黑土地抗生素抗性基因污染风险及对策

刘淑滨，尚晶

(1.黑龙江省委《奋斗》杂志社，黑龙江 哈尔滨 150001； 2.广东财经大学 财政税务学院，广东 广州 510320)

黑土地是指拥有黑色或暗黑色腐殖质表土层的土地，是一种性状好、肥力高、适宜农耕的优质土地，是世界公认的肥沃土壤，是珍贵的土壤资源，其形成极为缓慢，在自然条件下形成1 cm厚的黑土层需要200～400年。东北平原是世界三大黑土区之一，是我国重要的商品粮基地，粮食产量占全国的1/4，商品量占全国的1/4，调出量占全国的1/3。长期高强度的开发利用，使得东北黑土地数量减少，质量下降。据监测，近60 a来，东北黑土层平均厚度只有30 cm左右，比开垦之初减少了约40 cm。东北黑土地耕作层土壤有机质含量平均下降1/3，部分地区下降50%[1]。保护黑土地，刻不容缓。2017年6月，(原)农业部、国家发展和改革委员会等6部委联合印发了《东北黑土地保护规划纲要(2017—2030年)》，实施范围为内蒙古东部和辽宁、吉林、黑龙江的黑土区。

施用有机肥是增加土壤有机质含量、改善土壤理化性状的基本手段之一。然而，已有研究在中国施用动物粪肥的蔬菜农场土壤中发现17种兽用抗生素和6种抗性细菌，抗生素水平高的主要是有机蔬菜农场土壤[2]。因此，当施用有机肥特别是以畜禽粪便为原料的有机肥料改良黑土土壤时，还须警惕和防范有机肥料中的抗生素抗性基因(ARGs)给黑土地带来二次污染。

1 土壤中ARGs的来源

土壤是抗生素残留的重要受纳体之一[3]，土壤环境中ARGs的来源主要有2种途径：一种是土壤环境中正常基因突变产生抗性基因。对人体和现代细菌菌群基因库的研究表明，在自然环境中原本就存在着大量的ARGs。另一种是外源输入的抗性基因[3-4]，主要受人类活动等因素的影响，由外源携带进入土壤环境。抗生素生产企业污水、医院废水，以及畜牧业、水产养殖、人畜粪便和城市污水处理厂的污水被认为是环境中ARGs的主要来源[5]。

抗生素残留和ARGs主要通过施肥、污泥农用[6]，以及废水或再生水灌溉[7]等方式释放到土壤中[3]。抗生素在人与动物体内的代谢率很低，25%～75%的抗生素未经代谢就通过排泄物进入环境中。此外，随粪便排出的还有抗生素在养殖动物肠道内诱导出的部分抗性菌株[8]。集约化养殖大量使用抗生素，使得畜禽粪便中残留的抗生素浓度增加[9]，畜禽粪便再以肥料的形式进入土壤，造成土壤中抗生素和ARGs的累积[3]，并成为环境中ARGs最重要的来源。

2 ARGs的危害

抗生素的滥用，诱导出现大量携带ARGs的微生物[4]。ARGs作为一种新型的环境污染物，在不同环境介质中的转移、传播所造成的危害可能比抗生素本身更大。ARGs这种基因污染的特殊性使其能够在物种间以水平转移的方式无限制地传播开来，存在于染色体上的ARGs更能通过复制作用一直存在于生物体中，难以消除。而且，ARGs一旦产生就会在微生物种群中长期存在[10]。低于致死剂量的抗生素基因可能诱导微生物通过突变产生耐药性，即使是低剂量抗生素的长期作用也能够使细菌产生耐药性。目前，已经发现微生物对257种抗生素具有抗性，国际抗生素耐药基因数据库已经收录124属933种细菌的377种13 293个抗性基因[4]。在ARGs在细菌代际间垂直转移和细菌群体间水平转移的过程中，微生物不断进化，新的抗生素抗性机制也可能随之产生[11]，甚至有可能导致多重抗药性基因甚至超级细菌的产生，从而威胁公共健康、食品和饮用水安全。若新型抗生素的研发速度慢于细菌的进化速度，一旦发生大规模耐药菌感染事件，相关治疗将变得更加困难，甚至出现无药可医的局面。

进入土壤中的抗生素会直接影响土壤微生物和酶的活性，损害有益菌。ARGs还会通过垂直转移转移到后代细菌中，导致具有抗性基因的细菌的产生和增殖，改变土壤生态系统微生物结构和群落，破坏土壤生态系统平衡。一旦土著微生物获得抗性基因，因其具有良好的环境适应性，会以超过亲代菌株的效率来扩散这种抗生素抗性[5]，给土壤生态安全带来更大威胁。

ARGs不但可以通过水平基因转移的方式进入到其他微生物菌体或环境中[12]，甚至能转移到人类共生微生物和病原体中[13]。进入土壤中的多种抗生素之间会产生加和、协同、拮抗等交互作用，对土壤中的植物、动物、微生物产生复合污染毒性效应[14]，导致土壤中多种抗生素的复合污染[15]。进入土壤中的残留抗生素和ARGs可通过土壤-水-植物体系的迁移分布被植物吸收并进入食物链[3]，并在食物链中迁移累积，最后进入人体。植物可以从土壤中吸收多种抗生素，且多种抗生素的毒性不是单一的毒性叠加，而是会诱导产生联合毒性[16]。耐药菌增殖及人与动物耐药性的增强是一个逐渐累积的过程，只有专业的检测才能明确是否存在ARGs污染。ARGs污染效应的隐秘性大大增加了其风险的严重性和不可控性。

抗生素残留去除技术的不成熟和高成本是导致ARGs污染风险的又一原因。现有的水处理技术尚无法做到对许多抗生素类物质的明显去除[17]。大量研究结果均表明，污水处理厂的进水、出水及活性污泥中检测到的耐药抗性菌株或抗性基因浓度较高，如研究表明，松花江流域哈尔滨4个污水处理厂出水的ARGs浓度相对较高[18]。同时，快速有效去除或降低以养殖场粪污为原料的有机肥料中的抗生素类物质的技术至今仍不够成熟，而常规的处理养殖场粪污中抗生素残留方法的时间成本和经济成本均较高，这些都导致有机肥料中抗生素残留水平较高。

3 防范黑土地ARGs污染

有学者在东北黑土地土壤和地表水体中检测出较高浓度的ARGs，表明其生态环境安全的潜在风险加大。东北地区集中饲养作业的猪粪中四环素残留浓度较高，氟喹诺酮类药物在鸡粪中广泛存在，这些动物粪便中的抗生素药物残留都可能会给当地带来严重的生态风险[19]。某研究显示，辽宁省沈阳市粪肥和土壤中检测出多种抗生素，包括四环素类和磺胺嘧啶类，在单一粪便样品中也同时测出多种抗生素。用粪肥施肥的蔬菜地中抗生素浓度高于未施肥的玉米田[20]，说明粪肥的施用显著增加了土壤中的抗生素浓度。东北地区的地表水体中也检测出种类和浓度不等的抗生素：松花江流域有12种抗生素分布，浓度存在差异，且支流和主流中抗生素浓度存在差异[21]；城市地表水的抗生素浓度在冰冻季节高于非冰冻季节；松花江哈尔滨段4种喹诺酮类、3种磺胺类和4种大环内酯类抗生素的含量较高[22]；吉林省辽河3个主要支流流域人口和牲畜数量众多的城市周围的水和沉积物中抗生素总浓度较高，抗生素及其混合物对辽河水中生物具有潜在的生态风险[23]。

研究表明，东北黑土土壤对抗生素的降解能力高于其他类型土壤[24]，而且在本研究检索范围内也未见有关东北黑土地受到ARGs污染的恶性事件报道。但是，黑土地存在ARGs污染风险也是不争的事实。ARGs的影响具有累积性，其对土壤微生物的影响从未停止，对此我们应有清醒认识，未雨绸缪，为切实保护黑土质量，保障国家粮食安全，做好防范应对准备。

4 防范黑土地ARGs污染的对策建议

为应对细菌耐药带来的挑战和潜在危害，遏制细菌耐药发展与蔓延，原国家卫生和计划生育委员会等14部委联合制定了《遏制细菌耐药国家行动计划(2016—2020年)》。土地是食物的来源，保护土壤免受污染才能保证食物安全。黑土地是保障国家粮食安全的压舱石，防范ARGs污染黑土地不容懈怠。针对当前黑土地面临的ARGs污染风险和我国当前抗生素及耐药细菌的防制规划和办法，提出以下对策建议。

4.1 研究并制定适用于黑土地的有机肥料抗生素残留上限标准

国家标准GB/T 32951—2016《有机肥料中土霉素、四环素、金霉素与多西环素含量测定(高效液相色谱法)》，给出了检测有机肥料中抗生素含量的方法标准。然而，目前国家还没有出台有机肥料中允许的抗生素残留的上限标准。养殖业中抗生素的使用是无法避免的，畜禽粪便中抗生素的种类和浓度也是动态变化的。为保证无污染有机堆肥的有效供给，必须对有机肥料生产原料中包括ARGs等在内的新型环境污染物进行检测和去除，以确保使用有机堆肥能提高土地肥力、改良土壤，同时不会对黑土地造成二次污染。黑土区的各省份可将此列为重点研发课题，联合组织领域内专家、学者和科研人员针对黑土土壤中抗生素降解的特征做深入研究：一是确定黑土土壤对抗生素残留的降解特征和自净能力上限，制定黑土区适用的有机肥料中抗生素残留浓度标准；二是研究可大规模应用的去除畜禽粪肥中抗生素残留的实用技术和设备。

4.2 加强对抗生素药物销售和使用的监管

首先，加大防治ARGs污染的宣传力度。通过各种宣传渠道让广大群众了解ARGs污染的危害，自觉减少抗生素滥用，减少含抗生素污水的随意排放。其次，有关部门应该加大监督检查力度，控制人用抗生素药物的销售和滥用。目前，人用抗生素药物的销售已经得到一定控制，大部分正规药店已经实行凭医生处方购买抗生素，但在部分偏远地区药店仍可随意买卖抗生素药物。再次，规范畜禽抗生素药物的买卖及使用。大型养殖场使用抗生素药物要在技术员的指导下用药，并由技术人员开具用药证明。农户散养的畜禽要在登记备案的兽医指导下用药。最后，建立抗生素药物流通地图。建立抗生素药物从出厂到最终使用的流向档案，这样既能够帮助医疗卫生部门监测药物使用地区的疫情，又能够为环保部门提供ARGs污染预警。

4.3 严格控制排放到黑土地土壤中的抗生素种类和浓度

土壤中的抗生素残留主要来源于污水灌溉和有机肥施用，防控黑土地ARGs污染也应把这2个渠道作为主要抓手。一是在《环境保护法》《东北黑土地保护规划纲要(2017—2030年)》等一系列政策法规的框架内，严控医药产业废水、医疗机构废水、污水处理厂出水中的抗生素浓度，防止其污染土壤。二是加强对兽医及养殖业从业人员关于抗菌药合理应用的教育培训。规范养殖业抗生素使用，提倡科学化、减量化使用抗生素，降低养殖业废弃物中的抗生素残留浓度。

4.4 规范适用于黑土地的有机肥料的生产和销售

建立有机肥料市场抗生素残留浓度准入制度。对进入黑土区销售的有机肥料进行抗生素残留检测，超标的肥料禁止施用于黑土地。

设定当地有机肥料生产企业出厂肥料抗生素残留浓度标准。有机肥生产的利润空间有限，而消除畜禽粪污有机肥原料中抗生素的经济成本和时间成本较高，对生产利润挤压严重，加大了有机肥生产企业的运营难度。可根据这一实际情况设立专项资金，用于支持当地有机肥企业研发或购买去除肥料中抗生素残留的技术或设备。

加强对农民自制自用有机肥料的指导和监管。沤制有机肥在我国农耕生产中历史悠久，但是由于近年来抗生素使用量增加，农家自有粪肥的抗生素残留也不容忽视，相关部门可以组织农民进行粪肥沤制技术培训，保证足够的沤制时间，以降低农民自制有机肥的抗生素浓度。