评估兽药在农场规模上的使用情况以及现有地下水模型的有效性

《Science of The Total Environment》：Evaluating the occurrence of veterinary medicines at farm scale and the efficacy of current groundwater modelling

兽药残留对环境的影响及FOCUS_PEARL模型适用性评估：通过猪场一年期监测发现，污泥中抗生素（如林可霉素、磺胺二甲基嘧啶等）可渗入地下20厘米以下土壤，并在地下水（12.5-22米）中浓度增加3-8.2倍。模型在预测兽药存在/缺失方面准确率达66.67%，但浓度预测存在低估或高估，揭示传统农药模型对兽药淋溶评估的局限性。

　　本研究聚焦于农业环境中兽药残留对生态环境和人类健康的影响，特别是猪粪肥在土地施用后对地下水污染的潜在风险。随着畜牧业的不断发展，兽药的使用量也在增加，这些药物通过动物的排泄进入粪肥中，最终可能通过农业实践进入土壤和地下水。虽然粪肥的使用有助于提高土壤肥力和促进营养循环，但其中的兽药残留却可能对环境造成不可忽视的威胁。因此，评估这些药物在环境中的迁移行为以及预测模型的准确性变得尤为重要。

在本研究中，研究人员对一家商业养猪场的猪粪、土壤和地下水进行了为期一年的监测，以分析兽药残留的分布情况。猪粪中检测到的药物包括多种抗生素和抗寄生虫药物，其浓度范围广泛，从0.004微克/千克到1.2毫克/千克不等。这些药物在土壤中的分布也显示出一定的变化，特别是在施用后短期内，其浓度在土壤表层较高，但随着土壤的渗透和微生物的降解作用，药物浓度逐渐降低。然而，一些药物如磺胺类和甲氧苄啶在土壤中的残留时间较长，甚至可以持续数年，这表明它们在环境中的稳定性较强。

地下水中的药物残留情况同样值得关注。研究发现，施用含有药物残留的猪粪后，地下水中的药物浓度显著增加，尤其是磺胺类和甲氧苄啶。这些药物在地下水中的迁移主要受到物理化学性质的影响，如溶解性、吸附性和降解速率。此外，土壤中的大孔隙结构以及高水分含量和溶解有机碳（DOC）浓度，也可能促进药物的迁移。值得注意的是，尽管预测模型如FOCUS_PEARL在评估药物迁移时表现良好，但在实际应用中，这些模型往往低估了药物在地下水中的实际浓度，特别是在考虑了具体农场的施用情况后。

研究还发现，某些药物在地下水中的残留时间远长于预测值。例如，有研究表明，某些磺胺类药物在地下水中的残留可以持续数十年。这种长期残留的现象可能与特定的环境条件有关，如厌氧条件下的水解降解作用减少，从而延长了药物的半衰期。此外，药物的结构特性也可能影响其在环境中的行为，某些药物由于具有较高的有机碳亲和力，可能更容易被土壤吸附，而另一些则可能更容易通过溶解和迁移进入地下水。

为了更好地理解这些药物在环境中的行为，研究采用了两种不同的预测环境浓度（PEC）模型：一种是基于最坏情况假设的标准模型，另一种是考虑了具体农场环境条件的模型。结果表明，标准模型在预测药物迁移时较为保守，能够反映潜在的风险，但在实际测量中，这些模型往往低估了药物的实际浓度。这表明，当前的预测模型可能无法准确模拟兽药在环境中的真实行为，特别是在长期和复杂环境条件下。

此外，研究还发现，某些药物在土壤和地下水中的残留可能受到多种因素的影响，包括土壤的物理化学性质、气候条件以及微生物活动。例如，高降雨量或干旱条件可能促进药物的迁移，而土壤中的微生物则可能加速药物的降解。这些因素的综合作用使得药物在环境中的行为更加复杂，因此需要更精细的模型来模拟其迁移和残留过程。

总体而言，本研究揭示了兽药在农业环境中的广泛存在及其对地下水的潜在污染风险。尽管预测模型在某些情况下能够提供有价值的参考，但在实际应用中，这些模型仍存在一定的局限性。因此，未来的研究需要进一步改进预测模型，以更好地反映兽药在环境中的真实行为，并为农业管理提供科学依据。同时，研究还强调了对农业实践中兽药使用情况的监测和管理的重要性，以减少其对环境和人类健康的潜在影响。