張 鑫

1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西西安 710075；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西西安 710075

1 畜禽糞便中的抗生素含量

19世紀(jì)70年代，青霉素首次被用于治療細(xì)菌感染，在人類疾病治愈方面做出了巨大貢獻(xiàn)。然而大量使用抗生素使得微生物產(chǎn)生耐藥性，傳統(tǒng)抗生素的作用不斷減弱甚至消失，促使很多新的抗生素被研發(fā)[1]。另外，由于抗生素在畜禽養(yǎng)殖過程中具有防病促生長的作用而受到養(yǎng)殖戶的青睞，養(yǎng)殖場也已變成抗生素濫用的重災(zāi)區(qū)[2]。據(jù)估計，到2030年時，全球食用動物生產(chǎn)過程中抗生素的使用量較2010年將增加67%，到2016年中國畜禽養(yǎng)殖中抗生素的使用已達(dá)98 000噸[3]。表1中展示了一些常用抗生素種類。83%不能被吸收，而是隨著糞便排出，進(jìn)入到環(huán)境中，這與Sun等（2016）[4]的研究結(jié)果一致。抗生素在環(huán)境中傳播，進(jìn)入食物鏈危害人類健康，而我國每年畜禽糞便的產(chǎn)量約40億噸，這給環(huán)境帶來巨大的壓力[5]。邰義萍等（2011）[6]對廣東省牛糞和豬糞中的抗生素殘留進(jìn)行調(diào)查，喹諾酮和磺胺類中8種抗生素在豬糞中的檢出率為100%，在牛糞中的檢出率為90%以上。張樹清等（2005）[7]調(diào)查了經(jīng)濟發(fā)展具有差異的地區(qū)，發(fā)現(xiàn)畜禽糞便中抗生素的含量與地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)達(dá)程度成正比；豬糞中四環(huán)素類抗生素的含量約在0～134.75 mg/kg；雞糞中四環(huán)素類抗生素的含量約在0～23.43 mg/kg。打擊抗生素濫用的規(guī)章制度已在制定實施，而一些農(nóng)村地區(qū)濫用抗生素的現(xiàn)象仍然普遍，需要加強監(jiān)管[8]。

表1 常用抗生素抗菌譜

2 抗生素對畜禽糞便厭氧發(fā)酵沼氣產(chǎn)量的影響

抗生素作為污染物、有毒物質(zhì)，會對畜禽糞便厭氧發(fā)酵過程中沼氣的生成產(chǎn)生影響，但其表現(xiàn)出來的作用是相對的：當(dāng)濃度較低時會作為微生物的營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)產(chǎn)氣，當(dāng)達(dá)到一定濃度時會作為有毒物質(zhì)抑制產(chǎn)氣。Ince等（2013）[9]的研究表明，當(dāng)奶牛糞便中含有土霉素時會使厭氧發(fā)酵甲烷產(chǎn)量降低50%～60%。Alvarez（2010）[10]發(fā)現(xiàn)四環(huán)素、金霉素及二者的復(fù)合作用會使沼氣產(chǎn)量分別減少56%、60%、62%。Cetecioglu等（2013）[11]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)四環(huán)素濃度升到8.5 mg/kg時會使發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)生不可逆的崩潰。

不同種類抗生素在發(fā)酵過程中的降解程度也是造成抗生素產(chǎn)生不同影響的原因。Mitchell等（2013）[12]的研究發(fā)現(xiàn)牛糞中的四環(huán)霉素在厭氧發(fā)酵20 d后仍有大約80%的殘留；牛糞中的泰樂菌素在厭氧發(fā)酵4 d后幾乎完全降解，而豬糞中仍有較多殘留，難以降解。而Ince等（2013）[9]研究表明，土霉素在發(fā)酵前5天對沼氣生成的抑制作用最強，其后隨著土霉素的降解直到第15天抑制作用消失。然而有學(xué)者研究表明當(dāng)土霉素濃度高達(dá)250 mg/L時對發(fā)酵系統(tǒng)的沼氣生成沒有抑制作用。因此還需進(jìn)一步研究抗生素對厭氧發(fā)酵性能的影響。

3 抗生素對厭氧發(fā)酵微生物群落的影響

在厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中，已被證實抗生素對產(chǎn)甲烷菌有較大的影響。而發(fā)酵由于發(fā)酵條件和基質(zhì)種類的差異對抗生素的影響也存在差異。目前關(guān)于抗生素對厭氧發(fā)酵過程微生物群落影響的研究較少，已有的研究主要集中在研究抗生素對發(fā)酵過程中細(xì)菌、真菌、放線菌、抗藥性細(xì)菌等菌群數(shù)量的影響。Biolog微平板法、PCR-DGGE和16S rRNA等方法是研究采用的主要手段，可對微生物群落代謝的總活性、碳源代謝類型、多樣性進(jìn)行探索。

馬驛等（2013）[13]采用Biolog手段研究了環(huán)丙沙星作用下土壤微生物對六大類碳源的利用情況，土壤微生物群落對碳源的代謝強度在環(huán)丙沙星濃度≥0.1 μg/g 就表現(xiàn)出較顯著的變化。同時有學(xué)者發(fā)現(xiàn)極低濃度的環(huán)丙沙星就能使水體中的Microcystis aeruginosa和Synechococcus leopoliensis活性降低[14]。同屬于喹諾酮類的抗生素恩諾沙星的含量為0.1～100 μg/g時，會使微生物群落功能多樣性顯著降低（p＜0.05）[15]。Aydin等（2016）[16]研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合添加紅霉素和四環(huán)素，會使厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中的不動桿菌豐度降低。Aydin等（2015）[17]發(fā)現(xiàn)四環(huán)素、紅霉素和磺胺甲惡唑復(fù)合污染會在降解乙酸產(chǎn)沼氣的途徑中抑制甲烷八疊球菌，從而影響發(fā)酵產(chǎn)氣。

Alvarez等（2010）[10]通過PCR-DGGE技術(shù)研究表明，厭氧發(fā)酵過程的產(chǎn)甲烷菌中甲烷微菌目豐度最高。16S rRNA高通量測序可作為更新的手段揭示厭氧發(fā)酵過程中眾多不同類型微生物種類以及它們之間相對豐度和進(jìn)化關(guān)系。王騰旭等（2016）[18]研究分析了不同溫度下污泥厭氧發(fā)酵體系中微生物群落結(jié)構(gòu)差異，16S rRNA結(jié)果表明，產(chǎn)甲烷古菌豐度在中溫發(fā)酵系統(tǒng)中高于高溫發(fā)酵系統(tǒng)，而產(chǎn)酸及嗜熱菌在高溫發(fā)酵系統(tǒng)中有較高豐度。

4 結(jié)語與展望

由于我國畜牧業(yè)高速、高水平發(fā)展，抗生素在防治動物疾病方面使用的頻率越來越高，這造成了抗生素隨動物糞便、尿液排出體外，很多學(xué)者研究了抗生素對厭氧發(fā)酵的作用，這些研究主要集中在發(fā)酵性能方面，如產(chǎn)氣、產(chǎn)酸、微生物群落結(jié)構(gòu)的研究。且近幾年的研究表明，抗生素可以誘導(dǎo)產(chǎn)生抗生素抗性基因?？股乜剐曰蚴且环N新型的環(huán)境污染物，會降低抗生素在使用過程中的有效性，對人類生活產(chǎn)生一定的危害。因此抗生素對畜禽糞便厭氧發(fā)酵產(chǎn)物中抗性基因種類及豐度的影響是今后值得研究的方向。