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土壤环境中兽用抗生素的来源、迁移转化及其毒理效应

时间:2016-03-04 来源:未知 作者:小韩 本文字数:3013字

  近些年来,兽用抗生素被广泛的应用于畜牧业和水产养殖业,这些抗生素会有 30%~85%以原形或代谢物形式从粪便中排出体外,并通过粪肥的施用直接进入土壤中,且残留时间较长,从而带来一些土壤环境问题,抗生素污染正逐渐受到人们的关注。本文就土壤环境中兽用抗生素的来源、迁移转化及其毒理效应等方面进行了综述,为深入研究土壤污染与修复提供可靠的依据。

  1 兽用抗生素种类

  用于牲畜生长发育及其抗病机制的抗生素统称为兽用抗生素。兽用抗生素通常包括两大部分,即注射用抗生素与饲料添加剂用抗生素 (又称“动物生长促进剂”)。迄今为止全世界使用的兽用抗生素种类较多,包括 β- 内酰胺类中的青霉素类和头孢菌素类以及氨基糖苷类、大环内酯类、四环素类、喹诺酮类、多肽类、林可霉素类、磺胺类等等。据国外报道,欧洲畜牧业无一例外在配合饲料中添加了上述兽用抗生素作为“动物生长促进剂”.

  2 土壤中抗生素的来源及污染状况

  土壤环境中的抗生素主要来源于农用抗生素和医用抗生素,其中未经处理的畜禽粪便作为有机肥施用是抗生素进入土壤环境的主要途径之一。近些年,随着集约化养殖业和复合饲料工业的发展,各种抗生素作为饲料添加剂被越来越广泛的应用于其中。

  据统计,美国每年畜牧业中抗生素的用量约为 15000t,占抗生素总用量的 75%左右;我国畜禽养殖业中抗生素的用量也相当之大。研究发现,施用粪肥的土壤中含有大量的抗生素。王冉等[1]的研究结果表明,肉鸡服用含金霉素的饲料后,大部分金霉素以母体形式排出体外,且不易降解。Martinez- Carballo E 等发现了土霉素、环丙沙星等抗生素存在于施用粪肥的土壤样品中,并且在猪粪中检测到多种四环素类抗生素,且浓度很高。很多报道中,不同地区的土壤中抗生素污染程度不同,抗生素含量也不尽相同,这与粪肥中抗生素的含量、种类以及粪肥的使用量和抗生素在土壤中的稳定性有关。目前,我国有关抗生素在土壤中的存在及残留问题的报道很少,还需要更深入的研究。

  3 土壤中兽用抗生素的迁移转化

  兽用抗生素等污染物的最终趋向是土壤环境。抗生素进入土壤后,会发生复杂的迁移转化行为,一些抗生素会降解、转化为无害物质;而另一些抗生素则会被土壤吸收残留于土壤环境中,这些迁移转化行为受土壤理化性质、抗生素本身的结构和性质,以及所处的环境条件 (温度、光照) 等因素的综合影响。

  3.1 吸附

  吸附是兽用抗生素在土壤环境中迁移和转化的重要途径,其吸附作用取决于抗生素本身以及土壤特性。范德华力、诱导力以及氢键等分子间作用力,可以使抗生素与土壤中的有机质或颗粒物表面吸附点位结合而发生吸附,但不同种类的抗生素在土壤中的吸附机理却不尽相同。洛美沙星在土壤中吸附是因其酸性基团的羧基与土壤表面离子作用的结果,而四环素类抗生素则是通过离子间作用力而吸附在土壤颗粒上,与洛美沙星吸附机理完全不同。土壤有机质和阳离子类型也会影响抗生素在土壤中的吸附。鲍艳宇等[2]的研究结果表明,通过去除土壤有机质可以改变抗生素在土壤中的吸附容量和吸附强度,土霉素在解吸过程中会伴有明显的延迟现象,去除有机质后的土壤会显着增强土霉素的解吸延迟现象。兽用抗生素在土壤中的吸附作用还与土壤 pH 值以及粘土矿物等因素有关。

  3.2 迁移

  兽用抗生素在土壤中的迁移与其自身的吸附特性、光稳定性、键合、淋洗和降解速率有关。一般情况下弱酸、弱碱性和亲脂性类抗生素会与土壤有较好的亲和力,在土壤中不易迁移。研究发现金霉素和诺氟沙星不易在土壤中迁移,而土霉素在土壤中的迁移率则较高。金霉素在粘性土壤中的迁移距离为 5cm,在沙壤中的迁移距离则可达 20cm.田间实验结果显示:土壤渗滤液中能够检测出土霉素的存在,田地水渠中土霉素的浓度可达 35μg·L- 1;由此可见,土霉素在土壤环境中具有一定的迁移能力,进入地下水的可能性较大。兽用抗生素在土壤中的迁移转化需要人们更多的去关注与研究。

  3.3 降解

  抗生素进入土壤后会发生一系列的降解作用,包括光解、水解和生物降解等,光解和水解为其重要的转化过程。通常情况下,温度、湿度、土壤类型等因素会影响抗生素在土壤中的降解作用。猪粪中四环素主要的降解方式是光解和微生物降解,且与四环素含量有关,含量越高,降解半衰期越长。磺胺嘧啶在土壤中的降解主要为水解和生物降解。抗生素在土壤中的降解受到土壤性质、土壤微生物以及光照、含水量等环境条件的综合影响。

  4 土壤中兽用抗生素的毒理效应

  兽用抗生素随动物粪便以母体或代谢物形式排出体外并进入土壤,其原形或代谢产物仍然具有生物效应。近年来,兽用抗生素残留以及其对土壤环境和动植物的潜在毒理效应已经成为国际研究的热点之一,其对土壤微生物、动植物以及人类所产生的毒理效应不容忽视。

  4.1 对土壤微生物的毒性

  研究发现残留的兽用抗生素会对微生物群落功能产生影响,它 不仅会抑制微生物酶活性以及碳源利用率,同时也会改变特殊菌群的功能和土壤微生物的群落结构。王丽平等[3]研究表明:少量的洛美沙星 (0.2mg·kg- 1) 可刺激土壤微生物的生长呼吸作用,而高浓度的洛美沙星 (5~10mg·kg- 1) 则会抑制土壤微生物生长,破坏微生物群落的组成,影响群落功能。

  4.2 对土壤动物的毒性

  残留于土壤中的抗生素对土壤动物结构体会产生一定的影响。王敏等的研究结果表明,蚯蚓的皮肤角质层和表皮细胞的超微结构会因磺胺噻唑而引起变化,且剂量不同破坏程度不同。100mg·kg- 1 时表皮细胞超微结构发生了代偿性变化,角质层增厚以及网状粘液细胞分泌功能增加。600mg·kg- 1时角质层变薄、表皮细胞分泌物减少、肠粘膜上皮细胞的超微结构受到损伤,且随着抗生素剂量的增加损伤加剧。目前关于抗生素对土壤动物毒理效应的研究较少,一些结论还需要更深入的研究与论证。

  4.3 对土壤植物的毒性

  残留于土壤中的抗生素对植物生长发育会产生一定的影响。Migliore 研究表明:氟甲喹对珍珠菜具有较强的毒性,能够抑制其生长,珍珠菜在含氟甲喹的水溶液中生长 35d 后,其体内氟甲喹含量可达 64.9mg·kg- 1.Kumar 等[4]研究发现,氯四环素可以被洋葱、高粱、玉米等作物吸收,其含量越高吸收率越高。此外,土霉素对小麦的生长发育有一定的抑制作用,但因基因型的不同差异很大。

  4.4 对人类的影响

  在对人类影响方面,虽然与抗生素对人类健康影响方面的相关报道很少,但土壤中残留的抗生素可通过植物根系进入植物体内,进而通过食物链危害人类健康。当人体长期摄入残留某种抗生素的植物或食品后,可导致该抗生素在体内蓄积,最终引发毒性损伤。

  5 结论与展望

  近年来,抗生素作为一种新型污染物,已经在环境和健康领域引起广泛的关注。我国每年抗生素的生产量与使用量均很大,但是对于抗生素在土壤中的污染状况与水平的研究和调查尚且缺乏。因此,就当前形势下,我们需要投入更多的经历去研究抗生素在土壤环境中的分布、迁移、转化规律以及生态毒理效应,从而得到更为准确和详尽的基础资料,为深入研究土壤污染与修复提供可靠的依据。

  参考文献
  
  [1]王冉,魏瑞成,刘铁铮,等。金霉素在鸡排泄物中的残留及降解动态[J].南京农业大学学报,2009(1):85- 89.
  [2]鲍艳宇,周启星,万莹,等。土壤有机质对土霉素在土壤中吸附 -解吸的影响[J].中国环境科学,2009(6):651- 655.
  [3]王丽萍,章明奎,郑顺安。土壤中恩诺沙星的吸附 - 解吸特性和生物学效应[J].土壤通报,2008(2):393- 397.
  [4]Kumar K,Gupta S C,Chander Y,Singh A K.2005b.Antibiotic usein agriculture and their impact on tenestrial enviroment [J].Adv inAgron,87:1- 54.

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