畜禽糞污中獸用抗菌藥殘留研究進展

郭 禹,趙平偉,米彥飛,張 薇,宋艷紅,武晉孝,馮俊吾

(山西省檢驗檢測中心山西省標(biāo)準(zhǔn)計量技術(shù)研究院, 山西 太原 030031)

獸用抗菌藥作為重要的農(nóng)業(yè)投入品,對動物養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展舉足輕重。在畜禽養(yǎng)殖中,抗菌藥長期用于動物亞治療,這些藥物在動物體內(nèi)無法被完全吸收,30%～90%會以母體或代謝物形式隨畜禽排泄物進入環(huán)境。2020年我國畜牧業(yè)產(chǎn)生畜禽糞污約38億t,現(xiàn)有的動物糞污處理工藝簡單,不能滿足殘留抗菌藥的完全降解。因此獸用抗菌藥的大量使用將造成土壤環(huán)境中抗菌藥的廣泛殘留,進而影響植物生長與人類健康。為全面提升畜禽綠色健康養(yǎng)殖水平,促進畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,畜禽養(yǎng)殖業(yè)中合理、規(guī)范使用獸用抗菌藥已成為全球共識。本文基于此, 對目前國內(nèi)外關(guān)于獸用抗菌藥在畜禽糞污中殘留的相關(guān)研究方向進行總結(jié)評述,并指出減少獸用抗菌藥在糞污中的殘留的可行性措施。

1 獸用抗菌藥在畜禽糞污中的殘留現(xiàn)狀

1.1 獸用抗菌藥在畜禽養(yǎng)殖中的使用

自1946年首次報道,在飼料中添加獸用抗菌藥能提高肉雞的日增重,先后有多種獸用抗菌藥被用于畜牧養(yǎng)殖業(yè),但是,在具體使用中,存在獸用抗菌藥的濫用問題。王云鵬等對國內(nèi)5省、市進行的獸用抗菌藥使用情況調(diào)查表明,濫用現(xiàn)象主要包括盲目、隨意用藥,過量、長期用藥,人藥獸用,不遵守休藥期要求,直接使用獸用原料藥,仍然使用明令禁止藥物。在養(yǎng)殖過程中抗菌藥的使用目的主要分為促生長和治療2大類,2020年中國境內(nèi)使用抗菌藥制劑種類共216種。數(shù)據(jù)顯示:2018～2020年,我國獸用抗菌藥使用總量由2.97萬t增加至3.27萬t,增長了10%,但是促生長類使用占比由51.77%降至28.69%,這得益于2017年全國遏制動物源細菌耐藥計劃(2017～2020年)的實施。為了進一步促進畜牧業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展,國家相繼出臺了多項政策及行動方案,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部第194號公告要求,自2020年7月1日起,飼料中全面“禁抗”(中藥類添加劑除外),該政策的實施預(yù)計可顯著減少獸用抗菌藥的使用量。2021年10月25日,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)了《全國獸用抗菌藥使用減量化行動方案(2021-2025)》,方案要求到2025年末,50%以上的規(guī)模養(yǎng)殖場實施養(yǎng)殖減抗行動,做到規(guī)范科學(xué)用藥。

1.2 獸用抗菌藥在畜禽體內(nèi)的代謝

獸用抗菌藥被吸收到體內(nèi)后的代謝途徑是多種多樣的,但是主要通過肝臟代謝,經(jīng)膽汁,由糞便排出體外。極性化合物比脂溶性化合物更容易排出動物體外。例如,動物攝入的四環(huán)素類、泰樂菌素、恩諾沙星等極性藥物約50%～90%以原藥形式通過糞尿排泄,氯霉素、紅霉素、甲氧芐啶脂溶性藥物只有在動物體內(nèi)代謝為極性更高的化合物才能經(jīng)動物糞尿排泄。而磺胺類抗菌藥既可以原藥形式排泄,也可以乙?；Y(jié)合態(tài)排泄。

1.3 獸用抗菌藥在畜禽糞污中的殘留

畜禽糞污中普遍含有四環(huán)素類、磺胺二甲嘧啶、青霉素、泰樂菌素等,這些獸用抗菌藥的殘留量多在μg/kg水平。目前研究最多的為四環(huán)素類,研究內(nèi)容包括檢出率、不同養(yǎng)殖物種、經(jīng)濟發(fā)達程度、規(guī)?；B(yǎng)殖和家庭養(yǎng)殖模式和畜種發(fā)育階段。多項研究表明,四環(huán)素類在畜禽糞污中檢出率最高,土霉素最高可達134.75mg/kg。不同畜種而言,同一種抗菌藥殘留普遍顯示豬糞>雞糞>牛糞。張樹清等和Zhao等研究表明經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的殘留明顯高于其他地區(qū)。大規(guī)模集約化養(yǎng)殖場殘留量高于家庭養(yǎng)殖戶。對畜種的發(fā)育階段而言,Zhao等8省市的規(guī)?；B(yǎng)殖場調(diào)研發(fā)現(xiàn)豬糞中四環(huán)素類獸用抗菌藥的殘留規(guī)律為,仔豬>種豬>育肥豬,而阮蓉等對家庭養(yǎng)殖戶糞污殘留研究表明,育肥豬>母豬>仔豬。因此,畜禽糞污中獸用抗菌藥殘留量既與藥物種類、養(yǎng)殖物種相關(guān),也與經(jīng)濟發(fā)達程度、養(yǎng)殖模式和畜種的生長階段有關(guān)。

2 對土壤環(huán)境及植物生長影響

2.1 獸用抗菌藥對土壤環(huán)境的影響

受傳統(tǒng)觀念影響,畜禽糞污中含有的獸用抗菌藥及代謝物排入環(huán)境首當(dāng)其沖影響的就是土壤環(huán)境。土壤中微生物尤其是細菌數(shù)量最多,約占土壤微生物總量70%～90%,其數(shù)量和活性是土壤肥力的一個重要指標(biāo),土壤硝化作用與氨化作用一樣,都是生物圈內(nèi)氮循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。研究表明磺胺二甲嘧啶和土霉素、恩諾沙星能抑制土壤微生物的呼吸作用。有研究表明土壤對4種抗菌藥的吸附強度為:土霉素>恩諾沙星> 泰樂菌素>磺胺二甲嘧啶。濃度為10μg/g的恩諾沙星殘留抑制土壤硝化作用、氨化作用,且降低土壤微生物群落功能,長期恩諾沙星殘留會破壞土壤氮循環(huán),降低土壤固氮能力恩諾沙星對土壤中三大類微生物影響為:細菌>放線菌>真菌。而四環(huán)素類則對真菌的影響大于細菌,并且高濃度的四環(huán)素和土霉素會抑制土壤磷酸酶、過氧化氫酶、脲酶活性。

2.2 獸用抗菌藥對植物生長的影響

獸用抗菌藥殘留的動物糞肥未處理施用于農(nóng)田,植物從土壤中吸收直接影響其生長。土壤中的抗菌藥污染會抑制種子發(fā)芽和根系、下胚軸以及葉片的生長,且隨著污染的加重及時間的延長,對植物生長的影響越大。Migiores等研究表明,植物的根對抗菌藥吸附性最強,小白菜、白蘿卜對四環(huán)素類均有吸收作用,作物組織中殘留濃度與土壤抗菌藥濃度呈正相關(guān)。恩諾沙星在水芹中的蓄積率高于土霉素,在生長階段對土霉素更為敏感。鄭曦等研究表明,鹽酸左氧氟沙星顯著抑制玉米根與幼苗的生長,干物質(zhì)的積累,葉綠素的含量,POD酶的活性。青菜在生長期前期比后期對土霉素更敏感,而在收獲期后期比前期更為敏感。徐秋桐等對土壤中土霉素對12種作物危害的的研究表明: 蔬菜作物幼苗比糧食作物幼苗更為敏感。油菜較之白菜、生菜對青霉素的生態(tài)毒性更敏感。

3 畜禽糞污獸用抗菌藥殘留無害化處理研究

堆肥是目前主要的畜禽糞污處理方式,可以使畜禽糞污養(yǎng)分成分更加穩(wěn)定,殘留獸用抗菌藥得到有效降解,進而減少對土壤、環(huán)境的損害,主要分為好氧堆肥和厭氧堆肥。

3.1 好氧堆肥化處理

在有氧條件下利用好氧發(fā)酵使畜禽糞污中的有機物降解形成腐殖酸、病原微生物失活。堆肥對獸用抗菌藥的去除主要通過光解、水解及微生物降解來完成。YU等發(fā)現(xiàn),喹諾酮類降解率可超99%,磺胺類可達90%以上。大環(huán)內(nèi)酯類如紅霉素、替米考星等在堆肥13 d后可完全降解。溫度是影響獸用抗菌藥降解的重要因素,堆肥時溫度越高,降解效果更好,Arikan等研究表明,高溫65°C的牛糞堆體中金霉素的降解率比室溫條件下高出7倍多,因此能提高堆肥溫度的菌劑,如光照、EM菌劑、VT菌劑等都會顯著提升降解效率?？锕鈧サ妊芯勘砻麟u糞中的土霉素和金霉素的降解速率,光照條件下比避光條件下高出9倍多。

3.2 厭氧堆肥化處理

是使固體畜禽糞便在厭氧條件下利用厭氧微生物的作用達到穩(wěn)定化并得到有利用價值的產(chǎn)物,包括厭氧堆肥,產(chǎn)沼發(fā)酵等。研究表明厭氧發(fā)酵對抗菌藥去除率與抗菌藥種類、畜種種類、初始濃度、外源添加劑等因素有關(guān)。Gurmessa等研究表明,β-內(nèi)酰胺類去除率高于四環(huán)素、大環(huán)內(nèi)酯類、磺胺類。牛糞中泰樂菌素經(jīng)過4 d的厭氧發(fā)酵后可以完全降解,在豬糞中降解率較低。Yin等研究表明,豬糞中土霉素低于40 mg/kg時,土霉素可完全消除,超過此濃度后,降解率會顯著降低。向堆肥中加入0.5 g/L的新型生物炭后,磺胺嘧啶的去除率可提高30%,過氧化鈣可以顯著提高四環(huán)素降解率。

4 總結(jié)與展望

4.1 開發(fā)綠色安全高效的獸用抗菌藥替代物

從根源上減少獸用抗菌藥養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的使用,目前常用的飼用獸用抗菌藥替代物主要有中草藥飼料添加劑、益生菌、抗菌肽、植物提取物,酶制劑、溶菌酶、酸化劑、噬菌體等。已有研究表明魚腥草提取液對新城疫病毒強毒株的殺滅作用,效果優(yōu)于鹽酸金剛烷胺,納豆芽孢桿菌等可顯著降低豬腹瀉率,提高保育豬的平均日增重。

4.2 提高糞污無害化處理效率

在畜禽糞污無害化處理中,加強堆肥菌株和外源添加劑的開發(fā),促進殘留獸用抗菌藥的快速徹底降解。改進規(guī)?；B(yǎng)殖場放處理工藝,最終縮短獸用抗菌藥在生態(tài)環(huán)境中的遷移路徑。

4.3 全面建立檢測與排放標(biāo)準(zhǔn)

建立畜禽糞污中獸用抗菌藥含量檢測標(biāo)準(zhǔn),制定糞污抗菌藥殘留排放標(biāo)準(zhǔn),在最終排放環(huán)節(jié)做好殘留監(jiān)測及可行性評估,倒逼養(yǎng)殖企業(yè)減少抗菌藥的使用。2016年發(fā)布的《有機肥料中土霉素、四環(huán)素、金霉素與強力霉素的含量測定高效液相色譜法》,是我國首次發(fā)布肥料中抗生素殘留檢測方法的國家標(biāo)準(zhǔn)。浙江省發(fā)布的《T/ZNZ 037-2020商品有機肥中獸用抗生素殘留控制技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定四環(huán)素類殘留限量0.5mg/kg,磺胺類殘留限量為0.5 mg/kg。