2021-4-10 | 生态保护论文
在过去30多年中，对于环境中有毒污染物的研究主要集中在剧毒、致癌性农药和持久性污染物上。随着科技的发展和人们生活水平的提高，药品和个人护理用品(PPCPs)的使用量和使用种类逐年增加，PPCPs对生态环境以及人类健康的影响也越来越引起公众的关注。近10年来，国内外学者已开始关注PPCPs对环境的污染以及对生物的毒害效应［1］，其中抗生素的滥用所产生的潜在环境污染，近年来在欧美等国引起了广泛关注。
抗生素是世界上使用量最大、应用最广泛的药物之一，全球抗生素年均使用总量为10～20万t。其中兽用抗生素占抗生素总使用量的70%以上［2］，主要应用于畜牧业、禽类饲养以及渔业养殖［3-4］。大部分抗生素不能完全被机体吸收，有高达90%的抗生素以原形或代谢物形式经由病人和畜禽排泄物进入环境［3］。一些代谢产物仍具有生物活性，并通过不同途径对环境造成污染［5］。抗生素暴露于环境中，对土壤和表层水体等生态环境带来不良影响，并通过食物链对生态环境产生毒害作用，影响植物、动物和微生物的正常生命活动，特别是影响人类的健康。因此，抗生素对环境的影响不容忽视。土壤是环境中抗生素最主要的归趋之一，抗生素及其代谢产物在土壤环境中能保持很长时间的活性，对土壤中的微生物、动物和植物均产生不同程度的影响。目前，对于土壤中抗生素的研究主要集中在其物理和化学过程，包括吸附、迁移和降解等［6-9］，而关于抗生素对生态环境所产生的影响则知之甚少。本文对近年来有关土壤中抗生素对生态环境毒性的研究作简要论述，以引起人们对抗生素的生态毒理和环境影响的关注和重视，为开展相关领域的研究提供思路。
1土壤中抗生素来源和残留现状
1．1土壤中抗生素来源
土壤中抗生素的来源主要有3方面:1)含有抗生素的畜禽粪便作为肥料直接施入土壤;2)使用污水处理厂的出水和污泥作为农业灌溉用水和肥料;3)医院丢弃以及生产过程中损失和废弃的抗生素。其中，未经处理的畜禽粪便作为有机肥农用是抗生素进入土壤环境的主要途径之一［10-11］。
目前，在畜禽粪便中已经检测到了高含量的抗生素残留。Martínez-Carballo等［12］对奥地利动物粪便中的抗生素进行了监测，结果表明，猪粪中的金霉素、土霉素和四环素含量分别为46、29和23mg•kg－1;猪粪中磺胺二甲嘧啶和鸡粪中磺胺嘧啶的最大含量分别为20和91mg•kg－1;鸡粪中恩诺沙星和环丙沙星的含量分别为8．3和0．37mg•kg－1。DeLiguoro等［13］发现粪便中土霉素含量可高达871．7mg•kg－1。Karci等［14］研究了土耳其动物粪便中的抗生素残留，发现家禽粪便中磺胺氯哒嗪和磺胺甲?f唑的含量分别为35．53和3．76mg•kg－1。经过处理的养猪场有机肥料中磺胺类药物含量为3．5mg•kg－1，四环素类药物含量达到4mg•kg－1［15-16］。鲍艳宇［17］在肉猪粪和肉鸡粪中分别检测到金霉素含量为879．58和94．71mg•kg－1。张树清等［18］对我国7省、市、自治区的典型规模化养殖场畜禽粪便中主要成分的分析结果表明，猪粪中土霉素平均含量为9．09mg•kg－1，最高达134．75mg•kg－1，四环素平均含量为5．22mg•kg－1，最高为78．57mg•kg－1，金霉素平均含量为3．57mg•kg－1，最高为121．78mg•kg－1。
由于目前的污水处理方式不能彻底去除水中的抗生素，因此利用污水处理厂的出水进行农业灌溉也是抗生素进入土壤的一个途径。相关报道显示，欧洲污水处理厂出水中环丙沙星、氧氟沙星和三甲氧苄二氨嘧啶的最高检出浓度分别为3．4、13和1．9μg•L－1［19］。Golet等［20］的监测结果表明，三级处理出水中环丙沙星和诺氟沙星的浓度分别为45和120ng•L－1。Lindberg等［21］发现污水处理厂的反应污泥和脱水污泥中诺氟沙星含量分别为11和3mg•kg－1，环丙沙星含量分别为12和2．6mg•kg－1。
1．2土壤中抗生素残留现状
目前，土壤中已经被检测到的抗生素残留浓度范围为μg•kg－1级到mg•kg－1级不等。Campagnolo等［22］检测到土壤中抗生素类兽药含量为10μg•kg－1。Hamscher等［15］研究了多年施用养猪场粪尿土壤中抗生素的含量，结果表明，四环素在0～10cm土壤中含量为86．2μg•kg－1，10～20cm土壤中为198．7μg•kg－1，20～30cm土壤中为171．7μg•kg－1，金霉素在0～30cm土壤中平均含量为4．6～7．3μg•kg－1;丹麦试验站施用养殖场液体粪便的农业土壤中金霉素含量为15．5μg•kg－1，泰乐菌素为57．4μg•kg－1。据Morales-Muüz等［23］报道，在西班牙施用养殖场禽畜粪便的土壤中，诺氟沙星和环丙沙星的含量分别为9．8和5．8mg•kg－1。Sarmah等［24］在德国土壤中检测到四环素类抗生素的含量为450～900μg•kg－1。
此外，有报道指出，部分地区土壤中抗生素含量已达到较高水平。Hamscher等［15］报道，在用动物排泄物施肥的0～40cm表层土壤中，检测到了土霉素和氯四环素的残留最大浓度分别为32．3和26．4mg•kg－1。Aga等［25］研究发现，将含有抗生素的粪便施入土壤22d后，0～5cm土壤中四环素类抗生素及其代谢产物总含量为281．34μg•kg－1。在我国，检测到土壤中含有土霉素可高达200mg•kg－1［26］，在水产养殖场的沉积物中土霉素含量可高达285mg•kg－1［27］。与国外相比，我国土壤中四环素类抗生素的残留量高于其他国家，这可能与此类抗生素的使用量大和使用范围广有密切关系。
2土壤中抗生素的生态毒理效应
2．1对土壤微生物的毒性
抗生素进入土壤后，能直接杀死土壤环境中某些微生物或抑制其生长，尤其是对细菌的作用最为显著。残留的抗生素可以影响微生物群落的组成，粪便和土壤中有机质的腐烂和分解，土壤肥力，并同时降低土壤微生物对其他污染物的固定或降解能力。