畜禽养殖废水的抗生素污染现状及检测方法

摘 要：畜禽养殖业中使用的抗生素会对人类健康产生危害。目前我国畜禽养殖业中出现抗生素应用不合理、消耗过量等情况，可以通过液相色谱法、微生物法、气相色谱法、酶联免疫吸附法等方法对畜禽养殖产生的抗生素污染进行检测。我国畜禽养殖业需要加强对废水的防治措施，生态环境监管部门也需要对畜禽养殖行业的抗生素排放建立考评制度。

关键词：抗生素;畜禽养殖;生态系统;检测方法

中图分类号：S-3

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201115036

收稿日期：2020-09-25

基金项目：辽宁省科学技术厅2020年度辽宁省科学事业工艺研究基金（软科学研究计划）项目“畜禽养殖业周边地表水和地下水抗生素污染调查及防治对策研究”（项目编号：2020JH4/10100061）

作者简介：杨硕（1986-），女，硕士，工程师。研究方向：环境监测。

如今畜禽养殖业发展迅速，随着规模和产值的逐年增加，该产业趋于规模化、集约化。为实现利益最大化，畜禽养殖从业者在饲料中添加过量抗生素，以此来预防治疗流行病并促进畜禽生长，因此畜禽养殖业已出现抗生素应用不合理、消耗过量的现状。由于多数畜禽养殖场未经过环境影响评价，养殖场内污染防治措施不完备[1]，并且城市污水处理厂对抗生素类处理率低，大量抗生素经畜禽排泄物排出，直接流入水体、土壤，继而带来诸多生态环境问题。

1 抗生素的分类

抗生素一般是由细菌、霉菌等其它微生物产生的代谢产物（也可人工合成），具有抗病原体或其它活性，能干扰其它生活细胞发育功能，具免疫抑制作用。现今，抗生素广泛用于医药和水产、畜禽养殖业，主要用于治疗和预防生物的各种感染疾病。

抗生素定义的范围越来越广泛，基本上包括抵抗微生物、真菌、病毒、寄生虫等作用的抗生素或抗菌素;近年来抗生素也囊括了源于微生物的酶抑制剂，共近万种。抗生素按类型区分主要可以分为5类。

1.1 喹诺酮类抗生素

全部由人工合成，主要包括氧氟沙星、诺氟沙星、环丙沙星等。

1.2 β-内酰胺类抗生素

其结构式中包括β-内酰胺环，种类繁多，包括头孢菌素、青霉素等。

1.3 大环内酯类抗生素

该类抗生素为静止期抑菌剂，包括红霉素、罗红霉素等。

1.4 磺胺类抗生素

临床应用较早，主要包括磺胺嘧啶、磺胺甲噁唑等。

1.5 四环素类抗生素

来源于放线菌属，是氢化骈四苯的衍生物[2]，包括土霉素、金霉素等。

2 抗生素的危害

抗生素对生物具有一定毒性，畜禽养殖业中使用的抗生素会对相关水域内的水生生物发生作用，并通过食物链在人类身体内富集，此外，畜禽养殖人员长期接触低剂量抗生素也有一定风险，易产生如过敏、呕吐、昏迷等药物反应，严重时可造成死亡。抗生素也会对人体器官造成损伤，易引起贫血、耳聋、心血管疾病、糖尿病等多种疾病[3]。过量抗生素也会造成细菌耐药性，导致药物对疾病的治疗效力降低，从而危害人类健康。

3 畜禽养殖业抗生素污染现状

随着畜禽养殖业迅猛发展，为追求利益最大化，畜禽养殖业开始出现养殖密度过高、喂食量过度、有效隔离空间不足、流行病愈加频繁等问题。为预防及治疗流行病及促进畜禽生长，养殖人员将抗生素药物添入饲料中，以致畜禽养殖业出现抗生素应用不合理、消耗过量的现狀。我国每年约有6000t抗生素被添加至养殖饲料，占全球同类使用量的50%[4]。同时，经调查发现全国23个省市的规模化畜禽养殖场中未经过环境影响评价的养殖场占90%，缺少必要污染处理措施的养殖场占60%。大量抗生素通过畜禽体内，以原药或者代谢物的形式经排泄物排出体外，由于城市污水处理设施对抗生素类去除率非常低，抗生素直接流入水体和土壤，继而影响沉积物、地下水、空气等生态系统。

研究表明，江西省养殖废水与环境水体中检出浓度最高的抗生素都是氧氟沙星，分别为0.911μg·L-1和0.464μg·L-1，养殖废水中抗生素的残留量普遍高于下游水环境，在部分下游水体中，四环素类和磺胺类抗生素有富集情况[5]。江苏省的养殖排泄物中磺胺类抗生素检出率最高，其中检出率高于50%的有磺胺、磺胺二甲嘧啶、磺胺氯哒嗪[6]。广东省对猪粪中的抗生素进行检测，主要抗生素为恩诺沙星、环丙沙星、磺胺甲基嘧啶和磺胺甲噁唑[7]。俐勤等人对浙江省畜禽养殖场附近水体中的抗生素进行检测，检出率最高的是氟苯尼考，为70%，磺胺类的检出率较低[8]。海南省的地表水体中抗生素的浓度范围为3.4～1385.8ng·L-1，其中浓度最大的是磺胺甲噁唑，其抗生素残留量明显高于香港地区及广州地区。

4 抗生素的检测方法

4.1 预处理

4.1.1 固相萃取法

检测方法中大多采用此法，利用固相萃取柱进行萃取浓缩，其吸附容量较大，萃取效率高[9]。

4.1.2 固相微萃取（SPME）技术

该方法灵敏度及精密度较低，且纤维易损坏，使用范围有限。

4.1.3 气浮溶剂浮选分离/富集技术

该方法中传统气浮溶剂具毒性，不宜推广。

4.1.4 磁性固相萃取

该方法利用磁性吸附材料，分离更加简易，吸附脱附高效快速，缩短预处理时长。

4.1.5 冷冻干燥法

该方法灵敏度低，耗时长，人力投入大，效率较低。

4.2 检测方法

4.2.1 液相色谱法

目前多数研究采用的是超高效液相色谱—串联质谱法，该方法抗干扰能力强、选择性好、灵敏度高，适用于抗生素残留的痕量检测[8]。除此之外，液相色谱—紫外检测器[9]、液相色谱—荧光检测器也可以对抗生素进行检测。

4.2.2 微生物法

微生物检测法是通过微生物与药物之间的作用，将样品结果与标准溶液对照得出，对样品中的抗生素进行定量分析。该方法成本低，但耗时长、灵敏度低，且易受干扰，对于抗生素的测定工作不适用[10]。

4.2.3 气相色谱法

气相色谱法选择性好，灵敏性度高，但由于抗生素一般受热不稳定，或者为非挥发性物质，衍生化耗时长，分析误差较大，所以该方法针对抗生素类的检测不适用。

4.2.4 酶联免疫吸附法

该方法主要原理是通过抗体与待测组分相互结合而进行检测，该方法易操作，无萃取浓缩过程，但抗体制备时间长，耗时耗力，且易出现假阳性而影响检测结果，固此方法仍有很大局限性。

5 结语

随着社会对高蛋白需求的日益增强，畜禽养殖业得以迅猛发展。但同时，在饲料里添加抗生素的现象也非常普遍，在欧美等国家抗生素水平有所下降的趋势下，身处亚洲的发展中国家抗生素水平普遍在逐年升高。抗生素消耗过量会带来巨大危害，富集过多极有可能对人体器官产生损伤，除此之外，抗生素的过度使用还会引起细菌耐药性，降低疾病治愈率。现今，国内多地畜禽养殖业需要加强建设废水的处理措施，生态环境监管部门也需要加大监管力度，对畜禽养殖行业的抗生素排放建立考评制度。对畜禽养殖业中抗生素的研究，对检测方法的建立与发展也尤为重要。此外，生态环境保护、卫生防疫工作、执法工作等相关部门也需协同合作，放眼全局，稳步发展，共同防治抗生素带来的环境污染。

参考文献

[1] 徐伟朴，陈同斌，刘俊良，何延青.规模化畜禽养殖对环境的污染及防治策略[J].环境科学，2004，6（25）：105-108.

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[4]周啟星，罗义，王美娥.抗生素的环境残留、生态毒性及抗性基因污染[J].生态毒理学报，2007，2（03）：243-251.

[5]陈军平，杨艳丽，吴志强.江西省畜禽养殖废水及环境中抗生素残留现状调查[J].安徽农业科学，2015，43（31）：224-227，230.

[6]陈昦，董元华，王辉，等.江苏省畜禽粪便中磺胺类药物残留特征[J].农业环境科学学报，2008，27（01）：385-389.

[7]邰义萍，罗晓栋，莫测辉.广东省畜牧粪便中喹诺酮类和磺胺类抗生素的含量与分布特征研究[J].环境科学，2011，32（04）：1188-1194.

[8]吴俐勤，钱鸣蓉，卢立志，陶争荣，李国勤，冯尚连，陈志民，李锐，方丽珍.浙江省主要畜禽产区养殖废水中抗生素残留研究[J].浙江农业学报，2012，24（04）：699-705.

[9]陆梅.高效液相色谱法测定水中的土霉素、金霉素、四环素残留[J].环境研究与监测，2009（03）：39-40.

[10]谭建华，唐才明，余以义，等.高效液相色谱法同时分析城市河水中的多种抗生素[J].分析化学，2007，25（04）：546-549.

（责任编辑 李媛媛）