抗生素土壤污染及其修复探讨

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

北极星环境修复网讯:摘要：抗生素土壤污染和危害日益被人们所发现和重视。由于其进入土壤方式的隐蔽性及危害的潜伏性，土壤中抗生素污染及治理研究一直滞后于常规土壤污染物。文章简要介绍了抗生素在环境中存在的严峻形势，以及进入土壤环境途径、迁移转化及生态风险，进一步分析了土壤抗生素污染植物修复的原理和研究应用前景。

关键词：抗生素；土壤污染；生态风险；植物修复

1 环境中的抗生素

1.1 抗生素的存在现状

抗生素指的是由微生物产生或者是化学合成的具有抗病原体或其它生物活性的一类物质，主要有四环素类、喹诺酮类、大环内酯类、氯霉素类等。而环丙沙星（Ciprofloxacin，CIP）是人工合成使用最为广泛的喹诺酮类抗生素，是恩诺沙星的代谢产物，对革兰氏阴性和革兰氏阳性菌都具有广谱抗菌性。它通过抑制 DNA 旋转酶和拓扑异构酶来阻止细胞分裂，已被证明具有基因毒性。

抗生素广泛地应用于医疗、畜牧养殖及农业生产。据估计全球每年使用的抗生素达 100000 到 200000 吨，而中国每年的使用量超过 22000 吨，其中超过 70%是以药物原形随粪尿排出而进入污水处理系统或直接进入环境。在农业生产中，粪便常被用作肥料，粪便中的抗生素会渗出进入土壤及底下水，极大地威胁到农产品的安全，如珠三角地区农场土壤及蔬菜被普遍检出抗生素，含量高达 1537.4 μg·kg-1，而每份土壤及蔬菜样品中环丙沙星都被检出，浓度范围为 5.3-119.8μg·kg-1，这些农场都普遍使用粪肥[1,2]，由此可见粪肥的使用是导致农场被抗生素污染的重要原因之一。在水环境系统的试验中，大多数化合物都是持久性的，只有少数才是可生物降解的。有基因毒性的化合物如喹诺酮类和甲硝唑类并不能够被去除，喹诺酮类抗生素会强烈吸附到污泥、土壤和沉积物当中而不被生物降解。此外，由于污水处理系统对抗生素的去除率低于 50%，污水厂出水中仍然含有高浓度的抗生素，这些抗生素未能在污水处理过程或环境中降解或消除，它们将进入到地表水或地下水甚至是饮用水中，直接威胁到人身安全。由此可见，施用粪肥和废水排放是导致农业土壤污染的主要途径。

1.2 环境中抗生素的危害及迁移

近年来，环境中不断被发现的抗生素引起了人们的极大关注，一方面是由于它潜在的生态风险如对环境中微生物参与的关键进程具有潜在的负面影响，如养分的再生、碳氮循环以及污染物的降解等过程。抗生素可通过各种途径进入环境中，但我们对其环境行为及对生态系统的影响却了解甚少。土壤中环丙沙星并不易被生物降解和矿化作用，而通常是通过阳离子交换作用强烈的吸附于土壤。抗生素泛滥带来并传播着抗性作用及抗性基因，环境中的这些抗性基因在特定的条件下通过遗传机制能在微生物间进行水平转移和放大，进而可能转移至人类病原细菌，给人类和动物健康带来灾难性的后果。另一方面，抗生素对人类健康的威胁，抗生素可在动植物食品(肉、奶、蛋、蜂蜜等) 中残留污染，严重危害人体健康，包括“三致”(致癌、致畸、致突变)作用、生殖与发育毒害、神经毒害、过敏反应、免疫力降低、耐药性等。对孕妇和胎儿危害尤其严重，如四环素、链霉素、磺胺类等可造成胎儿畸形、器官功能异常和溶血性贫血等。因此，抗生素已成为新型重要环境有机污染物和近年来环境科学研究的国际前沿课题。

2 植物修复污染物概况

2.1 土壤污染现状

随着经济工业全球化的不断发展，人为向土壤环境中排放的污染物急剧增加，如固体废弃物的堆放倾倒，各类废水向土壤排放渗透，机动车尾气和大气中有毒有害物质的沉降等等，较普遍的污染物有石油烃（PHC）、多环芳烃（PAHs）、卤代烃、杀虫剂、溶剂、金属等，近年研究较热的有抗生素、矿山药剂、藻毒素等都是新型的土壤污染物，由此带来的对人类和生态环境的危害都有据可查。土壤是众多动植物赖以生存繁衍的基础物质，当污染物源源不断进入到土壤中超过土壤本身的自净能力或超过土壤的基准值时，就会给生态环境带来威胁。工业的快速发展使得世界各国都面临着不同程度的土壤污染，特别是农业生产用地，作为人类粮食生产的基础，土壤健康状况会影响到农作物产量和质量，通过粮食、蔬菜、水果等间接影响人体健康，故土壤的健康状况与人类健康息息相关[4]，在一次对珠三角主要农场的调查中发现，抗生素污染普遍存在农场中的土壤和蔬菜，其来源和所施用的粪肥密切相关，可怕的是我们尚不清楚吃进这些受污染的蔬菜会有何种危害[1]。各种化学肥料及农药的大量使用使得农业用地的状况堪忧，与此同时，各种工业污染物如重金属、抗生素、矿山药剂通过各种途径进入到农业用地，农业用地污染日益严重。据统计，我国现有 1 亿耕地 hm2 ，其中受到重金属污染的土地达 2000 万 hm2，受农业和化学试剂污染的农田达到 6000 多万 hm2 ，污染程度达到世界之最[5]，污染土壤特别是农业用地的修复已经到了“不得不为”的地步。

2.2 植物修复机理