環境中抗生素的污染現狀及危害

李紅燕，陳興漢

（陽江職業技術學院食品與環境工程系，廣東 陽江 529566）

近年來，對于環境中抗生素污染研究逐步增多，其中我國對于環境中抗生素的研究總體呈現北方多、南方少的特征。因此，本文以環境中抗生素污染及危害作為研究對象，研究結果可為環境中抗生素污染和危害普查提供科學依據。

1　抗生素生產使用現狀

抗生素主要應用在人類、禽畜的疾病預防與治療、農業病害防治以及水產養殖等途徑。據統計，2000年，美國抗生素使用總量約為16 200 t，70%左右用于水產養殖業[1]。澳大利亞每年使用的抗生素中有56%用于飼料添加劑，有36%用于人類疾病防治，而另8%用于獸藥[2]。我國更是抗生素生產和消費的大國，主要使用的種類包括青霉素類、頭孢菌素類、β-內酰胺酶抑制劑類、氨基糖苷類、四環素類、大環內酯類、喹諾酮類、抗結核類、抗病毒類等。2009年，我國抗生素的年產量就已達到14.7萬t，抗生素品種達到181個，生產企業達到120家，市場規模約600億元，居世界首位[3]。同時，我國也是抗生素的消費大國，而且存在明顯的濫用情況。以醫療用抗生素為例，西方國家抗生素占藥物處方的比例僅為30%，而在我國這一比例高達70%[2]。

除醫療用抗生素外，為促進禽畜生長，改善禽畜生肉類的品質，在養殖業（如畜牧業養殖業和水產養殖業等）方面，我國也大量使用抗生素。每年養殖業使用的抗生素占我國抗生素使用量的50%左右，以四環素和土霉素為主[4]。抗生素在人類、禽畜體內的代謝率極低，進入人類、禽畜體內后，大部分（＞70%）以原形形式排入環境。

隨生活、生產廢水進入污水廠的抗生素，由于得不到有效去除（目前我國尚無針對抗生素的環境質量和排放標準），絕大部分進入地表水而污染水源水（飲用水），并通過水循環污染地下水[5]。隨醫療廢物等進入垃圾填埋場的抗生素，可通過滲濾液下滲作用污染地下水。長期使用抗生素的魚塘的底泥、含抗生素的禽畜糞便和污水廠污泥可作為有機肥應用于農業生產，使得抗生素進入農田土壤，通過食物鏈傳遞和累積效應對人體健康造成極大威脅。環境中抗生素的歸宿如圖1所示[6]。

圖1　抗生素在環境中的歸宿

2　抗生素污染現狀

目前，抗生素已在水、土壤、動物、植物樣品中被廣泛檢出。水環境中，抗生素在地表水、地下水（甚至深達幾百米）中被廣泛檢出。Sacher等采集了德國108個地下水樣進行分析測試，結果顯示，這些水樣中有60種抗生素被檢出，含量水平在μg/L級別[7]。2009年，Tong L等研究發現，湖北省多處地下水和地表水中含有多種典型喹諾酮類抗生素，地表水中的喹諾酮類抗生素含量（0.01 μg/L水平）顯著大于地下水中的含量（0.001 μg/L水平）[8]。孫廣大對廈門地表水水質分析的研究也顯示地表水受到抗生素的污染[9]。除了人為活動頻繁地區地表水中能夠檢測出抗生素，一些背景區的地表水中也檢測到抗生素污染。Golet E M等在瑞士格拉特山谷分水嶺的溪流中就檢測到ng/L級別的喹諾酮類抗生素[10]。

除水環境外，抗生素在糞便、土壤和農作物中也被廣泛檢出。馬驛研究發現豬糞中抗生素的總濃度竟達10.83 mg/kg[11]。張勁強在雞糞、牛糞和豬糞中也檢測到含量較高的抗生素（1.57～6.29 mg/kg），施用含抗生素的污泥或禽畜糞便后，土壤受到嚴重的抗生素污染，污染具有持久性[12]。人們在英國和加拿大土壤中檢測出磺胺類抗生素、四環素類抗生素和大環內酯類抗生素等多種抗生素[13]。周啟星等對北方農田土壤的抗生素調查結果顯示，普通土壤中抗生素含量在μg/kg級別，而施用有機肥料的土壤中抗生素含量較高，變化范圍廣，在μg/kg級別和mg/kg級別之間浮動，其中磺胺二甲基嘧啶在土壤中的含量高可達900 mg/kg[14]。南方施用有機肥料的某蔬菜基地土壤中含有抗生素，李彥文等人研究發現，蔬菜基地土壤中，抗生素含量值達到幾百微克每千克的水平[15]。邰義萍等對珠江三角洲土壤中抗生素的研究結果顯示，珠三角土壤甚至是高品級蔬菜基地土壤（如無公害蔬菜生產基地、綠色蔬菜生產基地和有機蔬菜生產基地）中普遍檢出喹諾酮、四環素和磺胺類抗生素，含量水平在幾十到幾百微克每千克[16]。

抗生素可通過污泥農用化、有機肥施用以及灌溉水的形式進入農田土壤系統，造成土壤中抗生素污染，導致蔬菜吸收積累抗生素，進而通過食物鏈威脅人類健康。不同植物品種對土壤中抗生素的累積效應不同，植物對抗生素的積累量均隨土壤中抗生素含量增加而增加。Lillenberg等研究發現，黃瓜、大麥、生菜三種植物均可吸收積累環丙沙星與恩諾沙星抗生素[17]。

吳小蓮對廣州市和東莞市蔬菜中喹諾酮類抗生素的研究顯示，4種喹諾酮類抗生素化合物（環丙沙星、恩諾沙星、諾氟沙星和洛美沙星）的檢出率均大于90%，總含量（干重）平均值分別為74.38 μg/kg（廣州）和46.34 μg/kg（東莞）；不同品種蔬菜中以瓜果類蔬菜抗生素含量（均值為91.29 μg/kg）最高，以葉菜類蔬菜抗生素含量最低（均值為52.30μg/kg）；不同等級蔬菜以綠色蔬菜抗生素含量（均值104.49 μg/kg）最高，以普通蔬菜抗生素含量（均值 61.23 μg/kg）最低[18]。

3　環境中抗生素殘留的危害

由于抗生素的抗菌活性和功能性基團，進入環境中的抗生素可對微生物和動物、植物的生長、發育造成顯著的毒害作用。恩諾沙星顯著抑制土壤中的細菌和放線菌，濃度越大，抑制作用越強[19]。金彩霞等利用急性毒性試驗進行研究，結果顯示，較低濃度的抗生素即可對植物幼苗生長造成顯著抑制[20]。研究發現，在土壤栽培條件下1 mg/kg濃度的恩諾沙星、土霉素即可顯著抑制蘿卜生長，但相同濃度的磺胺嘧啶等對蘿卜的生長則沒有影響[21-22]。除對微生物、動物、植物有顯著的毒害作用外，抗生素對人體也有較強的負面作用。兒童誤服諾氟沙星可引發腹瀉、發熱、煩躁等一系列不良反應[23]。Ramirez A J等研究發現，抗生素對人體消化吸收系統有嚴重危害[24]。研究結果顯示，濫用諾氟沙星可導致過敏性休克、面部色素沉著、重癥肌無力、精神障礙等不良反應狀態。同時，抗生素對孕婦和胎兒的危害尤為嚴重，可造成胎兒畸形、器官功能異常和溶血性貧血等癥[25]。值得注意的是，濫用抗生素會導致的致病菌突變而獲得抗性基因，成為當前最為嚴重的環境和社會問題之一。據統計，我國每年因抗生素濫用而導致的致病菌耐藥性，直接或間接造成大約9萬人死亡。世界衛生組織2011年的研究報告指出，新增44萬例耐藥結核菌病例，這造成每年至少15萬人死亡。