中小型畜禽养殖场粪污及粪肥施用农田土壤中耐药基因污染特征

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我国中小型畜禽养殖场数量多,且主要分布在农村地区,养殖粪污多以简单堆置和还田为主,养殖方式粗放,给农村生态环境带来了巨大的压力,严重加剧了环境污染,尤其是粪污及农田土壤环境中抗生素耐药基因(ARGs)的污染已引起了广泛关注。针对中小型畜禽养殖环境中ARGs的污染规律不清、对农田环境的影响不明的问题,本文选择了于桥水库天津蓟州区和洱海流域大理市共计48家典型中小型畜禽养殖场(猪场16家、牛场16家、鸡场16家)作为研究对象,全面采集粪污和土壤样品共计189个,采用普通定性PCR和实时荧光定量PCR技术相结合的方法对八大类23种ARGs进行检测分析,旨在摸清敏感流域饮用水源地周边地区的中小型畜禽养殖粪污中ARGs的分布特征、污染水平及其对周围农田环境的影响。本研究主要的研究结果如下:(1)洱海流域大理市中小型养殖场畜禽养殖粪污中ARGs污染较为普遍。磺胺类sul1、sul2、四环素类tetO、tet Q、tet W、tet L、tet X、大环内酯类erm B、erm C、喹诺酮类qnr S、qnr B、oqx B、链霉素类aad A、str A、str B和β-内酰胺类耐药基因blaOXA-1、blaamp C、blaTEM-1均具有高检出率,其中常见基因tetO、tet Q、tet W和高风险基因blaOXA-1、blaamp C、blaTEM-1的污染水平较高,相对丰度范围分别达10-3~100和10-4~10-1 copies/16S copies。此外,不同种类畜禽养殖粪污中ARGs的污染程度亦存在差异。不同畜禽粪污中,鸡场的ARGs的污染程度最高,丰度达10-4~100copies/16S copies;同时,母猪和蛋鸡粪污中ARGs的丰度分别高于仔猪/育肥猪和肉鸡粪污中ARGs的丰度。畜禽粪肥的使用对农田土壤也存在一定的影响,即施用猪、鸡、牛粪肥的土壤中ARGs丰度分别增加了36倍、30倍、11倍,故畜禽粪肥的使用可显著增加土壤环境中ARGs的丰度。(2)于桥水库区域蓟州区中小型养殖场畜禽养殖粪污中常见的磺胺类sul1、sul2、四环素类tetO、tet Q、tet W、tet L、tet X、大环内酯类erm B、erm C、链霉素类耐药基因aad A、str A、str B普遍存在,且检出率均为100%,其中四环素类耐药基因tetO、tet Q、tet W和大环内酯类耐药基因erm B含量最为丰富;同时,与人类健康密切相关的β-内酰胺类耐药基因blaOXA-1、blaamp C、blaTEM-1和多年菌素耐药基因mcr-1在中小型养殖场粪污中亦广泛分布,其中blaOXA-1、blaamp C、blaTEM-1污染水平较高,丰度达10-5~10-2 copies/16S copies。此外,相比于猪场和牛场,鸡场粪污中的ARGs污染程度更为严重;且在不同生育阶段的猪群中,母猪粪污中的多数ARGs相对丰度要显著高于仔猪和育肥猪。而施用鸡、猪、牛粪肥后土壤中ARGs丰度也分别增加了18倍、14倍、8倍,故粪肥还田存在极大的耐药性传播风险。(3)通过对比分析,研究发现洱海流域中小型养殖场粪污中ARGs污染水平比于桥水库周边养殖场粪污中ARGs污染水平高出1~1.5个数量级;同时洱海流域养殖场畜禽粪肥的施用对土壤中ARGs的影响明显大于于桥水库周边养殖场畜禽粪肥的施用对土壤的影响。
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