江西省畜禽养殖废水及环境中抗生素残留现状调查

陈军平 杨艳丽 吴志强等

摘要[目的]调查江西省畜禽养殖废水及环境中抗生素残留现状。[方法]建立了高效液相色谱串联四极杆质谱对四环素（TC）、金霉素（CTC）、磺胺二甲嘧啶（SMT）、磺胺甲噁唑（SMX）、诺氟沙星（NFC）、氧氟沙星（OFC）6种抗生素的检测方法，对江西省南昌县12个规模化养猪场养殖废水及下游水环境样品进行调查。[结果]6种抗生素在养殖废水中都有检出，最大检出浓度分别为0.110、0.135、0.106、0.181、0.024和0.911 μg/L，以氧氟沙星最高；在下游水环境检出率分别为58.3%、33.3%、66.7%、75.0%、41.7%和100.0%，氧氟沙星检出率最高。[结论]下游水环境中抗生素残留量总体低于养殖废水，四环素类和磺胺类抗生素在少数养殖场下游环境水体中有一定富集。

关键词抗生素；畜禽养殖废水；水环境；残留量

中图分类号S181.3文献标识码

A文章编号0517-6611（2015）31-224-04

Pollution of Antibiotics in Livestock Wastewater and the Environmental Water in Jiangxi Province

CHEN Junping1，YANG Yanli2，WU Zhiqiang1 et al

（1.Environmental Monitoring Center of Jiangxi Province，Nanchang，Jiangxi 330039； 2.The Science and Technology Park of Nanchang University，Nanchang，Jiangxi 330096）

Abstract [Objective] The research aimed to study antibiotics pollution in livestock wastewater and the environmental water in Jiangxi Province.[Method] A method for the determination of tetracycline （TC），chlortetracycline （CTC），sulfamethazine （SMT），sulfamethoxazole （SMX），norfloxacin （NFC） and ofloxacin （OFC） in environmental water samples was developed by using high performance liquid chromatographymass spectrometry （HPLCMS/MS）.The samples of livestock wastewater and the downstream environmental water were collected from 12 pig farms in Nanchang County of Jiangxi.[Result] 6 kinds of antibiotics in livestock wastewater have been checked out，and the maximum detection concentrations in livestock wastewater were 0.110，0.135，0.106，0.181，0.024 and 0.911 μg/L for TC，CTC，SMT，SMX，NFC and OFC respectively，in which OFC had the highest detection concentration.The detection rates in downstream environmental water were 58.3%，33.3%，66.7%，75.0%，41.7% and 100.0% for TC，CTC，SMT，SMX，NFC and OFC respectively，in which OFC had the highest detection rate.[Conclusion] The residual amounts of antibiotics in downstream water environment were lower than that in the livestock wastewater，and tetracyclines and sulfonamides antibiotics had certain enrichment in the downstream environmental water of a few farms.

Key words Antibiotics； Livestock wastewater； Water environment； Residue

抗生素作為一种重要的药物广泛用于医药、畜牧业和水产养殖业。调查表明，目前我国抗微生物类药物（包括抗菌促生长剂）占主导地位，市场份额占60%以上[1]，与西方国家30%比例相比，反映了我国抗生素滥用情况严重[2]。由于缺乏有效的监管，集约化畜禽养殖场的污染物排放基本处于放任自“流”的状态。徐昌旭等对江西省19个猪场的调查表明，能够达到基本《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）的只有2个，占10.5%；建有沼气池或3级沉淀池的猪场并在使用的只有7个，占36.8%；有10个猪场基本上是直接排放，主要排入河流中[3]。因此，集约化养殖对环境水体的污染比较严重，除排放高浓度COD、氮、磷等常规污染物外，也向环境水体排放抗生素类污染物，其中磺胺类、喹诺酮类、大环内酯类、四环素类等抗生素在畜禽养殖废水中最为常见。

目前，江西省研究集约化养殖对水环境的污染主要还集中在COD、氮、磷等常规污染物上，抗生素的污染研究鲜有报道。近年来，国内已陆续开展了一些相关工作，但涉及养殖场排水口水体的测定和下游水体中抗生素变化的研究较少。为掌握磺胺类、喹诺酮类、四环素类抗生素污染对养殖场周边水体的污染，该研究建立了水中磺胺类、喹诺酮类、四环素类3类6种抗生素的HPLC-MS/MS检测方法，对南昌县12个集约化养猪场的养殖废水和下游环境水体进行了采样、分析，旨在为环鄱阳湖周边水环境中的抗生素污染研究提供基础依据，对进一步研究抗生素在环境中的污染风险和生态毒性评价等具有重要意义。

1材料与方法

1.1仪器与试剂

1.1.1仪器设备。

Agilent 1200S 型高效液相色谱仪，配API 4000 Qtrap串联四极杆线性离子阱质谱仪（美国AB公司）；色谱柱C 18柱；ASE12固相萃取仪；Waters Oasis HLB 200 mg 6 ml固相萃取小柱；MTN-2800W氮吹仪；Centrifuge 5804型离心机；微孔滤膜（0.22 μm）；Milli-Q超纯水仪等。

1.1.2试剂。抗生素标准物四环素（TC）、金霉素（CTC）、磺胺二甲嘧啶（SMT）、磺胺甲噁唑（SMX）、诺氟沙星（NFC）、氧氟沙星（OFC）纯度为99.8%，中国药品生物制品检定所；甲酸、甲醇、乙腈均为色谱级；乙二胺四乙酸二钠和其他试剂均为分析纯试剂；试验用水为超纯水。

1.2试验方法

1.2.1样品采集与储存。

样品采集于2012年7月，分别采集规模化养殖场养殖废水、养殖场附近下游地表水体，共24个样品。样品用500 ml聚乙烯塑料瓶封口，冰袋保存带回实验室，于-20 ℃储存。

1.2.2样品前处理。

水样的处理：水样离心10 min（8 000 r/min），取200 ml上清液，加入0.2 g Na2EDTA，摇匀，将pH调至2.5～3.0。样品上ASE12固相萃取仪，用经5 ml甲醇和5 ml水活化后Oasis HLB固相萃取小柱进行富集纯化，流速控制在1 ml/min左右，用2 ml 5%甲醇水溶液净化小柱，负压抽干5 min。然后用6 ml氨水-甲醇（5∶95，V/V）洗脱[4]，洗脱液用氮气吹至近干，最后用初始比例的流动相定容至1 ml，过0.22 μm的滤膜，待测[5]。

1.2.3标准溶液的配制。分别准确称取0.01 g标准物质，用甲醇配成100 g/ml的标准储备液。准确吸取0.5 ml四环素、金霉素、磺胺二甲嘧啶、磺胺甲噁唑、诺氟沙星、氧氟沙星标准储备液，用甲醇配成5.0 g/ml的混合标准储备液，-20 ℃避光存放。分析时取适量混合标准储备液，用甲醇稀释制备成标准工作液，4 ℃避光存放。

1.2.4色谱和质谱条件。色谱条件：以乙腈和0.4 %甲酸为流动相，采用梯度洗脱的方式对养猪废水中抗生素类物质进行LC-MS/MS测定。优化的色谱条件如下：

色谱柱为C18柱 （46 mm×250 mm，5 μm），流速为1.0 ml/min，进样量为20 μl，流动相A为0.4%甲酸水溶液，流动相B为

乙腈，梯度程序为10% A和90% B 0 min，70% A和30% B 5 min，10% A和 90% B 8 min。

质谱条件：正离子模式扫描（ESI+）；采集方式为MRM；离子源温度为500 ℃；电喷雾电压（IS）为5 500 V；碰撞气体速度为中流速。优化后的质谱条件见表1。

1.2.5方法验证。

配制0.2～200.0 μg/L工作标准溶液，采用外标定量法，建立金霉素、四环素、磺胺甲噁唑、磺胺二甲嘧啶、诺氟沙星和氧氟沙星的定量校正曲线，6种抗生素的线性回归系数R均达到0.996以上。以信噪比≥10时的浓度为定量检出限，得到目标化合物的检测限为1～10 ng/L，結合测定的4个添加浓度5次重复的回收率平均值为74.7%～82.1%，相对标准偏差RSD在1.7%～5.8%之间。

2结果与分析

2.1养殖废水中磺胺类、喹诺酮类、四环素类抗生素残留现状

对南昌县12个集约化养猪场养殖废水的抗生素残留调查结果（表2）表明，养殖废水中磺胺类、喹诺酮类、四环素类抗生素均有检出，主要原因可能是3类抗生素在规模化养殖场“以饲代药”使用较为普遍。魏瑞成等研究表明，抗生素在畜禽养殖业中以亚治疗剂量长期添加于动物饲料中，刺激动物生长和促进增产。检出浓度表现为喹诺酮类>四环素类>磺胺类，喹诺酮类抗生素中氧氟沙星检出浓度大于诺氟沙星检出浓度，氧氟沙星的最大检出浓度为0.911 μg/L，最低检出浓度为0.103 μg/L，中位数为0.299 μg/L；四环素类抗生素表现为四环素检出浓度大于金霉素的检出浓度，四环素的最大检出浓度为0.110 μg/L，最低检出浓度为0.054 μg/L，中位数为0.074 μg/L；磺胺类抗生素表现为磺胺甲噁唑检出浓度大于磺胺二甲嘧啶检出浓度，磺胺甲噁唑的最大检出浓度为0.181 μg/L，最低检出浓度为0.020 μg/L，中位数为0.068 μg/L。

2.2环境水体中磺胺类、喹诺酮类、四环素类抗生素污染现状

12个集约化养猪场下游环境水体的抗生素残留调查结果见表3，环境水体中6种抗生素均有不同程度的检出。从检出率结果看，表现为氧氟沙星（100.0%）>磺胺甲噁唑（75.0%）>磺胺二甲嘧啶（66.7%）>四环素（58.3%）>诺氟沙星（33.3%）>金霉素（25.0%）。12个养殖场中，4号养殖场下游环境水体的抗生素检出率最高，6种抗生素都有检出，10和12号养殖场下游环境水体的抗生素检出率最低，只检出氧氟沙星。环境水体中6种抗生素残留浓度的中位值结果为氧氟沙星>四环素>金霉素>磺胺甲噁唑>诺氟沙星>磺胺二甲嘧啶，其中氧氟沙星在环境水体中的绝对检出浓度最大，达到0.464 μg/L。

2.3喹诺酮类、磺胺类、四环素类抗生素污染潜在危害分析

12个集约化养猪场养殖废水和环境水体中6种抗生素残留量调查结果对比情况见图1。由图1可见，环境水体中6种抗生素的残留量总体表现为低于养殖废水中残留量趋势。其中，喹诺酮类抗生素氧氟沙星和诺氟沙星在环境水体中残留量均低于养殖废水中残留量；磺胺类抗生素有部分养猪场环境水体残留量高于养殖废水残留量，3和4号养殖场磺胺甲噁唑的环境水体残留量约为养殖废水残留量的2倍，9号养殖场磺胺二甲嘧啶环境水体残留量约为养殖废水残留量的1.2倍，表现出一定的富集性；四环素类抗生素也表现出部分养猪场环境水体残留量高于养殖废水残留量，2和4号养猪场金霉素的环境水体残留量约为养殖废水残留量的1.2倍，6和8号养殖场四环素环境水体残留量约为养殖废水残留量的1.1倍。

安徽农业科学2015年

3讨论

自从1929 年青霉素被发现并临床应用，抗生素作为一种重要的药物广泛用于医药、畜牧业和水产养殖业。1996年全球抗生素饲料添加剂的用量占全部饲料添加剂用量的45.8%，抗生素总产量的70%左右用于畜牧业[6-11]。我国是抗生素的生产和使用大国，畜禽养殖业中抗生素不合理应用的现象非常普遍，每年有6 000 t抗生素用于饲料添加剂，占全球抗生素饲料添加剂使用量的50%[12]。然而研究表明，抗生素进入机体后，少部分经过羟基化、裂解和葡萄糖苷酸化等代谢反应生成无活性的产物，很大一部分以原形通过粪便和尿液排出体外[7，13-15]。

邰义萍等对广东省畜牧粪便研究表明，猪粪中喹诺酮类和磺胺类抗生素均全部被检出，前者平均总含量为581.0 μg/kg，以恩诺沙星和环丙沙星为主；后者平均总含量为4 403.9 μg/kg，以磺胺甲基嘧啶和磺胺甲噁唑为主[16]。陈昦等对江苏省集约化畜禽养殖排泄物调查结果为磺胺类药物残留的检出率普遍较高，其中磺胺二甲嘧啶、磺胺氯哒嗪、磺胺检出率均高于50%[9]。该调查结果为氧氟沙星（1000%）>磺胺甲噁唑（75.0%）>磺胺二甲嘧啶（66.7%）>四环素（58.3%）>诺氟沙星（33.3%）>金霉素（25.0%），与陈昦等研究结果较为相似。

有研究表明，四环素类和磺胺类药物在地表水中浓度为0.03～0.06 μg/L，而在水产养殖场的水样中浓度为1～6 mg/L[17]。该调查结果表明，养殖废水中磺胺类抗生素浓度为0.005～0.181 μg/L、四环素类抗生素浓度为0.054～0.135 μg/L、喹诺酮类抗生素浓度为0.005～0.911 μg/L；环境水体中磺胺类抗生素检出浓度为0.004～0.066 μg/L、四环素类抗生素检出浓度为0.024～0.111 μg/L、喹诺酮类抗生素检出浓度为0.005～0.464 μg/L。有资料表明，抗生素类药物在环境中比较稳定，其半衰期长达20 d到几年[18-21]，且能迁移和富集；氯四环素与土壤固相紧密结合，可能在土壤环境中累积；而磺胺甲嘧啶因其难降解性，在环境中持续长期存在的可能性较大，具有一定的环境风险性[19]。该调查结果表明，磺胺类和四环素类抗生素在少数养殖场下游水环境中存在一定富集，这与养殖场周边环境容量和养殖场污水排放量有关。

4结论

（1）6种抗生素在12个集约化养猪场养殖废水中都有检出，喹诺酮类检出浓度最大为氧氟沙星，为0.911 μg/L；四环素类检出浓度最大为四环素，为0.110 μg/L；磺胺类检出浓度最大为磺胺甲噁唑，为0.181 μg/L。

（2）环境水体中6种抗生素均有不同程度的检出，其中氧氟沙星在环境水体中的绝对检出浓度最大，达到0.464 μg/L。

（3）养殖场下游环境水体中6种抗生素的残留量总体存在低于养殖废水中残留量趋势，但磺胺类和四环素类抗生素在少数养殖场下游水环境中有一定富集。

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