環(huán)境中抗生素的污染現(xiàn)狀及危害

李紅燕，陳興漢

（陽江職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品與環(huán)境工程系，廣東 陽江 529566）

近年來，對于環(huán)境中抗生素污染研究逐步增多，其中我國對于環(huán)境中抗生素的研究總體呈現(xiàn)北方多、南方少的特征。因此，本文以環(huán)境中抗生素污染及危害作為研究對象，研究結(jié)果可為環(huán)境中抗生素污染和危害普查提供科學(xué)依據(jù)。

1　抗生素生產(chǎn)使用現(xiàn)狀

抗生素主要應(yīng)用在人類、禽畜的疾病預(yù)防與治療、農(nóng)業(yè)病害防治以及水產(chǎn)養(yǎng)殖等途徑。據(jù)統(tǒng)計，2000年，美國抗生素使用總量約為16 200 t，70%左右用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)[1]。澳大利亞每年使用的抗生素中有56%用于飼料添加劑，有36%用于人類疾病防治，而另8%用于獸藥[2]。我國更是抗生素生產(chǎn)和消費的大國，主要使用的種類包括青霉素類、頭孢菌素類、β-內(nèi)酰胺酶抑制劑類、氨基糖苷類、四環(huán)素類、大環(huán)內(nèi)酯類、喹諾酮類、抗結(jié)核類、抗病毒類等。2009年，我國抗生素的年產(chǎn)量就已達到14.7萬t，抗生素品種達到181個，生產(chǎn)企業(yè)達到120家，市場規(guī)模約600億元，居世界首位[3]。同時，我國也是抗生素的消費大國，而且存在明顯的濫用情況。以醫(yī)療用抗生素為例，西方國家抗生素占藥物處方的比例僅為30%，而在我國這一比例高達70%[2]。

除醫(yī)療用抗生素外，為促進禽畜生長，改善禽畜生肉類的品質(zhì)，在養(yǎng)殖業(yè)（如畜牧業(yè)養(yǎng)殖業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等）方面，我國也大量使用抗生素。每年養(yǎng)殖業(yè)使用的抗生素占我國抗生素使用量的50%左右，以四環(huán)素和土霉素為主[4]?？股卦谌祟?、禽畜體內(nèi)的代謝率極低，進入人類、禽畜體內(nèi)后，大部分（＞70%）以原形形式排入環(huán)境。

隨生活、生產(chǎn)廢水進入污水廠的抗生素，由于得不到有效去除（目前我國尚無針對抗生素的環(huán)境質(zhì)量和排放標(biāo)準(zhǔn)），絕大部分進入地表水而污染水源水（飲用水），并通過水循環(huán)污染地下水[5]。隨醫(yī)療廢物等進入垃圾填埋場的抗生素，可通過滲濾液下滲作用污染地下水。長期使用抗生素的魚塘的底泥、含抗生素的禽畜糞便和污水廠污泥可作為有機肥應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，使得抗生素進入農(nóng)田土壤，通過食物鏈傳遞和累積效應(yīng)對人體健康造成極大威脅。環(huán)境中抗生素的歸宿如圖1所示[6]。

圖1　抗生素在環(huán)境中的歸宿

2　抗生素污染現(xiàn)狀

目前，抗生素已在水、土壤、動物、植物樣品中被廣泛檢出。水環(huán)境中，抗生素在地表水、地下水（甚至深達幾百米）中被廣泛檢出。Sacher等采集了德國108個地下水樣進行分析測試，結(jié)果顯示，這些水樣中有60種抗生素被檢出，含量水平在μg/L級別[7]。2009年，Tong L等研究發(fā)現(xiàn)，湖北省多處地下水和地表水中含有多種典型喹諾酮類抗生素，地表水中的喹諾酮類抗生素含量（0.01 μg/L水平）顯著大于地下水中的含量（0.001 μg/L水平）[8]。孫廣大對廈門地表水水質(zhì)分析的研究也顯示地表水受到抗生素的污染[9]。除了人為活動頻繁地區(qū)地表水中能夠檢測出抗生素，一些背景區(qū)的地表水中也檢測到抗生素污染。Golet E M等在瑞士格拉特山谷分水嶺的溪流中就檢測到ng/L級別的喹諾酮類抗生素[10]。

除水環(huán)境外，抗生素在糞便、土壤和農(nóng)作物中也被廣泛檢出。馬驛研究發(fā)現(xiàn)豬糞中抗生素的總濃度竟達10.83 mg/kg[11]。張勁強在雞糞、牛糞和豬糞中也檢測到含量較高的抗生素（1.57～6.29 mg/kg），施用含抗生素的污泥或禽畜糞便后，土壤受到嚴(yán)重的抗生素污染，污染具有持久性[12]。人們在英國和加拿大土壤中檢測出磺胺類抗生素、四環(huán)素類抗生素和大環(huán)內(nèi)酯類抗生素等多種抗生素[13]。周啟星等對北方農(nóng)田土壤的抗生素調(diào)查結(jié)果顯示，普通土壤中抗生素含量在μg/kg級別，而施用有機肥料的土壤中抗生素含量較高，變化范圍廣，在μg/kg級別和mg/kg級別之間浮動，其中磺胺二甲基嘧啶在土壤中的含量高可達900 mg/kg[14]。南方施用有機肥料的某蔬菜基地土壤中含有抗生素，李彥文等人研究發(fā)現(xiàn)，蔬菜基地土壤中，抗生素含量值達到幾百微克每千克的水平[15]。邰義萍等對珠江三角洲土壤中抗生素的研究結(jié)果顯示，珠三角土壤甚至是高品級蔬菜基地土壤（如無公害蔬菜生產(chǎn)基地、綠色蔬菜生產(chǎn)基地和有機蔬菜生產(chǎn)基地）中普遍檢出喹諾酮、四環(huán)素和磺胺類抗生素，含量水平在幾十到幾百微克每千克[16]。

抗生素可通過污泥農(nóng)用化、有機肥施用以及灌溉水的形式進入農(nóng)田土壤系統(tǒng)，造成土壤中抗生素污染，導(dǎo)致蔬菜吸收積累抗生素，進而通過食物鏈威脅人類健康。不同植物品種對土壤中抗生素的累積效應(yīng)不同，植物對抗生素的積累量均隨土壤中抗生素含量增加而增加。Lillenberg等研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜、大麥、生菜三種植物均可吸收積累環(huán)丙沙星與恩諾沙星抗生素[17]。

吳小蓮對廣州市和東莞市蔬菜中喹諾酮類抗生素的研究顯示，4種喹諾酮類抗生素化合物（環(huán)丙沙星、恩諾沙星、諾氟沙星和洛美沙星）的檢出率均大于90%，總含量（干重）平均值分別為74.38 μg/kg（廣州）和46.34 μg/kg（東莞）；不同品種蔬菜中以瓜果類蔬菜抗生素含量（均值為91.29 μg/kg）最高，以葉菜類蔬菜抗生素含量最低（均值為52.30μg/kg）；不同等級蔬菜以綠色蔬菜抗生素含量（均值104.49 μg/kg）最高，以普通蔬菜抗生素含量（均值 61.23 μg/kg）最低[18]。

3　環(huán)境中抗生素殘留的危害

由于抗生素的抗菌活性和功能性基團，進入環(huán)境中的抗生素可對微生物和動物、植物的生長、發(fā)育造成顯著的毒害作用。恩諾沙星顯著抑制土壤中的細(xì)菌和放線菌，濃度越大，抑制作用越強[19]。金彩霞等利用急性毒性試驗進行研究，結(jié)果顯示，較低濃度的抗生素即可對植物幼苗生長造成顯著抑制[20]。研究發(fā)現(xiàn)，在土壤栽培條件下1 mg/kg濃度的恩諾沙星、土霉素即可顯著抑制蘿卜生長，但相同濃度的磺胺嘧啶等對蘿卜的生長則沒有影響[21-22]。除對微生物、動物、植物有顯著的毒害作用外，抗生素對人體也有較強的負(fù)面作用。兒童誤服諾氟沙星可引發(fā)腹瀉、發(fā)熱、煩躁等一系列不良反應(yīng)[23]。Ramirez A J等研究發(fā)現(xiàn)，抗生素對人體消化吸收系統(tǒng)有嚴(yán)重危害[24]。研究結(jié)果顯示，濫用諾氟沙星可導(dǎo)致過敏性休克、面部色素沉著、重癥肌無力、精神障礙等不良反應(yīng)狀態(tài)。同時，抗生素對孕婦和胎兒的危害尤為嚴(yán)重，可造成胎兒畸形、器官功能異常和溶血性貧血等癥[25]。值得注意的是，濫用抗生素會導(dǎo)致的致病菌突變而獲得抗性基因，成為當(dāng)前最為嚴(yán)重的環(huán)境和社會問題之一。據(jù)統(tǒng)計，我國每年因抗生素濫用而導(dǎo)致的致病菌耐藥性，直接或間接造成大約9萬人死亡。世界衛(wèi)生組織2011年的研究報告指出，新增44萬例耐藥結(jié)核菌病例，這造成每年至少15萬人死亡。