吳爽爽，解詩雨，李佳佳，劉香檬，莫秋霞，田佳，蘆帥，吳楠. 通信作者

畜禽糞便中常見抗生素去除的研究進展

吳爽爽1，解詩雨1，李佳佳2，劉香檬1，莫秋霞1，田佳1，蘆帥1，吳楠1. 通信作者

（1. 天津農(nóng)學院 工程技術學院，天津 300384；2. 農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所，天津 300191）

隨著我國規(guī)?；⒓s化畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，大量獸用抗生素被廣泛用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)。由于抗生素在動物體中不能完全被吸收，導致畜禽糞便中抗生素高濃度殘留，對生態(tài)環(huán)境和人類健康構成很大威脅。本文綜述了畜禽糞便中常見的四大類抗生素（四環(huán)素類、氟喹諾酮類、磺胺類和大環(huán)內酯類抗生素）的分布特征及去除方法，比較了不同去除方法對抗生素的降解效果，旨在為畜禽養(yǎng)殖糞便抗生素殘留的控制提供參考。

畜禽糞便；抗生素；堆肥；厭氧消化

近年來，獸用抗生素作為抗菌劑和促生長制劑，在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中被廣泛應用，且使用量逐年增加。我國每年大約有6 000 t抗生素被用于畜禽養(yǎng)殖的飼料添加劑中[1]。大量研究證明，畜禽糞便中含量較高的抗生素包括四環(huán)素類、磺胺類、喹諾酮類和大環(huán)內酯類等，其中四環(huán)素類抗生素成本低，副作用相對較小，含量普遍較高[2]。據(jù)估計，30%～90%的抗生素以母體化合物或主要代謝產(chǎn)物形式隨畜禽糞便或尿液排出體外[3]。這些排放到環(huán)境中的抗生素會對生態(tài)環(huán)境以及人類健康產(chǎn)生嚴重危害。本文就畜禽糞便中幾種常見抗生素的消除工藝進行綜述，比較不同方法的去除效果，為畜禽糞便無害化和資源化處理提供參考。

1 畜禽糞便中殘留抗生素的影響

畜禽糞便中高濃度殘留的抗生素可通過多種途徑進入土壤和水環(huán)境（圖1），從而對生態(tài)環(huán)境造成污染。殘留抗生素可通過動物糞尿施肥或城市污水等途徑進入土壤，并在土壤中積累，影響土壤肥力、農(nóng)作物葉綠素的合成、酶的分泌以及根系的生長[4]?？股貧埩暨€會影響土壤微生物群落結構及活性，誘導抗生素抗性微生物和抗性基因的產(chǎn)生和傳播。土壤對不同種類抗生素的吸附降解能力不同，一般為四環(huán)素類＞氟喹諾酮類＞大環(huán)內酯類＞磺胺類[4]。施用于農(nóng)田的糞肥經(jīng)過土壤吸收后，一部分抗生素會隨著土壤水分通過滲透或徑流進入地下水導致水體污染。另外，畜禽糞便中的殘留抗生素會隨著畜禽養(yǎng)殖場排出的廢水或隨雨水流出，進而污染地表水。

圖1 畜禽糞便中抗生素進入環(huán)境的主要途徑

2 畜禽糞便中常見殘留抗生素的去除方法

2.1 四環(huán)素類抗生素（Tetracyclines）

四環(huán)素類抗生素（四環(huán)素母核）是由放線菌產(chǎn)生的一類廣譜抗生素，主要包括金霉素（Chlotetracycline, CTC）、土霉素（Oxytetracycline, OTC）、四環(huán)素（Tetracycline, TC）、多西環(huán)素（Doxycycline, DXC）等。金霉素又稱氯四環(huán)素，其抗菌譜與四環(huán)素相似，作為促生長劑用于豬飼料。土霉素又稱氧四環(huán)素或地霉素，對敏感菌包括肺炎球菌、鏈球菌等有抑制作用，對豬肺炎支原體、衣原體、螺旋體等也有一定的抑制作用。四環(huán)素又稱四環(huán)素水合物，是四環(huán)素族抗生素最基本的化合物，該類抗生素廣泛應用于革蘭氏陽性和陰性細菌、細胞內支原體、衣原體和立克次氏體引起的感染。

通過堆肥處理畜禽糞便以降低抗生素含量是一種經(jīng)濟實用的方法。不同堆肥處理方式對抗生素去除效果不同。研究表明，高溫堆肥對畜禽糞便中抗生素去除效果較好[5]。Arikan等[6]比較了高溫和低溫堆肥條件下牛糞中金霉素的去除效率，結果表明兩種溫度條件下金霉素的去除率分別為98%～99%和40%～49%。張樹清等[7]利用高溫堆肥的方法，研究了不同原料組配對畜禽糞便中四環(huán)素類抗生素去除的影響，結果表明，豬糞＋麥秸的處理方式對四環(huán)素、土霉素和金霉素的去除效果最好。馬駿[8]采用添加四環(huán)素的豬糞與小麥秸稈混合堆肥，研究四環(huán)素在堆肥過程中的降解。試驗表明，四環(huán)素含量在堆肥前3天迅速下降，在堆肥第8天，四環(huán)素的降解率達到91.9%，堆肥35 d后四環(huán)素的殘留率在2.1%左右。Chai等[9]研究四環(huán)素類抗生素在豬糞＋稻稈的高溫堆肥中的降解，結果表明，42 d后四環(huán)素可完全降解。表1對比了高溫堆肥對豬糞中常見抗生素的去除效率。

表1 高溫堆肥對豬糞中抗生素的去除效率

童子林等[12]通過間歇試驗研究中溫（35 ℃）厭氧消化條件下豬糞中外源添加四環(huán)素（TC）和金霉素（CTC）的降解效果。結果表明，經(jīng)過45 d厭氧消化處理后，四環(huán)素和金霉素的降解率分別達到88.6%～91.6%和 97.7%～98.2%。沈穎等[13]通過正交批量試驗研究豬糞中四環(huán)素類抗生素的生物降解規(guī)律，結果表明，在溫度55.0 ℃，初始含水率60.0%和處理時間14 d的條件下，豬糞中土霉素降解率最大，土霉素、四環(huán)素和金霉素類抗生素的去除率分別為89.19%～89.73%、72.39%～76.11%和48.05%～57.17%。

2.2 氟喹諾酮類抗生素（Fluoroquinolones）

氟喹諾酮類抗生素是新合成的一系列含氟的新喹諾酮類藥，是一類人畜通用的藥物，因其具有抗菌譜廣、抗菌活性強、與其他抗菌藥物無交叉耐藥性和毒副作用小，尤其對革蘭氏陰性菌的抗菌活性高等特點，作為獸用飼料添加劑被廣泛應用于畜牧、水產(chǎn)等養(yǎng)殖業(yè)中的疾病防治。目前臨床常用藥物有環(huán)丙沙星（CIP）、氟羅沙星（FLE）、恩諾沙星（ENR）、依諾沙星（ENO）等，其中諾氟沙星（NOR）、氧氟沙星（OFL）、洛美沙星（LOM）和培氟沙星（PFX）自2015年起就被農(nóng)業(yè)部明確禁止使用于食品動物中[14]。

Zhao等[15]對國內采集的畜禽糞便樣品進行分析，檢測到環(huán)丙沙星和恩諾沙星抗生素在豬糞中的含量分別高達33.98 mg/kg和33.26 mg/kg，在牛糞中的含量高達29.59 mg/kg和46.70 mg/kg。孟磊等[16]比較了普通高溫堆肥和接種耐高溫菌種的堆肥方法對雞糞中氟喹諾酮類抗生素的降解效果，結果表明，外源添加菌種的堆肥方法要比普通堆肥對氟喹諾酮類抗生素的去除效果更好，抗生素去除率分別為60.3%～70.4%和48.4%～77.1%。Cheng等[3]發(fā)現(xiàn)外源添加抗生素的豬糞經(jīng)過42 d的堆肥后，環(huán)丙沙星的去除率可超過85%。

2.3 磺胺類抗生素（Sulfonamides）

磺胺類抗生素是一類人工合成的抗生素，具有抗菌譜廣、性質穩(wěn)定等優(yōu)點?；前奉愃帉υS多革蘭氏陽性菌和一些革蘭氏陰性菌、諾卡氏菌屬、衣原體屬和某些原蟲（如瘧原蟲和阿米巴原蟲）均有抑制作用。常見的磺胺類藥物有磺胺嘧啶（SDZ）、磺胺甲基嘧啶（SM）、磺胺二甲基嘧啶（SM2）、磺胺甲惡唑（SMX）、磺胺間二甲氧嘧啶（SDM）、磺胺噻唑（ST）、柳氮磺胺吡（SASP）、磺胺吡啶（SPY）、磺胺間甲氧嘧啶（SMM）和磺胺氯噠嗪（SCP） 等。

磺胺類抗生素是獸用抗生素中使用量最大的抗生素之一。養(yǎng)殖場中的畜禽糞便和排放的污水是環(huán)境中磺胺類抗生素的主要來源之一。潘尋等[17]研究了高溫堆肥對豬糞中磺胺二甲嘧啶等幾種抗生素的去除效果，發(fā)現(xiàn)磺胺二甲嘧啶在初始添加量為100 mg/kg條件下，經(jīng)過28 d的高溫堆肥，殘留量為1.90 mg/kg。Mitchell等[18]通過序批式試驗，發(fā)現(xiàn)中溫厭氧發(fā)酵對牛糞中的磺胺甲基嘧啶并沒有降解作用。靳紅梅等[19]采用批次室內模擬發(fā)酵試驗，研究表明豬糞在中溫厭氧消化條件下，磺胺嘧啶和磺胺二甲嘧啶的去除率分別為58.7%和74.0%?；前奉惪股氐娜コ龣C制主要是生物降解作用，其貢獻率在80%以上，關鍵影響因素是微生物與抗生素的共代謝作用[20]。

2.4 大環(huán)內酯類抗生素（Macrolides）

大環(huán)內酯類抗生素是指鏈霉菌產(chǎn)生的廣譜抗生素，具有基本的內酯環(huán)結構，對革蘭氏陽性菌和陰性菌的抑制均有效，尤其對支原體、衣原體、軍團菌、螺旋體和立克次體有較強的作用。常見的大環(huán)內酯類抗生素有羅紅霉素（ROX）、泰樂菌素（TYL）、泰妙菌素（TIA）、泰拉菌素（TUL）、替米考星（TIL）等。

劉峰等[21]利用固相萃取前處理方法，結合高效液相色譜-串聯(lián)質譜（HPLC-MS/MS）技術，調查了福建廈門市和莆田市畜禽養(yǎng)殖場的畜禽糞便、糞肥等樣品，發(fā)現(xiàn)大環(huán)內酯類抗生素污染以羅紅霉素為主。羅慶等[22]對沈陽周邊養(yǎng)殖場的7個雞糞和19個牛糞樣品進行檢測，發(fā)現(xiàn)羅紅霉素在3個雞糞和4個牛糞樣品中檢出，其質量分數(shù)范圍為1.21～1.77 mg/kg和1.23～1.52 mg/kg。研究發(fā)現(xiàn)，豬糞中初始濃度為100 mg/kg的泰妙菌素經(jīng)過高溫堆肥，殘留量為8.75 mg/kg[17]。孟應宏[23]通過試驗發(fā)現(xiàn)，外源添加微生物生態(tài)制劑可以顯著提高堆肥過程中泰樂菌素的降解率，降低有機肥產(chǎn)品的毒害性。

3 結論與展望

畜禽養(yǎng)殖業(yè)大量使用獸用抗生素，造成畜禽糞便中高濃度抗生素的殘留，是環(huán)境中抗生素污染物的重要來源。研究不同方法對畜禽糞便中殘留抗生素的去除特征和削減機制尤為重要。堆肥是目前最常用的去除畜禽糞便殘留抗生素的方法，但簡單的堆肥方式對抗生素去除作用有限，未來需要在優(yōu)化堆肥條件，開發(fā)高效菌種等方面進行深入研究。此外，鑒于獸藥抗生素種類繁多，不同種類抗生素在畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理工藝中的行為歸趨研究有待進一步加強，對實現(xiàn)畜禽糞便的資源化和無害化具有重要意義。

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Research progress on composting removal of antibiotics in livestock manure

WUShuang-shuang1, XIEShi-yu1, LIJia-jia2, LIU Xiang-meng1, MOQiu-xia1, TIANJia1, LUShuai1, WU Nan1, Corresponding Author

（1. College of Engineering and Technology, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Agro-Environmental Protection Institute, Ministry of Agriculture, Tianjin 300191, China）

With the rapid development of large-scale and intensive livestock and poultry industry in China, a large number of veterinary antibiotics are widely used in animal breeding. Antibiotics cannot be fully absorbed by animals, resulting in high concentrations of antibiotics in animal manures and posing a great threat to the ecological environment and human health. This paper reviewed the distribution characteristics and removal methods of four kinds of antibiotics （Tetracyclines, Fluoroquinolones, Sulfonamides and Macrolides） in livestock and poultry feces. The effects of different methods on the removal of antibiotics were compared to propose suggestions for the control of residual antibiotics in livestock and poultry manure.

livestock and poultry manure; antibiotics; compost; anaerobic digestion

X713

A

1008-5394（2019）02-0089-04

10.19640/j.cnki.jtau.2019.02.020

2018-12-14

天津市大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201810061206）；國家自然科學基金項目（21607114）

吳爽爽（1998－），女，本科在讀，主要從事環(huán)境與新能源方面的研究。E-mail：1518432889@qq.com。

吳楠（1984－），女，副教授，博士，主要從事環(huán)境污染物方面的研究。E-mail：nwu@tjau.edu.cn。

責任編輯：楊霞