2020, Vol. 39
2. 西北农林科技大学林学院, 陕西 杨凌 712100
2. College of Forestry, Northwest A & F University, Yangling 712100, China
我国作为世界上最大的畜禽养殖国，规模化和集约化养殖迅速发展，导致畜禽粪便大量且集中产生。如何有效处理畜禽粪便成为当今研究焦点。大规模畜牧业的快速发展给我国环境带来了巨大的压力：一方面，畜禽养殖业提高了农业生产效率和农民收入，但另一方面，畜禽粪便中尽管含有丰富的N、C、P、K等大量元素，然而大多数畜禽粪便没有得到合理的处理就在农田中进行施用，这势必会造成土壤质量下降和生态环境风险，也会对水体（地表水、农田甚至地下水）造成严重污染。除此之外，畜禽粪便的处理不当很容易引起病原菌的传播，对畜禽本身和人类的健康造成严重的威胁[1-3]。其中畜禽养殖业中抗生素的滥用导致的环境污染问题尤为突出，越来越受到各国研究学者的关注[4]。抗生素是高等动植物以及真菌、细菌、放线菌等微生物在生命活动中产生的能够抗病原体的一种次级代谢产物，其通常是半合成、合成或纯天然的化合物，用于抑制或者杀死人和动物宿主中的细菌[5-6]。我国既是抗生素生产大国，也是抗生素使用大国，养殖业是抗生素使用的重要领域之一，每年用于促进动物生长以及疾病预防和治疗的抗生素就有超过8000 t[7-8]。Zhang等[9]对我国经常使用的36种抗生素进行调查得出，2013年，36种抗生素的总使用量达到92 700 t，其中大约有54 000 t通过人类和动物排出，最终有53 800 t进入受体环境。研究认为，用于动物的抗生素只有少量参与代谢而被利用，绝大部分抗生素以及在动物体内代谢产生的抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，ARGs）会随着粪便和尿液排出动物体外，从而对土壤以及水体中原本的微生物耐药性产生越来越大的压力，更严重的是会再次诱导产生ARGs，进而导致严重的生态毒性和环境污染[10-11]。
1 畜禽养殖废弃物中抗生素研究进展截至目前，已发现的抗生素达几千种，常用的是大环内酯类、喹诺酮类、β-内酰胺类、磺胺类、氨基糖苷类以及四环素类共六类。抗生素作为一种有效治疗人和动物疾病以及作为激素促进畜禽生长的药物，其在全球的医药行业、水产养殖业以及畜牧养殖业中得到了广泛的应用[12]。由于不同生物对药物的代谢程度不同，人类和动物所摄入的抗生素有30%~90%都不能被完全吸收，而是随着尿液和粪便一起排入到环境中[13-14]。此外，畜牧业和养殖业的迅速发展大幅增加了兽用抗生素的使用量，而普遍过度使用抗生素的现象也进一步提高了抗生素的排泄量和释放量。
1.1 畜禽养殖废弃物污染现状以及抗生素残留大规模养殖的迅速发展，使畜禽养殖中污染物急剧增加，最终导致各种农业面源污染问题。目前，我国畜牧业经营的总体情况是：养殖数量迅速增加，集约化程度高，粪便排放量大。牛、羊、猪是主要的养殖对象。根据中国国家统计局的数据（图 1），2017年全国牛、羊、猪分别为9 038.7万、30 231.7万、114 361.0万头。在过去的20 a里，牛的养殖数量没有显著波动，羊的数量缓慢增加，而猪的养殖数量波动幅度最大。根据相关部门测算，1头约60 kg的商品猪，日排尿量约为2.4 kg，排粪量约为3.8 kg，排放污水量约为18~24 kg，按照此方法计算，一个1万头猪的养殖场每年至少会产生粪便1.38万t[15-16]。统计数据表明，2017年我国养殖粪尿产量约为38亿t，但综合利用率却不足50%，这些养殖粪尿如果不能得到合理的处理，将会对环境产生极大威胁[17]。
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数据来自中国国家统计局 Data from National Bureau of Statistics, China 图 1 1996—2017年中国猪、牛、羊养殖情况 Figure 1 Pig, cattle and sheep breeding in China from 1996 to 2017 |
我国既是世界上抗生素消耗量最大的国家，同时也是生产量最大的国家。抗生素在提高生长速度、饲料利用率和减少疾病发生率方面的作用已被充分证明，但另一方面，饲料中抗生素的使用和误用已导致动物产品中药物残留和细菌耐药性增加[18]。通常具有高残留抗生素的畜禽粪便主要来自大型集约化养殖场，家庭散养含量较低。在饲养的畜禽中，猪粪中四环素类抗生素残留量较高，牛粪中磺酰胺类的残留量较高，鸡粪排泄物中的抗生素类残留量因地区而异[19]。畜禽养殖废弃物中抗生素残留量变化很大，可在mg·kg-1到g·kg-1之间（表 1）。通过对不同学者研究结果进行总结得出，主要的抗生素残留是在猪粪、鸡粪和牛粪中，其中猪粪是主要的残留对象以及研究对象。猪粪中四环素类抗生素残留量的变化范围是1390~354 000 mg·kg-1，其他类抗生素的残留量分别为：磺胺类170.6~89 000 mg·kg-1；氟喹诺酮类411.3~1 516.2 mg·kg-1；硝基呋喃类85.1~158.1 mg·kg-1；大环内酯类1.4~4.8 mg·kg-1（表 1）。由表得出，四环素类抗生素整体趋势为南方残留量大于北方，且残留量最高的省份是浙江，其残留浓度明显高于其他省份，最高的土霉素残留量为354 mg·kg-1[25]。另外，美国集约化养殖场猪粪中金霉素残留量是37 mg·kg-1，磺胺甲噻唑和磺胺甲恶唑为89 mg·kg-1[21]，而我国金霉素残留量最高为121.78 mg·kg-1[24]，磺胺类抗生素残留量最高为15.93 mg·kg-1[20]。总体来看，我国畜禽粪便中金霉素和磺胺类抗生素残留量低于美国。尽管四环素类抗生素是残留的主要来源，但其他抗生素所带来的污染也是不可忽视的。加之目前抗生素污染已极其普遍，如何监测其残留量变化以及寻找有效的降解方法尤为重要。
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表 1 不同畜禽废弃物中抗生素残留情况 Table 1 Antibiotic residues in different livestock wastes |
畜禽养殖废弃物作为农业生产肥料的关键来源之一，尤其在蔬菜种植中，其施用量较大，在一些设施蔬菜种植中，粪肥的施用量可以占到总量的61%~88%[27]。Zhao等[28]研究了长期施用（15 a）有机肥后14种目标抗生素对花生的影响得出，抗生素大部分存在于花生组织（根、壳、粒、茎、叶）中，四环素是花生组织中主要的抗生素化合物，在根际土壤中含量较高，约占总抗生素的61%~80%。Dolliver等[29]研究发现，添加有机肥料的处理，所有被研究的作物（玉米、生菜、土豆）均可吸收磺胺甲嗪，其在植物组织中的浓度为0.1~1.2 mg·kg-1（干质量）。Ahmed等[30]研究发现，添加3个浓度（5、10、20 mg·kg-1）的四环素类抗生素均会明显抑制番茄、黄瓜以及生菜的生长。Migliore等[31]得出恩诺沙星浓度在50~100 mg·kg-1之间时，可显著改变植物的根长、下胚轴、子叶和叶片的数量及长度，高浓度（5000 mg·kg-1）会产生毒性作用，抑制效果最显著的是对根的影响，而使用抗生素的时间长短对作物的影响不显著。
进入土壤的抗生素，一方面能够抑制甚至杀死土壤中的微生物，另一方面也能够使某些微生物迅速繁殖，从而显著影响土壤微生物群落结构以及活性，破坏群落结构平衡，导致土壤活性下降[32]。Hammesfahr等[33]将不同浓度的磺胺嘧啶加入土壤进行试验，结果显示，各浓度下的磺胺嘧啶都会使土壤中磷脂脂肪酸减少，且细菌和真菌的比例降低，甚至2个月后的微生物群落结构依旧在变化。Yang等[34]研究土霉素对小麦根际土壤微生物活性影响试验的结果显示，土霉素为10 mg·kg-1时，碱性磷酸酶活性的抑制率达41.3%，放线菌、细菌分别减少了31.7%和22.2%，当土霉素浓度大于30 mg·kg-1时，碱性磷酸酶活性的抑制率则升高到64.3%~80.8%。Zhao等[23]研究表明，四环素主要与厚壁菌门和绿弯菌门呈负相关，喹诺酮类与酸杆菌门、芽单胞菌门和消化螺旋菌门呈明显的负相关，抗生素对生物活性或生物降解过程具有潜在的抑制作用。
综上可知，抗生素在植物体内的积累程度会因抗生素种类和浓度、土壤特性以及作物种类的不同而不同。抗生素对植物的影响与其他多数污染物相似，即低剂量能够促进植物的生长发育，高剂量则抑制其生长。研究发现，抗生素可以在番茄、黄瓜、小白菜、生菜、萝卜、菜豆等多种蔬菜中积累，金霉素、土霉素以及四环素等四环素类是主要的积累对象，但在莴苣和菠菜中没有发现磺胺类抗生素的积累，且在水果中抗生素的积累量小于蔬菜，同时酸碱度偏小的土壤含有低浓度抗生素能够促进小白菜的生长，而在碱性土壤（黑土）则没有显著的影响。微生物对抗生素更加敏感，仅少量的抗生素就能够抑制微生物的活性，且不同抗生素种类对微生物的菌群影响不同。除此之外，多种抗生素共存的风险明显高于单个化合物。植物中积累的抗生素可沿着食物链传给人类，并可能对公众健康构成潜在威胁。此外，抗生素的存在能够增加抗生素耐药基因（ARGs）丰度，导致抗生素对人和动物病原体的治疗潜力降低[35-36]。因此，明确抗生素对生物健康的影响显得越来越重要。
2 畜禽养殖废弃物堆肥中抗生素的降解 2.1 抗生素的降解情况堆肥是一种在初始阶段控制湿度、pH和C/N，且在微生物的作用下进行分解的过程。理化因子对微生物的发育和有机物的稳定起着关键作用。堆肥过程中微生物的生长反映了整个过程的好坏[37]。堆肥由两个主要阶段组成，分别是嗜热阶段和成熟阶段。嗜热阶段，有机物经历微生物分解、释放二氧化碳和氨，有机物的降解伴随着高温释放消灭病原体，最后易降解部分（糖类、氨基酸）完全矿化；成熟阶段，木质素等生物可降解性较差的有机物质被降解，形成可用于农业生产的肥料[38-39]。
抗生素的降解效果受多种因素的影响，如堆肥条件（温度、湿度、pH、通风等）的差异、抗生素类型、堆肥材料的性质、粪便类型等都会影响畜禽粪便中抗生素的降解效率[41-42]。由表 2可知，堆肥对于四环素类抗生素的降解率为62.7%~99.0%，对磺胺类抗生素为0~99.99%，对大环内酯类抗生素的降解接近100%，然而堆肥不能有效降解喹诺酮类抗生素。不同种抗生素在不同粪便中的降解效率显著不同，Winckler等[43]研究发现鸡粪中的磺胺二甲基嘧啶在堆肥过程中没有降解，并且认为高温是影响抗生素降解的主要因素。但Selvam等[44]得出猪粪中的磺胺二甲基嘧啶在堆肥42 d后降解率可以达到92%，且认为pH和温度是降解抗生素的主要因素。沈东升等[45]通过对比添加和不添加土霉素降解菌剂TJ-1得出，添加菌剂可以使抗生素的降解率提高20%，并认为土霉素降解菌TJ-1能够缓解堆肥过程中有害物质对微生物的损伤，从而保证了微生物群落的多样性和活性。堆肥是一种通过有机物的生物降解来稳定粪肥的有效方法。总结得出，堆肥可以有效降解四环素类、磺胺类、大环内酯类等多种抗生素。抗生素的降解受多种因素的影响，其中温度和pH是最重要的影响因素。
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表 2 堆肥化处理对畜禽粪便中抗生素的降解效果 Table 2 Effect of the composting treatment on the removal of antibiotics from livestock and poultry feces |
堆肥过程中，抗生素的理化性质决定了它们的降解方式。此外，堆肥过程中物理化学条件、有机物的降解以及微生物的作用等均可改变抗生素的结构，从而导致其降解[49]。抗生素在堆肥中的降解主要包括光降解、水解以及生物降解3种方式。生物降解被认为是目前最为有效的降解方法，主要包括外源添加降解菌剂和普通高温堆肥，这两种方式能够很好地阻止抗生素在食物链中的传播[50-51]。Ezzariai等[49]研究表明，抗生素的降解包括挥发、非生物和生物转化、螯合以及矿化等几个过程。Loke等[52]对四环素类抗生素进行研究得出，四环素类抗生素是多环并四苯羧基酰胺结构，可通过脱水、异构化等途径发生分解，且认为带有四环结构的四环素在堆肥中消减的主要因素是水解作用，且随着堆肥温度的升高而增强。Wu等[53]得出相似的结果，认为四环素类抗生素的降解可能与外膜化或脱水等非生物转化有关。泰乐菌素降解主要进行的是水解过程，在酸性条件下从A-泰乐菌素到B-泰乐菌素，在中性和在碱性条件下，该化合物与其他极性分解产物同时产生泰乐菌素-A-丁间醇醛，据报道，在整个pH（2~13）范围内，泰乐菌素的水解度都很高[54]。对于磺胺类化合物，这些分子浓度的下降可能与有机物的存在有关，有机物在堆肥过程中会在高温下产生吸附位点，使其不易提取[55]。Loftin等[56]对四环素类、磺胺类和大环内酯类的多种抗生素进行降解机理研究，得出环丙沙星和磺胺嘧啶在分子结构上与金霉素和四环素明显不同，磺胺嘧啶属于磺酰胺类抗生素，其分子结构中与胺基连接的磺酰基比多环结构更容易分解。Kim等[57]在堆肥中添加木屑用于降解四环素，发现木屑对四环素的降解有显著的正向作用；推测由于这些有机基质中存在大量的二价阳离子，并可能与有机物形成螯合物，因此吸附在降解过程中起主要作用。酪氨酸不与金属离子形成复合物，但可以与粪肥中带负电荷的化合物形成强化学键，加速可提取的抗生素水平的下降。综上所述，不同种抗生素的降解过程存在差异，结合2.1的阐述，生物降解可能是导致抗生素减少的主要原因，但也有研究显示，非生物过程如化学转化、隔离等也是抗生素降解的原因。因此，将生物和非生物两个过程结合起来阐述抗生素在堆肥中的降解机制应当是最优策略。
2.3 堆肥中微生物群落的演变微生物在堆肥中发挥着不可替代的作用，同时堆肥也使微生物的群落发生改变。Xia等[58]利用蚯蚓进行堆肥，研究污泥中不同浓度的四环素（0、100、500、1000 mg·kg-1）对堆肥过程中微生物群落的影响发现，高浓度的四环素可以改善蚯蚓和微生物的活动，从而延迟有机质的腐殖化，微生物的丰度和多样性随四环素浓度的增加而减少，初始底物中的优势门由变形杆菌门、放线菌门、拟杆菌门和厚壁菌门组成，分别占总相对丰度的35%、19%、16%和10%，堆肥结束时，拟杆菌门数量明显增加，且随着抗生素浓度的增加而增加，表明拟杆菌对高浓度的四环素有很强的耐受性，且有研究证明蚯蚓在堆肥前期对微生物群落的影响更为强烈[59]，也有学者研究证明堆肥过程中抗生素浓度的变化，以及温度、pH、水分均会影响微生物的群落结构变化[60]。探讨糠醛渣与林可霉素菌丝渣共堆肥对细菌群落的影响，得出厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、异常球菌门（Deinococcus-Thermus）是6个最主要的优势门，占所有样本细菌16S rRNA总基因序列的99%以上，但随着堆肥的进行，放线菌逐渐增多[61]。Meng等[62]研究发现，堆肥过程中嗜油极小单胞菌属、假单胞菌属、丛毛单胞菌属、黄杆菌属、反刍杆菌属、密螺旋体杆菌属、不动杆菌属与GI（发芽指数）、TN和NO3--N呈负相关，与TOC和TOC:TN呈正相关，然而高温单孢菌属和热多孢菌属与NO3--N、GI和TN呈正相关，与TOC、TOC:TN以及含水量呈负相关。Ren等[61]研究表明，堆肥后期处理组和对照组的微生物群落变得相似，认为抗生素不影响堆肥结束时的群落结构。其他学者也进行了类似的研究，他们认为堆肥的不同阶段会影响细菌群落的进化，而非残留抗生素，残留的抗生素可能只在开始和中温阶段影响细菌群落，一旦抗生素被降解到合适的水平，细菌就会迅速生长，微生物群落变得越来越相似[63-64]。
3 畜禽养殖废弃物堆肥中抗性基因（ARGs）的降解 3.1 ARGs的研究ARGs是由于畜禽养殖业中长期不规范使用四环素类、磺胺类、大环内酯类等各类抗生素，诱导动物体内一些细菌产生耐药性，从而产生ARGs，经排泄后将对周围环境造成潜在的基因污染。抗性基因通常位于质粒、转座子等可动遗传因子上（Mobile genetic element），能够在环境中传播和扩散，对人类生活产生严重的威胁。细菌的固有抗药或天然抗药（Intrinsic resistance）是抗药基因的重要起源之一，另一种起源是细菌在环境中抗生素和重金属等多种污染物的选择压力，其通过人或者畜禽粪便随着肠道细菌排出体外，这类ARGs一旦产生将难以降解，他们有很强的移动能力，是环境中ARGs的重要来源之一[65]。ARGs与一般环境污染物不同，其能够进行自我扩增且能在不同微生物之间传播和转移，显示出特殊的环境行为特征，因此ARGs的存在是抗药性菌产生的根源，其已经被定义为环境中的新型污染物并被大量研究[66-67]。
Zhao等[68]利用高通量测序分别对湖南、辽宁和浙江3个大型养殖场新型粪便中ARGs种类和丰度进行测定，共检测到146个ARGs且大约为1.3×1010 copies·g-1，研究还发现饲料添加剂增加了猪肠道中ARGs和可移动基因元件（Mobile genetic elements，MGEs）的富集。对上海规模化养殖场废水中ARGs进行检测，发现tetB/P、tetM、tetO、tetW、sulA、sul1、sul2和sul3均有检出，其中sul1丰度最高，可达8.4~10.4 logs[69]。黄福义等[70]利用高通量QPCR技术，研究福建省某梅花鹿养殖场中粪便的ARGs，共检测出120种ARGs和MGEs，其中检测出种类最多的是四环素类和氨基糖苷类，其次为胺酰醇类、氟喹诺酮类，均达11 logs以上。利用QPCR技术对牛粪、猪粪和猪粪堆肥中tetA、tetB/P、tetC、tetG、tetM、tetO、tetQ、tetT、tetS和tetW这10种ARGs进行研究，3种材料中均发现了此10种ARGs，且所有猪粪样品中10种ARGs的拷贝数均高于牛粪[71]。Wang等[72]对江苏省16个养殖场粪便进行调查，结果tetM、tetO、tetQ、tetT、tetW这5种tet基因表达的核糖体保护蛋白丰度均高于tetA、tetC、tetE、tetG这4种外排泵蛋白表达丰度，且ermB、sul2以及tetM检出率和丰度最高，检出率可达90%以上，丰度可达109 copies·g-1以上。
近些年随着ARGs污染的加重，QPCR技术作为一种准确表征ARGs的手段越来越受到人们的青睐。在畜禽养殖过程中，猪粪是环境中ARGs的主要来源，其中检出比较多的分别是四环素类的tetA、tetB/P、tetM、tetO、tetQ、tetS、tetT和tetW；磺胺类的sul1和sul2；氨基糖苷类的aadA、aph33ib、aph6id和aac6ib；喹诺酮类的qnrA、qnrB和qnrS；大环内酯类的ermB、ermC和ermA；多重耐药基因的FloR和catA等，其他动物的粪便中也有多种ARGs被检测到。然而目前的研究只集中于大型养殖场的畜禽粪便检测，而对养殖场周围水体、土壤以及空气的研究较少，因此将所有可能存在ARGs的介质结合起来研究，将能准确且更好地监测ARGs的变化情况。
3.2 堆肥中ARGs的降解情况为了减少畜禽养殖中ARGs向环境中扩散和传播，国内外许多学者开始重视并研究利用生物处理技术对畜禽粪便中ARGs的消减。Chen等[60]研究抗生素对猪粪堆肥过程中多重抗生素ARGs影响，发现四环素类ARGs与其他ARGs存在交叉抗性和共同抗性，且发现高温期和腐熟期是降解ARGs的关键时期。Peng等[73]研究显示，添加剂（过磷酸钙和沸石）能减少鸡粪好氧堆肥过程中ARGs，降解率为67.3%~86.5%，且能有效降低高温期致病菌的相对丰度。Jang等[74]利用好氧高温堆肥技术得出，堆肥结束时，四环素类ARGs降解率为50.03%~100%，磺胺类为93.93%~97.17%，喹诺酮类为81.61%~97.28%，β-内酰胺类为80.02%~100%，而大环内酯类ARG仅为20.39%。研究表明，不同堆肥理化条件对畜禽粪便中的ARGs有一定降解作用，但具体效果存在差别。Zhang等[75]以天然沸石、零价纳米铁和Dnase为变量，探讨猪粪中温和高温厌氧发酵过程中ARGs的变化，研究得出，可以减少除了tetM和sul2的大部分ARGs，天然沸石和零价铁的添加可以促进ARGs的减少，MRGs的共同作用为ARGs的变化贡献了86.5% ~89.9%，且得出高温比中温厌氧发酵达到的效果要更好。Barkovskii等[76]研究发现，尽管新鲜粪肥中存在大量的tetB，但经过厌氧氧化塘处理后，tetB完全降解。除氧含量外，温度高低同样影响ARGs的降解。Diehl等[77]发现，随着温度的增加，tetX和tetA等基因的降解速率增加，得出ARGs的降解可能与温度变化下宿主菌的演替有关。
无论是好氧堆肥还是厌氧堆肥对ARGs的降解都有一定的效果，但因堆肥方法以及抗生素的种类不同而存在差异。堆肥对四环素类ARGs、β-内酰胺类ARGs、氨基糖苷类ARGs、磺胺类ARGs以及喹诺酮类ARGs都有一定的降解效果，但对大环内酯类ARGs没有显著的降解效果。目前堆肥温度最高可达70 ℃以上，且总结得出高温是降解ARGs的主要因素，因此可以延长堆肥的高温期以提高ARGs的降解率。已有研究证明通过添加沸石、过磷酸钙以及零价纳米铁等可以提高ARGs的降解率，但其对堆肥理化性质、抗生素的影响还缺少研究。因此找到既能有效降解ARGs，又能提高抗生素降解率的方法是研究的重中之重。
3.3 ARGs的传播和扩散机理水平基因转移（Horizontal gene transfer，HGT）和垂直基因转移（Vertical gene transfer，VGT）是ARGs传播扩散的主要机制。其中，HGT是以MGEs作为载体，通过接合、转导和转化等作用使ARGs传播，ARGs可以在同种细菌甚至是不同细菌之间转移和传递。VGT主要是通过微生物的自我繁殖使得ARGs在土壤、空气以及水体等不同环境中传播扩散[78]。两种形式都可以使细菌的耐药性快速传播，因此会使ARGs导致的环境问题不断加剧，同时由于ARGs能够在不同介质中传播以及持久性强，使得其危害比抗生素本身对环境的危害更严重[79]。
Roberts[80]研究认为大环内酯类ARGs中的ermB基因型是erm类基因型中最多的基因，共有33个基因型，因为其具有丰富的基因型，所以在环境中更容易传播和扩散，从而导致其在堆肥样品中丰度更高。对四环素ARGs与转座子intII的丰度改变和分布特征的研究得出，ARGs的增值与intII有关[81]，然而有报道称，MEGs和微生物群落结构能够影响ARGs的分布和归趋[82]。tetG、tetA以及tetB等四环素类ARGs的宿主大部分都是革兰氏阴性细菌（Gram-negative bacteria，G-），而厌氧堆肥占主导地位的细菌正是G-，因此厌氧处理对该类ARGs的削减有内在的优势。Dowd等[83]通过好氧堆肥技术得出，随着堆肥温度的升高，芽胞菌属和嗜热菌属等耐热菌成为优势菌，然而粪便中的肠道菌基本只能耐中温，因此在环境胁迫下被淘汰，因而其含有的ARGs也就会消失。抗生素浓度的高低也是影响ARGs的又一因素。Zhu等[84]研究得出，在高浓度抗生素的畜禽粪便中，ARGs与转座基因呈正相关关系，此说明在高抗生素的状态下，HGT在ARGs的富集中起着关键作用。ARGs的传播和扩散主要受水平转移和垂直转移的影响，且在转移的过程中会因抗生素的种类和浓度、细菌群落的变化以及环境理化性质的不同而不同。微生物的参与使问题变得更加复杂，但由于微生物的多样性和特殊性，也有可能是解决问题的突破口，因此从微生物出发，结合多方面因素探讨ARGs在堆肥过程中的变化具有重要的意义。
4 结论和展望抗生素在多种畜禽粪便中被检测到，残留量最高的是猪粪，其次是鸡粪和牛粪。各类畜禽废弃物中残留量最高的是四环素类抗生素，范围约为354 000~11 μg·kg-1。堆肥对于抗生素和ARGs具有很好的降解效果，其中对四环素类抗生素降解率为62.7%~99%，对磺胺类抗生素为0~99.99%，对大环内酯类抗生素降解率接近100%。堆肥中，四环素类ARGs降解率为50.03%~100%，磺胺类为93.93%~97.17%，喹诺酮类为81.61%~97.28%，β-内酰胺类为80.02%~100%，而大环内酯类ARGs仅为20.39%。总结得出温度和pH是影响抗生素降解的最主要原因，ARGs的降解效果主要是受温度的影响，且添加沸石、过磷酸钙等物质能显著提高ARGs的降解效率。
通过总结抗生素的危害、不同堆肥处理方式对抗生素和ARGs的降解效果，结合抗生素和ARGs降解机制以及不同抗生素之间的相互作用，希望能为更深入地研究和探讨抗生素和ARGs提供理论支撑。未来的研究方向包括：
（1）通常认为高温堆肥是降解抗生素和ARGs的最环保和最有前景的方案。然而，大量试验都是在实验室条件下模拟堆肥，对真正环境中自然堆肥的降解机制还缺少研究，所以希望加强对自然堆肥条件下抗生素和ARGs的研究，并阐明内在的降解机制。
（2）总结发现，抗生素在堆肥前期降解效果好，但部分ARGs随着堆肥时间的延长而丰度增加，且堆肥结束后微生物群落趋于一致。基于此，今后应当从缩短堆肥时间、增添特异性加菌剂、调节堆肥体系以及环境因素等方面开展优化研究，同时对ARGs降解与堆肥不同时期微生物的群落结构变化进行深入研究。
（3）考虑到堆肥产品最终用于田间，为减少抗生素、ARGs的传播和扩散，建议尽快建立肥料产品中抗生素和ARGs的监控体系，以规范肥料的使用，这也是解决污染进一步传播的有效方法。
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