江苏省土壤学会副理事长、南京农业大学邹建文教授团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“农田土壤中抗生素与抗性基因——系统性分析（Antibiotics and antibiotic resistance genes in agricultural soils: A systematic analysis; 2023, 53(7): 847-864）”的综述。
抗生素的滥用或过度使用导致细菌抗药性的增加已成为全球公共卫生和环境生态系统主要关注的威胁之一。随着畜禽养殖业的快速发展，抗生素被广泛应用于预防动物疾病以及作为饲料添加剂促进动物生长，在禽养殖业中发挥了重要保障作用。但畜禽粪肥和有机废弃物农用后也导致了抗生素及其抗性基因（ARGs）在农田土壤中普遍存在。尽管农田土壤抗生素及其耐药基因的污染风险不可忽视，但目前国内外仍缺乏关于抗生素和ARGs在农田土壤中的分布特征和风险评估的系统性研究。本研究揭示了抗生素和ARGs在农田土壤中的分布特征及其关键驱动因子，评价了常见抗生素在农田土壤中的潜在生态风险，并明确了抗生素与ARGs的共存模式以及ARGs在农田土壤中的水平转移机制。研究结果加深了对农田土壤中抗生素和ARGs污染特征的理解，可为抗生素及其耐药基因的环境生态风险管控提供参考。
图1 图文摘要（Graphic abstract）
主要内容
该研究基于135篇文章的2225个观测数据，经系统分析发现不同类型抗生素在农田土壤中的浓度差异显著，β-内酰胺类、氟喹诺酮类、磺胺类和四环素类抗生素的平均浓度较高（图2）。牛粪、鸡粪和猪粪处理的土壤中抗生素浓度较高，其次是生物固体（污水污泥）和混合施粪。菜地土壤和水稻土中抗生素浓度显著高于其他农业用地类型。抗生素与土壤有机碳和多种类型重金属之间存在显著的正相关，与土壤黏粒、全氮、镉和砷含量呈现极显著负相关。土壤特性、重金属和气候因素分别解释了抗生素浓度变化的17.7、18.9和5.9%。
图2 农田土壤中抗生素分布
对于农田土壤ARGs丰度，不同类型ARGs在农田土壤中的富集差异显著（图3）。总体而言，多药类、磺胺类和四环素类耐药基因是农田土壤中富集最多的ARGs，氨基糖苷类和MLSB抗性基因平均丰度水平最低。猪粪处理土壤中ARGs含量最高，牛粪、鸡粪和混合施粪次之。ARGs丰度在稻田中最高，在其他土地利用类型中没有差异。农田土壤中ARGs的丰度与粘土含量呈正相关，与有机碳、全氮、年平均降水量和多种金属元素呈负相关。土壤特性、重金属和气候因子分别解释了20.1、23.7和9.5%的ARGs丰度变异。
图3 农田土壤中ARGs分布
总结与展望
该研究有助于填补抗生素和ARGs在不同肥料来源和土地利用模式下的分布特征和潜在驱动因素的知识空白。该研究还提出了抗生素和ARGs在农业生态系统中的控制策略，并对未来的研究方向提出建议。首先，在抗生素来源控制方面，在有效控制动物疾病的前提下，应考虑减少畜禽养殖中生态风险较高的抗生素的使用，或寻找抗生素替代品。其次，研究发现施加猪粪土壤中ARGs丰度比其他类型粪肥更高，因此在推广使用有机肥时，需重点研究有效的肥料预处理方法以减轻ARGs污染。第三，根据抗生素的生态风险，建立系统的监测网络和政策以严格限制粪便中的抗生素浓度。第四，建议在选择种植土壤时考虑土壤特征，如高氮浓度和低重金属含量，以尽量减少抗生素和ARGs的富集。第五，应深入研究抗生素和ARGs从土壤环境向植物组织转移的机制和条件，减少其通过食物链向人类传播。最后，需加强测定抗生素及其降解产物的最低效应浓度的标准化方法研究，以便从抗生素耐药性潜力方面准确评估抗生素的环境风险。