥原料，這是因為選擇1種或2種抗生素的畜禽養殖企業較多，但在商品有機肥生產過程中添加多種畜禽糞便所致。

圖1 樣品抗生素檢出率及抗生素檢出種類的占比Fig. 1 Detection rate of tetracycline antibiotics and the proportion of the types of tetracycline antibiotics detected

由表1可知，以畜禽糞便為主的有機肥原料，豬糞、雞糞、牛糞及羊糞4種抗生素的檢出率最高，分別為83.33%、66.67%、30.77%及24.42%，說明在雞、豬、牛及羊的養殖中抗生素的使用頻率較高；鴨糞、菇渣及骨粉原料中有也4種抗生素的檢出 (因其取樣數量較少，其檢出率無代表性)，說明在蘑菇生產或生產菌肥的菌渣中也有4種抗生素的使用。商品有機肥中，則以雞糞、豬糞、牛糞及羊糞為主要原料的4種抗生素的檢出率最高，分別為31.67%、25.00%、14.63%及9.59%，雖然秸稈、油餅及酵母渣原料中未檢出4種抗生素，但以其為主要原料的商品有機肥仍檢出抗生素，其可能是在有機肥生產過程中，摻入部分含4種抗生素的原料所致。

表1 畜禽糞便原料及其商品有機肥產品中四環素類抗生素的檢出率(%)Table 1 Detection rate of tetracycline antibiotics in the raw materials and their commercial products

2.2 畜禽糞便原料及生產的有機肥中土霉素檢出率及含量

商品有機肥和原料中土霉素 (OTC) 的檢出率分別為6.56%和25.00%，平均檢出率和含量分別為14.39% 和2.49 mg/kg (表2)。從原料檢出率來看，雞糞、牛糞、豬糞、菇渣及羊糞檢出率較高，分別占各自取樣量的28.89%、18.75%、11.54%、11.11%及8.81%，骨粉及生產菌肥的秸稈中也有土霉素的檢出。從含量來看，以牛糞、豬糞、羊糞 (去掉一個異常值) 及雞糞中較高，分別達2.75、2.61、2.22及0.66 mg/kg，檢出率及含量都以畜禽糞便原料最高，分別為25.00%和3.01 mg/kg；從肥料生產企業所在地域來看，北京、甘肅 (去掉一個異常值)、云南、四川及湖南地區含量較高，分別為5.13、5.11、1.13、0.69及0.40 mg/kg，安徽、河北、江西及內蒙古地區也有檢出 (圖2)。

圖2 不同原料及其商品有機肥中土霉素含量Fig. 2 Oxytetracycline content in different raw materials and their commercial products

表2 畜禽糞便原料及有機肥土霉素檢出率及含量Table 2 Detection rate and content of oxytetracycline in organic fertilizer raw materials and commercial products

2.3 畜禽糞便原料及生產的有機肥中四環素檢出率及含量

畜禽糞便原料及商品有機肥四環素 (TTC) 檢出率分別為11.11%和2.46%，平均檢出率和含量分別為6.13%和1.74 mg/kg (表3)。羊糞、牛糞、豬糞及雞糞中檢測出了TTC，檢出率占各自樣品數的比例分別為8.17%、8.75%、11.54%、3.33%，含量分別為2.94、0.81、0.32、0.11 mg/kg。從肥料生產企業所在地域來看，內蒙古、甘肅、云南、河北、北京(去掉一個異常值) 及湖北6省有檢出，其平均含量分別為1.35、0.46、0.23、0.14、0.12及0.08 mg/kg(圖3)。

圖3 不同原料及其商品有機肥中四環素含量狀況Fig. 3 Tetracycline content in the raw materials and their commercial products

表3 畜禽糞便原料及其生產的有機肥中四環素檢出率及含量Table 3 Detection rate and content of tetracycline in the raw materials and their commercial products

2.4 畜禽糞便原料及生產的有機肥中金霉素檢出率及含量

畜禽糞便原料和商品有機肥金霉素 (CTC) 檢出率分別為13.33%和5.74%，平均檢出率和含量分別為8.96%和22.11 mg/kg (表4)。雞糞、牛糞、豬糞及羊糞中CTC的檢出率比較相近，分別為10.00%、10.00%、11.54%及9.43%，骨粉、酵母渣及油餅中也有CTC的檢出。從含量來看，羊糞和牛糞較高，分別達15.60 (去掉一個異常值) 和9.06 mg/kg，豬糞及雞糞中較低，分別為2.37和0.34 mg/kg。從肥料生產企業所在地域來看，內蒙古、甘肅、河北、云南、湖北、湖南及四川的平均含量分別為19.18、1.84、0.94、0.42、0.42、0.31 及 0.17 mg/kg，而北京地區只有一個肥料企業的羊糞原料中檢出CTC，且其含量高達538.38 mg/kg (圖4)。

圖4 不同原料及其商品有機肥中金霉素含量Fig. 4 Chlortetracycline concentration in the raw materials and their commercial products

表4 畜禽糞便原料及其商品有機肥中金霉素檢出率及含量Table 4 Detection rate and content of chlortetracycline in organic fertilizer raw and commercial products

2.5 畜禽糞便原料及生產的有機肥中強力霉素檢出率及含量

畜禽糞便原料和商品有機肥強力霉素 (DXC) 檢出率分別為13.33%和9.43%，平均檢出率和含量分別為11.08%和0.71 mg/kg (表5)。DXC在豬糞、雞糞及鴨糞中檢出率較高，分別為30.77%、30.0%及16.67%，羊糞及牛糞中檢出率較低，只有3.14%和2.5%，菇渣、油餅及骨粉中也有檢出。從含量來看，豬糞、雞糞、羊糞、鴨糞及牛糞中相對較高，分別為1.10、0.82、0.42、0.16及0.14 mg/kg，從肥料生產企業所在地域來看，內蒙古、河北、北京、甘肅、云南、四川、湖南、湖北及安徽地區均有檢出，其平均含量分別為1.58、1.28、0.87、0.76、0.64、0.48、0.24、0.19及0.06 mg/kg，但大部分省區均有DXC含量較高的肥料 (圖5)。

圖5 不同原料及其商品有機肥中強力霉素含量Fig. 5 Doxycycline content in organic fertilizer raw materials and commercial products from different regions

表5 畜禽糞便原料及其商品有機肥中強力霉素檢出率及含量Table 5 Detection rate and content of doxycycline in the raw materials and their commercial products

2.6 有機肥生產對畜禽糞便原料TCs的去除率

對81份同時采集原料及利用該原料生產的商品有機肥，進行有機肥生產過程4種TCs的去除率分析 (圖6) 可知，商品有機肥生產不能完全去除4種TCs，去除率為62.80%～77.81%，4種TCs的去除率由大到小順序為OTC (77.81%) ＞CTC (75.02%) ＞TTC (72.84%) ＞DXC (62.80%)，基本與原料中4種TCs的含量順序一致 (除CTC與OTC的順序互換)。與張樹清等[15]的研究結果不一致，其原因可能與有機肥原料種類及含量有關。不同肥料企業商品有機肥4種TCs去除率差異較大，可能與有機肥生產過程中的發酵次數、發酵時間及發酵溫度等有關。OTC、TTC、CTC及DXD的去除率分別為71.43%～97.08%、50.00%～99.54%、68.64%～83.35%及21.21%～98.20%。

圖6 有機肥生產過程對4類TCs的去除率Fig. 6 Removal rate of tetracycline antibiotics during productive process of organic fertilizer

3 討論

有機肥是我國農業生產中重要的肥料品種。隨著我國果菜茶有機肥替代化肥、主要農作物化肥農藥減施增效等項目的推進，有機肥需求量的迅速增加及生產的低門檻，導致有機肥市場魚龍混雜，企業送檢樣品和市場銷售肥料的不一致說明企業規避政府管理的動向明顯。

不同畜禽糞便原料4種TCs檢出率有較大差異，雞糞中OTC和DXC、牛糞中OTC及豬糞中DXC的檢出率高于其它TCs，說明在不同畜禽養殖中對TCs的選擇有明顯區別；4種TCs的檢出含量以CTC顯著高于其他3種TCs，說明在畜禽養殖中CTC使用更為普遍且使用量也顯著高于其他TCs。

畜禽糞便原料4種TCs的檢出率因畜禽糞便種類不同差異較大，檢出率高的豬糞和雞糞基本為集約化程度和空間密集度高的牲畜品種，需要較多的抗生素以預防病菌的傳染；以雞糞、豬糞、牛糞和羊糞為原料生產的商品有機肥仍有31.67%、25.00%、14.63%和9.59%的4種TCs檢出率，且有機肥的堆肥化過程只能去除畜禽糞便原料TCs的62.80%～77.81%，表明有機肥的堆肥或生產過程并不能完全去除四環素類抗生素，與前期報道[15-16]的研究結果一致，也說明減少畜禽養殖過程中抗生素的使用才是畜禽糞便商品有機肥化的質量保證。

巨大體積及數量的畜禽糞便是有機肥生產的主要原料。在集約化畜禽養殖中常使用抗生素以控制感染疾病，我國每年有一半以上的抗生素作為飼料添加劑用于畜禽養殖業，其中約30%隨畜禽糞便排出體外成為重要的抗生素污染源。本研究結果也表明，畜禽糞便原料確實是有機肥抗生素含量增加的風險因素之一。我國于2016年出臺了《有機肥料中土霉素、四環素、金霉素與強力霉素的含量測定高效液相色譜法》 (GB/T32951—2016)，為有機類肥料產品TCs殘留檢測提供了檢測方法，但新修訂的有機肥料農業行業標準NY/T 525—2021并未涉及到抗生素。本研究結果表明有機肥的堆肥或生產過程并不能完全降解抗生素, 畜禽糞便原料及畜禽糞便為原料生產的商品有機肥，仍部分殘留抗生素。建議在有機肥標準中納入常用抗生素的含量限量標準。

有機肥生產企業對樣品采集的不配合，說明企業也深知其原料可能存在著安全性風險，建議加大對有機肥生產企業產品的監管力度，建立有機肥料分類管理目錄，要求企業在有機肥料產品登記時，提供畜禽糞便生產有機肥料時生產原料配比、原料及有機肥產品抗生素含量第三方檢測報告。加強對畜禽糞便生產有機肥料的監督抽查，引導有機肥生產企業建立原料進廠檢測和產品出廠檢測制度，優化工藝參數，有效控制有機肥料中抗生素含量。加強有機肥抗生素檢測儀器和檢測技術研發，開發簡便易行、價格低廉的抗生素檢測方法，有效降低抗生素檢測費用，降低檢測門檻，提高檢測覆蓋率。

4 結論

1) 有機肥原料及商品有機肥中均含有一定的四環素類抗生素，4種常用四環素類抗生素的檢出率分別為35.00%和16.39%，總檢出率為24.29%，商品有機肥的檢出率低于生產原料。近80%的畜禽糞便原料及商品有機肥中只檢出1～2種抗生素，檢出率表現為：OTC (14.39%) ＞ DXC (11.08%) ＞ CTC(8.96%) ＞ TTC (6.13%)。

2) 畜禽糞便中4種四環素類抗生素的檢出率由大到小表現為：豬糞 (83.33%) ＞雞糞 (66.67%) ＞牛糞(30.77%) ＞羊糞 (24.42%)，以畜禽糞便為主要原料生產的商品有機肥4種TCs檢出率由大到小表現為：雞糞 (31.67%) ＞豬糞 (25.00%) ＞牛糞 (14.63%) ＞羊糞(9.59%)。在鴨糞、菇渣及骨粉原料中也有檢出，說明TCs除了在畜牧養殖業中使用普遍，目前已延伸到蘑菇種植、動物源食品業的下腳料等，但其檢出率及含量還有待研究。

3) 有機肥的堆肥化過程能去除畜禽糞便原料4種TCs的62.80%～77.81%，去除率由大到小表現為 OTC ＞CTC＞TTC＞DXC。