抗生素作为典型的新兴污染物，在畜牧业生产中带来了重大全球性挑战。在集约化家禽和畜牧业中，抗生素被广泛用于促进生长和预防疾病。中国在全球抗生素的生产和消费量方面一直位居首位。据估计，大约60%-90%的兽用抗生素通过粪便和尿液排放到水体中（D. L. Cheng等，2018；Yin等，2020）。此外，与其它畜牧业部门（如肉鸡和养牛业）相比，养猪业中更普遍使用抗生素作为生长促进剂（He等，2016），这使得养猪场成为抗生素抗性出现和传播的热点区域（Binh等，2008；Zhu等，2020）。
畜牧业产生的抗生素输入会对微生物群落施加持续的选择压力，从而富集抗性菌株，促进抗生素抗性基因（ARGs）的持久性、扩增和传播。随着人们越来越意识到ARGs的潜在公共卫生风险，它们被广泛认为是主要的环境问题，因为这些基因会降低临床抗生素的效果并加速难治性感染的传播（He等，2016）。在这种情况下，畜牧业废水处理系统成为关键的控制点：它们接收大量的抗生素、抗性细菌和遗传物质，并提供了有利于水平基因转移（HGT）的密集、生物活性环境，使不同微生物之间能够交换ARGs（Lerminiaux & Cameron，2019；Li等，2022）。研究猪废水中的ARGs动态尤为重要，因为养猪业通常涉及大量抗生素的使用，并产生富含有机物和悬浮固体的废水，这些条件有利于微生物繁殖并稳定细胞外DNA。因此，猪废水既是ARGs从养猪场到处理设施，最终到接收水体的主要来源，也是传播途径；因此，表征猪废水中的ARGs特征、驱动因素和传播潜力对于识别关键风险因素和设计有效减少ARGs传播的处理策略至关重要。
以往关于ARGs命运的研究主要集中在地表水中，其中检测到了多种抗性决定因素，包括四环素、磺胺类、氨基糖苷类、大环内酯-林可霉素-链霉菌素和β-内酰胺酶基因（He等，2019；Zhu等，2020）。在受畜牧业影响的环境中，磺胺类抗性基因（、）和四环素抗性基因（、、）是最常报告的目标（Hou等，2025；Yuan等，2018）。除了记录存在情况或比较去除效率外，最近的研究越来越强调，废水处理过程中ARGs的衰减受到多种相互作用因素的影响，这些因素涉及环境和生物两个维度（Liu等，2024；Zhang等，2021）。从环境角度来看，水质条件（如pH值、溶解氧和营养状况）影响微生物活性和处理效果，并影响细胞外DNA的稳定性和传输，而残留的抗生素会施加选择压力，富集抗性宿主并维持ARGs及其相关的移动遗传元件。铜（Cu）和锌（Zn）等重金属通常添加到饲料中，并可能在粪便中积累到较高水平（Cu约1000 mg/kg；Zn高达约1500 mg/kg）（Hu等，2017），通过共选择作用进一步促进ARGs的传播，因为金属抗性和抗生素抗性决定因素经常位于共享的质粒、整合子或转座子上，使得即使抗生素浓度较低时ARGs也能持续存在（Baker-Austin等，2006）。从生物学角度来看，遗传移动性标记物也能提供关于ARGs传播的见解；例如，1类整合子整合酶基因（）与多种ARGs显著相关，并被广泛用作环境水平基因转移潜力的指标（Makowska等，2016）。作为主要类型的整合子和移动遗传元件（MGEs）的亚型，特别适用于追踪受人类活动影响环境中的ARGs传播情况，它反映了抗生素和重金属等污染物的存在（Gillings等，2015）。此外，微生物群落在ARGs的分布中起着关键作用，这受到宿主关系的影响（Wang等，2020）。
从工程角度来看，畜牧业废水处理厂（WWTPs）主要设计用于固液分离和有机物的生物去除，而不是针对ARGs的控制。在传统的厌氧-好氧（A/O）系统中，碳和氮负荷的变化会重塑可作为ARGs宿主的碳和氮循环功能群落，而质粒和噬菌体介导的水平基因转移会进一步促进生物反应器内ARGs的持久性和传播（Chen等，2024；Huang等，2023）。为了减少残留的遗传污染物，还应用了额外的物理化学步骤，如混凝、高级氧化和消毒，通过静电捕获、微生物灭活和DNA降解（Li等，2022；Ni等，2020；Zhang等，2025）。ARGs的动态也在其他配置中进行了研究，包括膜生物反应器、厌氧消化和人工湿地（Begmatov等，2022；Zhu等，2020；Zhu等，2021）。尽管某些单元过程在控制ARGs方面显示出一定的效果，但影响全规模系统中ARGs行为的机制和驱动因素仍不完全清楚。这些知识对于理解ARGs的发生和传播以及改进处理策略以有效管理ARGs至关重要。
重要的是，经过处理的畜牧业WWTP出水可能仍携带相当量的ARGs，从而对接收水体造成持续的环境暴露和潜在的下游传播，最终可能影响抗生素的效果。因此，除了对ARGs命运和驱动因素的机制分析外，还需要进行筛查级别的生态风险评估，以支持基于风险的ARGs目标和处理策略的优先排序。已经使用了几种方法进行生态风险评估，包括潜在生态风险模型、Nemerov多因素指数和定量微生物风险评估（Meng等，2024）。然而，这些方法受到背景数据和危险信息缺乏的限制，在评估与ARGs相关的风险时尤为如此。在缺乏ARGs在水生环境中毒性的数据时，风险指数（RI）和风险商（RQ）可以成为初步风险评估的有价值工具。它们直接的数据要求和计算过程使其相比其他模型具有明显优势。鉴于关于ARGs及其在水生环境中毒性的数据有限，RQ和RI对于初步生态风险评估非常有用。
本研究旨在通过提供对养猪场WWTP中ARGs命运和驱动因素的全面分析来填补现有空白。使用滴液数字PCR（ddPCR）量化了目标ARGs的丰度。高通量16S rRNA基因测序和Mantel检验用于评估微生物群落结构的变化，并确定ARGs传播的关键驱动因素。主要研究目标如下：（1）评估典型养猪场WWTP中ARGs的动态；（2）表征ARGs、微生物群落和废水质量指标之间的相关性，同时确定ARGs传播背后的驱动因素；（3）使用RQ和RI方法评估与ARGs污染相关的生态风险，从而为评估地表水排放中的ARGs污染水平提供科学依据。
