畜禽粪便及有机肥中的重金属、抗生素和抗性基因及其在堆肥过程中的变化

发布时间：2018-11-10 13:12

【摘要】：由于集约化养殖可以提高养殖效率、降低养殖成本,因此近年来在中国得到了良好发展,但在集约化养殖过程中,Cu、Zn等重金属以及四环素、喹诺酮等抗生素常以饲料添加、注射等方式施用于动物以预防、治疗疾病或促进动物生长。动物不能完全吸收重金属和抗生素,因而畜禽粪便中常含有重金属、抗生素和抗生素抗性基因。这些污染物在堆肥过程中不能完全消减,因而随有机肥的施用转移到农田土壤中,产生不利影响,如破坏农田土壤微生态平衡、影响植物生长、在作物可食用部位积累进入食物链或使致病微生物获得抗生素抗性,进而危及人类健康。实验针对畜禽粪便及有机肥中的重金属、抗生素和抗生素抗性基因进行了调查研究:1)在全国范围内,采集了 212个商品有机肥样品,对有机肥中9种重(类)金属(以下简称重金属)Zn、Cu、As、Cr、Cd、Ni、Pb、Hg、Co以及5种不同形态的砷(AsⅢ、AsⅤ、DMA、MMA、洛克沙胂)的含量进行了分析。结果表明有机肥中各重金属的含量差异极大,Zn、Cu、Cr、Ni、Pb、As、Co、Cd、Hg的含量分别是11.-3692、3.55-916、0.69-6603、0.68-72.7、0.05-188.5、0.37-71.7、0.11-93.9、0.012-8.72 和0.014-1.93 mg kg-1。13.7%的有机肥样品As含量超出了国家精制有机肥标准(NY525),机肥中的As主要为Asv(占总As的36-100%),畜禽粪便中的As主要为DMA(占总As的47-62%)和AsⅢ(占总As的24-33%)。有机肥中的Zn、Cu、As高度相关,表明它们有着相同的来源(如饲料添加)。Monte Carlo模拟表明有机肥中重金属的含量符合对数正态分布,通过有机肥的连续施用,土壤中Zn、Cu、Cd、Hg的含量可在200-300年时间内增加1倍。2)使用固相萃取、HPLC-MS/MS检测畜禽粪便及有机肥中四环素类、喹诺酮类、磺胺类3大类共15种抗生素的方法,该方法稳定性好,各目标物质回收率接近100%,可以满足分析测试要求。猪粪、鸡粪和牛粪样品中,检出的抗生素主要是四环素类抗生素和喹诺酮类抗生素,检出的抗生素含量多为μgkg-1级,但鸡粪样品中可检出mg kg-1级的喹诺酮类抗生素(5550μgkg-1的诺氟沙星、1235 μg kg-1的氧氟沙星),某份牛粪样品中检出了 2817μgkg-1的土霉素。以猪粪、鸡粪、牛粪为原料堆制、处于堆肥不同阶段的有机肥样品中也检出了多种抗生素(如最高99.5 μg kg-1的土霉素、3633μgkg-1的诺氟沙星、376μgkg-1的磺胺氯吡嗪)。成品有机肥中存在抗生素残留,如以鸡粪为原料的有机肥中喹诺酮类抗生素的含量较高,最多可检出3633 μg kg-1的恩诺沙星。3)采用高通量定量PCR检测了畜禽粪便和有机肥中10大类(万古霉素类抗性基因、氨基糖苷类抗性基因、β-内酰胺类抗性基因、磺胺类抗性基因、四环素类抗性基因、喹诺酮类氯霉素类抗性基因、大环内酯类林肯酰胺类链阳性菌素B抗性基因、多重抗药基因、可移动元件)共295个抗生素抗性基因。结果表明畜禽粪便中可检出115-146种抗生素抗性基因,高温阶段有机肥和有机肥成品中检出的抗生素抗性基因种类为77-114种和69-103种。在畜禽粪便和有机肥样品中,抗生素抗性基因的总量为 1.2 × 109-9.8×1010 copies g-1,氨基糖苷类抗性基因(7.6× 108-3.5× 1010 copies g-1)、可移动元件(3.8 × 108-3.0 × 1010 copies g-1)、四环素类抗性基因(2.4 × 108-2.1 × 1010 copies g-1)和多重抗药基因(2.1 ×109-1.9× 1010copies g-1)检出丰度最高。样品中抗生素失活是最主要的抗生素抗性机制。归一化计算结果表明,样品中单个微生物细胞内可含有多个抗生素抗性基因。多重抗药基因、氨基糖苷类抗性基因、四环素类抗性基因等与可移动元件有良好相关性,意味着这些抗性基因在环境中有较高的传播转移风险。另外样品中抗生素抗性基因总丰度与抗生素总量显著相关。
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【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X713;S141.4

【参考文献】