浅谈兽药与环境安全

李  术，朱蓓蕾，沈建忠

（中国农业大学动物医学院，北京  海淀100094）

中图分类号：X503．22    文献标识码：C   文章编号：0529－6005（2002）07－0045－03

    随着畜牧业的发展，兽药被广泛应用。兽药在为人们带来诸多方便的同时，也造成了对人体健康和环境卫生的潜在危害，如兽药在动物性食品中的残留可导致人类变态（或过敏）反应、致畸、致突变和激素样作用等诸多方面不利影响，而由用药动物排至环境中的兽药及其代谢产物会对人类生活的环境和生态系统产生影响。因此，除进行兽药对食品动物的药理毒理学研究外，亦应重视对环境和生态影响的研究，以求创造更安全、更适于畜牧业持续发展的优良生态环境，保护人类生存环境，所以开展兽药对环境影响的研究是关系到人类健康和环境保护的重大课题。

    兽药在生物体内经生物转化后，主要由尿液、粪便排出体外进入环境，发生一系列环境行为，并可通过食物链进行生物富集，最终会影响居于食物链顶端的人类。因此，兽药从研制开发、生产和使用以及到兽药在环境中运转的过程，不仅需要进行兽药对靶动物的安全性评价，而且必须进行对环境影响的研究和评价。我国已建立对兽药安全性毒理学评价系统，用于新兽药及其制剂的安全性毒理学评价和产品上市后的安全性再评价。安全试验主要分为两类：第一类为一般毒性试验，包括急性毒性试验、蓄积毒性试验、亚慢性毒性试验和慢性毒性试验；第二类为特殊毒性试验，例如繁殖试验、致突变试验、致畸试验，致癌试验等。但是，目前国内仅有少数高校开展兽药对环境影响方面的试验和研究。由于以往的新兽药多系引进国外的产品，故报批资料中的环境毒性试验基本上引用国外已有的资料。

1   兽药对生态环境的影响

    在环境中的兽药浓度一般比较低，通过食物链及干扰生态系统中资源的分解可能对生物产生长期和远期影响。在生态系统中资源的分解作用是极为复杂的过程，通过使营养物质再循环、维持大气中二氧化碳浓度稳定和提高土壤有机质的含量、改善土壤物理性状等来维持生产和分解的平衡，影响分解的生态因素有很多，其中畜牧业的集约化使牧场的粪、尿排泄物及其他废弃物高度集中，对牧场周围环境形成潜在威胁。迄今为止，畜牧生态学对粪、尿中的有机氮、磷等对生态环境的影响较为重视，而各种兽药（包括药物饲料添加剂）对生态环境的影响直至近年来才开始被重视，并将其列为生态毒理学研究的重要内容之一。

    近20年来，兽药的使用，尤其是添加于饲料中的添加剂的种类愈来愈多样化，除抗生素添加剂和抗寄生虫药物添加剂外，还有抗霉剂、抗氧化剂等，这些化学物质通过各种途径进入动物体内后，最终都以原形和代谢物形式排出体外。当动物体内排出的化学物超过环境的自净能力时，就会对生态环境造成影响。例如经动物粪便排出的各种抗生素及其代谢产物在堆肥过程就可能抑制粪便中的某些微生物以及某些昆虫的生长。残留于粪便中的抗菌药若在环境中不能被完全降解，则会破坏水和土壤中微生物的平衡。又如阿维菌素类药物因其广谱抗寄生虫作用，能够影响粪便中昆虫的生物量，势必会对粪便分解产生影响，进而影响土壤环境。还有资料表明，链霉素、土霉素可以在环境中蓄积，并被植物的根吸收，在植物中保留很长时间的抗菌活性；又如林可霉素、泰乐菌素能引起环境中的耐药沙门氏菌的数量大大增加。另外，使用砷制剂和铜制剂等重金属的畜牧场，砷、铜等通过畜禽排泄物或污水将排放至饲养场周边的土壤或水体中，对各种生物会产生毒害的作用。虽然有人认为砷的排放量很少，微不足道，但是根据预测，一个万头猪场，以对氨基苯砷酸形式按50g／t的剂量推算，全年将相当于向饲养场周边排放10kg的砷，则比硒源、钴源、铬源等双重性必需微量元素添加剂的元素排放量高出50～100倍，长此以往是不可掉以轻心的。已有研究表明，随着砷、铜浓度的增加，水稻的株高、生物产量和经济产量均明显下降；砷、铜对鲤鱼产生致突变作用，并具时-效、量-效关系；长期的铜污染对幼鱼的生长及繁殖具有毒害影响；铜还可抑制月形藻、蛋白核小球藻和斜生栅藻等的生长。因此，研究兽药（尤其是那些应用广泛、在环境中性质稳定、毒性较大的药物）在环境中的转移、转化以及对土壤动物、微生物和水生生物等的影响具有重要的生产意义。

2  兽药对环境影响的研究方法

2．1  理化监测法

2.1.1  兽药环境行为的监测  不同种类的兽药因其吸附性、移动性、挥发性、光解、水解、生物降解等性能的不同而具有不同的环境行为。兽药的环境行为主要指兽药在环境中的分布及其在环境中的移动、扩散与降解。兽药在环境中分布状况的检测方法有微生物学、免疫化学、物理化学测定法等。通过这些方法可有效地对牧场中的粪便、污水、土壤等样品中残存的兽药进行监测。兽药在环境中转移的研究需测定兽药的一些重要理化参数，其中兽药的正辛醇／水分配系数可反映其在水相和有机相间的迁移能力，它与兽药的水溶性、土壤吸附常数和生物浓缩系数密切相关。通过兽药分配系数的测定，可提供该化合物在环境行为方面许多重要的信息，例如分配系数高时该兽药由于具有高亲脂力，易通过膜在生物体内积累，而导致对生物体的慢性损害，亦即分配系数越高，生物浓缩系数越高；当分配系数低时，化合物易于经淋溶过程随水运动而到达土壤深层，乃至污染地下水，从而可能导致对生物体的急性危害。除脂溶性外，生物转化对外源化学物的保留和积累亦具有较大的影响，容易被生物转化的化学物，在环境中持久性小。此外，还可通过土壤柱滤试验和土壤薄层层析法等检测方法来研究兽药在土壤中的吸附性和移动性。

2.1.2  兽药对土壤环境质量影响的监测   土壤是生态系统中生命支持系统的重要部分，它作为一个开放系统，与环境介质之间不断进行着物质、能量的交换和转化，从而构成了生态系统能量流动和物质循环的基地。土壤还是污染物质积累的主要基体，一方面土壤的污染物被植物根系摄取，另一方面可通过大气和水体进行转移。因此，兽药环境毒理学的研究应从对土壤的影响开始进行。对土壤生态系统质量状况的评价一般通过土壤生化活性的测定来进行。土壤中含有多种酶，主要为氧化还原酶系和水解酶系。土壤脱氢酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶均属于氧化还原酶类。它们参与土壤腐殖质组分的合成，也参与土壤形成过程，在土壤的物质和能量转换中占有很重要的地位。了解兽药对土壤氧化还原酶系的影响，有助于阐明兽药对土壤肥力状况的影响。脲酶，磷酸酶和蛋白酶属于水解酶系，它们参与土壤中有机物质的转化，把高分子化合物水解为植物和微生物可利用的无机营养物质。可通过各种有关的生物化学方法来进行对这些酶类的测定。

2．2  生物监测法

2．2．1  兽药对土壤生物影响的研究  土壤生物包括土壤动物和土壤微生物，它们是调节土壤肥力的重要因素。兽药对土壤生物的作用可能影响到土壤生物的存活力、群落结构、代谢功能、种群数量等，从而干扰食物链，使生物多样性水平降低，生物量和生物区系发生改变，生态系统失去平衡。其中许多土壤动物主要以细菌为食。它们控制着土壤微生物种群的大小。如果没有它们的吞食，微生物种群高速繁殖后，达到并维持高密度水平，往往处于增长速率很低的状态下，这时微生物种群的分解作用就会大大降低。土壤动物的不断取食可促使微生物种群保持着指数增长，保持微生物种群具有强大的活动功能。研究兽药对土壤动物的影响，目前以蚯蚓为首选动物，因为蚯蚓在土壤中存在数量大、范围广，而且蚯蚓属大型土壤动物，摄食量大，在摄食和移动过程中，广泛接触有害物质，致使有害物质在蚯蚓体内大量富集后产生毒害效应，其中一些对污染物敏感的种类由于抵抗力差不能维持生存和繁衍而消失。对蚯蚓的生态监测与毒理研究既可反映土壤污染状况，又能鉴定和鉴别各种有害物质的毒性。蚯蚓又是鸟类和小型兽类的食物来源之一，有害物质可能通过食物链传递，进一步对鸟类和兽类产生危害影响，因此蚯蚓在土壤生物与陆生生物间起着传递化学物质的桥梁作用。微生物生活在各种各样的生态系统中，而土壤是微生物适宜生长和繁殖的基地。细菌和真菌为生态系统中的主要分解者，属异养生物，它们在生态系统中连续进行着分解作用，把复杂的有机物质逐步分解为简单的无机物，最终以无机物的形式回归到环境中。1g土中的总菌数可达10⁶～10⁹，其生物量超过全部土壤微生物总量的四分之一，所以细菌是土壤微生物数量最大、功能多样的类群；真菌则在土壤形成和肥力提高过程中起重要作用。真菌主要分布在土壤表面的枯枝落叶层和表土层，1g土中数量可达10³一10⁵。对土壤微生物影响的研究中一般以细菌作为研究对象。由于细菌学检测方法具有简单、快捷的优点而被广泛应用于评价环境污染物的生物学毒性。利用细菌作为指示生物监测化学物毒性方法有多种，如细菌酶活性的变化、ATP水平测定、细菌生长、呼吸抑制试验以及通过微量热法直接测定细菌代谢热谱等，利用上述方法可间接判断环境中各种化学物的毒性。

2．2．2  兽药对水生生物影响的研究  有害物进入水环境后可毒害水体中的微生物种群，阻碍水中有机物的无机化过程，影响水体的自净能力，使水的感官性状恶化。水体污染还可使水生生物的种群优势发生改变，甚至导致一些水生生物完全绝迹。水生生物系统的种群结构和分布既取决于受化学物制约的种群种类，又取决于自然生态系统对化学物的传递。

藻类广泛存在于各种天然水体，其种类繁多、个体小、生长繁殖迅速，对化学物的毒性又敏感，能较好反映有害物对生态系统的综合效应；它又是水体的初级生产力之一，其种群和数量的变化将影响鱼虾等水产的发展。藻类中有许多是世界性名种，实验室培养也较容易，方法简便，实验周期短，因此是研究水生生态毒理学很好的、也是必不可少的材料之一。水蚤也是水生生物食物链中的一环，是鱼类重要的食物，它对许多种化学物的敏感性比鱼高，来源广泛，易培养，生活周期短，其毒性测试方法具有快速、敏感、易观察等特点，而且其生物效应外推准确性也较高，因此国内外被广泛作为毒性试验的测试生物，并形成标准，经济合作发展组织（OECD）也将此规定为化学品投放市场前应获得的生态毒性试验资料之一。当水蚤的幼体接触不同浓度的化学物，其活动会受到不同程度的抑制，繁殖受影响，甚至死亡。化学物抑制半数水蚤活动的浓度（EC₅₀或IC₅₀）和造成半数水蚤死亡的浓度（LC₅₀），对评价化合物的危害是非常有价值的生物效应数据之一。鉴于目前我国

尚没有兽药对环境影响试验的测试准则，可暂参照1990年版《国家环境保护局化学品测试准则》中的准则来进行。例如可进行藻类生长抑制试验、蚤类急性活动抑制试验和繁殖试验、鱼类急性毒性试验等。

2．2．3  兽药对大气生物影响的研究  鸟类是生态系统中的重要成员，也是有害昆虫的天敌，很多化学物对鸟类都有毒性。通常选用鹌鹑和鸽子作为实验动物来测定化学物的半致死浓度（LC₅₀），并以LC₅₀来评价环境中的化学物对鸟类的急性毒性，提供化学物的潜在慢性伤害的指标。若需生物体暴露于某化学物的长期效应，可用鹌鹑进行鸟的繁殖试验，了解影响鸟类繁殖的化学物水平及其他的毒效应和潜在影响。

2.3   微宇宙法    微宇宙（Microcosm）法是研究污染物在生物种群、群落、生态系统和生物圈水平上的生物效应的一种方法，又被称为模型生态系统（Model Ecosystem）法。微宇宙是自然生态系统的一部分，包含有生物和非生物的组成及其过程，能提供自然生态系统的群落结构和功能，但又不完全等同于自然生态系统，没有自然生态系统庞大和复杂，不能包含自然生态系统的所有组成，也不能包含自然生态系统的所有过程。微宇宙既可被应用于研究自然生态系统的结构和功能，也可被应用于污染生态系统。对污染生态系统的研究，可以研究污染物对生物和非生物组成的影响、污染物在生物和非生物组成中的分布、研究污染物对生物-生物和生物-非生物之间相互关系的作用、研究生物和非生物组成及其过程对污染物的生物效应的影响等。微宇宙法可用于研究农药、兽药等污染物的生物效应。

3   国内外研究概况

    兽药在环境中的含量及其对生态系统的影响是近年来国际研究的一个热点。兽药对环境影响的程度取决于兽药对环境的释放量及其在环境中降解的速率。国外关于这方面的研究报道较丰富，Coats（1976）研究报道了鸡粪中的氯羟吡啶、磺胺二甲基嘧啶、乙烯雌酚在环境中降解很慢，且发现己烯雌酚能在食物链中高度蓄积；Debeckere（198）报道的链

霉素、土霉素在环境中降解很少并能在环境中蓄积；Samuelsen（1992）发现在海洋渔场使用土霉素后，淤泥中绝大部分土霉素可在第一周降解，但较低浓度则能存在很长时间（半衰期为  87～144天）；Hally（1993）等不少学者的研究表明，伊维菌素见光易分解，而且在土壤中降解较快，夏天伊维菌素在土壤中的降解半衰期为7～14天，而在冬天则长达91～217天，降解产物的毒性低于母体化合物。阿维菌素在土壤中降解半衰期为2～8周。Wollenberger（2000）通过对甲硝唑、喹乙醇、桑啶酸、土霉素、泰乐菌素等抗菌药对大型蚤的急性毒性作用最强；此外，还有许多关于敌百虫、砷剂等对鱼的酶活性、免疫功能或胚胎发育等方面影响的报道。

    目前我国学者在农药对环境影响方面作了许多研究工作，取得了很大成绩。关于兽药环境生态毒理学的研究刚起步，目前仅少数几所高等农业院校开始着手进行这方面的研究工作。1992年联合国环境与发展会议以来，可持续发展已成为世界各国共同的目标。随着我国经济迅速发展，化学物污染环境防治的任务日益繁重和紧迫。无论是国内化学污染物造成的实际环境负荷，还是加入 WTO带来的化学品贸易以及相应的化学品安全管理与国际接轨的外部压力，都要求我国重视对化学品的管理，因此，兽药环境毒理学研究是一个亟待加强的领域。

    综上所述，作为畜牧业必需生产资料的兽药对环境的影响应引起高度重视，并积极努力地致力于这方面的研究，从而保障畜牧业的可持续性发展。