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残留磺胺类药物的来源及环境行为研究进展

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JournaI of Agr icuIturaI Catastropho 5ogy 2011.vol 1.No 1:58.60 残留磺胺类药物的来源及环境行为研究进展 Resea rch AdVance on the S0Urce of ResidUaI 秦国建’,许振成 ,吴根义 ,贺德春2 1-nI金华 Sulfonamides and its 1湖南农业大学资源环境学院,湖南长沙410128;2环境保护部华南环境科学研究所,广东广卅l 510655 Envmnmer ̄Behaver 摘要对磺胺类兽药进入环境的途径,在土壤中的吸附、转移和降解及在植物吸收方面的研 究进行探讨,并提出降低磺胺类药物迁移累积风险及生态威胁等领域研究的建议。 QI N Guo—j i an et aI(CoI I ege of Resource and Env i ronmenta I,Hunan 关键词磺胺类药物;环境行为;残留;吸附;降解 AgriCUIturaI University,Changsha, 中图分类号X592 文献标志码A 文章编号1004—739(2011)01—058—03 Hunan 410128) 近年来,我国养殖业发展迅速, 完全利用,有相当部分会随畜禽粪便 但养殖密度过高、环境净化处理不当, 排出体外,进入环境。研究表明,土壤 使畜禽疾病频发。为降低养殖风险, 中兽药抗生素含量—般在1O 数量级, 减少发病率与死亡率,兽药使用量逐 而畜禽粪便中兽药抗生素含量则较高, 年增加。兽药抗生素在畜牧业生产中 且变化范围大,介于10  ̄10 之间, 应用广泛,2005年化学工业学会和制 如磺胺二甲嘧啶(Sulfadimethoxine) 药工业学会的统计数据显示,我国每 达900 mg/kg 一。Mellon等[ 叨在大 年生产抗生素约21万t,其中有9.7 型养殖场周围的土壤中检测到高浓度 万t(占年总产量的46.1%)用于养 的磺胺类药物,其中牛粪合磺胺甲嘧 殖业,养殖业滥用抗生素的现象相当 啶3.973 mg/kg,猪粪合磺胺甲恶唑 严重 】。研究表明,兽药抗生素未能 89 mg/kg,猪的液体废物含金霉素、 Key words SU1 ph0nami d e S; 全部被动物肠胃吸收,约3O% ̄90% 磺胺甲嘧啶和青霉素的混合物1 400 Env i T 011men t a 1 b eh a v i 0U r:Re 以母体化合物形态排出[2-4],随畜禽 mg/L。陈界等 lJ 2005 N2006年在江 S i d1.1 e s;A b S 0 r pt i 01_1;D e g r a d a— 粪尿的有机肥利用进入农田。大量兽 苏省13市不同种类的集约化畜禽养殖 场共178个畜禽粪便样品中,对8种 磺胺类药物(磺胺胍、磺胺、磺胺嘧啶、“r  (~一0 M~一 m ~一r}~一_C、 一r{  ,~一一~ 磺胺甲嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺间  t i 0n 药抗生素进入农田生态系统,通过土 壤的吸附、迁移、降解及植物吸收, 对 一r ~们~一a 。 {l~目前,对兽药抗生素的环境研究大多停 甲氧嘧啶、磺胺氯哒嗪、磺胺甲恶唑) 留在物理、化学因素上,对兽药抗生素 的残留情况进行检测。结果表明,磺 的环境行为研究才刚刚起步闭。磺胺类 胺类药物残留的检出率普遍较高,其中 药物是人工合成的抑菌药,具有使用 磺胺二甲嘧啶、磺胺氯哒嗪、磺胺检出 M.二h-。.叩 硼 简便、抗菌谱广、价格低廉等优点, 率均高于50%。8种药物的磺胺检出总 被广泛应用于防治畜禽细菌性感染疾 量变化较大,总量超过3 000 ng/g的 病,在我国生产和使用量巨大。我国 小于5%,而总量低于200 ng/g的约 磺胺类药物的产量增长迅速,1998年 占50%,且各类药物同时检出的现象 为i0 164t,2003年产量突破2万t。 普遍。 因此残留磺胺类药物进入农田生态系 1.2土壤中磺胺类药物的残留 统的环境行为越来越受到人们的关注。 畜禽养殖业中磺胺类药物长期大 剂量使用,未被动物吸收的药物随粪 1磺胺类药物的残留状况 便和尿液等排出,使兽药残余物等随 1.1粪肥中磺胺类药物的残留 有机肥料进入土壤 用于水产养殖的 磺胺类兽药作为饲料添加剂和疾 磺胺类药物直接施用,剩余药物可随 病防治药,在国内外养殖业被广泛使 鱼塘污泥用作土壤调节剂进入土壤。 用。磺胺类药物进入畜禽体后,未被 兽药抗生素进入土层的主要途径是畜 基金项目环保部公益基金(200809093)。 作者简介秦国建(1 987一),男,山东潍坊人,硕士研究生,研究方向:农业系统控制工程。 {通讯作者,研究员,硕士,从事环境科学、污染控制工程与环境经济研究,E-mail:xuzhencheng@sc1es.org。 收稿日期2011一lO—l 7 58 禽粪便的农业利用 。研究指出,每 年进入每公顷农田土壤的磺胺类药物 约几十至几百克 。李彦文等 y,-,j-- ̄ =: 五++b 击争斗 4-憧亡±】 昔日士米 去 测,总浓度为53.68-155.24 pg/kg。德 国西北部地区的调查表明,在施用粪肥 的砂壤土中检测到磺胺类抗生素,其中 磺胺甲嘧啶在表层土壤(0-30 cm)含量 为4.5 IJg/kg 。 1.3水体中磺胺类药物的残留 目前世界各国的地表水和饮用水 中抗生素残留现象比较普遍[16-18]。 Wattes等 驯首次报道了地表水中存 在抗生素残留物,并且在英国河流中 检测到磺胺类药物,含量为1 pg/L。 Sarmah等 。。在地下水中检测到四环 素、土霉素、林肯霉素、磺胺甲嘧啶 以及抗生素代谢产物。Kim等 在 韩国地表水、饮用水及污水中,均检 测到磺胺类等抗生素药物,检出率高 达80%以上。徐维海等[2 检测出深 圳河中磺胺甲恶唑含量为880 ng/L, 地下水中也检测到磺胺类药物的存在。 Sacher等 在德国巴登一符腾堡州 的地下井水样品中检测到红霉素和磺 胺甲恶唑2种抗生素。 2磺胺类药物的土壤吸附、迁移、降 解与植物吸收 2.1土壤吸附与迁移 土壤对兽药抗生素的吸附是影响 兽药抗生素在土壤环境中迁移、滞留 和转化的主要支配因素,是控制兽药 抗生素环境行为的重要过程。进入土 壤的兽药抗生素『可以通过物理吸附、 化学吸附、氢键结合、配位键结合等 形式吸附在土壤颗粒表面。兽药抗生 素在土壤中的吸附性越强,越容易累 积,反之,则容易在环境中迁移。而 土壤对兽药抗生素吸附能力的强弱, 与兽药及土壤特性密切相关。一般土 壤颗粒越小,兽药的脂溶性越强,水 溶性越弱,则兽药抗生素越易被土壤 吸附,其迁移性就越差。磺胺类药物 知识链接 磺胺类药物是通过人工合成的氨苯磺胺 衍生物,主要用于预防和治疗细菌感染性疾病。 一般为白色或淡黄色结晶性粉末,遏光易变质, 颜色逐渐变深,大多数本类药物不易在水中溶解, 但易溶于稀碱,形成钠盐后易溶于水,其水溶液 呈强碱性。磺胺类药物能抑制革兰氏阳性菌及一 些阴性茵,可以治疗多种细菌感染,在兽医临床 多为弱酸弱碱性化合物,与土壤或底 泥的亲和力较好。Kay等 研究发 现,土壤中施用合抗生素的猪粪24 h 后,人工淋洗,地表径流中磺胺氯哒 嗪最高可达703.2 pg/L 土柱试验研 究猪粪施用后抗生素向下渗透淋失情 况,结果发现,施用猪粪4个月后, 其淋溶液中仍然有高达0.77 pg/L的 磺胺氯哒嗪。Boxall等 发现磺胺 氯哒嗪在土壤中的吸附系数(Kd值) 很低(约O.9—18.1 ml/g),因此预 测其迁移能力较强。田间试验也证实 了该观点:磺胺氯哒嗪在施用到土壤 后,迅速迁移到地表水中,在排水系 统中检测浓度高达590 pg/L。研究 表明,磺胺嘧啶在土壤中的降解能力 很弱,残留量较高,磺胺嘧啶在土壤 中有一定的淋溶迁移性,不同土壤间 迁移状况差异较大。砂土中磺胺嘧啶 具有较强的迁移能力,经淋溶后渗出 40 cm土柱的磺胺嘧啶为加药量的 70.16%,而其在壤土和粘土柱中的渗 出率分别为39.66%和51.12%口 。 2.2降解 兽药抗生素在土壤中的降解是个 复杂的过程,在该过程中,药物与土 壤相互作用,同时受土壤含水量、微 生物、温度、pH、光照等因素的影响。 研究表明,磺胺嘧啶在砂土、壤土和 粘土中降解均较慢,其降解顺序为: 砂土>壤土>粘土:磺胺嘧啶、磺胺 甲氧嘧啶等6种磺胺类药物在砂土中 降解主要是由水解和化学降解等非生 物降解作用引起的【2 。磺胺二甲嘧啶 在土壤中的降解主要是光降解和化学 降解,微生物降解只占很小的比例 磺胺二甲嘧啶残留的降解速率随土壤 含水量的增加明显加快【2 。Halting— Srensen等 研究表明,0.1—1.0 mg/kg浓度范围磺胺嘧啶在土壤中的 半衰期为14 ̄28 d,50 mg/kg磺胺 嘧啶在土壤中的半衰期为28-56 d。 2.3磺胺类药物的植物吸收 植物对兽药抗生素的吸收与富集 上广泛应用于治疗由敏感细菌感染的各种畜禽疾 病。作用机制主要是通过干扰细菌的叶酸代谢而 抑制细菌的生长繁殖。有些细菌生长时需要的一 种“生长物质”一对氨苯甲酸(PABA),而磺胺 类药的化学结构与氨基苯甲酸很象,它可以与氨 苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶,妨碍=氢叶酸的形 成从而最终影响细菌核蛋白的合成,达到抑制细 农业灾害研究2011,1(01):58—60 根据兽药、植物及土壤类型的不同而 有很大差异。磺胺类药物在环境中稳 定性较好,容易被植物吸收富集。将 含有抗生素药物的动物排泄物做为肥 料施入土壤,会影响植物的生长发 育[3 。小麦、豌豆、玉米和黍种植 在受磺胺二甲嘧啶污染的土壤中也分 别可以在根系积累79、178、269、 2 070 mg/kg,茎口 只累19.4、60.2、 12.5、ii0.0 mg/kg的磺胺二甲嘧啶。 300-900 mg/L的磺胺类药物能明显 抑制车前草、玉米等植物的生长,并 在根部和叶部富集 ”。许珊珊等【3 对14种蔬菜中3类磺胺类药物(磺 胺二甲嘧啶、磺胺嘧啶和磺胺甲嗯唑) 的含量进行检测,发现3类磺胺类药 物在14种蔬菜中均有不同程度检出, 且磺胺类药物的含量因蔬菜类别差异 而有明显不同 叶菜类和根茎类蔬菜 中磺胺类药物残留相对严重,磺胺二 甲嘧啶主要分布在蔬菜的叶片和根部 磺胺嘧啶和磺胺甲嗯唑在冬季蔬菜中 的检出率明显高于夏季。 3研究展望 我国是世界上畜禽产品存栏量最多 的国家,磺胺类药物作为最常用的 台 畜禽疾病的兽药种类之一,在我国使用 量巨大,由此带来的潜在环境危险也日 益受到人们 主。目前我国关于磺胺类 兽药环境行为的研究较少,缺乏全面深 入的危险评估。因此,在今后磺胺类兽 药的研究中 j下方面亟需开展深入研 究:①农田生态系统中磺胺类兽药的富 集规律、污染评估 去、环境风险预测 及去除、修复技术研究,阻断磺胺类兽 药通过食物链对生态环境及人类健康 造成的威胁 ②磺胺类兽药在畜禽粪便 中的嘲酾 转化研究,通过对pH、C/N、 温度等堆肥条件及堆肥方式的优化组 合,选择最佳的促进磺胺类兽药降解的 堆肥方式 ③具有高效抗菌陛的磺胺类 兽药对堆肥中细菌及土壤中菌株的影 响,对微生物群落的影响。 茵的生长繁殖的目的。根据药物动力学特点和临 床用途可分为3类:肠道易吸收型,如磺胺甲基 异恶唑(SMZ)、磺胺异唑(SIZ)、磺胺喹恶啉(sQ) 等;肠道不易吸收型,如磺胺眯(s G)、酞酰磺胺 噻唑(PST)、琥珀酰磺胺噻唑(SST)等;局部应 用型,如磺胺嘧啶银(SD—Ag)等。 59 JournaI of AgriGUIturaI CatastrophoIogy 2011,vol 1,No 1:58.60 参考文献 【1]王云鹏,马越.养殖业抗生素的使 用及潜在危害[J].中国抗生素杂 志,2008,33(9):51%521. 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