張 鑫

1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西西安 710075；2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西西安 710075

1 畜禽糞便中的抗生素含量

19世紀70年代，青霉素首次被用于治療細菌感染，在人類疾病治愈方面做出了巨大貢獻。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，進入到環(huán)境中，這與Sun等（2016）[4]的研究結果一致?？股卦诃h(huán)境中傳播，進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：當濃度較低時會作為微生物的營養(yǎng)物質(zhì)促進產(chǎn)氣，當達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。然而有學者研究表明當土霉素濃度高達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)酵過程中細菌、真菌、放線菌、抗藥性細菌等菌群數(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化關系。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構差異，16S rRNA結果表明，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、微生物群落結構的研究。且近幾年的研究表明，抗生素可以誘導產(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。