畜禽糞便中殘留四環(huán)素類抗生素的研究概況

閆 琦，劉培培，張嬌嬌，王躍華，任 斌，丁路明*

(1.蘭州大學(xué) 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，生命科學(xué)學(xué)院，蘭州730000；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，陜西 楊凌712100；3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌712100)

隨著畜牧業(yè)向規(guī)?；?、現(xiàn)代化、集約化的方向迅速發(fā)展，四環(huán)素類抗生素被廣泛地用作飼料添加劑，用于預(yù)防疾病、促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、改善動(dòng)物機(jī)體功能。由于抗生素在動(dòng)物體內(nèi)不能被機(jī)體完全吸收代謝，約40%～90%以原藥或者異構(gòu)體的形式隨畜禽糞尿排出體外[1]。殘留的抗生素不僅威脅到畜禽產(chǎn)品的質(zhì)量安全，而且隨糞便進(jìn)入農(nóng)田、水體，對(duì)環(huán)境和人類健康造成了巨大的威脅。去除畜禽糞便殘留抗生素的一個(gè)有效途徑就是在糞便使用之前進(jìn)行適當(dāng)處理，降低抗生素的濃度，其中好氧堆肥和厭氧消化是畜禽糞便資源化、無(wú)害化處理的主要方法[2]。了解四環(huán)素類抗生素的性質(zhì)、抗生素在養(yǎng)殖業(yè)中的使用、在糞便中的殘留危害及其生物處理方法具有重要的意義。

1 四環(huán)素類抗生素

1.1 四環(huán)素類抗生素的基本性質(zhì)

四環(huán)素類抗生素(Tetracyclines，TCs)是由真菌、放線菌或細(xì)菌等微生物在其機(jī)體代謝過(guò)程中產(chǎn)生的一類次級(jí)代謝產(chǎn)物，具有殺滅、抑制其它物種(如革蘭氏陽(yáng)性菌、立克次氏體、原蟲、支原體、衣原體等)的作用[3-4]，常被用在畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中治療家畜疾病或作為飼料添加劑[5]。目前已發(fā)現(xiàn)抗生素不僅來(lái)源于微生物的代謝產(chǎn)物，還包括高等動(dòng)植物的代謝物或化學(xué)合成物。TCs主要由天然合成和化學(xué)半合成。天然合成的TCs包括四環(huán)素(Tetracycline，TC)、土霉素(Oxytetracycline，OTC)、金霉素(Chlortetracycline，CTC)，化學(xué)半合成衍生物包括強(qiáng)力霉素、甲烯土霉素、美他環(huán)素、地美環(huán)素等[6]。TC、OTC、CTC為三種主要的TCs，其結(jié)構(gòu)是一類將苯環(huán)作為基本母核、只有取代基有所不同的一類化合物[7]。TCs可以和各種酸、堿反應(yīng)形成較為穩(wěn)定的鹽，其結(jié)構(gòu)中含有多個(gè)N、O官能團(tuán)，能夠和各種金屬離子發(fā)生螯合作用，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物[7-10]。

1.2 四環(huán)素類抗生素的作用機(jī)理

TCs作為廣譜性抗生素，馮新等[11]認(rèn)為其作用機(jī)理是與細(xì)菌核糖體30s亞基上的受體結(jié)合，阻止氨酰tRNA結(jié)合到核糖體A位點(diǎn)，從而抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成。此外，抗生素還可以改變細(xì)胞膜的通透性，使得胞內(nèi)用于DNA復(fù)制的核苷酸等成分外漏，最終起到抑制細(xì)菌活性、殺死細(xì)菌的作用[6]。

在獸醫(yī)臨床學(xué)上，TCs用于治療白痢、傷寒、豬肺疫等呼吸道感染病。作為飼料添加劑，TCs可用于防御動(dòng)物疾病、促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，其中包括土霉素鈣預(yù)混劑和金霉素預(yù)混劑[12]。抗生素用作飼料添加劑和用于治病的機(jī)理不同，前者的作用機(jī)體是動(dòng)物本身，而后者的作用機(jī)體是病原菌[12]?？股卮偕L(zhǎng)機(jī)理如下：一是含有抗生素的飼料對(duì)腸道中有害微生物具有殺滅作用，阻礙了微生物的繁殖，使得原來(lái)微生物利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被宿主利用，增加了養(yǎng)分的利用效率；二是抗生素使動(dòng)物腸壁變薄，增加了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收；三是刺激腦下垂體分泌激素，增加動(dòng)物采食量，加快家畜生長(zhǎng)發(fā)育；四是提高動(dòng)物抵抗力，減少應(yīng)激反應(yīng)所造成的能量損失[2]?？股刈鳛轱暳咸砑觿?，能夠改善動(dòng)物的機(jī)能狀態(tài)，減少能量損失，提高生長(zhǎng)性能。

2 抗生素在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用

自20世紀(jì)50年代美國(guó)食品和藥物管理局(FAD)正式批準(zhǔn)抗生素可作為飼料添加劑后，抗生素就被世界各國(guó)全面推廣用于畜牧養(yǎng)殖業(yè)[13]。抗生素在治療水平上用于治療疾病，在亞治療水平上用于促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)[14-15]。獸用抗生素在一定程度上促進(jìn)了世界畜牧業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。有研究表明，美國(guó)自1985年使用抗生素后，一年中動(dòng)物肉產(chǎn)量增加了10%，節(jié)約了大約35億美元[12]，國(guó)內(nèi)與國(guó)外使用抗生素的效果基本一致。豬、雞飼料每添加10～30 g/t抗生素，畜禽增重比對(duì)照組有明顯提高，飼料轉(zhuǎn)化率提高6.6%～15%，有些抗生素添加劑還能提高受胎率[12]。限制抗生素的使用將給我們帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。歐盟在20世紀(jì)90年代初禁用抗生素之后，大約50%的豬場(chǎng)由于痢疾導(dǎo)致的死亡率急劇上升，且飼料消耗增加[16]。世界衛(wèi)生組織報(bào)道，瑞士在1986年禁用抗生素后，畜禽感染性疾病的發(fā)病率急劇上升，導(dǎo)致養(yǎng)殖業(yè)衰退[17]。

由于抗生素價(jià)格低廉且效果顯著，全球每年畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)抗生素的使用量巨大[18]。美國(guó)在《研究顯示全球抗生素使用增長(zhǎng)令人震驚》的報(bào)道稱：全球抗生素的使用量在2000～2010年增長(zhǎng)了35.8%，并且抗生素消費(fèi)量的快速增長(zhǎng)有3/4來(lái)自于經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的國(guó)家，包括俄羅斯、中國(guó)和南非。中國(guó)是抗生素使用大國(guó)，每年用于畜禽飼料添加劑的抗生素約有6 000 t，占全球抗生素飼料添加劑的50%，其中TCs在畜禽養(yǎng)殖業(yè)的使用量和生產(chǎn)量均占世界首位[19]。表1統(tǒng)計(jì)了不同國(guó)家抗生素的年使用量。

表1 不同國(guó)家抗生素的年使用量Table 1 Usage of antibiotics in different countries

注：“-”表示數(shù)據(jù)不可得.

Note:“-”represents data unavailable.

3 畜禽糞便中抗生素的殘留情況

抗生素進(jìn)入動(dòng)物體后，不能被動(dòng)物體完全吸收，而是以原藥或代謝物的形式殘留于動(dòng)物代謝物中。國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)畜禽糞便中TCs的殘留做了一些調(diào)查研究。張樹清等[24]對(duì)中國(guó)7個(gè)省、市、自治區(qū)55個(gè)糞便樣品的調(diào)查分析表明，豬糞樣品中OTC、TC、CTC的殘留量遠(yuǎn)高于雞糞，分別為9.09 vs.5.97 mg·kg-1、5.22 vs.2.63 mg·kg-1、3.57 vs.1.39 mg·kg-1，且發(fā)達(dá)地區(qū)如北京、浙江等地糞便中的TCs的含量明顯高于西北地區(qū)。張麗麗等[25]2014年對(duì)北京市集約化養(yǎng)豬場(chǎng)糞便中TCs的分析表明，TCs合計(jì)濃度檢出范圍為0.48～29.2mg·kg-1，3種主要的TCs的檢出率依次為TC>OTC>CTC。張志強(qiáng)等[26]對(duì)天津地區(qū)豬糞、雞糞的檢測(cè)表明，豬糞和雞糞中CTC的檢出率最高，達(dá)到78%，TC和OTC均為56 %。王麗等[27]對(duì)杭州地區(qū)城郊養(yǎng)殖場(chǎng)的研究表明，豬糞中殘留TCs的含量為0.13～66.62 mg·kg-1，雞糞中殘留TCs的含量為0.42～3.32 mg·kg-1。Zhao等[28]2010年對(duì)中國(guó)8個(gè)省市的143份畜禽樣品的調(diào)查結(jié)果表明，在61份豬糞樣品中，CTC和OTC平均含量分別為59.06、21.06 mg·kg-1，檢出率分別為42.6%、41.0%；在28份牛糞樣品中，CTC和OTC平均含量分別為27.59、59.59 mg·kg-1，CTC的檢出率高達(dá)82.1%；在54份雞糞樣品中，CTC和OTC平均含量分別為17.68、10.56 mg·kg-1。在美國(guó)集約化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)糞便中OTC、CTC的平均濃度分別為3.94、2.37 mg·L-1[29]。以上研究表明豬糞中的TCs的殘留量高于雞糞，并且在雞糞和豬糞中CTC、OTC為主要的殘留抗生素。

4 糞便殘留抗生素的潛在危害

隨著人類對(duì)肉類、奶類、蛋禽需求量的增加，獸用抗生素已成為養(yǎng)殖業(yè)不可或缺的一部分，其使用量也在逐年增加[30]。1998年中國(guó)畜禽糞便產(chǎn)出量為1.88×109t，2001年為2.17×109t，2003年迅速增加到3.19×109t，據(jù)估算到2010年，全國(guó)畜禽糞便的排放量將達(dá)到4.5×109t[31]?？股氐人幬镞M(jìn)入畜禽體內(nèi)后，只有少部分被機(jī)體代謝吸收，約40%～90%的抗生素以原藥或代謝物的形式隨動(dòng)物尿液、糞便排出體外，進(jìn)入環(huán)境[1]。由于畜禽糞便產(chǎn)量大，導(dǎo)致抗生素環(huán)境排放量高。而且80%以上的畜禽糞便露天堆放或者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后施于農(nóng)田，導(dǎo)致糞便中殘留的抗生素轉(zhuǎn)移到周圍環(huán)境，造成污染，阻礙了畜牧業(yè)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展[24]。

4.1 殘留抗生素對(duì)水體的污染

畜禽糞便中殘留的抗生素主要通過(guò)畜禽尿液、養(yǎng)殖場(chǎng)污水、雨水沖刷等方式進(jìn)入環(huán)境水體。雖然污水處理廠會(huì)對(duì)廢水進(jìn)行處理，但對(duì)抗生素的去除效果甚微。目前環(huán)境水體中，養(yǎng)殖場(chǎng)廢水中抗生素的含量最高，排污口及周邊水體次之，地表水一般含量在1 μg·L-1以下，有些地下水也檢測(cè)到微量的抗生素存在[32]。孫剛等對(duì)江西省畜禽養(yǎng)殖廢水的調(diào)查顯示，在養(yǎng)殖廢水和下游水體都檢測(cè)出TCs，養(yǎng)殖廢水中TCs的殘留總體高于下游水體[33]。Zhang等[34]對(duì)中國(guó)58個(gè)流域抗生素污染的預(yù)測(cè)結(jié)果表明，中國(guó)受抗生素污染水域達(dá)50%以上，而且東部水域污染較西部嚴(yán)重。當(dāng)排入水體的抗生素超過(guò)水體自身凈化能力時(shí)，一方面對(duì)藻類及水生動(dòng)物產(chǎn)生一定的毒性，另一方面可使細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性。在對(duì)藻類的研究中，姜蕾等[35]人以銅綠微囊藻為試驗(yàn)材料的研究結(jié)果表明，TCs能影響藻類光合作用，降低藻類氧化酶的活性，從而抑制藻類生長(zhǎng)。強(qiáng)力霉素降低了淡水綠藻細(xì)胞膜的通透性，而金霉素和四環(huán)素低濃度能夠增加細(xì)胞膜的通透性，增大濃度則轉(zhuǎn)為降低[36]。在對(duì)水生生物研究中，章強(qiáng)等[37]以斑馬魚為試驗(yàn)材料，結(jié)果表明經(jīng)過(guò)四環(huán)素96 h急性暴露后，抑制了斑馬魚的胚胎發(fā)育。在對(duì)水生細(xì)菌研究中，Reinthaler等[38]對(duì)污水中大腸桿菌耐藥性研究表明，污水中大腸桿菌普遍存在耐藥性，其中對(duì)四環(huán)素的耐藥性最高，達(dá)到了57%。

4.2 殘留抗生素對(duì)土壤的污染

畜禽糞便作為有機(jī)肥料施于農(nóng)田是抗生素進(jìn)入土壤的最主要途徑。畜禽糞便、糞水回用農(nóng)田，可增加抗生素抗性基因從動(dòng)物源擴(kuò)散到周圍環(huán)境中。醫(yī)用抗生素和促生長(zhǎng)抗生素進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)不能被完全吸收，殘留在腸道中的抗生素會(huì)誘導(dǎo)抗性微生物的產(chǎn)生，最終這些殘留的抗生素和抗性微生物隨糞便進(jìn)入土壤中，并在土壤中長(zhǎng)期殘留，對(duì)人類健康和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在危害[37]。張志強(qiáng)等[26]對(duì)天津養(yǎng)殖場(chǎng)附近土壤樣品中TCs的檢測(cè)表明，CTC檢出率32%，平均為48.9 μg·kg-1；TC檢出率為36%，平均28.9 μg·kg-1；OTC檢出率最低，平均為9.4 μg·kg-1。Hamscher等[39]對(duì)長(zhǎng)期施用豬場(chǎng)糞尿的土壤殘留的抗生素進(jìn)行檢測(cè),其中TC在0～10 cm土壤中平均濃度為86.2 μg·kg-1，10～20 cm土壤中為198.7 μg·kg-1，20～30 cm為171.7 μg·kg-1；CTC在這三層土壤中為4.6～7.3 μg·kg-1。

微生物群落的變化是土壤殘留抗生素的一個(gè)重要危害。土壤中殘留的TCs改變了土壤中細(xì)菌/真菌的比例，抑制了土壤微生物的呼吸作用，降低了土壤磷酸酶的活性，同時(shí)使微生物群落產(chǎn)生耐性[40]。張兵等[41]對(duì)北京、天津灌溉區(qū)土壤的研究表明，清灌土壤TCs的殘留要遠(yuǎn)低于污灌和豬糞采集地的土壤，且大量的抗生素殘留是誘導(dǎo)土壤中抗性基因傳播的重要因素。當(dāng)土壤中施加氯四環(huán)素肥料后，土壤中的氯四環(huán)素耐藥性細(xì)菌數(shù)量比未施肥土壤顯著增加[42]。

4.3 殘留抗生素對(duì)人類的影響

人類的生活離不開谷物和水產(chǎn)等食品，這些食物中含有的抗生素會(huì)隨著食物鏈最終進(jìn)入人體?？股剡M(jìn)入人體后，會(huì)在體內(nèi)殘留，一方面誘發(fā)產(chǎn)生耐藥菌，不利于控制疫?。涣硪环矫鎸?duì)人類的肝臟及牙組織等造成損害[17]。機(jī)體細(xì)菌獲得耐藥性有三種途徑，一是通過(guò)無(wú)性繁殖在代與代之間傳遞；二是通過(guò)自身基因突變產(chǎn)生；三是從相鄰的細(xì)胞獲得，雖然耐藥性因子的傳遞頻率很低，但由于細(xì)菌數(shù)量多，繁殖快，仍能造成抗性基因的擴(kuò)散蔓延。據(jù)美國(guó)《新聞周刊》報(bào)道，僅在1992年美國(guó)就有13 300名患者死于抗生素耐藥性細(xì)菌感染[43]。“四環(huán)素牙”就是機(jī)體中所含抗生素與新形成牙中的沉積鈣結(jié)合造成。對(duì)新生兒來(lái)說(shuō)，TCs可能導(dǎo)致牙齒畸形。TCs除了能在肝臟中富集，對(duì)肝臟造成損傷外，它還是引起機(jī)體過(guò)敏的抗生素種類之一[17]。抗生素進(jìn)入人體后，使敏感個(gè)體產(chǎn)生抗體，當(dāng)這些個(gè)體再次接觸到該類抗生素時(shí)，則引起過(guò)敏反應(yīng)，引起嘔吐、腹瀉、麻疹，重者可能會(huì)引起過(guò)敏性休克，甚至死亡。

5 糞便殘留四環(huán)素?zé)o害化處理措施

隨著養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；图s化程度的提高，糞便中殘留抗生素造成的環(huán)境問題已經(jīng)引起人類的高度重視。生物降解是中國(guó)畜禽糞便處理的主要方法，主要包括好氧堆肥和厭氧消化。

5.1 好氧堆肥

好氧堆肥是在有氧條件下，通過(guò)好氧菌的活動(dòng)將糞便中復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行吸收、氧化、分解形成腐殖質(zhì)的過(guò)程[44]。在此過(guò)程中，通過(guò)控制合適的溫度、碳氮比、含水率、pH等因素，將糞便中的病原微生物、蟲卵、寄生蟲及雜草種子殺死。好氧堆肥具有成本低、操作簡(jiǎn)單、殺菌效果好、產(chǎn)物能肥料化等優(yōu)點(diǎn)，是畜禽糞便無(wú)害化、資源化、穩(wěn)定化利用的重要方式。目前很多研究表明，好氧堆肥能有效去除糞便中殘留的TCs。王桂珍等[44]以O(shè)TC為模式化合物進(jìn)行室內(nèi)堆肥表明，土霉素在雞糞堆肥初期(0～10 d)降解較快，最快降解率達(dá)到67.43 %，隨后逐漸減慢。豬糞堆肥過(guò)程中CTC，TC和OTC的去除率分別為74%，70%和92%，半衰期分別為8.25、1.14和10.02 d，并且在堆肥過(guò)程中5種代謝產(chǎn)物EOTC、ECTC、ETC、DMCTC和 ATC均被檢測(cè)出[1]。好氧堆肥能有效減低畜禽糞便中TCs的含量，堆腐后四環(huán)素、金霉素、土霉素的濃度均低于3 mg/kg，去除率高達(dá)95%[45]。

好氧堆肥是通過(guò)微生物活動(dòng)分解糞便中有機(jī)質(zhì)的一系列化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，影響有機(jī)肥堆腐效果的主要因素有：

5.1.1 溫度 溫度是堆肥過(guò)程中重要的影響因素之一，同時(shí)也是堆肥是否達(dá)到無(wú)害化的指標(biāo)之一[46]。Arikan等[47]對(duì)牛糞堆肥土霉素降解研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)38 d堆肥，試驗(yàn)組最高溫度達(dá)到65 ℃，土霉素的降解率達(dá)到95%，而在溫室堆肥中，土霉素的降解率僅為12%。畜禽糞便好氧堆肥過(guò)程主要分為低溫期、高溫期和腐熟期。在低溫期，好氧微生物分解糞便中的淀粉、糖類等易分解物質(zhì)，同時(shí)釋放熱量，使堆體溫度升高；高溫期主要是嗜熱菌成為優(yōu)勢(shì)種，分解蛋白質(zhì)、脂肪等復(fù)雜的化合物，同時(shí)殺滅糞便中的病原菌和蟲卵，該時(shí)期可持續(xù)幾周甚至幾個(gè)月，這取決于堆體的大小和組分[48]；在腐熟期，大部分有機(jī)物已分解，剩下難分解的形成腐殖質(zhì)，這時(shí)微生物活動(dòng)減弱，溫度下降，常溫生物對(duì)剩余物質(zhì)進(jìn)行經(jīng)一部分解。如果在堆肥過(guò)程中，不對(duì)溫度進(jìn)行控制，溫度過(guò)高會(huì)過(guò)度消耗有機(jī)物，影響堆肥質(zhì)量；溫度過(guò)低影響有機(jī)物的分解速率。研究表明，高溫堆肥最適溫度為50～60 ℃，溫度過(guò)高時(shí)，通常通過(guò)翻堆的方法來(lái)控制堆體溫度[49]。

5.1.2 水分 堆肥過(guò)程中，水分與溫度密切相關(guān)。堆體中水分的作用主要是參與微生物新陳代謝，通過(guò)蒸發(fā)帶走熱量調(diào)節(jié)堆體溫度。堆體的水分含量直接影響堆肥的速率和堆肥工藝的成敗。過(guò)低的含水率不能滿足微生物所需，降低有機(jī)物的降解速率；含水率過(guò)高會(huì)造成堆體氧氣含量下降，微生物活動(dòng)減弱。堆肥過(guò)程適宜的含水量主要與堆體原料有關(guān)，一般情況下最適宜的堆體含水量為50%～70%[50]。

5.1.3 氧氣含量 氧氣含量是好氧堆肥的關(guān)鍵因素之一。堆肥過(guò)程中，通過(guò)通風(fēng)提高堆體含氧量能夠?yàn)楹醚跷⑸锾峁┏渥愕难鯕?，同時(shí)將微生物呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳排出，去除堆體中多余的水分，調(diào)節(jié)堆體溫度。糞便好氧堆肥主要的通風(fēng)方式包括翻堆、強(qiáng)制通風(fēng)、被動(dòng)通風(fēng)等[51]。通風(fēng)量直接影響堆體中微生物的活動(dòng)和堆體溫度，最終對(duì)堆肥效果產(chǎn)生影響。一般認(rèn)為，堆體適宜含氧量應(yīng)在5%～15%，低于5%會(huì)導(dǎo)致厭氧發(fā)酵，使堆體產(chǎn)生惡臭[48]。

5.1.4 pH 堆肥過(guò)程中，pH隨堆體溫度、堆肥時(shí)間的變化而變化，pH值可作為評(píng)價(jià)堆體腐熟程度的指標(biāo)之一。在堆肥初期，堆體中的細(xì)菌和真菌消化有機(jī)物生成有機(jī)酸，pH降低，真菌進(jìn)一步繁殖，加速原料中木質(zhì)素和纖維素的分解；隨后在高溫階段，有機(jī)酸被分解或揮發(fā)，pH上升；在腐熟期，一部分氨生成氨氣揮發(fā)到大氣中，另一部分氨被微生物生長(zhǎng)繁殖利用，pH降低為弱堿性，一般在6～8之間[48]。

5.1.5 C/N 影響堆肥效果的另外一個(gè)關(guān)鍵因素是堆料的C/N，最佳值一般為30:1左右[48]。C/N值過(guò)高(超過(guò)35)微生物必須經(jīng)過(guò)多次生命循環(huán)氧化多余的碳，直至達(dá)到一個(gè)合適的C/N值供其進(jìn)行生命活動(dòng)。如果C/N值過(guò)低，一方面使得微生物生長(zhǎng)過(guò)快，導(dǎo)致局部厭氧，出現(xiàn)惡臭；另一方面在堆體溫度較高時(shí)，堆體中的氮將以氨氣形式揮發(fā)，影響堆肥品質(zhì)。當(dāng)堆肥進(jìn)行到腐熟期時(shí)，C/N值一般為10～15，此時(shí)有機(jī)質(zhì)已經(jīng)經(jīng)過(guò)充分分解，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[48]。畜禽糞便C/N值一般都比較低，因此需要添加一定量的碳源，例如稻草、秸稈、木屑等[52]。

5.2 厭氧消化

厭氧消化也是畜禽糞便資源化、無(wú)害化處理的主要方法之一，利用厭氧微生物的活動(dòng)可以將大量的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可回收利用的沼氣，作為生物質(zhì)能源。這一過(guò)程不僅通過(guò)有機(jī)物厭氧發(fā)酵獲得能源，而且保存了糞便中對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)有利的氮、磷、鉀和微量元素，并產(chǎn)生豐富的氨基酸、生長(zhǎng)素，同時(shí)殺滅了病菌，但厭氧發(fā)酵所需要時(shí)間較長(zhǎng)[49]。目前，關(guān)于糞便厭氧消化過(guò)程中殘留抗生素的降解及降解產(chǎn)物的報(bào)道已有很多。在厭氧消化過(guò)程中，牛糞中的TC的去除率為14%～36%，CTC轉(zhuǎn)化為異構(gòu)體，去除率達(dá)到83%～89%[53]。通過(guò)外源抗生素添加豬糞厭氧發(fā)酵試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)TC和CTC的降解率達(dá)到88.2 %以上[54]。牛糞厭氧消化后，其中CTC、OTC的降解率分別為75%和59%[47，55]。

6 總結(jié)與建議

TCs對(duì)促進(jìn)畜牧業(yè)的發(fā)展起到非常重要的作用，但也產(chǎn)生了不容回避的環(huán)境問題。中國(guó)是抗生素使用大國(guó)，養(yǎng)殖業(yè)超量添加使用抗生素已經(jīng)造成嚴(yán)峻的環(huán)境問題。本文對(duì)中國(guó)不同地區(qū)畜禽糞便中殘留的TCs及其產(chǎn)生的潛在危害做了分析總結(jié)，并概述了殘留抗生素的處理方法。雖然已經(jīng)有關(guān)于抗生素所引發(fā)的細(xì)菌耐藥性及抗性基因、獸用抗生素的正確使用、畜禽糞便的生物處理技術(shù)等方面的研究，但關(guān)于抗生素替代與利用，殘留抗生素?zé)o害化處理仍需深入研究，建議下一步從以下幾個(gè)方面開展相關(guān)研究工作：

(1)對(duì)畜禽糞便中殘留抗生素導(dǎo)致的細(xì)菌抗藥性與抗性基因進(jìn)行深入研究，明確其產(chǎn)生機(jī)理，并建立相應(yīng)的調(diào)控措施。

(2)對(duì)抗生素的選擇、使用劑量、聯(lián)合用藥等方面提出正確的使用方法，加大正確使用方法的宣傳力度，并建立和完善相關(guān)的法律制度，將抗生素的用量從源頭上減少，使畜禽養(yǎng)殖業(yè)中抗生素的使用更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、合理化。

(3)大力推廣畜禽糞便資源化、無(wú)害化處理技術(shù)，提高大家對(duì)畜禽糞便生物處理的意識(shí)。在滿足其對(duì)畜禽糞便處理效果的同時(shí)對(duì)現(xiàn)有畜禽糞便處理技術(shù)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使其能更好的降解糞便中殘留的抗生素，提高對(duì)抗性基因及其他污染物的削減效果。

(4)研究植物性、環(huán)境友好型抗生素替代產(chǎn)品，培育家畜抗病品種，并通過(guò)提高管理手段，降低抗生素在畜牧業(yè)中的使用量。

參考文獻(xiàn)：

[1] WU X, WEI Y, ZHENG J, et al. The behavior of tetracyclines and their degradation products during swine manure composting[J]. Bioresource Technology, 2011, 102(10):5 924-5 931.

[2] 王瑞,魏源送.畜禽糞便中殘留四環(huán)素類抗生素和重金屬的污染特征及其控制[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2013,9(9):1 705-1 719.

[3] 李玲玲,黃利東,霍嘉恒,等.土壤和堆肥中四環(huán)素類抗生素的檢測(cè)方法優(yōu)化及其在土壤中的降解研究[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2010,16(5):1 176-1 182.

[4] KAY P, BLACKWELL P A, BOXALL A. Column studies to investigate the fate of veterinary antibiotics in clay soils following slurry application to agricultural land[J]. Chemosphere, 2005, 60(4):497-507.

[5] 李瑞萍,張藝,黃應(yīng)平.環(huán)境樣品中四環(huán)素類抗生素的檢測(cè)技術(shù)[J].化學(xué)進(jìn)展,2008, 20(12):2 075-2 082.

[6] 呂惠序.四環(huán)素類抗生素在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的正確應(yīng)用[J].養(yǎng)豬,2009(4):67-69.

[7] 李偉明,鮑艷宇,周啟星.四環(huán)素類抗生素降解途徑及其主要降解產(chǎn)物研究進(jìn)展[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2012,23(8):2 300-2 308.

[8] NELSON M L. Chemical and biological dynamics of tetracyclines[J]. Advances in Dental Research, 1998, 12(2):5-10.

[9] ALBERT A, REES C W. Avidity of the tetracyclines for the cations of metals.[J]. Nature, 1956, 177(4505):433-434.

[10] DOLUISIO J T, MARTIN A N. Metal Complexation of the tetracycline hydrochlorides[J]. Journal of Medicinal Chemistry, 1963, 6(6):16-20.

[11] 馮新,韓文瑜,雷連成.細(xì)菌對(duì)四環(huán)素類抗生素的耐藥機(jī)制研究進(jìn)展[J].中國(guó)獸藥雜志,2004,38(2):38-42.

[12] 魏建英,張然,丁勝,等.抗生素類飼料添加劑在畜牧業(yè)中的使用[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技,2004(4):52-53.

[13] 張慧敏,章明奎,顧國(guó)平.浙北地區(qū)畜禽糞便和農(nóng)田土壤中四環(huán)素類抗生素殘留[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2008,24(3):69-73.

[14] 周啟星,羅義,王美娥.抗生素的環(huán)境殘留、生態(tài)毒性及抗性基因污染[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào),2007,2(3):243-251.

[15] KOIKE S, KRAPAC I G, OLIVER H D, et al. Monitoring and source tracking of tetracycline resistance genes in lagoons and groundwater adjacent to swine production facilities over a 3-year period[J]. Applied & Environmental Microbiology, 2007, 73(15):4 813.

[16] 陳乃琦,劉學(xué)春.飼用抗生素的研究應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展對(duì)策[J].中國(guó)禽業(yè)導(dǎo)刊,2002 (4):31-32.

[17] 韓艷.雞糞便中土霉素的HPLC檢測(cè)及降解規(guī)律[D].江蘇揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué),2010.

[18] 阮存鑫.四環(huán)素與銅復(fù)合污染對(duì)土壤硝化作用及植物生長(zhǎng)的影響[D].南京：南京林業(yè)大學(xué),2010.

[19] 陳育枝,張?jiān)?袁希平,等.動(dòng)物四環(huán)素類抗生素現(xiàn)狀及前景[J].獸藥與飼料添加劑, 2006,11(3):16-17.

[20] 佚名.專家推算:中國(guó)每年9.7萬(wàn)t抗生素用于養(yǎng)殖業(yè)[J].中國(guó)畜牧雜志, 2011(24):11.

[21] JENSEN L B, BALODA S, BOYE M, et al. Antimicrobial resistance among Pseudomonas spp. and the Bacillus cereus group isolated from Danish agricultural soil[J]. Environment International, 2001, 26(7):581-587.

[22] SARMAH A K, MEYER M T, BOXALL A B. A global perspective on the use, sales, exposure pathways, occurrence, fate and effects of veterinary antibiotics (VAs) in the environment[J]. Chemosphere, 2006, 65(5):725-759.

[23] ARIKAN O A, RICE C, CODLING E. Occurrence of antibiotics and hormones in a major agricultural watershed[J]. Desalination, 2008, 226(1/2/3):121-133.

[24] 張樹清,張夫道,劉秀梅,等.規(guī)?；B(yǎng)殖畜禽糞主要有害成分測(cè)定分析研究[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2005,11(6):822-829.

[25] 張麗麗,直俊強(qiáng),張加勇,等.北京地區(qū)豬糞中四環(huán)素類抗生素和重金屬殘留抽樣分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2014,30(35):74-78.

[26] 張志強(qiáng),李春花,黃紹文,等.土壤及畜禽糞肥中四環(huán)素類抗生素固相萃取-高效液相色譜法的優(yōu)化與初步應(yīng)用[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2013,19(3):713-726.

[27] 王麗.畜禽糞便中抗生素的檢測(cè)、釋放及削減研究[D].江西贛州：江西理工大學(xué), 2013.

[28] ZHAO L, DONG Y H, WANG H. Residues of veterinary antibiotics in manures from feedlot livestock in eight provinces of China.[J]. Science of the Total Environment, 2010, 408(5):1 069-1 075.

[29] ZILLES J,RASKIN L. Presence of macrolide-lincosamide-streptogramin B and tetracycline antimicrobials in swine waste treatment processes and amended soil[J]. Water Environment Research：A Research Publication of the Water Environment Federation, 2005, 7(1):57-62.

[30] 單英杰,章明奎.不同來(lái)源畜禽糞的養(yǎng)分和污染物組成[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2012, 20(1):80-86.

[31] 鮑艷宇.四環(huán)素類抗生素在土壤中的環(huán)境行為及生態(tài)毒性研究[D].天津：南開大學(xué), 2008.

[32] 張杏艷,陳中華,龔勝,等.畜禽糞便殘留四環(huán)素類抗生素的水體污染狀況及生態(tài)毒理效應(yīng)[J].畜牧與飼料科學(xué),2016,37(5):30-33.

[33] 孫剛,袁守軍,計(jì)峰,等.畜禽糞便中抗生素殘留危害及其研究進(jìn)展[J].環(huán)境與健康雜志,2009,26(3):277-279.[34] ZHANG Q Q, YING G G, PAN C G,et al. Comprehensive evaluation of antibiotics emission and fate in the river basins of China: source analysis, multimedia modeling, and linkage to bacterial resistance.[J]. Environmental Science & Technology, 2015, 49(11):6 772-6 782.

[35] 姜蕾,陳書怡,尹大強(qiáng).四環(huán)素對(duì)銅綠微囊藻光合作用和抗氧化酶活性的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2010,26(6):564-567.

[36] 徐冬梅,王艷花,饒桂維.四環(huán)素類抗生素對(duì)淡水綠藻的毒性作用[J].環(huán)境科學(xué),2013, 34(9):3 386-3 390.

[37] 章強(qiáng).四環(huán)素和銅對(duì)小型魚類的生態(tài)毒性研究[D].上海：華東師范大學(xué),2015.

[38] REINTHALER F F, POSCH J, FEIERL G, et al. Antibiotic resistance of E. coli in sewage and sludge[J]. Water Research, 2003, 37(8):1 685-1 690.

[39] HAMSCHER G, SCZESNY S, ABUQARE A, et al. Substances with pharmacological effects including hormonally active substances in the environment: identification of tetracyclines in soil fertilized with animal slurry[J]. Dtw Deutsche Tier?rztliche Wochenschrift, 2000, 107(8):332-334.

[40] 劉蓓,李艷霞,張雪蓮,等.獸藥抗生素對(duì)土壤微生物群落的影響[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào),2013,8(6):839-846.

[41] 張兵.京津部分地區(qū)四環(huán)素類抗生素與抗性基因的初步研究[D].山東泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

[42] HALLING-S?RENSEN B,LYKKEBERQ A,INGERSLEV F,et al. Characterisation of the abiotic degradation pathways of oxytetracyclines in soil interstitial water using LC-MS-MS[J]. Chemosphere, 2003, 50:1 331-1 342.

[43] 張兆順,竇寶棠,白應(yīng)利,等.抗生素飼料添加劑在畜牧業(yè)生產(chǎn)中過(guò)度使用的危害及對(duì)策[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,58(3):127-128.

[44] 王桂珍,李兆君,張樹清,等.土霉素在雞糞好氧堆肥過(guò)程中的降解及其對(duì)相關(guān)參數(shù)的影響[J].環(huán)境科學(xué),2013,34(2):795-803.

[45] 孫剛.畜禽糞便中四環(huán)素類抗生素檢測(cè)分析及其在堆肥中的降解研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

[46] 陳志宇,蘇繼影,欒冬梅.畜禽糞便堆肥技術(shù)研究進(jìn)展[J].當(dāng)代畜牧,2004(10):41-43.

[47] ARIKAN O A, SIKORA L J, MULBRY W, et al. The fate and effect of oxytetracycline during the anaerobic digestion of manure from therapeutically treated calves[J]. Process Biochemistry, 2006, 41(7):1 637-1 643.

[48] BERTOLDI M D, SEQUI P, LEMMES B, et al. The Science of Composting[M]. Springer Netherlands, 1996.

[49] 李亞紅,曹林奎.畜禽糞便好氧堆肥研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)科技通訊,2002(12):23-24.

[50] RYNK R. Monitoring moisture in composting systems[J]. Biocycle, 2000, 41(10):53-57.

[51] ISHII H, ANAKA K, AOKI M, et al. Sewage sludge composting process by static pile method[J]. Waterence & Technology, 2000, 23(10/11/12):1 979-1 989.

[52] 夏煒林,黃宏坤,楊堯,等.糞便高溫堆肥及其施用效果研究綜述[J].四川環(huán)境, 2007,26(4):102-106.

[53] SPIELMEYER A, BREIER B, GROIMEIER K, et al. Elimination patterns of worldwide used sulfonamides and tetracyclines during anaerobic fermentation[J]. Bioresource Technology, 2015, 193:307-314.

[54] 童子林,劉元璐,胡真虎,等.四環(huán)素類抗生素污染畜禽糞便的厭氧消化特征[J]. 環(huán)境科學(xué),2012,33(3):1 028-1 032.

[55] ARIKAN O A. Degradation and metabolization of chlortetracycline during the anaerobic digestion of manure from medicated calves.[J]. Journal of Hazardous Materials, 2008,158(2/3):485-490.