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养殖污水处理设备粪便处理

简要描述:

养殖污水处理设备粪便处理抗生素的大规模生产和使用已经持续了70多年,极大地促进了人类的健康和农业生产.但越来越多的证据显示(Toleman et al., 2007),随着抗生素的使用,微生物(包括病原菌和非病原菌)对抗生素的抗性在逐年增加,抗生素抗性基因通过水平转移

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养殖污水处理设备粪便处理

1 引言

  抗生素的大规模生产和使用已经持续了70多年,极大地促进了人类的健康和农业生产.但越来越多的证据显示(Toleman et al., 2007),随着抗生素的使用,微生物(包括病原菌和非病原菌)对抗生素的抗性在逐年增加,抗生素抗性基因通过水平转移,进入各种病原菌,给人类健康和环境安全构成了巨大的潜在危害.2011年德国爆发的“毒黄瓜”事件短期内使欧洲33人死亡、3000多人被感染,因为此次疫情的O104:H4血清型肠出血性大肠杆菌携带有氨基糖苷类、大环内酯类、磺胺类等多种抗生素的抗性基因,导致多种抗生素

治疗无效(苏建强等,2013).临床上常见的一种致病菌——波美不动杆菌,在30多年的时间里从一种对大多数抗生素敏感的细菌发展到了带有45种抗生素抗性基因的“超级细菌”,这些抗性基因通过基因的水平转移来源于各种环境微生物(Fournier et al., 2006).欧洲每年大约25000人死于抗生素抗性细菌,美国每年至少2000000人的疾病和23000人的死亡是由于抗生素抗性所导致.因此,世界卫生组织(WHO)已将抗生素抗性基因(ARGs)作为21世纪威胁人类健康的zui重大挑战之一,并将在全球范围内对控制ARG进行战略部署.

  养殖污水处理设备粪便处理

由于抗生素不仅能够防治疾病,而且能够提高饲料效率、促进畜禽生长,因此,兽用抗生素(如四环素、泰乐菌素等)和一些微量金属元素如Cu、Zn、As等作为饲料添加剂在集约化畜禽养殖场得到了广泛使用.但抗生素和微量金属元素不能在动物体内完全代谢降解、吸收,这就导致相当比例的抗生素和大部分微量金属元素随粪便排泄出来,例如,约30%~90%的抗生素以母体的形式和大部分铜(随粪便排出体外,导致畜禽粪便中含有高浓度的残

留抗生素和重金属.这些有毒有害污染物不仅严重威胁畜禽产品安全,而且随着畜禽粪污农用进入土壤、水体环境,导致微生物的抗性逐年增加,并且抗性基因通过水平转移,对环境和人体健康构成了巨大的潜在危害.

 

 畜禽养殖粪污不仅污染物排放量大,而且常规污染物质化学需氧量、氮磷与有毒有害物质残留抗生素、重金属并存,呈现复合污染特征,是环境的主要污染源之一,并已成为抗生素抗性基因重要的蓄积库.根据2010年发布的《*次全国污染源普查公报》,我国2007年度集约化畜禽养殖业粪便产生量为2.43亿t,尿液产生量为1.63亿t,其中主要水污染物排放量中铜为2397.23 t,锌为4756.94 t.畜禽粪便已成为英国土壤中Cu、Zn等重金属的重要来源,其对土壤Cu和Zn积累的年贡献率分别达到了37%~40%和8%~17%(Nicholson et al., 2003).由于抗生素和重金属在畜禽养殖中的广泛使用,这不仅导致畜禽养殖场及其周边形成了一个重金属和抗生素交叉污染的典型环境,而且重金属对抗生素抗性基因的长期选择压力及重金属抗性基因和

抗生素抗性基因的交叉分布特征更是加剧了这种污染.例如,已有研究表明,抗生素抗性基因的丰度与抗生素和砷、铜等重金属浓度显著相关,这表明砷、铜等重金属和抗生素的复合污染可以增加环境中抗性基因的丰度.相较于抗生素抗性基因,目前有关重金属抗性基因在各种环境中的传播、分布特征及转归机制的研究非常少,更遑论有关重金属抗性基因控制的研究.

  自2006年Pruden等将抗生素抗性基因作为一种新型环境污染物提出之后,有关其在各种环境中的传播、分布特征及转归机制等研究已引起广泛关注.生物处理(如厌氧发酵和好氧堆肥)和土地利用是畜禽粪便广泛应用的处理与处置方式.因此,在控制、治理和资源化利用畜禽养殖粪便中常规C、N、P污染物的基础上,如何有效控制和削减抗生素与

重金属的复合污染及其抗性基因的水平传递,降低畜禽养殖粪便土地利用的生态风险将是本领域的技术难题和前瞻性课题.所以,本文的目的就是通过文献调研,综述国内外抗生素抗性基因和重金属抗性基因在畜禽粪便生物处理及土地利用全过程中的传播、分布与控制的研究进展,并对今后的研究重点和方向提出建议和展望,以期为我国畜禽养殖粪便的风险控制和资源化利用提供借鉴.

  2 畜禽粪便中抗生素和重金属抗性基因的赋存特征

  畜禽粪便中残留的抗生素和重金属特征决定了环境中抗生素和重金属抗性菌及其抗性基因的特征.不同国家和地区畜禽粪便中残留的抗生素和重金属差别很大(表 1).多项研究表明(Hölzel et al., 2010;Bibbal et al., 2007;Heuer and

Smalla, 2007),抗生素和重金属的使用量同抗性基因的丰度显著相关.在受到畜禽粪便污染的水体中,抗性基因的丰度相对于未受污染的区域增加了2~3 logs.如Peak等(2007)考察了3种四环素使用水平的养牛场中6种四环素抗性基因丰度,结果发现,四环素用量zui大、用量较低和未使用的养牛场

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