Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla - vaikutukset ympäristöön ja terveyteen (NAMI) Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla – vaikutukset ympäristöön ja terveyteen (NAMI) Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla – vaikutukset ympäristöön ja terveyteen (NAMI) Projektiryhmä Maria Aarnio, Suvi Nykäsenoja ja Anna-Liisa Myllyniemi, Mikrobiologian yksikkö, Ruokavirasto Marja Raatikainen, Pertti Koivisto, Minna Hartonen ja Iida Loivamaa, Kemian yksikkö, Ruokavirasto Sin Man Cheung, Johanna Suomi ja Pirkko Tuominen, Riskinarvioinnin yksikkö, Ruokavirasto Satu Ervasti ja Sari Luostarinen, Luonnonvarakeskus Luke Suvi Lehtoranta, Heidi Rintamäki ja Juha Grönroos, Suomen Ympäristökeskus SYKE Rahoitus Tutkimuksen rahoittivat Maatilatalouden kehittämisrahasto Makera, Ruokavirasto, Luonnonvarakeskus Luke ja Suomen ympäristökeskus SYKE. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla Julkaisija Ruokavirasto Tekijät Maria Aarnio, Anna-Liisa Myllyniemi, Suvi Nykäsenoja, Marja Raatikainen, Pertti Koivisto, Pirkko Tuominen, Johanna Suomi, Sin Man Cheung, Sari Luostarinen, Satu Ervasti, Suvi Lehtoranta, Heidi Rintamäki ja Juha Grönroos Julkaisun nimi Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla – vaikutukset ympäristöön ja terveyteen (NAMI) Julkaisusarjan nimi ja numero Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 Julkaisuaika Marraskuu 2019 ISBN PDF 978-952-358-008-4 ISSN PDF 2490-1180 Sivuja 98 Kieli Suomi Asiasanat Mikrobilääkeresistenssi, mikrobilääkejäämä, lanta, lannankäsittely, lannan prosessointi, biokaasutus, mädätys, kiertotalous, riskiprofiili, elinkaariset ympäristövaikutukset Kustantaja Ruokavirasto Taitto Ruokavirasto, käyttäjäpalvelujen yksikkö Julkaisun jakaja Sähköinen versio: ruokavirasto.fi Tiivistelmä Tässä Ruokaviraston (ennen Elintarviketurvallisuusvirasto Evira), Luken ja SYKEn yhteisprojektissa tutkittiin mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien kulkeutumista lääkityistä lypsylehmistä navettaympäristön kautta lantavarastoihin. Lisäksi arvioitiin niiden leviämistä lannan peltolevitysten välityksellä luonnon eliöihin sekä elintarviketuotantoketjussa. Projektissa tutkittiin myös anaerobisen mesofiilisen mädätyksen vaikutuksia lannassa oleviin mikrobilääkejäämiin ja resistentteihin suolistobakteereihin sekä toisaalta lannan mikrobilääkejäämien vaikutusta mädädysprosessin toimintaan. Lisäksi arvioitiin erilaisten lannan prosessointitapojen elinkaarisia ympäristövaikutuksia sekä vaikutuksia mikrobilääkejäämiin ja -resistenssiin. Resistentit ja moniresistentit suolistobakteerit kulkeutuivat lypsykarjatilalla lantavarastoihin, mutta ne eivät rikastuneet lantaketjussa. Lypsykarjan lietelannasta mitattiin hyvin pieniä pitoisuuksia mikrobilääkkeitä. Lääkittyjen eläinten sonnasta ja virtsasta taas mitattiin hoidon aikana hyvin korkeita pitoisuuksia mikrobilääkejäämiä, jolloin niistä muodostuvissa (kuivissa) lannoissa voi olla korkeita paikallisia pitoisuuksia mikrobilääkkeitä. Suomessa myös mikrobilääkkeillä lääkittyjen eläinten lannat levitetään pääosin käsittelemättöminä kasvinravinteiksi pelloille, jolloin lannan mukana voi levitä mikrobilääkejäämiä ja resistenttejä suolistobakteereita. Luonnon eliöt voivat altistua lannassa oleville mikrobilääkkeille ja resistenteille suolistobakteereille myös Suomen olosuhteissa. Lääkittyjen eläinten lantojen lannoitekäyttöä käsittelemättömänä tulisi arvioida kriittisesti. Mesofiilinen anaerobinen mädätys voi vähentää mikrobilääkejäämiä lannasta, mutta ei välttämättä hajota niitä. Se vähentää elävien suolistobakteerien määrää lannassa, mutta merkittävää vaikutusta resistenttien E. coli -bakteerien osuuteen ei havaittu. Erilaiset lannankäsittelytavat voivat kuitenkin soveltua – ravinteiden kierrätyksen ja energiantuoton lisäksi – mikrobilääkejäämien ja resistenssin torjumiseen, ja niitä tulisikin tässä tarkoituksessa tutkia tarkemmin Suomessa. Kuvailulehti Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla Beskrivning Utgivare Livsmedelsverket Författare Maria Aarnio, Anna-Liisa Myllyniemi, Suvi Nykäsenoja, Marja Raatikainen, Pertti Koivisto, Pirkko Tuominen, Johanna Suomi, Sin Man Cheung, Sari Luostarinen, Satu Ervasti, Suvi Lehtoranta, Heidi Rintamäki ja Juha Grönroos Publikationens titel Antibiotika resistens och antibiotikarester på gårdarmed nötboskap – effekter för miljö och hälsa (NAMI) Publikationsseriens namn och nummer Livsmedelsverkets undersökningar 4/2019 Utgivningsdatum November 2019 ISBN PDF 978-952-358-008-4 ISSN PDF 2490-1180 Sidantal 98 Språk Finska Nyckelord Antibiotika resistens, antibiotikarester, gödsel, gödselhantering, gödsel handläggning, rötning, riskprofil, livscykelanalys Förläggare Livsmedelsverket Layout Livsmedelsverket, enheten för interna stödtjänster Distribution Elektronisk version: livsmedelsverket.fi Referat I detta samprojekt mellan Livsmedelsverket (före detta Livsmedelssäkerhetsverket Evira), Luke och SYKE undersöktes spridningen av resthalter av antimikrobiella läkemedel och resistenta tarmbakterier från behandlade mjölkkor till gödsellager via ladugårdsmiljön. Därtill uppskattades spridningen till organismer i naturen via gödselspridning på åkrar samt i livsmedelskedjan. I projektet undersöktes även effekten av anaerob mesofil rötning på resthalter av antimikrobiella medel i gödsel och resistenta tarmbakterier samt även effekten av resthalter av antimikrobiella medel på rötningsprocessen. Dessutom analyserades livscykeln för miljöpåverkan av de olika gödselbearbetningsmetoderna samt effekterna på resthalter av antimikrobiella medel och resistens. Resistenta och multiresistenta tarmbakterier spreds på mjölkgården till gödsellagren, men anrikades inte i gödselkedjan. Mycket små halter av antimikrobiella medel uppmättes i mjölkkornas flytgödsel. Men mycket höga resthalter av antimikrobiella medel uppmättes i gödsel och urin medan djuren behandlades, och då kan det finnas höga lokala halter av antimikrobiella medel i deras (torr)gödsel. I Finland sprids gödsel även av antibiotikabehandlade djur till största delen obehandlad som växtnäring på åkrar, och då kan resthalter av antimikrobiella medel och resistenta tarmbakterier spridas med gödseln. Organismer i naturen kan utsättas för antimikrobiella medel i gödsel och resistenta tarmbakterier även i finländska förhållanden. Användningen av obehandlad gödsel från medicinerade djur borde utvärderas kritiskt. Mesofil anaerob rötning kan minska på mängden resthalter av antimikrobiella medel i gödseln, men bryter inte nödvändigtvis ned dem. Den minskar på mängden levande tarmbakterier i gödseln, men ingen betydande effekt på andelen resistenta E.coli-bakterier påvisades. Olika sätt att behandla gödsel kan ändå, utöver återvinning av näringsämnen och energiproduktion, lämpa sig för bekämpning av antimikrobiella resthalter och resistens, och de borde undersökas mera detaljerat i Finland i det syftet. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla Description Publisher Finnish Food Authority Authors Maria Aarnio, Anna-Liisa Myllyniemi, Suvi Nykäsenoja, Marja Raatikainen, Pertti Koivisto, Pirkko Tuominen, Johanna Suomi, Sin Man Cheung, Sari Luostarinen, Satu Ervasti, Suvi Lehtoranta, Heidi Rintamäki ja Juha Grönroos Title of publication Antimicrobial Resistance and Residues on Cattle Farms – Effects on the Environment and Health (NAMI) Series and publication number Finnish Food Authority Research Reports 4/2019 Publications date November 2019 ISBN PDF 978-952-358-008-4 ISSN PDF 2490-1180 Pages 98 Language Finnish Keywords Antimicrobial resistance, antimicrobial residues, manure, manure handling, manure processing, anaerobic digestion, risk profile, life cycle assessment Publisher Finnish Food Authority Layout Finnish Food Authority, In-house Services Unit Distributed by Online version: foodauthority.fi Abstract This study was conducted by Finnish Food Authority (formerly Finnish Food Safety Authority Evira), Natural Resources Institute Finland Luke and Finnish Environment Institute SYKE in 2015–2018. The aims of the study were to examine how antimicrobial residues and antimicrobial-resistant E. coli bacteria spread via the manure chain from the dairy cows treated with antimicrobials to the farm environment and manure storages. Furthermore, the dissemination routes to the surrounding environment, ecosystems and back to the food chain in Finnish conditions were profiled. The effect of mesophilic anaerobic digestion process on the level of antimicrobial residues and antimicrobial-resistant E. coli was examined and, conversely, the effect of antimicrobial residues on the process as well. Finally, the life-cycle of different manure handling and processing methods, and their potential effects on nutrient recycling, energy production, antimicrobial residues and resistant bacteria were evaluated. Resistant and multi-resistant E. coli spread to the manure storages, although enrichment in their proportion over the manure chain was not detected. Only minor concentrations of antimicrobial residues were measured from the liquid manure. Instead, very high concentrations of antimicrobial residues were measured from the faeces, urine and milk of dairy cows medicated with antimicrobials, which may lead to high local concentrations in (dry) manures composed of them. In Finland, there is no withdrawal period for manure of medicated animals to be used as a fertilizer. Therefore, manures may contain antimicrobial residues, as well as resistant bacteria, which disseminate to the environment when applied to the fields. Animals and plants may be exposed to antimicrobial residues and resistant bacteria in agricultural and natural ecosystems in Finnish conditions as well. Therefore, fertilizer usage of faeces, urine and milk excreted by animals treated with antimicrobials should be subjected to critical assessment. Treating the manure with mesophilic anaerobic digestion may reduce the concentration of antimicrobial residues but does not necessarily destroy them. Furthermore, the process reduced the number of total E. coli bacteria, although it did not have an effect on the proportion of resistant E. coli. Along with energy production and nutrient recycling, different manure handling and processing methods may, however, be suitable for destroying and reducing antimicrobial residues and resistant bacteria from manure, and substantially reduce the emission of antimicrobial residues and resistant bacteria to the environment, as well as to the food chain. The aspect of tackling the spread of antimicrobial resistance is to be considered when manure processing methods are developed in Finland. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla Sisällys 1 Tausta.............................................................................................................................................................9 2 Kirjallisuuskatsaus.......................................................................................................................................11 2.1 Nautakarjatalous Suomessa......................................................................................................................11 2.2 Nautojen mikrobilääkintä ja mikrobilääkeresistenssi Suomessa..........................................................11 2.2.1 Mikrobilääkkeiden käyttö.......................................................................................................................................11 2.2.2 Mikrobilääkejäämät lannassa............................................................................................................................12 2.2.3 Mikrobilääkeresistenssi naudoilla.......................................................................................................................13 2.3 Mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien leviäminen eläintiloilta ympäristöön.......16 2.3.1 Mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien leviäminen maaperään, vesistöihin ja ilmaan........................................................................................................................................................................16 2.3.2 Mikrobilääkejäämien ekotoksikologiset vaikutukset eliöstöön................................................................20 2.3.3 Mikrobilääkeresistenssin leviäminen eliöstöön ja sen välityksellä............................................................21 2.4 Lannan käsittelyn ja lannoitekäytön ympäristövaikutukset.................................................................22 2.4.1 Huomio elinkaarisiin ympäristövaikutuksiin....................................................................................................22 2.4.2 Lannankäsittelystä aiheutuvat päästöt ilmaan ja vesiin...........................................................................22 2.4.3 Lannankäsittelytekniset ratkaisut päästöjen pienentämiseksi................................................................23 2.4.4 Lannan hyödyntämistä voidaan tehostaa prosessoinnilla.....................................................................24 2.5 Naudanlannan varastoinnin ja prosessoinnin vaikutukset mikrobilääkejäämiin ja resistenssiin....27 2.5.1 Biologiset prosessoinnit........................................................................................................................................27 2.5.2 Termiset prosessoinnit.........................................................................................................................................28 2.5.3 Fysikaaliset prosessoinnit....................................................................................................................................28 3 Tutkimuksen tavoitteet ja toteutus..........................................................................................................29 4 Aineisto ja menetelmät..............................................................................................................................30 4.1 Työpaketti 1: tilamittakaavan tutkimus ja näytteenotot........................................................................30 4.2 Työpaketti 2: simuloidun lannankäsittelyketjun koeasetelmat ja näytteenotot................................32 4.3 Kemialliset analyysit..................................................................................................................................37 4.4 Mikrobiologiset analyysit.........................................................................................................................37 5. Tulokset ja tulosten tarkastelu.................................................................................................................39 5.1 Tilamittakaava...........................................................................................................................................39 5.1.1 Tilalla käytetyt mikrobilääkkeet ja tehdyt hoitotoimenpiteet......................................................................39 5.1.2 Lääkityt eläimet: mikrobilääkejäämät ja -resistenssi....................................................................................39 5.1.3 Navetta: mikrobilääkeresistenssi........................................................................................................................42 5.1.4 Lantalat: mikrobilääkejäämät ja -resistenssi..................................................................................................43 5.1.5 Resistenssiprofiilit....................................................................................................................................................45 5.1.6 Yhteenveto: tutkimustilan mikrobilääkeresistenssi ja -jäämätilanne......................................................45 5.2 Simuloitu lantaketju: lannan prosessoinnit............................................................................................47 5.2.1 Mikrobilääkkeiden vaikutus metaanintuottopotentiaaliin – panoskokeet............................................47 5.2.2 Tilakohtaisen biokaasulaitoksen simulaatio – jatkuvatoimiset kokeet..................................................52 5.2.3 Yhteenveto: mikrobilääkkeiden ja resistenttien suolistobakteerien kohtalot lannan prosessoinnissa ja vaikutukset prosessiin.......................................................................................................58 Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 7 6 Riskiprofiili...................................................................................................................................................61 6.1 Mikrobilääkeresistenssi- ja jäämätilanne suomalaisilla nautatiloilla...................................................61 6.2 Mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien leviäminen maaperään vesistöihin ja ilmaan Suomessa......................................................................................................................................62 6.2.1 Maaperä...................................................................................................................................................................62 6.1.2 Vesistöt......................................................................................................................................................................63 6.1.3 Ilma............................................................................................................................................................................64 6.3 Mikrobilääkejäämien ekotoksikologiset vaikutukset eliöstöön Suomessa........................................66 6.3.1 Vesi- ja maaeläimet..............................................................................................................................................66 6.3.2 Hyönteiset...............................................................................................................................................................66 6.3.3 Kasvit........................................................................................................................................................................66 6.4 Mikrobilääkeresistenssin leviäminen eliöstöön ja sen välityksellä Suomessa...................................68 6.4.1 Maaeläimet ja hyönteiset....................................................................................................................................68 6.4.2 Kasvit........................................................................................................................................................................69 7 Lannan vaihtoehtoisten käsittelytapojen elinkaariset ympäristövaikutukset.....................................71 7.1 Biologiset prosessit......................................................................................................................................71 7.1.1 Mädätys eli biokaasutus..........................................................................................................................................71 7.1.2 Kuivien lantojen tai lietelannasta erotetun kuivajakeen kompostointi....................................................73 7.1.3 Ilmastus eli nestekompostointi.............................................................................................................................74 7.2 Kemialliset prosessit...................................................................................................................................74 7.2.1 Termisen kaasutus eli pyrolyysi............................................................................................................................74 7.3 Fysikaaliset prosessit..................................................................................................................................75 7.3.1 Separointi eli erotusprosessit................................................................................................................................75 7.3.2 Poltto..........................................................................................................................................................................76 7.4 Elinkaaristen ympäristövaikutusten yhteenveto.....................................................................................77 8 Lannan prosessointien vaikutukset mikrobilääkejäämiin ja resistentteihin bakteereihin................78 8.1 Lannan varastointi....................................................................................................................................78 8.2 Biologiset prosessit....................................................................................................................................78 8.2.1 Kuivien lantojen kompostointi.............................................................................................................................78 8.2.2 Ilmastus eli nestekompostointi...........................................................................................................................79 8.2.3 Biokaasutus eli mädätys......................................................................................................................................79 8.3 Kemialliset ja termiset prosessit...............................................................................................................82 8.3.1 Hygienisointi............................................................................................................................................................82 8.3.2 Pyrolyysi ja polttaminen......................................................................................................................................82 8.4 Fysikaaliset prosessit.................................................................................................................................83 8.5 Lannan prosessointien vaikutusten yhteenveto....................................................................................83 9 Tulevaisuuden uhkia mikrobilääkeresistenssin leviämisessä...............................................................85 10 Johtopäätökset.........................................................................................................................................86 Viitteet............................................................................................................................................................89 Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | Termit ja lyhenteet 8 Termit ja lyhenteet Bakteeri Mikrobeihin kuuluva yksisoluinen eliö BMP Biokemiallisen metaanintuottopotentiaalin määritys panoskokeella CIP Siprofloksasiini ENR Enrofloksasiini ESBL Laajakirjoisia beetalaktamaaseja tuottava bakteeri Evira Elintarviketurvallisuusvirasto HRT Viipymäaika (hydraulic retention time) Luke Luonnonvarakeskus Lanta Sisältää sontaa ja virtsaa sekä usein myös mm. kuivikkeita ja pesuvesiä Mikrobi Mikroskooppisia eliöitä, joihin kuuluu mm. bakteereita, arkeoneja, viruksia, sieniä, kasveja ja alkueliöitä. Mikrobilääke- Mikrobien kyky vastustaa mikrobilääkkeiden vaikutusta resistenssi m3CH4/tVS Orgaanisen materiaalin metaanintuottopotentiaali, kuutiometriä metaania prosessiin lisättyä orgaanista kuiva-ainetta kohti MRSA Metisilliinille resistentti Staphylococcus aureus -bakteeri NH4-N Ammoniumtyppi Ntot Kokonaistyppi OLR Orgaaninen kuormitus (organic loading rate) OTC Oksitetrasykliini Patogeeni Sairautta aiheuttava bakteeri Plasmidi Kromosomista erillinen rengasmainen DNA-molekyyli, joka sisältää bakteerin elämälle ei-välttämättömiä geenejä Ptot Kokonaisfosfori Sonta Eläimen uloste TS Kuiva-aine (total solids) SYKE Suomen ympäristökeskus VFA Haihtuvat rasvahapot (volatile fatty acids) VS Orgaaninen kuiva-aine (volatile solids) Zoonoosi- Ihmisten ja eläinten välillä leviävä taudinaiheuttajabakteeri bakteeri Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 1 Tausta 9 1 Tausta Mikrobilääkeresistenssi tarkoittaa mikrobien kykyä vastustaa mikrobilääkkeiden eli antibioottien vaikutusta. Mikrobilääkkeille resistenttien mikrobikantojen yleistyminen on merkittävä maailmanlaajuinen ongelma, joka uhkaa sekä ihmisten että eläinten terveydenhuoltoa. Resistenttien mikrobien aiheuttamien infektioiden hoito voi pitkittyä ja vaikeutua, mikä lisää sairastavuutta, kuolleisuutta ja hoidon kustannuksia. Suurin osa nykyään käytössä olevista mikrobilääkkeistä on kehitetty 1940–1960-luvuilla, eikä uusia, käyttöön asti saatuja mikrobilääkeryhmiä ole löydetty sitten vuoden 1987 (Tasho & Cho, 2016). Uusien mikrobilääkkeiden kehitys on hidasta erinäisistä tuotannollis-taloudellisista syistä johtuen. Mikrobilääkkeiden runsaan käytön on yleisesti todettu lisäävän mikrobilääkeresistenssiä ihmisten ja eläinten mikrobistossa. Eläimissä ja ihmisissä elää samoja mikrobilajeja, jolloin myös eläimissä kehittyneet ja valikoituneet resistentit mikrobikannat voivat päätyä ihmisiin. Seurantatutkimuksissa onkin havaittu, että tuotantoeläinten mikrobilääkekäyttö on yhteydessä resistenssin lisääntymiseen ihmisten taudinaiheuttajissa joidenkin mikrobilääkkeiden kohdalla (ECDC/EFSA/ EMA, 2017). Suomessa mikrobilääkkeiden käyttö tuotantoeläimillä on maltillista ja hallittua; tuotantoeläimiä saa lääkitä mikrobilääkkeillä vain hoitotarkoituksessa eläinlääkärin määräyksestä. Suurin osa eläimille määrätyistä mikrobilääkkeistä käytetään naudoille, sillä enemmistö suomalaisista tuotantoeläintiloista on nautakarjatiloja (Thomson ym., 2008; Luke, 2018a) ja nauta on suuri ja pitkäikäinen eläin. Naudoista eristettyjen bakteerien mikrobilääkeresistenssiä on järjestelmällisesti seurattu Suomessa vuodesta 2003 lähtien. FINRES-Vet-seurantaohjelma antaa tietoa bakteerien resistenssistä terveiden nautojen suolistossa. Resistenttejä mikrobikantoja voi kuitenkin kehittyä ja valikoitua myös eläimen suoliston ulkopuolella, kuten lannassa, jossa suolistomikrobit altistuvat lantaan erittyneille mikrobilääkkeille. Toistaiseksi Suomessa ei ole juurikaan tutkittu, missä määrin resistentit suolistobakteerit kulkeutuvat yhdessä mikrobilääkkeiden kanssa lantavarastoihin (lantala), millaisia pitoisuuksia niitä tilaympäristössä esiintyy ja voiko resistenttien suolistobakteerien kehittymistä ja valikoitumista nautojen suoliston ulkopuolella tapahtua myös Suomen olosuhteissa. Karjanlanta hyödynnetään Suomessa kasvinravinteina pelloilla. Lanta on arvokas orgaaninen lannoite ja maanparannusaine, jonka huolellisella hyödyntämisellä voidaan myös vähentää uusiutumattomien luonnonvarojen käyttöä. Lannan käsittelystä ja lannoitekäytöstä voi kuitenkin aiheutua myös haitallisia ympäristövaikutuksia, kuten vesistöjen rehevöitymistä sekä kasvihuonekaasupäästöjä. Näitä perinteisiä ympäristövaikutuksia pyritään torjumaan erilaisilla lannan käsittelyyn liittyvillä rajoituksilla/säädöksillä sekä lannan prosessoinneilla. Lannan lannoitekäytöllä voi kuitenkin olla myös muita ympäristö- ja terveysvaikutuksia, joita tunnetaan vielä huonosti. Ne liittyvät lannassa oleviin mikrobilääkejäämiin ja resistentteihin suolistomikrobeihin, jotka voivat lannan peltolevitysten välityksellä levitä maatalousekosysteemien Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 1 Tausta 10 ulkopuolelle. Lannan mukana leviävillä mikrobilääkejäämillä voi olla haitallisia vaikutuksia eliöihin, ja ne voivat valikoida ja kehittää resistenttejä mikrobikantoja ympäristössä. Lisäksi tuotantoeläimissä kehittyneet ja valikoituneet resistentit suolistomikrobit voivat päätyä lannan välityksellä luonnon eliöihin sekä elintarviketuotantoketjussa tai suoraan ympäristöstä ihmisiin. Mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistomikrobien leviämisreittejä maataloudesta muualle ympäristöön on jo kartoitettu muualla maailmassa. Kaikki tutkimustieto ei kuitenkaan ole sovellettavissa Suomen oloihin, sillä mm. sekä eläinten että kasvien tuotanto-olosuhteet ja -tavat, tautitorjunta, tuotantoeläinten mikrobilääkkeiden käyttö ja lannan käsittelytavat vaihtelevat eri maissa. Suomessa lannan käsittelytavat tulevat todennäköisesti muuttumaan nykyisestä, sillä lannan prosessointia ja sikäli ravinnekiertojen tehostamista tavoitellaan erilaisin keinoin. Uusilla käsittelytavoilla voi olla vaikutusta resistenttien suolistomikrobien ja mikrobilääkejäämien leviämiseen sekä myös lannan elinkaarisiin ympäristövaikutuksiin. Luken ja SYKEn arvioiden mukaan Suomessa muodostui 15,5 miljoonaa tonnia tuotantoeläinten lantaa vuonna 2017 (Luostarinen ym., 2018; Käytännön maamies 6/2018). Tällä hetkellä lannasta prosessoidaan vain 5 % (Marttinen ym. 2017), mutta tavoitteena on, että vuoteen 2025 mennessä puolet muodostuvasta lannasta saadaan kehittyneen prosessoinnin piiriin (Hallitusohjelma, 2015). Prosessointien vaikutuksia mikrobilääkejäämiin ja resistentteihin suolistomikrobeihin ei kuitenkaan tunneta vielä kunnolla. Huolena onkin, että väkilannoitteiden korvaaminen kierrätyslannoitteilla voi levittää resistenttejä suolistomikrobeja ja mikrobilääkejäämiä nykyistä enemmän. Toisaalta prosessoinnit voivat myös tuhota mikrobeja ja hajottaa mikrobilääkkeitä, eli vähentää mikrobilääkeresistenssin uhkaa. Mikrobiologisten prosessointiteknologioiden kannalta lannassa olevat mikrobilääkejäämät saattavat myös häiritä prosessia. Siitä, missä mikrobilääkepitoisuuksissa prosessit alkavat häiriintyä, ei ole kovin yksiselitteistä tietoa. Tämän projektin tavoitteena oli selvittää tilamittakaavan tutkimuksilla, miten mikrobilääkkeille resistentit suolistobakteerit ja mikrobilääkejäämät kulkeutuvat Suomen olosuhteissa lääkityistä naudoista lantaan ja lantavarastojen kautta peltoon, ja millaisia pitoisuuksia resistenttejä suolistobakteereita esiintyy karjasuojassa. Lisäksi tuotettiin riskiprofiili, jossa kirjallisuuden perusteella arvioitiin mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien mahdollista leviämistä nautatilojen ulkopuolelle sekä vaikutuksia eliöstöön Suomen olosuhteissa. Tavoitteena oli myös tutkia laboratoriomittakaavassa lannan prosessoinnissa yleistyvän biokaasutuotannon vaikutuksia niihin erilaisissa pitoisuuksissa. Projektissa myös vertailtiin kirjallisuuden perusteella erilaisten lannan prosessointitekniikoiden ympäristövaikutuksia toisiinsa ja nykyisiin käytäntöihin sekä näiden prosessointitekniikoiden vaikutuksia mikrobilääkejäämiin ja resistentteihin suolistobakteereihin. Tarkasteltaviksi mikrobeiksi valittiin ihmisten ja eläinten suolistoon normaaliin mikrobistoon kuuluva Escherichia coli sekä merkittävä zoonoottinen taudinaiheuttajabakteeri Campylobacter jejuni. E. coli -bakteereista osa on myös tautia aiheuttavia. Tarkasteltavat mikrobilääkkeet puolestaan olivat eläinten ja ihmisten lääkinnässä yleisesti käytetyt tetrasykliinit sekä WHO:n ihmiselle kriittisen tärkeiksi luokittelemat fluorokinolonit (WHO, 2016). Kirjallisuuskatsaus keskittyy pääosin näihin bakteereihin ja mikrobilääkkeisiin. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 11 2 Kirjallisuuskatsaus 2.1 Nautakarjatalous Suomessa Suomen kotieläintuotanto painottuu voimakkaasti naudantuotantoon. Vuonna 2017 Suomessa oli 10 200 nautatilaa, 610 sikatilaa, 440 siipikarjatilaa, 2 250 muuta laidunkarjatilaa (lampaat, vuohet ja hevoset) ja 2 150 sekamuotoista tuotantoa (Luke, 2018a). Pääosa nautatiloista suuntautuu maidontuotantoon. Toukokuussa 2018 nautoja oli kaikkiaan reilu 882 000, joista lypsylehmiä noin 271 400, hiehoja 146 000, sonneja 106 000, emolehmiä 60 000 ja vasikoita 299 000. Lypsykarjatiloilla oli keskimäärin 39 lypsylehmää (Luke, 2018b). Maatalouden rakennemuutoksen myötä tilakoko on kuitenkin kasvussa ja laajentavien lypsykarjatilojen eläinmäärä on merkittävästi suurempi. Ennusteiden mukaan vuoteen 2030 mennessä lypsykarjatilojen määrä tulee vähenemään, tilakoko kasvamaan ja parsinavetat korvautuvat suurelta osin pihattonavetoilla (Lehtonen ym., 2017). 2.2 Nautojen mikrobilääkintä ja mikrobilääkeresistenssi Suomessa 2.2.1 Mikrobilääkkeiden käyttö Suomessa käytetään eläinten mikrobilääkkeitä vähän muihin Euroopan maihin verrattuna (EMA, 2017). Suomessa myös suositaan kapeakirjoisia mikrobilääkkeitä ja pyritään antamaan lääkkeet kohdennettuna eläinyksilöön ryhmälääkityksen sijaan (Kivilahti-Mäntylä, 2017). Eroa maiden väliseen kulutukseen tuovat tuotantoeläinrakenne ja tuotantojärjestelmät sekä eri lääkityskäytännöt niin käytettyjen mikrobilääkeryhmien kuin annoskokojen suhteen (EMA, 2017). Suomessa vuotuinen eläinten mikrobilääkkeiden kokonaismyynti on ollut 2010-luvun alkupuolella tasaista. Myynti on laskenut vuoden 2014 jälkeen noin 16 % ja se oli vuonna 2016 noin 11 200 kg vaikuttavaa ainetta (Kivilahti-Mäntylä, 2017). Suomessa ihmisille ja eläimille käytetyistä mikrobilääkkeistä käytetään tuotantoeläimille arviolta 19 % ja kaikille eläimille arviolta 25 % (Olkkola, 2016). Vuonna 2015 Suomessa eniten eläimille käytetyt mikrobilääkeryhmät olivat penisilliinit (48 %), tetrasykliinit (18 %) sekä sulfonamidit ja trimetopriimi (20 %). Ihmiselle kriittisen tärkeiksi mikrobilääkkeiksi luokiteltujen fluorokinolonien osuus oli 0,8 % ja kolmannen polven kefalosporiinien osuus 0,06 %. Käytetyistä penisilliineistä 73 % oli G- penisilliiniä ja 25 % aminopenisilliinejä (FINRES-Vet, 2017). G-penisilliini on eläimille eniten käytetty injektiovalmiste, 3 500 kg eli 68 % injektiovalmisteiden kokonaiskulutuksesta (Kivilahti-Mäntylä, 2017). Suomessa sekä suurimmassa osassa muita EU-maita ei toistaiseksi kerätä tietoja mikrobilääkkeiden käytöstä eläinlajikohtaisesti vaan ainoastaan eläinpopulaatiotasolla. Suomalaisille eläinlääkäreille tehdyn kyselytutkimuksen perusteella suurin osa, arviolta 59 %, eläinten mikrobilääkkeistä käytetään naudoille (Thomson ym., 2008). Vuoden 2016 käyttömäärästä se on arviolta 6 600 kg vaikuttavaa ainetta. Eniten naudoille käytettiin beetalaktaameja (~86 %). Aminoglykosideja käytettiin hieman yli 5 % ja trimetopriimi- sulfonamideja, tetrasykliinejä ja fluorokinoloneja yhteensä alle 10 %. Yleisimmin mikrobilääkkeitä Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 12 käytettiin akuuttiin utaretulehdukseen (52 %), umpeenpanohoitoihin (21 %), piilevään utaretulehdukseen (6 %) sekä akuuttiin suolistotulehdukseen (4 %). 2.2.2 Mikrobilääkejäämät lannassa Mikrobilääkkeet on suunniteltu farmakokinetiikaltaan sellaisiksi, etteivät ne keräänny pysyvästi elimistöön (Thiele-Bruhn, 2003). Eläimille annostellut mikrobilääkkeet aineenvaihduntatuotteineen erittyvät lopulta pääosin sonnan ja virtsan mukana, minkä vuoksi lääkittyjen eläinten lanta sisältää runsaasti mikrobilääkejäämiä. Myös aineenvaihduntatuotteilla voi olla antimikrobista aktiivisuutta (Thiele-Bruhn, 2003). Erittymisaste vaihtelee mikrobilääkeryhmittäin, mutta arviolta 30–90 % päätyy lääkittyjen tuotantoeläinten lantaan (Sarmah ym., 2006; Marshall & Levy, 2011). Esimerkiksi tässä tutkimuksessa tarkasteltu enrofloksasiini ja sen aineenvaihduntatuote siprofloksasiini erittyvät naudalla lähes täysin sonnan ja virtsan mukana (Gagliano & McNamara, 1998). Tavallisesti naudanlannasta mitatut oksitetrasykliini- ja fluorokinolonipitoisuudet ovat olleet keskimäärin 1–10 mg/kg kuivapainoa kohti; oksitetrasykliinillä lääkittyjen vasikoiden sonnasta on kuitenkin mitattu jopa 871,7 mg/kg oksitetrasykliiniä (Taulukko 1). Maa Näytemateriaali Lääkitys-historia n Lääke Min-max [mg/kg] kuivapainoa kohti Keskiarvo +/- keskihajonta Lähde Espanja Lihakarjan ja maitokarjan kuivikelanta Ei tiedossa 8 OTC 0,7–10,0 5,39±3,67 Carballo ym. (2013) Italia Lääkittyjen vasikoiden sonta 5 vrk OTC-kuuri 3 OTC - 871,70 De Liguoro ym. (2003) Italia Lääkittyjen vasikoiden lanta, varastoitu 30 vrk 5 vrk OTC-kuuri 3 OTC - 19,00 De Liguoro ym. (2003) Kanada Lääkityn naudan lanta 3 vrk OTC-kuuri 1 OTC - 0,68 Kyselkova ym. (2013) Kiina Lihakarjan lietelanta Ei tiedossa 28 ENR CIP OTC 1,72–46,70 0,49–29,58 0,32–59,59 6,79* 3,44* 1,24* Zhao ym. (2010) Kiina Ulosteet karjasuojan lattioilta Ei tiedossa 18 ENR CIP OTC 0,46–4,17 0,28–0,84 0,21–10,37 1,18 0,53 5,10 Li ym. (2013) Turkki Lypsykarjan lanta Kertainjektio OTC 1 OTC - 10 (märkäpainoa kohti) Ince ym. (2013) USA Lihakarjan varastoitu lietelanta OTC-injektioita näytejaksolla 8 OTC 1,9–24,6 - Zhang ym. (2013) USA Lääkittyjen vasikoiden lanta 5 vrk OTC-kuuri 5 OTC - 64 (märkäpainoa kohti) Arikan ym. (2006) Taulukko 1. Esimerkkejä naudanlannasta mitatuista enrofloksasiini-, siprofloksasiini ja oksitetrasykliinipitoisuuksista. Naudanlanta on seos, jossa voi sonnan ja virtsan lisäksi olla mukana kuivikkeita, antibioottimaitoa sekä pesuvesiä. Näiden suhteelliset osuudet vaihtelevat lantatyyppien välillä. Lietelanta on sekoitus kaikista edellä mainituista massoista, kun taas kuivikelanta koostuu pääosin sonnasta ja karjasuojassa käytetyistä kuivikkeista, johon virtsa on imeytetty. Osa erittyneestä mikrobilääkkeestä voi sitoutua sonnan orgaaniseen ainekseen, kuivikkeisiin tai maa-ainekseen. Sitoutuminen vaihtelee mikrobilääkeryhmittäin ja maalajeittain (Kumar ym., 2005a). Enrofloksasiinista jopa 85 % voi sitoutua naudanlantaan ja 99 % maa-ainekseen; tetrasykliineillä sitoutumisaste on samaa tasoa (Gagliano & McNamara, 1998; Thiele-Bruhn ym., 2003; Sarmah ym., 2006). Osa sitoutuneesta mikrobilääkkeestä voi kuitenkin myöhemmin vapautua uudelleen (Gagliano & McNamara, 1998). Mikrobilääkkeen sitoutumisalttiudella voi olla Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 13 vaikutusta sen biologiseen saatavuuteen bakteereille sekä kulkeutumiseen ympäristössä (Kumar ym., 2005a; Subbiah ym. 2016), jota käsitellään osiossa 2.3. Mikrobilääkkeet hajoavat lannassa ja ympäristössä pääasiassa biologisesti, mutta myös ei-biologisilla mekanismeilla, kuten valokemiallisesti (Boxall ym., 2004). Mikrobilääkkeiden hajoamisnopeuteen ympäristössä vaikuttavat mm. niiden fysikaalis-kemialliset ominaisuudet, mikrobiologinen aktiivisuus, maaperän ominaisuudet sekä sääolot (Kumar ym., 2005a; Pan & Chu, 2016). Gaglianon & McNamaran (1998) mukaan enrofloksasiinin ja siprofloksasiinin passiivinen hajoaminen hapellisissa olosuhteissa maaperässä on hyvin hidasta. Heidän tutkimuksissaan enrofloksasiinin puoliintumisaika oli 359–696 vuorokautta ja siprofloksasiinilla hajoaminen oli niin vähäistä, ettei puoliintumisaikaa laskettu. Oksitetrasykliinistä taas 50 % hajoaa passiivisesti lietelannassa sekä peltomaassa, jolle on levitetty lantaa; puoliintumisaika on 18–79 vuorokautta (Sarmah ym., 2006). Erilaisilla biologisilla, kemiallisilla ja fysikaalisilla prosessoinneilla voi kuitenkin olla vaikutusta mikrobilääkkeiden hajoamiseen lannassa, eivätkä mikrobilääkkeiden passiiviset puoliintumisajat kuvasta prosessoinneissa tapahtuvaa aktiivista hajoamista (Masse ym., 2014). Lannan prosessointeja käsitellään tarkemmin osioissa 2.4 ja 7, ja niiden vaikutuksia mikrobilääkejäämiin ja resistentteihin suolistomikrobeihin osioissa 2.5 sekä 8. 2.2.3 Mikrobilääkeresistenssi naudoilla Mikrobilääkeresistenssillä tarkoitetaan mikrobien kykyä vastustaa mikrobilääkkeiden vaikutusta, joko luontaisesti tai hankituilla ominaisuuksilla. Ihmisten ja eläinten terveydenhuollon kannalta merkittävää on hankittu mikrobilääkeresistenssi, jossa aiemmin herkkä bakteeri voi kehittyä mikrobilääkkeelle vastustuskykyiseksi mutaation tai mutaatioiden kautta tai saamalla liikkuvan geneettisen elementin toiselta mikrobilta tai ympäristöstä. Mikrobilääkeresistenssin leviämisen kannalta bakteerin perimän pistemäisiä mutaatioita merkittävämpiä ovat siirtyvät resistenssitekijät, jotka voivat levitä horisontaalisesti bakteerilta toiselle. Bakteerin mikrobilääkeherkkyyttä kuvataan MIC-arvolla (minimum inhibitory concentration), joka on pienin mikrobilääkepitoisuus, joka estää mikrobin kasvua. Bakteerit voidaan luokitella herkkiin ja resistentteihin sekä epidemiologisten että kliinisten raja-arvojen perusteella. Yleisesti ottaen resistenssin lisääntyminen riippuu siitä, kuinka paljon mikrobipopulaatiot altistuvat mikrobilääkkeille. Valikoitumista ja resistenssin kehittymistä voi kuitenkin tapahtua myös hyvin alhaisissa mikrobilääkepitoisuuksissa ja pienet mikrobilääkepitoisuudet voivat edistää resistenttien kantojen säilymistä populaatiossa (Gullberg ym., 2011; Andersson & Hughes, 2012; Sandegren, 2014). Bakteerikannat voivat säilyä resistentteinä myös ilman mikrobilääkealtistusta, jollei resistenssin aiheuttava geeni tai mutaatio heikennä liiaksi niiden kilpailukykyä muuhun bakteeripopulaatioon nähden (Andersson & Hughes, 2010). Mikrobilääkeresistenssin kehittymiseen ja leviämiseen vaikuttavat mikrobilääkkeiden käytön ohella monet muut tekijät, kuten bakteerin mutatoitumisnopeus, horisontaalisen geenisiirron määrä, resistenssigeenin vakaus bakteerissa sekä bakteerien altistuminen stressiä aiheuttaville ympäristötekijöille, kuten kylmyydelle (Andersson & Hughes, 2010; Miller et al., 2014). Horisontaalisessa geenisiirrossa voi siirtyä samanaikaisesti useita resistenssigeenejä, joten resistenssi voi lisääntyä usealle mikrobilääkkeelle käytettäessä vain yhtä mikrobilääkettä (Andersson & Hughes, 2010). Mikrobilääkkeiden lisäksi myös muut tuotantoeläintiloilla ja eläimille käytettävät aineet, kuten karjasuojien desinfektioaineet ja rehuun lisättävät metallihivenaineet, voivat edistää resistenssin kehittymistä ja valikoitumista (Wales & Davies, 2015). Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 14 Tässä tutkimuksessa tarkastelluilla E. coli - ja C. jejuni -bakteereilla tetrasykliiniresistenssi on seurausta bakteerin kantamista tet-geeneistä (Roberts, 2005). Ne sijaitsevat usein liikkuvissa geneettisissä elementeissä, joissa voi olla myös resistenssitekijöitä, jotka tekevät bakteerit resistenteiksi muillekin mikrobilääkkeille (Roberts, 2005; Shin ym., 2015). Naudoista eristettyjen E. coli -bakteerien on todettu voivan helposti siirtää tetrasykliinille resistenssin antavia geenejä toisilleen, jolloin tetrasykliiniresistenssi voi myös helposti levitä nautakarjassa (Shin ym., 2015). E. coli -bakteerin fluorokinoloniresistenssi taas on tavallisesti seurausta bakteerin kromosomissa tapahtuvista pistemutaatioista, jotka alentavat bakteerin herkkyyttä kinoloni-ryhmän mikrobilääkkeille asteittain. E. coli -bakteerilla esiintyy kuitenkin muiden enterobakteerien ohella myös plasmidivälitteisistä resistenssigeeneistä aiheutuvaa, bakteerista toiseen siirtyvää fluorokinoloniresistenssiä (Veldman ym., 2011). C. jejuni -bakteereilla fluorokinoloniresistenssin on seurausta pistemäisistä mutaatiosta bakteerin kromosomissa, eikä liikkuvissa geneettisissä elementeissä kulkevia resistenssigeenejä toistaiseksi tunneta (Olkkola, 2016). Kaikella mikrobilääkkeiden käytöllä, myös ohjeistuksen mukaisella, on vaikutusta mikrobilääkeresistenssin kehittymiseen ja esiintyvyyden lisääntymiseen. Vasikoilla enrofloksasiinin terapeuttisen käytön on tilatasolla todettu olevan yhteydessä niiltä eristettyjen bakteerien alentuneeseen fluorokinoloniherkkyyteen (Pereira ym., 2014). Euroopassa on havaittu tilastollisesti merkittävä yhteys tuotantoeläinten fluorokinolonien käytön ja niistä eristettyjen E. coli -indikaattoribakteerien ja C. jejuni -bakteerien fluorokinoloniresistenssin välillä. Samanlainen korrelaatio todettiin sikojen ja siipikarjan tetrasykliinien käytön ja tetrasykliiniresistenssin välillä. Tetrasykliini on vanha mikrobilääke, mikä osaltaan selittää eläimistä eristettyjen bakteereiden tetrasykliiniresistenssin yleisyyttä. Tuotantoeläinten mikrobilääkkeiden kokonaiskäytöllä puolestaan on havaittu negatiivinen korrelaatio niistä eristettyjen bakteereiden täydellisen herkkyyden kanssa (ECDC/EFSA/EMA, 2017). Suomen FINRES-Vet -seurantaohjelmassa (2013/652/EU ja kansalliset päätökset) on seurattu naudoista eristettyjen E. coli - ja C. jejuni -bakteerien mikrobilääkeresistenssiä vuodesta 2003 lähtien. Seurantaohjelmassa tutkittavat bakteerit eristetään terveiden teurasnautojen ulosteista. Naudoilta eristettyjen E. coli -bakteerien resistenssi tutkituille mikrobilääkkeille on pysynyt tasaisen alhaisina vuosina 2003–2016, eikä nousevaa trendiä ole havaittavissa (Kuva 1). 0 5 10 15 20 2003 (n=356) 2006 (n=185) 2009 (n=272) 2012 (n=295) 2016 (n=156) Ampisilliini Siprofloksasiini Streptomysiini Sulfametoksatsoli Tetrasykliini TrimetopriimiR es is te nt tie n os uu s (% ) Kuva 1. Suomalaisista naudoista eristettyjen E. coli -bakteerien resistenssi vuosina 2003, 2006, 2009, 2012 ja 2016. Resistenttien osuus laskettu 25.1.2019 voimassa olleiden ECOFF-arvojen mukaan. Lähteet: FINRES-Vet 2002–2003, FINRES-Vet 2004, FINRES-Vet 2005–2006, FINRES-Vet 2007–2009, FINRES-Vet 2010–2012, FINRES-Vet 2013–2015 ja FINRES-Vet 2016–2017. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 15 Suomalaisten nautojen resistenssitilastot eivät ole suoraan vertailukelpoisia suurimpaan osaan muita Euroopan maita, sillä niissä E. coli -bakteerien resistenssiä on tutkittu vuodesta 2015 sekakarjan sijaan juottovasikoista, joita Suomessa ei kasvateta. Belgiassa, Alankomaissa, Itävallassa ja Sveitsissä on kuitenkin tutkittu muita kuin juottovasikoita vuosina 2011–2013. Näihin maihin verrattuna suomalaisilla naudoilla esiintyi resistenssiä vähän (Taulukko 2). Suomalaisista naudoista eristetyillä C. jejuni -bakteereilla resistenssitaso on viime vuosina ollut jonkin verran korkeampi kuin indikaattori-E. coli -bakteereilla (Kuva 2). Vuonna 2016 koholla olivat etenkin siprofloksasiiniresistenssi (10,4 %) ja nalidiksiinihapporesistenssi (16,7 %), jotka olivat nousseet huomattavasti vuoden 2009 jälkeen. Suomessa aikuisilta naudoilta eristetyillä C. jejuni -bakteereilla esiintyi resistenssiä vuosina 2011– 2012 vähemmän kuin Itävallassa ja suunnilleen saman verran kuin Alankomaissa (Taulukko 3). Myös Itävallassa ja Alankomaissa C. jejuni -bakteereilla esiintyi enemmän resistenssiä kuin E. coli -bakteereilla. Maa Vuosi Tutkitut naudat n Am pi sil lii ni 3. p ol ve n ke fa lo sp or iin it Kl or am fe ni ko li Fl uo ro ki no lo ni t Ge nt am isi in i Na lid ik sii ni ha pp o Su lfo na m id it Te tr as yk lii ni t Belgia 2012 Sekakarja 364 56,0 8,8 31,0 33,8 6,0 28,6 59,3 58,2 Alankomaat 2011 Lypsylehmät 265 1,1 0,0 1,1 1,1 0,0 0,4 0,8 1,5 2012 274 1,1 0,4 0,7 0,7 0,4 0,4 0,7 1,5 2013 271 0,7 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,1 9,3 Itävalta 2011 Aikuiset naudat (> 2 vuotta) 125 1,6 0,0 0,8 4,0 0,0 3,2 6,4 8,8 2012 49 0,0 0,0 2,0 0,0 0,0 0,0 4,1 4,1 2013 86 2,3 0,0 2,3 2,3 4,3 2,3 5,8 38,1 Suomi 2012 Sekakarja 295 1,7 0,0 0,0 0,3 0,3 0,0 3,4 2,4 Sveitsi 2011 Lypsylehmät 18 27,8 0,0 5,6 0,0 0,0 0,0 16,7 11,1 Taulukko 2. Mikrobilääkeresistenssi sekakarjalta eristetyillä E. coli -bakteereilla eräissä Euroopan maissa vuosina 2011–2013. Lähteet: FINRES-Vet 2010–2012; EFSA/ECDC, 2013; EFSA/ECDC, 2014; EFSA/ECDC, 2015. 0 10 20 30 2003 (N=90) 2006 (N=28) 2009 (N=48) 2012 (N=72) 2016 (N=48) Naudoista eristettyjen C. jejuni -bakteerien resistenssi 2003-2016 Siprofloksasiini Erytromysiini Gentamisiini Nalidiksiinihappo Tetrasykliini Re sis te ns sin o su us (% ) Kuva 2. Suomalaisista naudoista eristettyjen C. jejuni -bakteerien resistenssi vuosina 2003, 2006, 2009, 2012 ja 2016. Resistenttien osuus laskettu 25.1.2019 voimassa olleiden ECOFF-arvojen mukaan. Lähteet: FINRES-Vet 2002–2003, FINRES-Vet 2004, FINRES-Vet 2005–2006, FINRES-Vet 2007–2009, FINRES-Vet 2010–2012, FINRES-Vet 2013–2015 ja FINRES-Vet 2016-–2017. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 16 Maa Vuosi Tutkitut naudat n Si pr of lo ks as iin i Er yt ro m ys iin i Ge nt am isi in i Na lid ik sii ni ha pp o Te tr as yk lii ni t Alankomaat 2011 Lypsylehmät 41 22,0 0,0 0,0 24,4 19,5 2012 41 7,3 0,0 0,0 7,3 7,3 Itävalta 2011 Aikuiset naudat (> 2 vuotta) 109 35,8 0,9 0,9 34,9 15,6 Suomi 2012 Sekakarja 72 13,9 0,0 0,0 13,9 2,8 Taulukko 3. Mikrobilääkeresistenssi aikuisilta naudoilta eristetyillä kampylobakteereilla Alankomaissa, Itävallassa ja Suomessa vuosina 2011–2012. Lähteet: FINRES-Vet 2010–2012; EFSA/ECDC, 2013; EFSA/ECDC, 2014. FINRES-Vet -seurantaohjelma antaa tietoa resistenttien bakteerien esiintyvyydestä teurasnautojen suolistossa, mutta ei tilaympäristössä ja lannankäsittelyketjussa tai niiden mahdollisesta leviämisestä ympäristöön. Resistenttejä bakteereita voi kuitenkin mahdollisesti kehittyä ja valikoitua nautatiloilla edelleen myös eläinten suoliston ulkopuolella. Sonnan, virtsan ja maidon mukana karjasuojan lattioille päätyy eläimestä peräisin olevia mikrobeja, mutta myös lääkittyjen eläinten erittämiä mikrobilääkejäämiä ja niiden aineenvaihduntatuotteita, joille bakteerit edelleen altistuvat (Thiele-Bruhn, 2003). Suolistobakteerit ja mikrobilääkejäämät kulkeutuvat samoja reittejä karjasuojan lattioiden kautta lantavarastoihin, mahdolliseen lannan prosessointiin ja lopulta peltomaahan, jonne lanta levitetään kasvinravinteeksi. Näin ollen resistenttejä bakteerikantoja voi kehittyä ja valikoitua missä tahansa lantaketjun vaiheessa aina lääkitystä eläimestä peltomaahan asti (Sengeløv ym., 2003; Sarmah ym., 2006; Lowrance ym., 2007; Call ym., 2013). Lannan lannoitekäytön osuudesta resistenssin yleistymiseen tarvitaan kuitenkin edelleen lisää tietoa. 2.3 Mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien leviäminen eläintiloilta ympäristöön 2.3.1 Mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien leviäminen maaperään, vesistöihin ja ilmaan Ympäristössä esiintyy luontaisesti pieniä pitoisuuksia mikrobilääkkeitä, joita mikrobien ajatellaan tuottavan mm. viestiäkseen keskenään, solutoiminnan säätelemiseksi ja kilpaillakseen elintilasta toisia mikrobeja vastaan (Davies, 2006; Martinez, 2009). Suuri osa käytössä olevista mikrobilääkkeistä onkin alun perin eristetty tai muokattu niitä tuottavista ympäristöbakteereista (Dantas & Sommer, 2012). Mikrobilääkkeiltä suojautuakseen mikrobit ovat kehittäneet myös erilaisia keinoja vastustaa niitä. Ympäristömikrobien kantamia resistenssigeenejä kutsutaan ympäristön resistomiksi, joka on ollut olemassa jo kauan ennen kuin ihminen alkoi tuottaa ja käyttää mikrobilääkkeitä (Dantas & Sommer, 2012; Surette & Wright, 2017). Ympäristön resistomi on paljon monimuotoisempi kuin tautia aiheuttavien mikrobien, ja se voi toimia resistenssigeenien varastona tautia aiheuttaville mikrobeille (Surette & Wright, 2017). Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 17 Lannan peltolevitysten mukana ympäristöön voi levitä suurempia mikrobilääkemääriä kuin siellä luontaisesti esiintyy. Lisäksi osa mikrobilääkkeistä on valmistettu täysin synteettisesti, eikä niitä siten ole aiemmin esiintynyt luonnossa. Lääkittyjen eläinten lannan mukana voi myös levitä resistenttejä suolistobakteereja, jotka ovat valikoituneet tai kehittyneet jossain vaiheessa lannankäsittelyketjua. Kuvassa 3 on esitetty mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien mahdollisia leviämisreittejä nautatilalta ympäristöön ja eliöihin. Myös ihmiset ja tuotantoeläimet voivat mahdollisesti altistua niille leviämisreittien eri vaiheissa. Kuva 3. Kaaviokuva mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien mahdollisista leviämisreiteistä nautatiloilta ympäristöön. Mikrobilääkkeiden käyttäytyminen ja pysyvyys ympäristössä riippuvat niiden liukoisuudesta ja muista fysikaalisista sekä kemiallisista ominaisuuksista, maaperän ominaisuuksista, ilmasto- olosuhteista ja vaikuttavien lääkeaineiden määristä (Marttinen ym., 2014; Tasho & Cho, 2016). Heikosti orgaaniseen ainekseen ja maapartikkeleihin sitoutuvat mikrobilääkkeet kulkeutuvat helpommin vesien mukana vesistöihin, kun taas tiukasti sitoutuvat säilyvät pidempään maaperässä (Masse ym., 2014). Tässä tutkimuksessa tarkastellut fluorokinolonit ja tetrasykliinit ovat kahtaisioneja eli molekyylissä on sekä positiivisesti että negatiivisesti varautuvia kohtia. Ionisoituminen on pH-riippuvaista ja elektrostaattisten vuorovaikutusten vuoksi ne sitoutuvat tiukasti maapartikkeleihin sekä orgaaniseen ainekseen (Kumar ym., 2005). Sorptio on siten todennäköinen poistumismekanismi sekä tärkeä biosaatavuutta vähentävä mekanismi. Voimakkaan sitoutumisen vuoksi tutkittavien mikrobilääkkeiden valuminen pellolta vesistöön ei ole todennäköistä. Ne ovat hyvin kestäviä Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 18 ympäristössä verrattuna muihin mikrobilääkeryhmiin (Kumar ym., 2005a, Golet ym., 2003, Rabolle ja Spliid, 2000). Kyseiset lääkkeet ovat valohajoavia ja oksitetrasykliini voi hydrolysoitua vedessä α-apo-oksiterasykliiniksi, β-apo-oksitetrasykliiniksi sekä 4-epi-oksitetrasykliiniksi. Myös hydrolysoituminen on pH riippuvaista. Maaperässä mikrobilääkejäämät voivat hajota biologisten prosessien lisäksi kemiallisesti. Wang ja Yates (2008) tutkimuksessa havaittiin kolme hajoamistuotetta (yhteensä alle 10 % oksitetrasykliinistä) ja oksitetrasykliinin puoliintumisaika oli 8–56 päivää. Havaittuja hajoamistuotteita muodostuu oksitetrasykliinin hydrolyysissä, joten todennäköisesti kyseessä oli kemiallinen hajoaminen. Oksitetrasykliini hajoaakin pellolla verrattain nopeasti pääasiassa abioottisesti hydrolyysin ja valon vaikutuksesta (Slana ja Dolenc 2011). Giraldi ym. (2012) tutkimuksessa suuri osa siprofloksasiinista sitoutui maahan ja vain 0,9 % siprofloksasiinista mineralisoitui hiilidioksidiksi ja vedeksi. EMA on asettanut eläinlääkkeille maaperäpitoisuuden riskirajaksi 100 µg/kg, ja jos se ylittyy, on tehtävä riskinarviointi (Marttinen ym., 2014). Mikrobilääkkeiden ympäristöriskinarvioinnissa ei kuitenkaan huomioida mikrobilääkeresistenssin kehittymistä (Virtanen, 2016). Taulukossa 4 on esitetty esimerkkejä lannalla lannoitetuilta pelloilta mitatuista tetrasykliini- ja fluorokinolonipitoisuuksista. Maa Näytemateriaali n Lääke Max [µg/kg] kuivapainoa kohti Syvyys (cm) Lähde Brasilia Siipikarjan lannalla lannoitettu viljelysmaa 11 ENR CIP 27 ND 0–20 Leal ym. (2012) Italia OTC-lääkittyjen vasikoiden lannalla lannoitettu peltomaa 3 OTC 7 (< 10*) 0–60 De Liguoro ym. (2003) Italia Maa karjatalouden lähistöltä 7 5 ENR ENR 51 29 0–5 10–15 Sturini ym. (2012) Itävalta Viljelymaa 30 ENR+CIP OTC 370 ND 0–30 Martinez- Carballo ym. (2007) Kiina Naudanlannalla lannoitettu viljelymaa 13 ENR CIP 4 12 0–20 Zhang ym. (2016) Kiina Naudanlannalla lannoitettu viljelymaa 18 ENR CIP 5,8 14 20–60 Wei ym. (2016) Kiina Orgaanisilla lannoitteilla (mm. naudanlannalla) lannoitettu 69 ENR CIP 24 42 0–20 Wu ym. (2014) Taulukko 4. Lannalla lannoitetusta peltomaasta mitattuja oksitetrasykliini- ja fluorokinolonipitoisuuksia. Ympäristöön levitessään mikrobilääkejäämät voivat valikoida resistenttejä bakteerikantoja ja edistää niiden kehittymistä, mitä tapahtuu myös pienissä mikrobilääkepitoisuuksissa. Alankomaissa ja Tanskassa on tutkittu 1940-luvulta lähtien otettuja peltomaanäytteitä, ja havaittu, että resistenssigeenien määrä lannalla lannoitetuissa peltomaissa alkoi runsastua merkittävästi sen jälkeen, kun mikrobilääkkeitä alettiin käyttää eläinten lääkintään (Knapp ym., 2010; Graham ym., 2016). Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 19 Useiden, ihmisten taudinaiheuttajissa esiintyvien resistenssigeenien alkuperän epäillään olevan ympäristömikrobeissa (Surette & Wright, 2017). Peltojen lannoittaminen lannalla mahdollistaa ympäristön ja suolistobakteerien resistomien sekoittumisen keskenään, jolloin niiden välillä voi tapahtua geeninvaihtoa ja resistenssigeenejä voi siirtyä ympäristömikrobeista taudinaiheuttajiin (Surette & Wright, 2017). Esimerkiksi enterobakteereilla esiintyvien, fluorokinoloneille vastustuskyvyn antavien qnr-geenien oletetaan olevan peräisin Shewanella-suvun ympäristömikrobeista (Poirel ym., 2005). Ympäristömikrobeja pidetäänkin todennäköisenä resistenssitekijöiden varastona, mutta niiden siirtymisalttius ihmisten ja eläinten taudinaiheuttajiin on vielä epäselvä (Surette & Wright, 2017). Lannalla lannoitettujen peltomaiden vähittäisen resistenssigeenien lisääntymisen lisäksi useissa tutkimuksissa on raportoitu, että resistenttien bakteerien ja resistenssigeenien suhteellinen osuus kasvaa heti lannan peltolevitysten jälkeen (Sengeløv ym., 2003; Heuer ym., 2011; Ruuskanen ym., 2016; Sandberg & LaPara, 2016; Muurinen ym., 2017). Resistenttien bakteerien esiintyvyyden pellossa on todettu olevan sitä korkeampi, mitä suurempi määrä lantaa on levitetty (Sengeløv ym., 2003). Resistenssin voimakkaan runsastumisen peltomaassa on kuitenkin havaittu olevan lyhytaikaista: resistenttien bakteerien ja resistenssigeenien osuus peltomaassa on palannut lähtötasolle viikkojen tai kuukausien kuluessa (Sengeløv ym., 2003; Ruuskanen ym., 2016; Sandberg & LaPara, 2016). Runsastumisen syynä oletetaan olevan lannassa olevat mikrobilääkejäämät. Toisaalta on viitteitä myös siitä, että mikrobilääkejäämiä sisältämättömänkin lannan levittäminen pelloille voi aiheuttaa resistenssigeenien suhteellista runsastumista peltomaassa (Udikovic-Kolic ym., 2014). Ilmiön selityksenä voivat olla esimerkiksi lannassa olevat metallit, jotka valikoivat resistenttejä bakteerikantoja (Udikovic-Kolic ym., 2014). Lannalla lannoituksen on myös todettu kiihdyttävän yleisesti maaperän mikrobitoimintaa ja hetkellisesti muuttavan bakteerien lajikoostumusta (Hammersfahr ym., 2008; Fox ym., 2017). Voi siis olla, että lannassa olevat ravinteet myös suosivat resistenttien bakteerilajien kasvua ja mikrobilääkejäämät vain voimistavat valikoitumista. Lannalla lannoitetuilta pelloilta mikrobilääkejäämiä ja resistenttejä bakteereita sekä resistenssitekijöitä voi päätyä edelleen vesistöihin. Runsastuneita osuuksia resistenssitekijöitä on todettu esimerkiksi pelto-ojista (Muurinen ym., 2017) ja maatalousalueiden läpi virtaavasta joesta - etenkin sateisina kuukausina (Keen ym., 2018). Vastaavaa mikrobilääkejäämien aiheuttamaa resistenttien bakteerikantojen valikoitumista kuin maaperässä voi tapahtua myös vesistöjen sedimenteissä, joissa elää runsas bakteeristo (Surette & Wright, 2017). Esimerkiksi Koreassa sianlannan kompostointialueen viereisen joen sedimentistä on mitattu tetrasykliiniä 0,5 µg/kg (Awad ym., 2015). Yleisesti ottaen, mitä heikommin mikrobilääkkeet sitoutuvat maapartikkeleihin ja orgaaniseen ainekseen, ja mitä vesiliukoisempia ne ovat, sitä helpommin ne kulkeutuvat vesifaasissa ja voivat päätyä vesistöihin (Tasho & Cho, 2016). Toisaalta myös voimakkaasti sitoutuvat mikrobilääkkeet voivat päätyä vesistöihin pintavalumien mukana (Rabolle & Spliid, 2000; Tasho & Cho, 2016). Lantaloista ja pelloilta mikrobilääkejäämiä ja resistenttejä bakteereita saattaa kulkeutua eläintilojen ulkopuolelle myös ilman hiukkasiin takertuneena (Thiele-Bruhn, 2003). Yhdysvaltalaisilta nautatiloilta - sekä luomu- että perinteisen tuotantosuunnan tiloilta - on todettu leviävän ilmateitse lähiympäristöön resistenttejä bakteereita, resistenssigeenejä (McEachran ym., 2015; Sanchez ym., 2016) sekä lihakarjatiloilta myös mikrobilääkejäämiä (McEachran ym., 2015) Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 20 2.3.2 Mikrobilääkejäämien ekotoksikologiset vaikutukset eliöstöön Mikrobilääkejäämille altistuminen voi aiheuttaa eliöissä korkeissa pitoisuuksissa ilmenevää akuuttia toksisuutta tai pienemmissä pitoisuuksissa kroonista haittaa (Kumar ym., 2005a). Vedessä mikrobilääkkeet voivat olla toksisempia suuremman biosaatavuuden vuoksi. Toksisuus mikrobeille on voitu havaita heikentyneestä asetaatin hajoamisesta (Giraldi ym. 2012). Lisäksi, vaikka ympäristöön päätyvillä mikrobilääkejäämillä ei olisikaan toksista vaikutusta eliöstöön, niillä voi olla vaikutuksia ekosysteemien prosesseihin (Kumar ym., 2005a; Radhouani ym., 2014). Monet ekosysteemien prosessit, kuten orgaanisen aineksen hajotus ja suolessa ravintoaineiden ottoon liittyvät toiminnot, ovat ainakin osittain mikrobiologisia. Esimerkiksi hyönteisissä elävällä mikrobistolla on todettu olevan vaikutusta hyönteisten elinkykyyn, ravinteiden ottoon ja kestävyyteen taudinaiheuttajia vastaan (Douglas, 2015). Ympäristöön päätyessään mikrobilääkkeet voivat vaikuttaa eliöissä, maaperässä ja vesistöissä oleviin mikrobiyhteisöihin, jolloin niiden tavanomainen dynamiikka ja ravintoketjut saattavat häiriintyä (Kumar ym., 2005a; Radhouani ym., 2014). Laboratoriokokeissa on esimerkiksi havaittu, että lannassa olevat mikrobilääkejäämät voivat muuttaa lantaa hajottavien hyönteisten suolen normaalia mikrobistoa, mikä voi häiritä hajotusprosesseja (Hammer ym., 2016). Naudan mikrobilääkityksen on todettu voivan myös lisätä lannan metaanipäästöjä, mahdollisesti suolen ja lannan mikrobiston suhteellisissa osuuksissa tapahtuvien muutosten takia (Hammer ym., 2016). Laajakirjoiset mikrobilääkkeet, kuten tetrasykliinit ja fluorokinolonit, voivat myös vähentää typen kiertoon maaperässä kuuluvaa nitrifikaatiota (Kumar ym., 2005a). Useiden mikrobilääkkeiden on osoitettu kertyvän kasvualustasta sekä viljakasveihin että sellaisenaan syötäviin kasviksiin (Tasho & Cho, 2016). Esimerkiksi tetrasykliinien on havaittu voivan kertyä lannoitteesta viljelykasveihin (Marttinen ym., 2014) ja enrofloksasiinin porkkanan juureen ja kuoriosaan maasta, johon oli lisätty mikrobilääkkeitä (Boxall ym., 2006). Tällaisten kasvisten syömisen on ajateltu voivan aiheuttaa ihmiselle esimerkiksi allergisia reaktioita sekä haittavaikutuksia ruoansulatuskanavan mikrobiomiin (Zhang ym., 2017). Lisäksi kasvualustassa olevien mikrobilääkejäämien on todettu voivan häiritä kasvin kasvua, mutta vaikutukset vaihtelevat mikrobilääkkeittäin, kasvilajeittain, kasvinosittain, maalajeittain ja mikrobilääkkeiden pitoisuuksittain (Kumar ym., 2005a; Tasho & Cho, 2016). Mikrobilääkkeiden on todettu voivan kertyä kasveihin maasta, jossa mikrobilääkepitoisuus on ollut tasoa ~300–3 600 µg/l tai kg märkäpainoa kohti (Kumar ym., 2005b; Boxall ym., 2006; Dolliver ym., 2007). Kasveista mitatut mikrobilääkepitoisuudet ovat tällöin olleet 2–100 µg/kg märkäpainoa kohti (Kumar ym., 2005b; Boxall ym., 2006; Dolliver ym., 2007; Zhang ym., 2017). Mikrobilääkkeiden kertymisen on havaittu olevan riippuvaista kasvualustan mikrobilääkepitoisuudesta (Kumar ym., 2005b; Dolliver ym., 2007). Mikrobilääkejäämät voivat päätyä ympäristöön erilaisina seoksina sisältäen useita eri mikrobilääkkeitä. Monissa ympäristöriskinarvioinneissa keskitytään kuitenkin yksittäisten mikrobilääkkeiden vaikutuksiin tiettyä mikro-organismia kohtaan ja pitoisuudet ovat paljon korkeampia kuin luonnossa todellisuudessa esiintyvät pitoisuudet. Todellisen tilanteen arvioiminen onkin erittäin haastavaa mikrobilääkkeiden koostumus- ja pitoisuusvaihtelun takia. Lisäksi mikrobilääkkeiden vuorovaikutussuhteet voivat muuttua suhteellisten pitoisuuksien muuttuessa. Samalla toimintamekanismilla toimivien mikrobilääkkeiden vaikutusten oletetaan summautuvan. Mikrobilääkkeiden toisiaan vahvistavan vaikutuksen lisäksi ne voivat olla myös toisiaan heikentäviä (Marx ym., 2015). Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 21 2.3.3 Mikrobilääkeresistenssin leviäminen eliöstöön ja sen välityksellä Eläintiloilla ja niiden läheisyydessä elävät linnut, pieneläimet, maaperäeliöt ja hyönteiset voivat altistua lannan mukana kulkeutuville resistenteille bakteerikannoille sekä resistenssitekijöille. Lisäksi suolistobakteerien on todettu voivan selviytyä jonkin aikaa pelloilla lannan levitysten jälkeen, vaikka ne eivät todennäköisesti lisäänny suoliston ulkopuolella lannassa (Unc & Goss, 2004). Nauta- ja sikatiloilta pyydetyillä kärpäsillä on todettu geno- ja fenotyypiltään samanlaisia bakteerikantoja ja resistenssigeenejä kuin tilan lannasta, mikä antaa olettaa, että ne ovat peräisin eläinten ulosteesta (Literak ym., 2009; Rybarikova ym., 2010; Ahmad ym., 2011). Kanadassa taas sikatilojen läheisyydestä pyydetyillä piennisäkkäillä todettiin suolistossa merkittävästi enemmän resistenttejä E. coli -bakteereita kuin kaukana ihmistoiminnoista pyydetyillä (Allen ym., 2011). Yleisesti ottaen vaikuttaa siltä, että mitä enemmän asutusta, maataloutta ja muita ihmistoimintoja alueella on, sitä enemmän villieläimiltä eristetyillä bakteereilla esiintyy mikrobilääkeresistenssiä (Allen ym., 2010; Surette & Wright, 2017). Linnuilla ja afrikkalaisilla villieläimillä resistenssiä on havaittu esiintyvän enemmän veden äärellä elävillä yksilöillä, mikä viittaisi leviämisen tapahtuneen mahdollisesti veden välityksellä (Jobbins & Alexander, 2015; Surette & Wright, 2017). Resistenttien bakteerien kantajuudesta ei todennäköisesti ole villieläimille tai hyönteisille itselleen haittaa, sillä mikrobilääkeresistenssi ei vaikuta bakteerien taudinaiheuttamiskykyyn, eikä luonnoneläimiä hoideta mikrobilääkkein. Mikrobilääkeresistenssin leviämisen kannalta niiden kantajuudella kuitenkin on merkitystä, sillä ne voivat levittää resistenttejä bakteereita ulosteidensa mukana tai ulkopinnallaan tuotantoeläinten välillä ja myös tilojen ulkopuolelle (Ahmad ym., 2007; Radhouani ym., 2014). Jotkut eläimet ja hyönteiset voivat liikkua pitkiä matkoja ja lähelle ihmisasutusta, jolloin ihmiset voivat altistua niiden kantamille resistenteille bakteereille. Nautatiloilla kärpäset on todettu todennäköisemmäksi resistenssin levittäjäksi kuin tilalla elävät pääskyt - oletettavasti koska ne ovat läheisemmin kosketuksissa eläinten lantaan (Rybarikova ym. 2010). Toisaalta etenkin lannalla lannoitetuille peltomaille ruokailemaan laskeutuvat linnut voivat altistua sinne lannan mukana levinneille resistenteille suolistobakteereille. Hyönteisillä ja linnuilla voi olla merkittävä rooli resistenttien bakteerien levittämisessä eläintiloilta muihin ympäristöihin ja lähelle ihmistä (Zurek & Ghosh, 2014; Wang ym., 2017b). Yhdysvalloissa esimerkiksi ravintolaruoasta on todettu resistenttejä bakteereita, jotka vaikuttavat olevan kärpästen levittämiä (Zurek & Ghosh, 2014). Kiinassa taas kaupunkien sairaalapotilailta todettiin resistenttejä bakteerikantoja, jotka hyvin todennäköisesti olivat peräisin eläintiloilta ja päätyneet kaupunkeihin kärpästen sekä muuttolintujen mukana (Wang ym., 2017a; Wang ym., 2017b). Resistenttejä suolistobakteereita voi siirtyä myös kasviksiin, ja etenkin sellaisenaan syötävien kasvisten välityksellä myös ihmiset voivat altistua niille. Belgiassa 11 % salaatista eristetyistä E. coli -bakteereista oli resistenttejä vähintään yhdelle mikrobilääkeryhmälle (Holvoet ym., 2011). Bakteerit olivat todennäköisesti siirtyneet salaatin pinnalle kasteluveden mukana tai kosketustartuntana kasvualustasta. Lisäksi kasvien sisärakenteisiin voi myös päästä bakteereita, jotka ovat resistenttejä tai voivat tulla resistenteiksi mikrobilääkkeille altistuessaan niille kasvin sisällä (Zhang ym., 2017). Resistenttejä suolistobakteereita voi teoriassa päätyä myös rehuun, jos rehukasvipeltoja on lannoitettu lannalla liian lähellä sadonkorjuuaikaa. Tällöin myös tuotantoeläimet voisivat altistua resistenteille suolistobakteereille rehun välityksellä. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 22 2.4 Lannan käsittelyn ja lannoitekäytön ympäristövaikutukset 2.4.1 Huomio elinkaarisiin ympäristövaikutuksiin Lanta on arvokas orgaaninen lannoite ja maanparannusaine, jonka tehokas hyödyntäminen vähentää epäorgaanisten lannoitteiden tarvetta. Lantaravinteiden hyödyntämisen haasteena on mm. lannan alhainen typpipitoisuus suhteessa fosforipitoisuuteen ja suuret vaihtelut ravinteiden määrissä ja muissa ominaisuuksissa (Luostarinen ym. 2011a). Myös kotieläintuotannon keskittyminen alueellisesti voi olla haastavaa lantaravinteiden tehokkaan hyödyntämisen kannalta (Marttinen ym., 2017; Luostarinen ym. 2018). Lannasta voi aiheutua merkittävää ympäristökuormitusta, sillä lantamäärä voi tilakohtaisesti tai alueellisesti olla merkittävä, se on ravinnepitoista eivätkä sen ominaisuudet ole kasvinviljelyn kannalta ihanteelliset. Lannan lannoitehyödyntämistä voi rajoittaa alueen peltomaan korkeat fosforipitoisuudet. Lisäksi sen käsittelystä aiheutuu kustannuksia, joiden minimointi voi lisätä lannan epäasiallisen käytön riskiä. Suomen kotieläintuotannossa muodostui vuonna 2017 lantaa 15,5 miljoonaa tonnia (lanta varastoinnin jälkeen, pois lukien laitumelle jäävä lanta), josta 57 % on lietelantaa, 36,5 % kuivia lantoja (kuivikelanta, kuivalanta ja kuivikepohjalanta) ja 6,5 % virtsaa. Lannan kokonaismäärä jakaantui vuonna 2017 seuraavasti: 75,5 % naudat, 16 % siat, 2 % siipikarja ja loput 6,5 % hevoset, lampaat, vuohet ja turkiseläimet (Luostarinen ym. 2018). Arvio on tehty perustuen Luken ja SYKEn Suomen normilanta -järjestelmään (Luostarinen ym., 2017). Elinkaarisilla ympäristövaikutuksilla tarkoitetaan tuotteen tai palvelun tuottamisesta aiheutuvia välittömiä ja välillisiä ympäristövaikutuksia, jotka syntyvät tuotteen tai palvelun koko elinkaaren ajalta, alkaen raaka-aineiden hankinnasta ja jatkuen varsinaisen tuotantoprosessin kautta tuotteen käyttöön, käytöstä poistoon ja loppusijoitukseen. Ympäristövaikutuksilla tarkoitetaan ilmaan, maaperään ja vesiin kohdistuvista päästöistä aiheutuvia muutoksia ympäristössä. Lannan elinkaarisilla ympäristövaikutuksilla tarkoitetaan ympäristövaikutuksia, jotka syntyvät lannankäsittelyn aikana, alkaen lannan muodostumisesta eläinsuojassa ja päättyen lannan tai siitä valmistettujen tuotteiden loppukäyttöön tai loppusijoitukseen. Huomioon otetaan paitsi itse lannankäsittelystä muodostuvat vaikutukset, myös sitä tukevista tuotejärjestelmistä, kuten esimerkiksi polttoaineiden ja sähkön tuotannosta, aiheutuvat vaikutukset. Jos lannankäsittelyä muutetaan, saattaa syntyä hyvityksiä. Hyvityksillä tarkoitetaan lannankäsittelyssä tapahtuvien muutosten vaikutuksia toiseen tuotejärjestelmään, jonka seurauksena sen aiheuttamat vaikutukset pienenevät (esimerkiksi fossiilisten polttoaineiden käytön väheneminen ja siitä seuraava ilmastovaikutuksen pieneneminen). Tämä vaikutusten pieneneminen voidaan laskea lannankäsittelymuutoksen hyödyksi, jolloin sen nettovaikutus pienenee suhteessa muutosta edeltävään tilanteeseen. 2.4.2 Lannankäsittelystä aiheutuvat päästöt ilmaan ja vesiin Lannankäsittelyn eri vaiheissa syntyvät päästöt ilmaan ja vesiin aiheuttavat muun muassa happamoitumis-, rehevöitymis- ja ilmastovaikutuksia. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 23 Kaasumaisena ilmaan vapautuva ammoniakki (NH3) on muodostuvista päästöistä monivaikutuksellisin. Happamoitumisen, rehevöitymisen ja epäsuoran ilmastovaikutuksen lisäksi se on eläinsuojassa suurina pitoisuuksina eläimille ja niiden hoitajille haitallista. Eläinsuojien läheisyydessä korkeilla ammoniakkipitoisuuksilla on myös suoria kasvillisuusvaikutuksia. Lisäksi ammoniakista muodostuvat sekundaariset pienhiukkaset ovat ihmisten terveydelle haitallisia. Nykytilanteessa lähes kolmasosa kotieläinten lannan typestä haihtuu ilmaan ammoniakkina eri käsittelyvaiheissa. Noin 45 % ammoniakkitappioista tapahtuu eläinsuojassa, vajaa 20 % lannan varastoinnissa, vajaa 30 % lannan levityksessä ja vajaa 10 % laidunnuksen ja jaloittelun yhteydessä (Grönroos 2017). Ammoniakin lisäksi tietyt muut haisevat ilmaan vapautuvat yhdisteet, kuten rikkivety, aiheuttavat hajuhaittaa lähiympäristössä. Rikkivety voi myös aiheuttaa tukehtumisvaaraa, jos lietesäiliöön mentäessä ei tähän osata varautua esimerkiksi säiliön riittävällä tuuletuksella. Lannan aiheuttama ilmastovaikutus on pääosin peräisin lannasta vapautuvista metaani (CH 4 ) ja dityppioksidipäästöistä (N 2 O). Lannan typpipitoisuus vaikuttaa dityppioksidipäästöihin. Lannan käsittelyn ja varastoinnin aikana tapahtuvat denitrifikaatio- ja nitrifikaatioprosessit tuottavat dityppioksidia. Lietelannasta syntyvät metaanipäästöt ovat huomattavasti suuremmat verrattuna kuivikelantaan (IPCC 2006). Eloperäisenä materiaalina lanta on myös osa hiilen kiertoa. Lannan käsittelytavoilla on merkitystä siihen, kuinka pitkään lannan hiili on sidoksissa lannan orgaaniseen ainekseen (hiilinielu) eikä vapaudu hiilidioksidina ilmakehään voimistamaan ilmastonmuutosta. Lannan ravinteita voi päätyä myös pinta- ja pohjavesiin. Vesistöihin päätyvät rehevöittävät päästöt riippuvat pitkälti lannan levityskäytännöistä (levitysmäärä, ajankohta ja levitysmenetelmä) sekä lannan ominaisuuksista. Lannan oikealla käsittelyllä ja käytöllä haittoja voidaan vähentää ja samanaikaisesti parantaa lannan sisältämien ravinteiden hyödynnettävyyttä (ks. seuraava osio). Maaperän tiivistymisen kannalta huonoin aika levittää lantaa on aikaisin keväällä juuri roudan sulettua sekä myöhään syksyllä sateiden kasteltua maan, koska maa on märkää syvältä. Peltoajo lantaa levittäessä voi rikkoa maan rakenteen aiheuttaen haittoja maaperässä. Tiivistyminen ja maan hiertyminen renkaiden alla vaurioittavat maaperän suuria huokoisia (halkaisija ≥ 0,03 mm.), minkä seurauksena juuriston kasvu ja maaperän vedenpidätyskyky heikkenevät lisäten ravinteiden huuhtoutumisriskiä. Maaperän huono ilmanvaihto lisää myös typen kaasumaisia päästöjä (Palva ym., 2009). Lannan prosessoinnilla voidaan vaikuttaa peltomaan tiivistymisriskiin tuottamalla jakeita, joita voidaan levittää maan tiivistymisriskiä vähentävillä levitystekniikoilla ja kasvien ravinnetarpeen kannalta oikeaan aikaan ja vastaavasti aikana, jolloin maan tiivistymisriski on pienimmillään. Prosessoinnilla voidaan vähentää myös levitettävän lannan kokonaismäärää. 2.4.3 Lannankäsittelytekniset ratkaisut päästöjen pienentämiseksi Lannasta aiheutuviin ympäristövaikutuksiin pystytään vaikuttamaan melko yksinkertaisillakin lannankäsittelyn ratkaisuilla. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 24 Eläinsuojassa haihtuviin typpiyhdisteisiin voidaan vaikuttaa mm. kuivikevalinnoilla ja tehokkaalla lannan poistolla. Lannan varastointitavalla ja -ajalla voidaan vaikuttaa merkittävästi syntyviin kaasumaisiin päästöihin ja välillisesti myös lannasta huuhtoutuviin ravinteisiin. Lietelannan ammoniakkipäästöjä voidaan vähentää esimerkiksi varastoimalla lanta katetussa varastossa. Typpiyhdisteiden haihtuminen alentaa lannan liukoisen typen määrää ja heikentää siten lannoitusvaikutusta, mutta samalla vähentää typen huuhtoutumisriskiä. Lannanlevitysmenetelmien ja -ajankohdan valinta ovat olennaisia asioita lannankäytön kokonaisympäristövaikutusten kannalta. Lannan sisältämä fosfori on kasveille yhtä käyttökelpoisessa muodossa kuin väkilannoitefosfori. Fosfori kulkeutuu sekä liukoisena että maahiukkasten mukana suurelta osin pintavalunnassa. Osa lantatypestä on liukoisessa muodossa heti kasvien käytettävissä. Osa on sitoutuneena orgaanisen aineeseen. Levitettävä määrä määräytyy lannan ravinnepitoisuuden, viljeltävän kasvin ja peltomaan ominaisuuksien perusteella. Levitysmäärää säädellään lainsäädännön (erityisesti VnA 1250/2014) ja vapaaehtoisten järjestelmien (ympäristökorvausjärjestelmä) avulla. Levityksen ajankohta ja levitystapa vaikuttavat lannan levityksen aiheuttamiin ympäristövaikutuksiin. Kun lantaa levitetään pellolle, lantaravinteet pyritään saamaan kasvien käyttöön. Olosuhteista ja toimista riippuen osa lannan sisältämistä ravinteista saattaa huuhtoutua vesistöihin ja osa haihtua ilmaan, kuten muistakin lannoitteista. Optimaalisesti lanta levitetään kylvöä ennen tai kasvustoon (kevät ja kesä), jolloin kasvi pystyy hyödyntämään liukoiset lantaravinteet heti ja vapautuvat ravinteet niiden vapautuessa maaperän mikrobitoiminnan myötä. Syyslevitystä ilman kylvettävää syysviljaa tulisi huuhtoumariskin vuoksi välttää. Ravinnetappioiden (vesiin huuhtoutuminen ja ilmaan haihtuminen) rajoittamiseksi on tärkeää, ettei lantaa jää levityksen jälkeen maan pintaan, vaan se joko mullataan tai sijoitetaan maahan (Palva ym., 2009). Lannan levityksen yhteydessä on tärkeää välttää myös maan tiivistymistä, koska tällöin ravinnetappioita on yhä vaikeampi estää. Ammoniakkipäästöt lisääntyvät lämpötilan, ilmavirran nopeuden ja haihtumispinta-alan noustessa. Myös lannan pH vaikuttaa ammoniakin haihtumiseen. Alhainen pH vähentää ammoniakkipäästöjä pitäen lannan ammoniakin ammoniummuodossa, joka ei haihdu. Lietteen pH:ta voidaan alentaa happolisäyksellä. Happoa voidaan lisätä jo eläinsuojassa, varastoinnin aikana tai levityksen yhteydessä (Salo ym., 2015). Suomessa menetelmää ei kuitenkaan toistaiseksi käytetä. 2.4.4 Lannan hyödyntämistä voidaan tehostaa prosessoinnilla Lannan käytettävyyttä lannoitteena voidaan parantaa lantaa prosessoimalla. Liete- ja kuivien lantojen sekä muiden orgaanisten syötteiden hyödyntämiseen ja ympäristökuormituksen vähentämiseen on olemassa monia biologisia, kemiallisia ja fysikaalisia prosesseja. Käyttökelpoisten lopputuotteiden saaminen voi edellyttää eri teknologioiden yhdistämistä. Lisäksi tarvitaan myös hyviä lannankäsittelyn käytäntöjä, jotta prosessoinnilla saavutettuja ympäristöetuja ei menetetä lopputuotteiden huonossa käsittelyssä. Lannan ravinnepitoisuudet ja lopputuotteiden käyttökohteet ovat ensisijaisena lähtökohtana lannan prosessoinnin suunnittelussa. Ravinteiden määrä vaihtelee lantatyypeittäin ja eläinlajeittain ja siihen vaikuttaa myös tuotantoeläinten ruokinta. Lisäksi ravinteiden määriin ja niiden käyttökelpoisuuteen vaikuttavat lannan talteenotto-, varastointi- ja käsittelymenetelmät. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 25 Erilaisia prosessiyhdistelmiä on lukuisia. (Kuva 4). Niillä voidaan vaikuttaa mm. lannan käsiteltävyyteen ja joissain tapauksessa myös määrään, hajun muodostukseen ja ravinteiden käyttökelpoisuuteen ja alentaa siten myös lannan aiheuttamia elinkaarisia ympäristövaikutuksia, jos lopputuotteet osataan käsitellä ja hyödyntää oikein. Lisäksi käsittelyllä voidaan tuottaa lannasta energiaa ja siten korvata fossiilisilla polttoaineilla tuotettua energiaa (esim. mädätys). Yleensä kuitenkin lannan prosessointi kuluttaa energiaa. Prosessoimalla voidaan lannasta erottaa esimerkiksi ravinnesuhteiltaan erilaisia jakeita separoimalla. Jakeet voidaan levittää viljelykasvien ravinnetarpeiden mukaisesti, jolloin esimerkiksi fosforia runsaasti sisältävä kuivajae on helpompi kuljettaa alueille, missä fosforin käytölle on suurempi tarve. Typpipitoinen nestejae voidaan hyödyntää tilan lähipelloilla, jonne fosforia ei mahdollisesti voi levittää maan korkean viljavuusfosforipitoisuuden takia (Palva ym., 2009, Luostarinen ym., 2011a; 2011b). Toisaalta prosessointi voidaan viedä tätä paljon pitemmälle, jolloin lopputuotteet muistuttavat väkilannoitteita ravinnesuhteiltaan ja kuljetettavuudeltaan. Mitä suurempi osa lannan ravinteista päätyy kasvien hyödynnettäväksi, sitä vähemmän päätyy kuormittamaan ympäristöä, ja sitä suuremmassa määrin lanta voi korvata energiaintensiivisesti tuotettua mineraalityppilannoitetta ja neitseellisten fosforivarantojen käyttöä. Näin voidaan saavuttaa myös epäsuoria positiivisia ympäristövaikutuksia. Prosessoinnissa ravinteiden liukoistuessa riskit kasvaviin päästöihin saattavat myös lisääntyä, mutta näihin voidaan vaikuttaa lannan varastoinnin ja levityksen hyvillä käytännöillä. Lannan prosessointimenetelmien elinkaarisia ympäristövaikutuksia käsitellään tarkemmin luvussa 7. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 26 Li et el an ta mädätys separointi strippaus haihdutus struviitti poltto pyrolyysi kalvotekniikat laitos- kompostointi poltto pyrolyysi auma- kompostointi poltto pyrolyysi poltto pyrolyysi laitos- kompostointi poltto prolyysi auma- kompostointi poltto pyrolyysi separointi mädätys laitos- kompostointi poltto pyrolyysi auma- kompostointi poltto pyrolyysi pyrolyysi poltto separointi haihdutus strippaus struviitti kalvotekniikat pyrolyysi poltto laitos- kompostointi poltto pyrolyysi auma- kompostointi poltto pyrolyysi haihdutus strippaus struviitti poltto pyrolyysi kalvotekniikat laitos- kompostointi poltto pyrolyysi auma- kompostointi poltto pyrolyysi Kuva 4. Esimerkkejä lietelannan prosessointi- ja jatkojalostustekniikoista. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 27 2.5 Naudanlannan varastoinnin ja prosessoinnin vaikutukset mikrobilääkejäämiin ja resistenssiin 2.5.1 Biologiset prosessoinnit Biologiset prosessoinnit perustuvat lannan mikrobiologiseen hajottamiseen joko hapellisissa tai hapettomissa olosuhteissa. Hapellisissa oloissa tapahtuvan kompostoinnin aikana vapautuu hiilidioksidia, lämpöä ja vettä. Mädätys taas tapahtuu hapettomissa olosuhteissa ja sen aikana vapautuu hiilidioksidia, metaania sekä orgaanisia happoja, alkoholeja ja humus-aineita (Silva & Naik, 2007). Kompostoinnin ja mädätyksen aikana tapahtuu lajiston vähittäistä muuttumista, jossa eri mikrobilajit toimivat orgaanisen hajotusprosessin eri vaiheissa ja muuttavat mikroympäristön aina uusille lajeille sopivaksi. Kompostoinnissa lajiston muuttuminen perustuu lämpötilan vaihteluihin neljässä vaiheessa, joissa vallitseva mikrobiyhteisö koostuu joko psykrofiilisista mikrobeista (+0-15oC), mesofiilisista mikrobeista (+0-44oC) tai termofiilisista mikrobeista (+45-70oC). Myös mädätyksessä on neljä vaihetta, joiden lajiston muuttuminen perustuu mikrobien tuottamiin hajoamistuotteisiin, joita seuraava mikrobiryhmä voi hyödyntää. Nämä neljä mikrobiryhmää ovat hydrolysoivat ja fermentoivat mikrobit sekä asetogeenit ja metanogeenit (Silva & Naik, 2007). Mädätys voi tapahtua joko mesofiilisessa (+25-37oC) tai termofiilisessa (+55-65oC) lämpötilassa ja joko jatkuvatoimisena tai panostoimisena (Manyi-Loh ym., 2016). Vaikutukset mikrobilääkkeisiin Mikrobilääkkeiden vähenemiseen biologisissa prosesseissa liittyy useita abioottisia tekijöitä, kuten lämpötila, pH:n muutokset, hydrolyysi sekä sitoutuminen orgaaniseen ainekseen (Youngqist ym., 2016). Myös mikrobit voivat hajottaa mikrobilääkejäämiä, jos ne ovat niille biologisesti saatavilla. Mikrobilääkkeiden biologinen saatavuus riippuu niiden fysikaalis-kemiallisista ominaisuuksista ja sitoutumisalttiudesta orgaaniseen ainekseen (Thiele-Bruhn, 2003). Yleisesti ottaen tiiviisti orgaaniseen ainekseen ja maapartikkeleihin sitoutuvat mikrobilääkkeet ovat bakteereille heikommin biologisesti saatavilla, jolloin ne myös hajoavat vähemmän biologisissa prosesseissa (Masse ym., 2014). Vaikutukset mikrobistoon Suolistomikrobien selviytymiseen lannassa vaikuttavat lannan kemiallinen koostumus, pH, kuiva-ainepitoisuus ja ravinteiden saatavuus, lämpötila, happipitoisuus, vesipitoisuus, aika sekä mikrobiston lajikoostumus ja tiheys lannassa (Manyi-Loh ym., 2016). Biologisissa prosesseissa elävien suolistobakteerien, myös resistenttien, määrä ja osuus voi alentua korkean lämpötilan vaikutuksesta, muuttuneiden ympäristöolosuhteiden seurauksena (aineenvaihduntatuotteet), tai jos ne häviävät elintilakilpailussa nopeakasvuisemmille ja paremmin prosessin mikroympäristöön sopeutuneille (herkille) mikrobilajeille (Youngqist ym., 2016). Suolistobakteerit ovat huonommin sopeutuneita elämään suoliston ulkopuolella kuin ympäristöbakteerit, jolloin niiden voidaan olettaa pärjäävän huonosti kilpailussa ympäristöbakteereille (Manyi-Loh ym., 2016). Tärkeimpänä elävien taudinaiheuttajabakteerien selviämiseen lannassa vaikuttavana tekijänä pidetään kosteuden lisäksi lämpötilaa (Sahlström, 2003; Manyi-Loh ym. 2016), jonka vaikutusta mikrobistoon käsitellään termisten prosessointien yhteydessä (ks. 2.5.2). Kompostoinnissa Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 2 Kirjallisuuskatsaus 28 hajoavan biomassan lämpötila nousee hajotusprosessin seurauksena (Manyi-Loh ym., 2016), mutta esimerkiksi mädätyksessä sitä voidaan myös nostaa lämmittämällä. Liian korkeat mikrobilääkepitoisuudet lannassa voivat häiritä biologista hajotusprosessia tai pysäyttää sen, sillä mikrobilääkkeet voivat inhiboida myös hajottajamikrobeja. Inhibitioon vaikuttavat hajottajamikrobien vastustuskyky mikrobilääkkeille, lannan koostumus, prosessissa toimivan mikrobiomin lajikoostumus, mikrobilääkkeiden sitoutuminen orgaaniseen ainekseen ja hajoaminen prosessoinnin edetessä (Masse ym., 2014). 2.5.2 Termiset prosessoinnit Kuumennus korkeassa lämpötilassa voi tuhota sekä mikrobilääkejäämät, elävät resistentit bakteerit että resistenssigeenit. Elävät bakteerit ja itiöt tuhoutuvat sterilisaatiolämpötiloissa (+121oC, 15 min). DNA:n pilkkoutuminen lyhimpiä resistenssigeenejä (~300 bp [GenBank: GU327538.1]) lyhyemmiksi pätkiksi taas on laboratoriokokeissa todettu vaativan kuumennuksen vähintään +70oC:een hapellisissa oloissa tai yli +85 oC:een hapettomissa oloissa (Zhang & Wu, 2005). Sterilisaatiolämpötilassa oksitetrasykliini hajoaa käytännössä täysin (Hassani ym., 2008). Siprofloksasiinin on todettu hajoavan täysin +250 oC lämpötilassa (Svahn & Björklund, 2015). Kuumennettujen (100 tai 120 oC) liuosten antibioottinen ominaisuus kuitenkin säilyi vaihtelevasti, viitaten siihen että myös antibiootin kuumennuksessa syntyvillä hajoamistuotteilla olisi antimikrobisia ominaisuuksia (Hsieh ym., 2011). Vesiliuoksessa tehtyjä hajoamiskokeita ei voi kuitenkaan suoraan verrata poltto-olosuhteisiin, joissa lämpötilat ovat korkeita ja prosessi on optimoitu orgaanisten molekyylien mahdollisimman täydelliselle palamiselle. 2.5.3 Fysikaaliset prosessoinnit Erottelu eli separointi kuivajakeeksi ja nestejakeeksi ei oletettavasti vaikuta mikrobilääkejäämien, resistenttien suolistobakteerien tai resistenssitekijöiden määrään lannassa. Ne voivat kuitenkin jakautua lannan eri faaseihin. Mikrobilääkkeet jakautuvat nestefaasiin ja kiinteään faasiin fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksiensa ja varaustensa perusteella. Perinteisesti orgaanisten kemikaalien sitoutuminen (sorptio) riippuu hydrofobisuudesta. Mitä hydrofobisempi yhdiste, sitä enemmän se sitoutuu partikkeleihin. Lääkeaineet ovat yleensä vesiliukoisia ja ionitoituvia, joten niiden sorptio perustuu ionisiin vuorovaikutuksiin ja on pH-riippuvaista. Erityisesti kationit (positiivisesti varautuneet yhdisteet) sitoutuvat herkästi negatiivisesti varautuneeseen orgaaniseen ainekseen (Tolls, 2001). Bakteerisolut hakeutuvat tavallisesti kiinteille pinnoille solujensa varausten ja värekarvojensa avulla (Unc & Goss, 2004). Näin ollen ne kulkeutuvat todennäköisemmin kiinteän faasin mukana, mutta myös nestefaasi voi sisältää resistenttejä bakteereita ja resistenssitekijöitä. Erilaisten lannan prosessointimenetelmien vaikutuksia mikrobilääkejäämiin ja resistentteihin bakteereihin arvioidaan tarkemmin osiossa 8. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 3 Tutkimuksen tavoitteet ja toteutus 29 3 Tutkimuksen tavoitteet ja toteutus Hankkeen tavoitteet olivat seuraavat: 1. Selvittää toiminnassa olevan lypsykarjatilan mikrobilääkeresistenssi ja -jäämätilanne. 2. Tutkia mikrobilääkkeiden erittymistä ja resistenttien bakteerien kehittymistä sekä valikoitumista lääkittyjen nautojen sontaan, maitoon ja virtsaan. 3. Tutkia, miten mikrobilääkkeille resistentit bakteerit ja resistenssigeenit sekä mikrobilääkkeet ja niiden aineenvaihduntatuotteet kulkeutuvat lypsykarjatilalla lääkityistä naudoista lannankäsittelyketjun kautta tilaympäristöön. 4. Selvittää simuloiduilla laboratoriokokeilla, miten lannan prosessointi mädättämällä vaikuttaa mikrobilääkeresistenssiin ja -jäämiin sekä toisaalta myös sitä, miten mikrobilääkkeet vaikuttavat mädätysprosessiin, esimerkiksi sen metaanin tuottoon. 5. Koota yhteenveto kirjallisuuden perusteella erilaisista lannankäsittelymenetelmistä ja niiden ympäristövaikutuksista. 6. Arvioida mikrobilääkkeiden käyttöön liittyviä välillisiä terveysriskejä. 7. Tuottaa tietoa kotieläinten mikrobilääkkeisiin ja resistenssiin liittyvään riskiarviointiin ja -hallintaan. 8. Ymmärtää paremmin mikrobilääkkeiden käytön ja mikrobilääkeresistenssin välistä yhteyttä. Tutkimus toteutettiin yhteistyössä Ruokaviraston (entinen Evira), Luonnonvarakeskuksen (Luke) ja Suomen ympäristökeskuksen (SYKE) kanssa. Koetilana oli Luken Minkiön tutkimusnavettatila Jokioisissa. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 4 Aineisto ja menetelmät 30 4 Aineisto ja menetelmät Projektin kokeellinen osa koostui kahdesta työpaketista: mikrobilääkeresistenssin ja -jäämien määrittämisestä tilamittakaavassa sekä simuloidussa lannankäsittelyketjussa. Tilamittakaavan tutkimuksessa selvitettiin tavanomaisen suomalaisen lypsykarjatilan mikrobilääkeresistenssi ja -jäämätilanne. Simuloidussa lannankäsittelyketjussa taas tutkittiin laboratoriomittakaavassa lannan prosessoinnin vaikutusta mikrobilääkeresistenssiin ja -jäämiin. Valittu prosessointitekniikka oli mesofiilinen mädätys. Yhdessä tutkimuspaketit toivat tietoa mikrobilääkeresistenssin ja -jäämien kulkeutumisesta lantaketjussa mikrobilääkityistä naudoista lantaloiden kautta prosessoitavaan lantaan (kuva 5). 4.1 Työpaketti 1: tilamittakaavan tutkimus ja näytteenotot Tutkimustilalla oli 209-paikkainen karjasuoja, johon kuului pihatto-osa sekä erillisiä karsinoita vasikoille sekä poikiville ja sairaille eläimille. Pihatto-osassa oli kolme ruokintapöytää, joiden yhteydessä oli kaksi toisiinsa yhteydessä olevaan käytävää sekä ulkoilutarha. Lehmät eivät päässeet liikkumaan ruokintapöytien välillä, mutta tilaa ei oltu eroteltu väliseinin. Karjasuoja pestiin vuosittain kesäkuun alussa. Lietelantalaan kertyi pääosin terveiden lypsylehmien ja hiehojen lietelantaa pihatosta. Pihatossa saattoi olla myös mikrobilääkkeitä saaneita, hyväkuntoisia eläimiä. Lisäksi lietelantalaan johdettiin karsinoista helposti erottuva virtsa, lypsyaseman, tilatankin ja navetan pesuvedet sekä mikrobilääkejäämiä sisältävät lypsylehmien maidot (lääkityksen varoajalta) johdettiin lietelantalaan. Tilalla oli kaksi tilavuudeltaan 1 600 m3 kattamatonta lietesäiliötä, joihin liete kulkeutui pihaton ja karsinoiden alla sijaitsevan lietekuilun kautta. Sairaiden, lääkittyjen ja poikivien lehmien sekä vasikoiden lanta kerättiin karsinoista kuivikelantana erilliseen 190 m3, katettuun kuivalantalaan (Kuva 6). Virtsa imeytettiin karsinoissa pääasiassa kuivikkeena käytettyyn turpeeseen, mutta osa siitä päätyi lietekuilun kautta lietelantalaan. Molempia lantatyyppejä hyödynnettiin lannoitteena peltoviljelyssä. Lietelannan levitys tapahtui pääosin keväällä (68 %) ennen kylvöä viljoille tai nurmille. Loput levitettiin kesällä tai syksyllä (32 %). Myös kuivikelanta hyödynnettiin lannoitteena. Tarkastelujakson aikana (6.5.2010–3.12.2016) tutkimustilalla käytettiin nautojen sairauksien hoidossa ja toimenpiteissä mikrobilääkkeitä ja muita lääkevalmisteita, kuten tulehduskipulääkkeitä. Eläimet saivat 1–6 eri lääkevalmistetta sairaudesta ja sen vakavuudesta riippuen. Eniten käytettiin penisilliinejä sisältäviä mikrobilääkkeitä (79,1 %, 5 258 lääkkeen Kuva 5. Esimerkkejä lietelannan prosessointi- ja jatkojalostustekniikoista. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 4 Aineisto ja menetelmät 31 Kuva 6. Tutkimustilan kuivalantala. Kuva: Pertti Koivisto Nauta Oireet Lääkitys Kesto 1 E. coli -mastiitti Enrofloksasiini Baytril 100 mg/ml 3 vrk 2 E. coli -mastiitti Enrofloksasiini Baytril 100 mg/ml 3 vrk 3 E. coli ja S. uberis -mastiitti Enrofloksasiini Baytril 100 mg/ml,penisilliini Penovet 3 vrk (ENR), 5 vrk (PEN) 4 E. coli -mastiitti Enrofloksasiini Baytril 100 mg/ml 1 vrk 5 Klebsiella-mastiitti, kuume Enrofloksasiini Baytril 100 mg/ml 3 vrk 6 Ruokahaluttomuus, kuume Enrofloksasiini Baytril 100 mg/ml 5 vrk 7 Niveltulehdus kintereessä Oksitetrasykliini Terramycin 100 mg/ml ja Terramycin LA 200 mg/ml inj. 6 vrk 8 Jälkeisistä aiheutunut kohtutulehdus Oksitetrasykliini Terramycin 100 mg/ml ja Terramycin LA 200 mg/ml inj. 6 vrk 9 E. coli -mastiitti, kuume Enrofloksasiini Baytril 100 mg/ml 4 vrk Taulukko 5. Tutkittujen yhdeksän naudan oireet ja mikrobilääkitykset. antopäivää). Laajakirjoista penisilliiniä, ampisilliiniä, käytettiin 0,3 % lääkehoidoista. Kokonaislääkekulutuksesta 3,6 % sisälsi tetrasykliinejä ja 2,6 % fluorokinoloneja. Tarkastelujakson aikana ei käytetty kolmannen polven kefalosporiineja, jotka on luokiteltu kriittisesti tärkeiksi mikrobilääkkeiksi ihmisten hoidossa. Niitä oli kuitenkin käytetty ennen tarkastelujaksoa. Koko tarkastelujakson lisäksi selvitettiin vuositasolla tilan eri mikrobilääkeryhmien käyttö. Yhteensä yhdeksän mikrobilääkkeillä hoidettua nautaa tutkittiin vuosina 2015–2016. Niistä seitsemän oli lääkitty fluorokinoloneihin kuuluvalla enrofloksasiinilla ja kaksi oksitetrasykliinillä (Taulukko 5). Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 4 Aineisto ja menetelmät 32 Tutkituista naudoista otettiin sonta- ja maitonäytteet ennen mikrobilääkehoidon aloittamista (0 vrk), 1 vrk ja 4 vrk hoidon aloittamisen jälkeen sekä käytetylle mikrobilääkevalmisteelle asetetun lihan varoajan jälkeen. Lisäksi jokaiselta tutkitulta naudalta otettiin vähintään yksi virtsanäyte jossain hoidon vaiheessa. Navetasta otettiin yhteensä 19 ympäristönäytettä kahdella eri näytteenottokerralla keväällä ja syksyllä 2016 (Taulukko 6). Näytteenottokohde Näytetyyppi Kevät 2016 Syksy 2016 Pihatto Tossunäytteet 6 näytettä; 1 jokaiselta käytävältä 6 näytettä; 1 jokaiselta käytävältä Erilliskarsinat Ympäristönäytteet 2 sairaskarsinaa + vasikoiden karsina 2 sairaskarsinaa Jaloittelutarha Tossunäyte + yhteissontanäyte 2 näytettä Ei näytteitä Taulukko 6. Näytteenotot navetasta keväällä ja syksyllä 2016. Pihatosta näytteet otettiin vetämällä joustavat kangaspalat tehdaspuhtailla muovipusseilla peitettyjen kumisaappaiden päälle ja kävelemällä ne jalassa käytävät päästä päähän. Lisäksi molemmilla näytteenottokerroilla otettiin näytteet kahdesta erillisestä sairaskarsinasta sekä ensimmäisellä myös vasikoiden karsinasta ja jaloittelutarhasta. Erilliskarsinoiden ja jaloittelutarhan näytteet kerättiin karsinan lattialta ja seiniltä lapiolla purkkeihin. Toinen jaloittelutarhan kahdesta näytteestä otettiin tossunäytteenä samaan tapaan kuin pihatosta. Lantaloista otettiin yhteensä kahdeksan näytettä vuosina 2015–2016: neljä lietelantanäytettä ja neljä kuivikelantanäytettä. Puolet näytteistä otettiin keväällä ja puolet syksyllä. Lietelantanäytteet otettiin lannan peltolevitysten yhteydessä, kun lietelantasäiliöt tyhjennettiin. 4.2 Työpaketti 2: simuloidun lannankäsittelyketjun koeasetelmat ja näytteenotot Mikrobilääkkeiden vaikutuksia lannan prosessoinnissa käytettävään mädätykseen (biokaasuprosessi) ja mikrobilääkkeiden käyttäytymistä (hajoaminen/säilyminen) prosessissa tutkittiin laboratoriomittakaavassa. Kokeisiin valittiin tutkittaviksi mikrobilääkkeiksi tutkimustilalla käytetyt oksitetrasykliini ja enrofloksasiini sekä sen pääasiallinen hajoamistuote siprofloksasiini. Kokeet toteutettiin kahdessa osiossa. Ensin selvitettiin mikrobilääkkeiden vaikutusta lietelannan metaanintuottoon panoskokeella ja sitten simuloitiin jatkuvatoimista biokaasuprosessia. Mikrobilääkkeiden vaikutus lietelannan metaanintuottopotentiaaliin – panoskokeet Panostoimisilla biokemiallisen metaanintuottopotentiaalin (BMP) kokeilla voidaan selvittää erilaisten orgaanisten materiaalien hajoavuutta biokaasuprosessissa. Kokeessa haluttu määrä tutkittavaa materiaalia lisätään yhdessä mikrobiympin kanssa astiaan, astia suljetaan ja hajoamista seurataan kaasufaasiin muodostuvana metaanina. Koe päättyy, kun metaanintuotto pysähtyy. Yleensä se kestää noin 30 vrk. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 4 Aineisto ja menetelmät 33 Tässä kokeessa selvitettiin, miten ja millä pitoisuuksilla mikrobilääkkeet vaikuttavat metaanintuottoa alentavasti, kun käsiteltävänä materiaalina oli lietelanta. Lääkeainepitoisuuksien valinnassa käytettiin hankkeen aiemmissa osioissa selvitettyjä navettaympäristössä ja lannoissa havaittuja tetrasykliinin, enrofloksasiinin ja siprofloksasiinin pitoisuuksia. Kyseisten lääkkeiden vaikutusta biokaasuprosessin mikrobiologiaan ts. metaanintuottoon tutkittiin eri pitoisuuksilla erikseen ja lääkeaineiden seoksina. Tutkimus toteutettiin kahdella erillisellä (kokeet A ja B) 30 vrk panostoimisella kokeella käyttäen automatisoitua metaanintuottopotentiaalin mittauslaitteistoa (AMPTS II, Bioprocess Control AB, Ruotsi). Kokeissa seurattiin Luken Minkiön navetan lypsykarjan lietelannan hajoamista ja mikrobiymppinä oli Luken Maaningan noin 120 lypsylehmän lietelantaa käsittelevän biokaasulaitoksen mädäte. Koe suoritettiin kolmena rinnakkaisena käsittelynä 500 ml lasipulloissa. Pulloihin valmistettiin mikrobiympin ja lietelannan seos, jossa lannan ja mikrobiympin VS/VS -suhde oli 0,75. Käsittelylämpötila oli 37 °C. Mikrobilääkkeet lisättiin lannan ja ympin seokseen vesiliuoksina. Pullot täytettiin ionivaihdetulla vedellä ja/tai mikrobilääkeliuoksella kokeessa keskenään samaan nestetilavuuteen (koe A: 400 ml; koe B: 380 ml), jolloin kaikissa käsittelyissä oli sama orgaanisen kuiva-aineen konsentraatio. Pulloihin lisättiin pH:n puskuroimiseksi natriumbikarbonaattia (NaHCO 3 ) annostuksella 3 g/l. Molemmissa kokeissa oli mikrobilääkekäsiteltyjen pullojen lisäksi koejäsenenä lietelantakontrolli ilman mikrobilääkelisäystä sekä pelkkä mikrobiymppi. Kaasutiiviisti suljetut pullot huuhdeltiin hiilidoksidilla hapettomien olosuhteiden aikaansaamiseksi ennen kokeen aloittamista. Pullojen sisältöä sekoitettiin kerran tunnissa mekaanisella sekoittimella nopeudella 84 rpm. Kokeen aikana muodostuva metaani johdettiin hiilidioksidin sitouttamisen jälkeen nesteensyrjäytykseen perustuvaan kaasun tilavuusmittaukseen. Ensimmäisessä kokeessa (A) mikrobilääkkeiden pitoisuustasoiksi valittiin Minkiön navettaympäristössä ja lannoissa havaittuja pitoisuuksia sekä kirjallisuudessa esitettyjä pitoisuuksia, jotka olivat havaitsemiamme korkeampia. Koejäseniä oli yhteensä 23 kpl, joista 21 oli mikrobilääkekäsittelyjä (Taulukko 7). Oksitetrasykliinipitoisuudet vaihtelivat välillä 100–10 000 µg/ kg, enrofloksasiinipitoisuudet välillä 10–2 000 µg/kg ja siprofloksasiinipitoidet välillä 10–2 000 µg/ kg. Lisäksi koejäsenissä oli yhdeksän erilaista mikrobilääkkeiden seosta. Panoskoe uusittiin myöhemmin samana vuonna korkeammilla mikrobilääkepitoisuuksilla (koe B). Kokeessa B oli 14 koejäsentä, joista 12 sisälsi mikrobilääkkeitä (Taulukko 8). Enrofloksasiini päätettiin jättää pois tästä kokeesta, koska se hajoaa siprofloksasiiniksi. Siprofloksasiinin pitoisuudet nostettiin välille 2 000–50 000 µg/kg ja tetrasykliinin välille 10 000–500 000 µg/kg. Lisäksi mukana oli neljä mikrobilääkkeiden seosta, joissa siprofloksasiinipitoisuus oli 10 000–20 000 µg/kg ja oksitetrasykliinipitoisuus 50 000–100 000 µg/kg. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 4 Aineisto ja menetelmät 34 Suunnitellut pitoisuudet seoksessa Koejäsen Ymppi Naudan lietelanta ENR (µg/kg) CIP (µg/kg) OTC (µg/kg) A-1 x A-2 x x A-3 x x 10 A-4 x x 100 A-5 x x 1 000 A-6 x x 2 000 A-7 x x 10 A-8 x x 100 A-9 x x 1 000 A-10 x x 2 000 A-11 x x 100 A-12 x x 1 000 A-13 x x 3 000 A-14 x x 10 000 A-15 x x 100 100 1 000 A-16 x x 1 000 1 000 3 000 A-17 x x 100 100 A-18 x x 1 000 1 000 A-19 x x 100 1 000 A-20 x x 1 000 100 A-21 x x 100 1 000 A-22 x x 1 000 3 000 A-23 x x 1 000 3 000 Taulukko 7. Panoskokeen A koejäsenet (1–23) ja suunnitellut mikrobilääkepitoisuudet seoksissa. Suunniteltu pitoisuus Analysoitu pitoisuus Koejäsen Ymppi Naudan lietelanta CIP (µg/kg) OTC (µg/kg) CIP (µg/kg) OTC (µg/kg) B-1 x B-2 x x B-3 x x 2 000 2 260 B-4 x x 10 000 9 690 B-5 x x 20 000 19 100 B-6 x x 50 000 47 000 B-7 x x 10 000 13 900 B-8 x x 50 000 69 400 B-9 x x 100 000 138 000 B-10 x x 500 000 726 000 B-11 x x 10 000 50 000 10 800 67 000 B-12 x x 20 000 100 000 21 200 112 000 B-13 x x 10 000 100 000 10 400 127 000 B-14 x x 20 000 50 000 22 800 65 200 Taulukko 8. Panoskokeen B koejäsenet (1–14) sekä suunnitellut ja toteutuneet antibioottien pitoisuudet (µg/kg). Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 4 Aineisto ja menetelmät 35 Kokeessa A mikrobilääkepitoisuudet määritettiin näytteistä kokeen jälkeen. Kokeen alkupitoisuuksia ei analysoitu. Kokeessa B mikrobilääkepitoisuudet määritettiin sekä koejakson alussa että lopussa. Määritetyt OTC-pitoisuudet olivat noin 33 % korkeampia kuin laskennalliset pitoisuudet. Syynä voi olla OTC-kantaliuoksen valmistuksessa tapahtunut mittavirhe, mutta toisaalta ero selittyy osittain OTC-analyysin laajennetulla mittausepävarmuudella. Tilakohtaisen biokaasulaitoksen simulaatio - jatkuvatoimiset kokeet Lietelantoihin perustuvat maatilojen biokaasulaitokset ovat yleensä mesofiilisia (37 °C) märkäprosesseja, joissa uutta syötettä lisätään biokaasureaktoriin säännöllisesti ja samalla mädätettä poistetaan. Osa syötteestä voi olla myös esim. kuivaa lantaa. Tämän vuoksi tehtiin kokeet, joissa simuloitiin tutkimustilan lannan prosessointia tilakohtaisessa biokaasulaitoksessa. Jatkuvatoimisissa reaktorikokeissa tutkittiin kahden mikrobilääkkeen, oksitetrasykliinin ja siprofloksasiinin, vaikutusta anaerobiseen hajotusprosessiin sekä niiden hajoamista prosessin aikana. Lisäksi kokeessa seurattiin prosessoinnin vaikutusta syötteenä käytetyn lantaseoksen indikaattori E. coli -bakteerin pitoisuuksiin ja tutkituille mikrobilääkkeille resistenttien E. coli -bakteerien prosentuaalisiin osuuksiin. Jatkuvatoimiset reaktorikokeet toteutettiin neljällä 11 litran laboratorioreaktorilla. Kokeen alussa kaikki neljä reaktoria täytettiin 11 litran maksimitilavuuteen mikrobiympillä (Luke Maaningan biokaasulaitoksen mädäte, kuten panoskokeessakin), johon ei ollut lisätty mikrobilääkettä. Reaktoreiden 1–4 (R1-R4) syötteet erosivat toisistaan siten, että R1 oli kontrollireaktori, johon syötettiin tutkimustilan lietelannan ja kuivikelannan seosta sellaisenaan ja R2-4 saivat lannan mukana erikseen lisättyjä mikrobilääkkeitä (Taulukot 9, 10 ja 11). Syötemäärä oli vakio, mistä syystä R1:en lisättiin mikrobilääkeseoksen sijaan 22 g vettä. Syöttömateriaaleista (lietelanta ja kuivikelanta) sekä kokeessa käytetyistä syöttöseoksista määritettiin myös metaanintuottopotentiaalit ilman mikrobilääkelisäyksiä. Reaktoreiden sisällöstä tehtiin myös jälkikaasuuntumiskokeet panostoimisesti (sama menetelmä kuin panoskokeissa) reaktorikokeiden jälkeen. R1 R2 R3 R4 Kontrolli, ei lisättyä mikrobilääkettä OTC 20 000 µg/kg märkäpainoa kohti CIP 20 000 µg/kg märkäpainoa kohti CIP 20 000 + OTC 20 000 µg/kg märkäpainoa kohti Taulukko 9. Jatkuvatoimisen kokeen syöttöjen mikrobilääkepitoisuudet. TS (g/kg) VS (g/kg) NH4-N (g/kg) Ntot (g/kg) Ptot (g/kg) Metaanipotentiaali (m3CH4/tVS) Ymppi 54,0 40,1 1,13 2,92 0,56 N/A Lietelanta 75,0 60,5 0,70 2,84 0,56 234 Kuivikelanta 229,0 210,0 0,13 5,77 0,57 58 Taulukko 10. Ympin ja syötössä käytettyjen lantojen ominaisuudet. TS = kuiva-aine, VS = orgaaninen kuiva-aine, NH 4 -N = ammoniumtyppi, Ntot = typpi, Ptot = fosfori. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 4 Aineisto ja menetelmät 36 Tutkimuksessa tehtyjen panoskokeiden ja kirjallisuuden perusteella reaktoreiden 2–4 syötteiden mikrobilääkepitoisuuksiksi valittiin 20 000 µg/kg per lääkeaine (Taulukko 9). Siprofloksasiinin pitoisuus 20 000 µg/l heikensi havaittavasti metaanituottoa tehdyissä panoskokeissa. Oksitetrasykliinin pitoisuus 10 000 µg/kg ei panoskokeessa inhiboinut metaanintuottoa, mutta seuraava tutkittu pitoisuustaso 50 000 µg/kg inhiboi. Tästä syystä valittiin myös oksitetrasykliinin pitoisuudeksi 20 000 µg/kg. Reaktorit syötettiin arkipäivisin ja mädätysjäännöksen poisto reaktoreista tapahtui painovoimaisesti u-putken kautta. Reaktoreiden lämpötila oli 37 °C, ja sisältöä sekoitettiin pystyakselin ympäri pyörivällä sekoittimella viiden sekunnin sykleissä 60 sekunnin välein, sekoitusnopeus 32 rpm. Koe kesti kolme laskennallista massan viipymää (hydraulic retention time, HRT), eli 3 x 28 vrk -> 84 vrk. Tällöin prosessin oletettiin saavuttaneen tasaisen toiminnan. Reaktoreiden kuormitus (organic loading rate, OLR) koepäivinä 0–27 oli 3,21 kgVS/m3d ja loppukokeen ajan (koepäivät 28–84) 2,86 kgVS/m3d. Muutos johtui päivästä 28 eteenpäin tehdyn lietelannan ja kuivikelannan määrän keskinäisen suhteen muutoksesta (lietelannan osuuden lisäämisestä), joka toteutettiin koereaktoreiden teknisen toiminnan takaamiseksi. Muodostuvan biokaasun määrä mitattiin kaasukellolla (RITTER Apparatebau GmbH & Co. KG, Saksa). Kaasun metaanin, hiilidioksidin, hapen, rikkivedyn ja vedyn pitoisuudet mitattiin kannettavalla Combimass GA-m kaasuanalysaattorilla (Binder Engineering GmbH, Saksa). Kaikki kaasumäärät on ilmoitettu normaalitilassa (NTP, paine 100 kPa, lämpötila 0 °C = 273,15 K). Kokeen aikana kaikkien reaktoreiden mädätysjäännöksistä otettiin näytteet viikoittain (12 x 4 näytettä). Lisäksi 28 päivän välein otettiin näytteet reaktoreihin syötettävästä lantaseoksesta (3 näytettä). Kokeen alussa otettiin myös yksi näyte mikrobiympistä, jolla reaktorit täytettiin. Mädätysjäännöksistä analysoitiin prosessin toiminnan seuraamiseksi joka toinen viikko pH, kuiva- aine (TS), orgaaninen kuiva-aine (VS), ammoniumtyppi (NH4-N), haihtuvat rasvahapot (VFA) sekä ravinteista typpi, fosfori, kalium, kalsium ja magnesium. Kemiallisia analyysejä varten näytteet lähetettiin kokeen päätyttyä pakastettuina Ahma Ympäristö Oy:n laboratorioon. Mikrobiologiset ja mikrobilääkejäämämäärityksiin tulevat näytteet lähetettiin tutkittaviksi Eviraan joko pakastettuina (vain kemialliset analyysit) tai tuoreina (mikrobiologiset ja kemialliset määritykset) kylmävaraajilla varustetuissa kylmälaukuissa. Kaikkien reaktorien syötteistä otettiin näytteet jokaisen viipymän alussa, mutta mikrobiologiset analyysit tehtiin vain reaktorin 1 syötteelle (jossa ei lääkeainelisäystä). Lietelanta (g/d/reaktori) Kuivikelanta (g/d/reaktori) Vesi- ja antibioottiliuos yhteensä (ml) Syöttöseoksen TS-pitoisuus (g/kg) Syöttöseoksen VS-pitoisuus (g/kg) Metaani- potentiaali (m3CH4/tVS) Seos 1, koepäivät 0–27 415 (78,5 % tuorepaino- osuus) 113,5 (21,5 % tuorepaino- osuus) 22 104 89,8 140 Seos 2, koepäivät 28–84 449 (85 % tuorepaino- osuus) 79,2 (15 % tuorepaino- osuus) 22 94,3 80,0 151 Taulukko 11. Syöttöseosten koostumus sekä seosten TS- ja VS-pitoisuudet. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 4 Aineisto ja menetelmät 37 4.3 Kemialliset analyysit Maidon fluorokinoloni- ja tetrasykliinipitoisuudet määritettiin Eviran validoiduilla menetelmillä, joita käytetään kansallisessa vierasainevalvonnassa. Analyysimenetelmä lannassa olevien mikrobilääkkeiden pitoisuuksien mittaamiseen kehitettiin tutkimuksen aikana ja se validoitiin enrofloksasiinin, siprofloksasiinin ja oksitetrasykliinin osalta. Kehitettyä menetelmää käytettiin myös virtsanäytteiden analysointiin. Menetelmässä kinolonit ja tetrasykliinit uutettiin matriisista kelatoivalla uutolla, uute puhdistettiin kiinteäfaasiuutolla ja se analysoitiin nestekromatografia– massaspektrometrialla (UPLC-MS/MS). Menetelmä soveltui kinoloneille pitoisuusalueella 3–850 µg/ kg ja tetrasykliinille 3–350 µg/kg. Menetelmän laajennettu mittausepävarmuus on 20 %. Näytettä punnittiin analyysiin 1,0–3,0 ± 0,03 g ja virtsaa otettiin 3 ml. Mikäli näytteen mikrobilääkepitoisuus ylitti kalibrointialueen, vain osa uutteesta otettiin jatkokäsittelyyn tai näytettä otettiin analyysiin vähemmän. Laboratoriomittakaavan biokaasukokeissa kemialliset analyysit tehtiin Luken Jokioisten laboratoriossa sekä Ahma Ympäristö Oy:llä (Taulukko 12). Biokemiallisen metaanipotentiaalin määrityksen panoskokeissa (BMP) näytteistä määritettiin kuiva-aineen (TS) sekä orgaanisen kuiva- aineen (VS) pitoisuudet standardin SFS 3008 mukaisesti (Suomen standardisoimisliitto, 1990). pH mitattiin VWR pH100 pH-mittarilla. Analyysi Menetelmä Kuvaus Lähde Kuiva-aine (TS) ISO 11465:1993 kuivaus 105 °C ISO, 1993 Orgaaninen kuiva-aine (VS) SFS-EN 12879:2000 hehkutus 550 °C Suomenstandardisoimisliitto, 2000 Ammoniumtyppi (NH4-N) SFS-EN 13652:2002 1:5 vesiuutto, fotometrinen määritys Suomen standardisoimisliitto, 2002a Kokonaistyppi (Ntot) SFS-EN 13654-1: 2002 Kjeldahl-menetelmä Suomenstandardisoimisliitto, 2002b Kokonaisravinteet (P, K, Ca, Mg) EPA3051 sekä SFS-EN ISO11885:2009 HNO3\HCl -liuotus mikroaaltoavusteisesti, määritys ICP-OES USEPA, 1994; Suomen standardisoimisliitto, 2009 Haihtuvat hapot (VFA) vesiuutto 1:10, määritys uuttoliuoksesta HPLC/UV Taulukko 12. Jatkuvatoimisten kokeiden seuranta-analyysien menetelmät (Ahma Ympäristö Oy). 4.4 Mikrobiologiset analyysit Tilan mikrobilääkeresistenssitilannetta ja resistenttien suolistobakteerien kulkeutumista lannankäsittelyketjussa tutkittiin indikaattori E. coli -bakteerin sekä ihmiselle tautia aiheuttavan C. jejuni -bakteerin avulla. Kyseisiä bakteerilajeja käytetään eläimistä eristettyjen bakteerien resistenssin seurantaan myös FINRES-Vet-ohjelmassa. Lisäksi E. coli -bakteeria käytetään lannoitevalmisteiden hygieenisyyttä kuvaavana indikaattorina (MMMa 24/11) sekä yleisesti ulosteperäisen saastumisen indikaattorina. E. coli määritettiin kaikista navetan näytteistä, lääkittyjen nautojen sonta- ja maitonäytteistä, kaikista lantaloiden lantanäytteistä sekä jatkuvatoimisessa biokaasukokeessa kahdesta Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 4 Aineisto ja menetelmät 38 syötteestä (R1 toisen ja kolmannen viipymän alussa) sekä kaikista neljästä reaktorista noin kahden viikon välein (42, 56, 63, 70 ja 84 vrk). C. jejuni -bakteerit taas määritettiin osasta karjasuojanäytteitä, lääkittyjen nautojen sonta- ja maitonäytteistä sekä lietelantanäytteistä. Näytteistä eristettiin C. jejuni -bakteerit muunnellulla ISO 10272-1:2006 -viljelymenetelmällä. Mikrobilääkkeille resistenttien E. coli -bakteerien suhteelliset osuudet määritettiin viljelemällä näytteet rinnakkain mikrobilääkettä sisältämättömille, ei-valikoiville agarmaljoille sekä siprofloksasiinia, tetrasykliiniä, kefotaksiimia tai ampisilliinia sisältäville valikoiville agarmaljoille. Lääkittyjen nautojen sontanäytteille määritys tehtiin MPN-menetelmällä (most probable number) (Jarvis ym., 2010) Lantalasta, navetasta sekä lannan jatkuvatoimisesta biokaasukokeesta otetuille näytteille määritys tehtiin pesäkelaskentatekniikalla. Peltomaa- ja maitonäytteistä resistentit E. coli -bakteerit puolestaan tutkittiin osoitusmenetelmällä. Ei-valikoivilta ja valikoivilta maljoilta eristettiin enintään viisi isolaattia maljatyyppiä kohden. Eristettyjen bakteerikantojen mikrobilääkeherkkyydet määritettiin nestelaimennusmenetelmällä. E. coli -bakteerien herkkyydet testattiin sulfametoksatsolille, trimetopriimille, siprofloksasiinille, tetrasykliinille, meropeneemille, atsitromysiinille, nalidiksiinihapolle, kefotaksiimille, kloramfenikolille, tigesykliinille, keftatsidiimille, ampisilliinille ja gentamysiinille. C. jejuni -bakteerien herkkyydet testattiin siprofloksasiinille, nalidiksiinihapolle, streptomysiinille, gentamisiinille tetrasykliinille ja erytromysiinille. Resistenssin raja-arvona käytettiin pääsääntöisesti EUCAST:n (European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing) määrittämiä bakteerilaji- ja mikrobilääkekohtaisia ECOFF-arvoja (ecological cut-off value) (vuosi 2018). ECOFF-arvo jakaa bakteeripopulaation ns. villityyppiin sekä resistenttiin tyyppiin, jolla on hankittuja, vastustuskykyä lisääviä geneettisiä ominaisuuksia. Viiden E. coli -bakteerikannan, joilla oli yhtenevät resistenssiprofiilit, DNA eristettiin ja kokogenomisekvensoitiin. Kyseiset E. coli -kannat oli eristetty fluorokinolonilla lääkityn naudan sonnasta, erilliskarsinasta, kuivikelannasta sekä mädätysprosessin syötteestä ja lopputuotteesta. Sekvenssianalyysin avulla määritettiin tutkituilla E. coli -kannoilla esiintyvät resistenssigeenit, fluorokinoloniresistenssiä aiheuttavat pistemutaatiot, plasmidit ja MLST-tyyppi (Multi Locus Sequence Type). Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 5 Tulokset ja tulosten tarkastelu 39 5 Tulokset ja tulosten tarkastelu 5.1 Tilamittakaava 5.1.1 Tilalla käytetyt mikrobilääkkeet ja tehdyt hoitotoimenpiteet Tarkastelujakson 6.5.2010–3.12.2016 aikana tutkimustilalla käytettiin eniten penisilliinejä sisältäviä mikrobilääkkeitä (79,1 %, 5 258 lääkkeen antopäivää). Käytetyistä penisilliinilääkkeistä 98,3 % sisälsi kapeakirjoista bentsyylipenisilliiniä, 1,3 % penisillinaasia kestävää kloksasilliinia ja 0,4 % laajakirjoista ampisilliinia. Kaikista lääkkeiden antokerroista 3,6 % sisälsi tetrasykliinejä ja 2,6 % fluorokinoloneja. Kolmannen polven kefalosporiineja ei käytetty tarkastelujakson aikana. Niitä oli kuitenkin käytetty tilalla ennen tarkastelujakson alkua. Tilalla tarkastelujakson aikana käytettyjen mikrobilääkkeiden suhteelliset osuudet on esitetty kuvassa 7. Kokonaisuudessaan FQ PEN TC KEF PEN & AMIN TRI & SULF Muu Kuva 7. Tutkimustilalla mikrobilääkkeiden* ja muiden lääkevalmisteiden käyttö (lääkkeiden arvioituna määränä, annoskokoa ei huomioitu) kokonaisuudessaan tarkastelujaksolla 6.5.2010–3.12.2016. * FQ=fluorokinolinit, PEN=penisilliinit, TC=tetrasykliinit, PEN&AMIN=penisilliiniä ja aminoglykosidiä sisältävä, KEF=kefalosporiinit (1. polven), TRI&SULF=trimetopriimiä ja sulfonamidia sisältävä, Muu=muut kuin mikrobilääkkeet. Mikrobilääkkeitä vaatineita hoitotapauksia oli yhteensä 1 026. Osa hoitotapauksista oli toimenpiteitä eikä varsinaisia sairaustapauksia, kuten pötsifistelöinti ja umpeenpanohoito. Yleisimmät mikrobilääkkeitä vaativat hoidontarpeet olivat äkillinen kliininen utaretulehdus (41,1 %, 422 tapausta), umpeenpanohoito (28,6 %, 293), napatulehdus (5,3 %, 54) ja pötsifistelöinti (4,6 %, 47). Yhdelle lehmälle ei ole kirjattu mikrobilääkkeiden käytön syytä. Kahdessa tapauksessa hoitojakson pituutta ei ilmoitettu. 5.1.2 Lääkityt eläimet: mikrobilääkejäämät ja -resistenssi Mikrobilääkityistä naudoista otettiin sonta- ja maitonäytteitä neljänä eri ajankohtana sekä virtsanäytteitä ainakin yksi lääkittyä nautaa kohden jossain hoidon vaiheessa. Enrofloksasiinilla tai oksitetrasykliinillä lääkittyjen nautojen (9 kpl) enrofloksasiini- (ENR) ja siprofloksasiini- (CIP) sekä oksitetrasykliinipitoisuudet (OTC) sonnassa, virtsassa ja maidossa on esitetty taulukossa 13. Taulukossa enrofloksasiinin ja siprofloksasiinin pitoisuudet on esitetty yhdessä. Enrofloksasiinia erittyi kuitenkin suhteellisesti enemmän ulosteeseen ja siprofloksasiinia virtsaan. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 5 Tulokset ja tulosten tarkastelu 40 Enrofloksasiinilla lääkityt naudat Oksitetrasykliinillä lääkityt naudat Näyte ENR + CIP OTC Sonta (n = 7) Virtsa (n = 2-3) Maito (n = 7) Sonta (n = 2) Virtsa (n = 1) Maito (n = 1-2) [µg/kg] ww [µg/kg] [µg/kg] [µg/kg] ww [µg/kg] [µg/kg] 0 vrk ND–110 ND ND–470* ND 32 ND 1 vrk 2 400–13 000 37 000–130 000 53–3 900 7 400–11 000 610 000 1 400–2 800 4 vrk 300–5 300 1 300–2 300 68–270 7 400–8 200 - 1 400 LVA ND–43 < 3–66 ND 22 210 < 33 Taulukko 13. Mikrobilääkepitoisuuksien vaihteluväli (min-max) nautojen sonnassa, virtsassa ja maidossa ennen hoidon aloittamista (0 vrk), 1 vrk ja 4 vrk hoidon aloittamisen jälkeen sekä lihan varoajan jälkeen (LVA). Suluissa on ilmoitettu näytteiden lukumäärä aikapisteittäin. Selitykset ENR= enrofloksasiini, CIP=siprofloksasiini, OTC=oksitetrasykliini, ww=märkäpainoa kohti. ND=tulos alle havaitsemisrajan, 20 %) joko siten, että uutta käsiteltävää massaa sekoitetaan aiemmin mädätettyyn (ymppi), seos suljetaan reaktoriin halutuksi ajaksi ja reaktori avataan ja tyhjennetään lopuksi, tai siten, että mädätettävä massa suljetaan reaktoriin, sen läpi suodatetaan perkolaationestettä, joka sisältää tarvitun mikrobiston (ympin) ja prosessin annetaan toimia näin haluttu aika, kunnes reaktori avataan ja tyhjennetään. Erillistä sekoitusta ei kummassakaan tapauksessa käytetä. Metaanintuottopotentiaalia määritettäessä tutkittavan materiaalin VS-määrä panosastiassa suhteutetaan lisättävän ympin VS-määrään siten, että ymppiä on vähintään saman verran kuin tutkittavaa materiaalia. Hankalasti hajoavaksi epäiltyjen tutkimuksissa ymppiä laitetaan enemmän. Koeastian nestetilavuus täytetään haluttuun vedellä ja astioiden sisältöä sekoitetaan mikrobien ja tutkittavan massan tehokkaan kontaktin varmistamiseksi. Olosuhteet hajoamiselle näin ollen optimoidaan teoreettisen metaanintuoton selvittämiseksi, kun taas laitosmittakaavan panostekniikoilla vastaavaan ei päästä. Näin ollen tässä esitetyt panostoimisen hajoamisen tulokset edustavat teoreettista maksimia käytetyllä ympillä, eikä niitä saa olettaa saavutettavan kaikilla muilla panostoimisilla laitoksilla, joilla hajoaminen on yleensä todettu epätäydelliseksi mm. vaikeasti varmistettavan mikrobien ja prosessoitavan materiaalin kontaktin vuoksi. Täyssekoitteisissa jatkuvatoimisissa märkäprosesseissa (kuten tässä tutkimuksessa käytettiin) kontaktin varmistaminen onnistuu paremmin. Kokeiden ja kirjallisuuden perusteella voidaan todeta, että mesofiilinen jatkuvatoiminen märkämädätys ei ole sellaisenaan erityisen tehokas tutkittujen lääkeaineiden poistaja ja sikäli niiden ja mikrobilääkeresistenssin riskienhallintamenetelmä. Mikrobilääkkeiden vähenemä sitoutumisen kautta ei poista mahdollista resistenssi- tai ympäristöriskiä, sillä olosuhteiden muutokset, esimerkiksi peltolevityksen aikana, saattavat aiheuttaa mikrobilääkkeiden vapautumisen biosaatavaan muotoon. Prosessoinnin vaikutukset resistentteihin E. coli -bakteereihin Resistenttien E. coli -bakteerien määrä tai osuus ei merkittävästi vähentynyt tai lisääntynyt jatkuvatoimisessa mesofiilisessa mädätysprosessissa. Reaktorin mikrobilääkelisällä ei vaikuttanut myöskään olevan juuri vaikutusta resistenttien E. coli -bakteerien määrään tai osuuteen. Siprofloksasiinin ja oksitetrasykliinin voimakkaasta sitoutumistaipumuksesta johtuen voi olla, etteivät ne ole olleet bakteereille myöskään biologisesti saatavilla. E. coli -bakteerien kokonaismäärä kuitenkin laski 1–2 logaritmiyksikön verran prosessin aikana kaikissa reaktoreissa. Schauss ym. (2016) totesi ESBL E. coli -bakteerien pitoisuuden laskevan mesofiilisessa biokaasuprosessissa 2–4 logaritmiyksikköä. Resenden ym. (2014) kokeissa E. coli -bakteerit selvisivät mesofiilisesta jatkuvatoimisesta biokaasuprosessista, mutta niiden määrä oli alhaisempi lopputuotteessa kuin syötettävässä materiaalissa. Panostoimisesta prosessista resistenssiä ei tutkittu. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 6 Riskiprofiili 61 6 Riskiprofiili Suomalaisilla nautatiloilla esiintyvien resistenttien suolistobakteerien ja mikrobilääkejäämien leviämiseen liittyvät uhat on tunnistettu ja kuvattu saatavilla olevan tiedon perusteella. Tässä osiossa arvioidaan uhkien toteutumisen todennäköisyyttä ja tuodaan esiin aiheeseen liittyviä tutkimustarpeita. 6.1 Mikrobilääkeresistenssi- ja jäämätilanne suomalaisilla nautatiloilla Suomessa kaksi kolmasosaa tuotantoeläintiloista on nautatiloja ja naudoille myös käytetään määrällisesti eniten mikrobilääkkeitä muihin tuotantoeläimiin verrattuna, sillä nauta on suuri ja pitkäikäinen eläin (ks. osiot 2.1 ja 2.2). Tästä johtuen nautatilat ovat merkittävässä roolissa, kun arvioidaan mikrobilääkkeiden ja resistenttien suolistobakteerien leviämistä eläintuotantotiloilta muualle ympäristöön. FINRES-Vet-seurantaohjelman tulosten mukaan suomalaisista naudoista eristettyjen suolistobakteerien resistenssitilanne on pysynyt toistaiseksi hyvänä, eikä selkeää nousevaa trendiä ole ollut havaittavissa (ks. Kuva 1, s. 14). Esimerkiksi vuonna 2016 kaikille tutkituille mikrobilääkkeille herkkien E. coli -bakteerien osuus naudoilla oli jopa 97,4 % (FINRES-Vet 2016–2017)). Koska resistenttien suolistobakteerien kehittymistä ja valikoitumista voi tapahtua myös nautojen suoliston ulkopuolella, resistenttien suolistobakteerien osuus nautojen ulosteessa ei kerro niiden osuudesta ja määrästä navettaympäristössä ja lantaloissa (ks. osio 2.2.3). Koetilalla ei vaikuttanut tapahtuvan merkittävää resistenttien suolistobakteerien rikastumista lannankäsittelyketjussa. Resistenttien suolistobakteerien suhteellinen osuus lantaloiden lannassa ei ollut korkeampi kuin navetan lattioilta otetuissa näytteissä tai naudoista ennen mikrobilääkehoidon aloittamista tai sen jälkeen otetuissa näytteissä. Yleisesti ottaen resistenttien suolistobakteerien osuus tällä tilalla oli hyvin pieni, enimmillään vain 4 %, vaikka tässä projektissa käytettiin resistenttejä suolistobakteereita seulovaa menetelmää, joka on herkempi kuin FINRES-Vet-seurannassa käytetty menetelmä. Prosessoidussakin tilan lannassa resistenttien E. coli -bakteerien osuus oli enimmillään 6 %. Toisaalta tällä tilalla esiintyi jopa neljälle eri mikrobilääkkeelle resistenttejä suolistobakteereita sekä siirtyvää fluorokinoloniresistenssiä, joka voi levitä helposti tilaympäristössä - etenkin, jos tilan mikrobilääkekäyttö tulevaisuudessa syystä tai toisesta lisääntyy. Tässä tutkimuksessa lietelannasta mitatut oksitetrasykliini- ja siprofloksasiinipitoisuudet olivat hyvin pieniä (<10 µg/kg ww ). Toisessa suomalaistutkimuksessa tutkittuja mikrobilääkejäämiä ei todettu naudan- ja sian lietelannasta lainkaan (Ruuskanen ym., 2016). Sen sijaan lääkittyjen eläinten kuivissa lannoissa paikalliset mikrobilääkepitoisuudet voivat olla teoriassa hyvin korkeita, sillä kuivalanta ei sekoitu ja laimene pesuvesillä sekä lääkitsemättömien eläinten lannalla samaan tapaan kuin lietelanta. Tässä tutkimuksessa kuivikelannasta, joka sisälsi enemmän lääkittyjen eläinten lantaa kuin lietelanta, mitattiin siprofloksasiinipitoisuus, joka on tarpeeksi korkea vaikuttaakseen resistenttien mikrobikantojen kehittymiseen ja valikoitumiseen lantaloissa ja lannan peltolevitysten seurauksena muualla ympäristössä Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 6 Riskiprofiili 62 (ks. osio 5.1.6). Teoriassa lääkittyjen eläinten kuivissa lannoissa voi esiintyä vielä tätäkin korkeampia paikallisia mikrobilääkepitoisuuksia, jos lanta on hyvin huonosti sekoittunutta. Tässä tutkimuksessa oksitetrasykliinillä lääkittyjen nautojen virtsasta ja lannasta mitattiin hyvin korkeita mikrobilääkepitoisuuksia: virtsassa todettiin enimmillään oksitetrasykliiniä 610 000 µg/kg, sonnassa 11 000 µg/kg. Toisaalta pientenkin mikrobilääkepitoisuuksien on todettu voivan kehittää ja valikoida resistenttejä bakteerikantoja; niiden roolin mikrobilääkeresistenssin yleistymisessä on arvioitu voivan olla jopa merkittävämpi kuin korkeiden mikrobilääkepitoisuuksien (UN Environment 2017 -raportti). Näin ollen myös lietelannan mukana kulkeutuviin pieniin mikrobilääkepitoisuuksiin on syytä suhtautua kriittisesti. On myös huomattava, että tässä tutkimuksessa tarkasteltiin tilannetta vain yksittäisellä tilalla, eikä mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien esiintymistä tuotantoeläintilojen lannoissa ole kartoitettu laajemmin. Monet tekijät voivat lisätä mikrobilääkkeiden käyttöä ja näin ollen myös resistenttien suolistobakteerien esiintymistä tiloilla, jolloin myös molempien leviäminen tilojen ulkopuolelle voi lisääntyä. Näitä tulevaisuuden uhkia on koottu osioon 9. 6.2 Mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien leviäminen maaperään vesistöihin ja ilmaan Suomessa Resistenttejä suolistobakteereita ja mikrobilääkejäämiä voi levitä lannan ja lantaa sisältävien lannoitevalmisteiden välityksellä maaperään, vesistöihin ja ilmaan (ks. osio 2.3.1). Suomessa leviämistä näiden reittien välityksellä on tutkittu vasta hyvin vähän, eivätkä kaikkien ulkomaisten tutkimusten tulokset ole sovellettavissa Suomeen. 6.2.1 Maaperä Mikrobilääkejäämät Suomessa ei ole tutkittu peltomaiden mikrobilääkepitoisuuksia heti lannan peltolevitysten jälkeen. Tässä tutkimuksessa koetilan lietelannasta mitatut enrofloksasiini-, siprofloksasiini- ja oksitetrasykliinipitoisuudet olivat hyvin pieniä, joten sen peltolevitysten välityksellä maaperään kulkeutui oletettavasti vain pieniä määriä kyseisiä mikrobilääkejäämiä. Sen sijaan lääkittyjen eläinten kuivikelantojen välityksellä peltomaahan on voinut kulkeutua korkeampia paikallisia mikrobilääkepitoisuuksia, sillä yhdestä kuivikelantanäytteestä mitattiin hieman korkeampi siprofloksasiinipitoisuus ja lääkittyjen eläinten sonnassa ja virtsassa mikrobilääkepitoisuudet olivat hyvin korkeita. Mikrobilääkkeiden maaperäpitoisuuksia ei kuitenkaan mitattu heti lantojen peltolevitysten jälkeen. Peltomaahan kulkeutuvien mikrobilääkemäärien lisäksi niiden maaperäpitoisuuteen vaikuttaa myös niiden pysyvyys maaperässä (ks. 2.3.1), minkä vuoksi pelkkien leviämismäärien perusteella ei voi tehdä arviota mikrobilääkepitoisuuksista tutkimustilan peltomaissa. Yleisesti ottaen vaikuttaa kuitenkin siltä, että lääkittyjen eläinten kuivien lantojen mukana maaperään voi levitä suurempia mikrobilääkepitoisuuksia kuin lietelannan. Mikrobilääkejäämien leviämisen nykytilannetta eri lantatyyppien, tuotantosuuntien, kuten lihakarjan, sekä muidenkin tuotantoeläinten kuin nautojen lannan välityksellä tulisi tutkia tarkemmin Suomessa. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 6 Riskiprofiili 63 Mikrobilääkeresistenssi Tässä tutkimuksessa tarkastellulla lypsykarjatilalla resistenttien E. coli -bakteerien suhteellinen osuus liete- ja kuivikelannassa oli pieni, korkeintaan 3 %, mikä antaisi olettaa myös tilalta lannan peltolevitysten mukana leviävien resistenttien suolistobakteerien määrän olevan vähäinen. Toisaalta eläintilalta leviävien resistenttien suolistobakteerien määrän lisäksi myös niiden resistenssiprofiililla on merkitystä. Tutkimustilalla esiintyi myös moniresistenttiä E. coli -bakteerikantaa. Kattavampaa tietoa resistenttien suolistobakteerien esiintymisestä nautatilojen tai muiden tuotantoeläintilojen lannoissa ei toistaiseksi ole ja aihetta olisi tarpeen tutkia tarkemmin Suomessa. Suomessa on tutkittu myös lannalla lannoituksen vaikutuksia resistenssigeenien suhteelliseen osuuteen peltomaan mikrobiyhteisössä. Tutkimuksissa havaittiin resistenssigeenien suhteellisen osuuden runsastuvan peltomaassa lannalla lannoittamisen jälkeen, mutta laskevan lähelle lähtötasoa jo kuuden viikon kuluttua lannoituksesta (Ruuskanen ym., 2016; Muurinen ym., 2017). Vastaava väliaikainen runsastuminen on havaittu myös muissa maissa tehdyissä tutkimuksissa (ks. kohta 2.3.1). Väliaikaisen runsastumisen lisäksi Tanskassa ja Alankomaissa on havaittu tapahtuneen myös resistenssigeenien pysyvämpää, vähittäistä runsastumista lannalla lannoitetuilla pelloilla vuosikymmenten kuluessa (Knapp ym., 2010; Graham ym., 2016). Suomessa vastaavaa tutkimusta ei ole tehty. Muurisen ym. (2017) tutkimuksissa ennen kevätlevityksiä otetuissa näytteissä resistenssigeenien osuus oli samaa tasoa kuin lannalla lannoittamattomissa pelloissa, mikä viittaa siihen, ettei pysyvää, vähäistä runsastumista tapahtunut. Tämä yksittäinen tutkimustulos ei kuitenkaan poissulje sitä, etteikö vähittäinen runsastuminen olisi mahdollista myös Suomessa. Resistenssigeenien pysyvää runsastumista peltomaassa Suomessa voivat ehkäistä maaperän jäätyminen ja sulaminen talven aikana sekä lannan levityksen rajoittuminen kasvukaudelle (pääsääntöisesti 1.4.–31.10.) (Muurinen ym., 2017). Toisaalta on huomattava, että myös Tanskassa lämpötila laskee talvella nollan alapuolelle, mutta resistenssigeenien vähittäistä runsastumista peltomaissa tapahtui silti. Lisäksi ennusteiden mukaan ilmastonmuutoksen myötä myös Suomessa pakkasjaksot tulevat vähenemään tulevina vuosikymmeninä (Molarius ym., 2010). Lisäksi resistenssigeenien ja resistenttien suolistobakteerien lyhytaikaisellakin runsastumisella peltomaassa voi olla merkitystä resistenssin leviämisessä maatalousekosysteemien ulkopuolelle, luonnon eliöihin, minkä vuoksi tätä leviämisreittiä tulisi tutkia tarkemmin myös Suomessa (ks. kohta 6.4). 6.1.2 Vesistöt Mikrobilääkejäämät Mikrobilääkkeiden kulkeutumista pelloilta vesistöihin ei ole tutkittu Suomessa. Tässä tutkimuksessa mitattujen mikrobilääkkeiden pitoisuudet tutkimustilan lypsykarjan lietelannassa olivat pieniä. Koska niiden kulkeutumiseen kuitenkin vaikuttavat monet tekijät (ks. 2.3.1), tämän tutkimuksen perusteella ei voida arvioida, mikä mikrobilääkkeiden kulkeutumisriski lietelannan lannoitekäytöstä vesistöihin on. Lannoittamisessa käytetään erilaisia keinoja ravinnepäästöjen Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 6 Riskiprofiili 64 minimoimiseksi (esim. levitys ennen kylvöä tai kasvustoon, jotta kasvi ottaisi vapautuvat ravinteet heti käyttöönsä). Vaikuttavatko nämä toimet mitenkään mikrobilääkkeiden mahdolliseen huuhtoutumiseen, on epäselvää. Lietelannassa mikrobilääkkeet laimenevat lypsykarjatiloilla pesuvesiin ja levitysmääriä rajoitetaan, joten oletettavasti huuhtoumariski peltomaasta vesiin ei ole suuri, jollei tilalla esiinny erillistä suurta lääkintätarvetta. Mikäli lääkittyjen eläinten lantaa kerätään erikseen kuivana lantana, kuten tällä tutkimustilalla sairaskarsinoista kuivikelantana, siinä voi olla korkeita pitoisuuksia mikrobilääkejäämiä. Tällaisen lannan käsittelyssä ja lannoitekäytössä mikrobilääkkeiden huuhtoumariski vesistöihin kasvaisi. Mikrobilääkejäämien huuhtoutumista vesistöihin lääkittyjen eläinten lannalla lannoitetuilta pelloilta tulisi tutkia tarkemmin. Mikrobilääkeresistenssi Suomessa resistenssitekijöiden on havaittu kulkeutuvan vain vähäisessä määrin sian ja naudan lietelannalla lannoitetuilta pelloilta läheisten ojien vesiin (Muurinen ym., 2017). Aihetta ei ole kuitenkaan tutkittu Suomessa juuri lainkaan ja esimerkiksi vaihtelevilla sääoloilla voi olla suuri vaikutus resistenssitekijöiden kulkeutumiseen vesistöihin (ks. 2.3.1), minkä vuoksi kulkeutumista on vaikea arvioida nykytiedoin. 6.1.3 Ilma Yhdysvaltalaisilla perinteisen tuotantosuunnan lihakarjatiloilla on todettu resistenssigeenien, resistenttien bakteerien ja mikrobilääkejäämien leviävän ilman mukana (McEachran ym., 2015; Sanchez ym., 2016). Lääkejäämien osalta tulokset ovat kuitenkin huonosti sovellettavissa suomalaiseen lypsykarjaan, sillä tuotantomuoto ja nautakarjojen koot eroavat suomalaisesta merkittävästi. Suomalaisia nautoja ei tavallisesti ryhmälääkitä lääkerehulla, josta mikrobilääkkeitä voisi pölistä ilmaan. Lääkittyjen nautojen kuivissa lannoissa mikrobilääkkeiden pöliseminen voisi tulla kyseeseen. Resistenssigeenejä on todettu ilmanäytteistä yhdysvaltalaisella luomutuotantosuunnan lihanautatilalla (Sanchez ym., 2016). Ainakin mikrobilääkekäytön osalta luomutuotantosuunnan lihanautatila on paremmin verrannollinen suomalaisiin nautatiloihin kuin perinteisen tuotantosuunnan lihanautatila, sillä yhdysvaltalaisessa luomutuotannossa mikrobilääkkeiden käyttö kasvunedistäjinä on kielletty; Euroopassa niiden käyttö on kielletty kaikissa tuotantomuodoissa. Näin ollen ei ole poissuljettua, etteikö suomalaistenkin nautatilojen pölyssä esiintyisi resistenttejä suolistobakteereita ja resistenssigeenejä. Aihetta tulisi tutkia tarkemmin Suomessa. Kiinassa resistenssigeenejä sekä niitä mahdollisesti kantavia E. coli -bakteereita on todettu termofiilisesti prosessoidun, valmiin kompostin pakkaushuoneen ilmasta (Gao ym., 2018). Näin ollen myös prosessoidun lantatuotteen pöly voi levittää resistenssitekijöitä ilman välityksellä ja tällöin myös kaupallisia lannoitevalmisteita ostavat kuluttajat voivat mahdollisesti altistua niille. Suomessa prosessoidun lannan pölynäytteitä ei ole tutkittu, mutta ei ole poissuljettua, etteikö vastaavaa leviämistä ilman välityksellä voisi tapahtua myös Suomessa. Taulukkoon 22 on koottu arvio mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien leviämisestä maaperään, vesistöihin ja ilmaan sekä johtopäätöksiä ja tutkimustarpeita. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 6 Riskiprofiili 65 UH KA : m ik ro bi lä äk ej ää m ie n ja re sis te nt tie n su ol ist ob ak te er ie n le vi äm in en m aa pe rä än , v es ist öi hi n ja il m aa n Le vi äm is- re itt i Ar vi o uh an to te ut um ise st a Su om es sa Jo ht op ää tö ks et ja tu tk im us ta rp ee t M aa pe rä M ik ro bi lä äk ej ää m ät ● Tä hä n m en ne ss ä su om al ai se n ly ps yk ar ja n lie te la nn as ta o n to de ttu h yv in p ie ni ä pi to isu uk sia m ik ro bi lä äk ej ää m iä . L ev iä m ism ää rie n pe ru st ee lla e i k ui te nk aa n vo i t eh dä a rv io ta m ik ro bi lä äk ep ito isu uk sis ta p el to m aa ss a, jo te n uh an to te ut um ist a ei v oi a rv io id a ny ky tie do in . ● Lä äk itt yj en n au to je n so nn as sa ja vi rt sa ss a m ik ro bi lä äk ep ito isu ud et o va t h yv in k or ke ita , j ol lo in e rit yi se st i n iis tä m uo do st uv as sa ku iv ik el an na ss a pi to isu ud et v oi va t o lla k or ke ita . ● Ku iv ik el an na ss a m ik ro bi lä äk e vo i o lla h yv in e pä ta sa ise st i j ak au tu nu t j a sit en a ih eu tta a pa ik al lis es ti ko rk ea n pi to isu ud en m aa pe rä ss ä. M ik ro bi lä äk er es ist en ss i ● Tä ss ä tu tk im uk se ss a ta rk as te llu lla ly ps yk ar ja til al la re sis te nt tie n su ol ist ob ak te er ie n su ht ee lli ne n os uu s l ie te -j a ku iv ik el an na ss a ol i p ie ni , m ut ta ti la lla e sii nt yi u se ita m on ire sis te nt te jä su ol ist ob ak te er ik an to ja , j ot ka vo iv at le vi tä p el lo ill e la nn an le vi ty st en m uk an a. ● Re sis te ns sig ee ni en o n to de ttu h et ke lli se st i r un sa st uv an la nn al la la nn oi te tu ss a pe lto m aa ss a Su om es sa . P itk äa ik ai st a ru ns as tu m ist a ei o le tu tk itt u. ● Re sis te ns sig ee ni en o n to de ttu ru ns as tu va n la nn as sa v ar as to in ni n ai ka na S uo m es sa . ● Ol et et ta va st i s uu rin u hk at ek ijä o n la im en em at on lä äk itt yj en e lä in te n (k ui va )la nt a, jo nk a la nn oi te kä yt tö v oi le vi ttä ä ko rk ei ta p ai ka lli sia p ito isu uk sia m ik ro bi lä äk ke itä pe lto m aa ha n. S en p el to le vi ty st en v ai ku tu ks ia m ik ro bi lä äk ej ää m ie n, re sis te nt te ih in su ol ist ob ak te er ie n ja re sis te ns sig ee ni en p ito isu uk sii n ja o su uk sii n pe lto m aa ss a tu lis i t ut ki a ta rk em m in S uo m es sa . ● Ly hy ta ik ai ne nk in re sis te ns sit ek ijö id en ja re sis te nt tie n su ol ist ob ak te er ie n ru ns as tu m in en p el to m aa ss a vo i a lti st aa lu on no ne liö itä n iil le . R es ist en tti en su ol ist ob ak te er ie n es iin ty m ist ä tu ot an to el äi nt en p el lo ill e le vi te ttä vi ss ä la nn oi ss a tu lis i t ut ki a ka tt av as ti Su om es sa e ri el äi nl aj ei lla Ve sis tö t M ik ro bi lä äk ej ää m ät ● M ik ro bi lä äk ej ää m ie n pi to isu ud et jä äv ät lie te la nn as sa la im en em ise n vu ok si al ha isi ks i, m ut ta k ul ke ut um ist a ve sis tö ih in o n sil ti ny ky tie do ill a va ik ea a rv io id a; se v oi o lla m ik ro bi lä äk ek oh ta ist a ja ri ip pu u ta ut iti la nt ee st a ja ti la n lä äk its em ist ar pe es ta . U ha n to te ut um ist a ei v oi a rv io id a ny ky tie do in . ● Lä äk itt yj en n au to je n so nn as sa ja vi rt sa ss a m ik ro bi lä äk ep ito isu ud et o va t h yv in k or ke ita , j ol lo in n iis tä m uo do st uv as sa (k ui va ss a) la nn as sa n e vo iv at m yö s o lla k or ke ita . T äl lö in n iit ä vo i l an no ite kä yt ös sä te or ia ss a va lu a ja h uu ht ou tu a su ur em pi a m ää riä ve sis tö ih in . U ha n to te ut um in en e i o le p oi ss ul je ttu a. M ik ro bi lä äk er es ist en ss i ● Su om es sa n au da n lie te la nn al la la nn oi te ttu je n pe lto je n oj av es iss ä re sis te ns sig ee ni en o su ud en o n to de ttu ru ns as tu ne en v ai n vä hä n. M uu al la te ht yj en tu tk im us te n m uk aa n sa te isu ud el la o n va ik ut us ta re sis te ns sig ee ni en k ul ke ut um ise en v es ist öi hi n. U ha n to te ut um ist a ei vo i a rv io id a ny ky tie to in . ● Lä äk itt yj en e lä in te n (k ui va st a) la nn as ta v oi te or ia ss a va lu a ja h uu ht ou tu a pa ik al lis es ti se kä k or ke am pi a m ik ro bi lä äk ep ito isu uk sia e ttä re sis te nt te jä su ol ist ob ak te er ei ta . L ie te la nn al la m er ki ttä vi en m ik ro bi lä äk ep ito isu uk sie n ku lk eu tu m in en v es ist öi hi n va ik ut ta a ep ät od en nä kö ise m m äl tä , m ut ta u ha n po iss ul ke m ise ks i a ih et ta tu lis i t ut ki a ta rk em m in S uo m es sa . ● Re sis te ns sig ee ni en k ul ke ut um in en la nn al la la nn oi te tu ilt a pe llo ilt a ve sis tö ih in v ai ku tta a vä hä ise ltä , m ut ta e sim er ki ks i va ih te le vi en s ää ol oj en (s at ei su us ) v ai ku tu ks ia ku lk eu tu m ise en S uo m es sa e i t un ne ta . Ilm a M ik ro bi lä äk ej ää m ät ● Yh dy sv al lo iss a m ik ro bi lä äk ej ää m ie n on to de ttu le vi äv än il m an v äl ity ks el lä , m ut ta tu tk im us o n hu on os ti so ve lle tta vi ss a Su om ee n. Su om es sa a ih et ta e i o le tu tk itt u. U ha n to te ut um in en e pä to de nn äk öi st ä, m ut te i p oi ss ul je ltt ua . M ik ro bi lä äk er es ist en ss i ● Yh dy sv al ta la isi lla n au ta til oi lla re sis te nt te jä b ak te er ei ta ja re sis te ns sit ek ijö itä o n to de ttu il m as ta ja tu tk im us o n jo ss ai n m ää rin so ve lle tta vi ss a Su om ee n. S uo m es sa a ih et ta e i o le tu tk itt u. U ha n to te ut um in en e i o le p oi ss ul je ttu a. ● Ki in as sa re sis te ns sit ek ijö itä o n to de ttu v al m iin k om po st in p ak ka am on il m as ta , e ik ä ol e po iss ul je ttu a, e tte ik ö va st aa va a ku lk eu tu m ist a vo isi ta pa ht ua m yö s S uo m es sa . S uo m es sa a ih et ta e i o le tu tk itt u. U ha n to te ut um in en o n m ah do lli st a. ● M ik ro bi lä äk ej ää m ie n le vi äm ist ä ilm an h iu kk as te n m uk an a vo id aa n pi tä ä ep ät od en nä kö ise nä li et el an ta jä rje st el m iss ä. Ku iv ie n la nt oj en k äs itt el yn y ht ey de ss ä pö ly äm in en o n te or ia ss a m ah do lli st a. ● Re sis te nt tie n su ol ist ob ak te er ie n le vi äm in en il m an hi uk ka st en v äl ity ks el lä k ui va a la nt aa ja la nn oi te va lm ist ei ta kä sit el tä es sä v oi te or ia ss a ol la m ah do lli st a m yö s su om al ai sil la n au ta til oi lla , m in kä v uo ks i a ih et ta tu lis i t ut ki a ta rk em m in S uo m es sa . Ta ul uk ko 2 2. A rv io m ik ro bi lä äk ej ää m ie n ja re sis te nt tie n ba kt ee rie n le vi äm isr ei te ist ä ja le vi äm ise n to te ut um ise st a Su om es sa se kä jo ht op ää tö ks iä ja tu tk im us ta rp ei ta . Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 6 Riskiprofiili 66 6.3 Mikrobilääkejäämien ekotoksikologiset vaikutukset eliöstöön Suomessa Lannan peltolevitysten mukana ympäristöön leviävistä mikrobilääkejäämistä voi aiheutua ekotoksikologisia vaikutuksia eliöstöön. Akuutin toksisuuden vaaraa kasveille ja maaperäeliöille pidetään kuitenkin pienenä, sillä yleisesti ottaen ympäristöön lannan mukana levinneet mikrobilääkepitoisuudet ovat olleet matalia ja lanta laimenee maaperään sekoittuessaan (Kumar ym., 2005a; Marttinen ym., 2014). Krooniset haitat eivät kuitenkaan ole poissuljettuja. Suomalaistutkimuksessa lypsykarjan lietelannasta toistaiseksi mitatut mikrobilääkepitoisuudet ovat olleet niin matalia, että niiden aiheuttama akuutin toksisuuden vaara eliöille voidaan arvioida epätodennäköiseksi. Toisaalta ne saattavat kuitenkin vaikuttaa eliöiden mikrobiomiin, millä voi olla arvaamattomia vaikutuksia esimerkiksi niiden tarjoamille ekosysteemipalveluille (ks. 2.3.2). Lääkittyjen eläinten huonosti sekoittuneissa, kuivissa lannoissa pitoisuudet voivat kuitenkin teoriassa olla niin korkeita, että paikallisen haitan syntyminen eliöstölle on mahdollista. Lisäksi on huomioitava, ettei lantojen mikrobilääkepitoisuuksia ole erilaisissa tuotantosuunnissa ja erilaisissa olosuhteissa Suomessa juurikaan tutkittu, vaan tulokset perustuvat rajalliseen määrään näytteitä ja tiloja. 6.3.1 Vesi- ja maaeläimet Kuten osiossa 6.1.2 todettiin, mikrobilääkejäämien kulkeutumista pelloilta vesistöihin ei ole tutkittu Suomessa. Vesistöihin voi kuitenkin teoriassa huuhtoutua mikrobilääkkeitä, kun lääkittyjen eläinten (kuivaa) lantaa levitetään pelloille. Tällöin ne voivat aiheuttaa ekotoksikologisia vaikutuksia vesieliöihin, jotka ovat muutenkin erityisen alttiita ympäristön haitta-aineille. Tällöin myöskään maaeläinten altistuminen mikrobilääkejäämille niiden juoman veden välityksellä ei ole poissuljettua. Mikrobilääkkeiden huuhtoutumista lääkittyjen eläinten lannalla lannoitetulta pellolta vesistöihin tulisi tutkia tarkemmin Suomessa, jotta voitaisiin arvioida niistä aiheutuvia riskejä vesi- ja maaeläimille. 6.3.2 Hyönteiset Lantaa hajottavat ja siinä lisääntyvät hyönteiset altistuvat lannassa oleville mikrobilääkkeille, jotka vaikuttavat niiden mikrobistoon (Hammer ym., 2016). Uhan vakavuus voi vaihdella riippuen lantatyypistä ja sen sisältämistä mikrobilääkemääristä. Toistaiseksi lietelannasta mitatut pitoisuudet ovat olleet pieniä, mutta lääkittyjen eläinten (kuivissa) lannoissa ne voivat teoriassa olla korkeita. Myös laiduntavien lääkittyjen eläinten sonta ja virtsa voivat vaikuttaa laitumen hyönteisiin. Hyönteisten altistumista lääkittyjen eläinten lannalle tulisi pyrkiä estämään, jotta niiden tarjoamat ekosysteemipalvelut eivät vaarantuisi. 6.3.3 Kasvit Mikrobilääkejäämien kertymistä kasveihin lypsykarjan lietelannalla lannoitetusta peltomaasta ei ole tutkittu Suomessa. Suomalaisen lypsykarjan lietelannasta mitatut mikrobilääkepitoisuudet ovat kuitenkin olleet toistaiseksi hyvin pieniä, ja lannan sekoittuessa kasvualustaan sen mikrobilääkepitoisuus edelleen laskee. Lisäksi mikrobilääkkeiden kertymisaste vaikuttaa olevan pieni. Esimerkiksi Kumar ym. (2005b) kokeessa kertymisaste oli 0,3–1 %, (2–17 µg/kg), kun kasvualustan klooritetrasykliinipitoisuus oli 300 µg/kg ja lannoitteena käytetyn lannan mikrobilääkepitoisuus korkea, 25 000–125 000 µg/kg. Kertymisasteen ollessa näin pieni, on Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 6 Riskiprofiili 67 todennäköisyys korkeiden mikrobilääkejäämäpitoisuuksien päätymisestä syötäviin kasveihin normaalissa tautitilanteessa olevan suomalaisen lypsykarjatilan lietelannan lannoitekäytössä vähäinen. Lääkittyjen eläinten lantaa käytetään lannoitukseen ja myös orgaanisten lannoitevalmisteiden raaka-aineena Suomessa. Lääkittyjen eläinten (kuivissa) lannoissa ja erilliskerätyssä virtsassa mikrobilääkepitoisuudet voivat kuitenkin olla niin korkeita, että merkittävä kertyminen kasveihin on lannoitekäytön myötä mahdollista. Tässä projektissa oksitetrasykliinillä lääkityn naudan virtsassa oksitetrasykliiniä todettiin 610 000 µg/kg, sonnassa 11 000 µg/kg, jolloin niistä muodostuvassa lannassa mikrobilääkepitoisuus voi olla hyvin korkea. Lääkittyjen eläinten lannan lannoitekäytöstä aiheutuvia riskejä tulisi tutkia tarkemmin Suomessa kaikessa kotieläintuotannossa. On myös huomattava, että mikrobilääkkeiden kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet vaihtelevat mikrobilääkeryhmittäin. Koska ominaisuuksilla on vaikutusta mikrobilääkkeiden kulkeutumiseen vesifaasissa (ks. 2.3.1), myös mikrobilääkkeiden kertyminen kasveihin voi vaihdella mikrobilääkeryhmittäin ja kasvilajeittain. Kuluttajien terveyden näkökulmasta merkityksellisimpiä ovat ruoan mikrobilääkejäämien mahdollisesti aiheuttamat allergiset reaktiot sekä vaikutukset suoliston mikrobiomiin (Zhang ym., 2016). Kasvinviljelijöiden näkökulmasta taas on syytä huomioida myös mikrobilääkkeiden kasvua heikentävät vaikutukset (Kumar ym., 2005a; Tasho & Cho, 2016). Taulukkoon 23 on koottu arvio mikrobilääkejäämien ekotoksikologisista vaikutuksista eliöstöön sekä johtopäätöksiä ja tutkimustarpeita. UHKA: mikrobilääkejäämien ekotoksikologiset vaikutukset eliöstöön Uhan kohde Arvio uhan toteutumisesta Suomessa Tutkimustarpeet ja johtopäätökset Vesi-ja maaeläimet ● Aihetta ei ole tutkittu Suomessa. Lypsykarjan lietelannan lannoitekäytöstä ei aiheutune akuutin toksisuuden vaaraa. Vesistöihin voi kuitenkin teoriassa huuhtoutua paikallisesti korkeahkoja pitoisuuksia mikrobilääkkeitä, kun lääkittyjen eläinten (kuiva) lantaa levitetään pelloille. Tällöin on mahdollista, että etenkin vesieliöille voi aiheutua ekotoksikologisia vaikutuksia. Uhan toteutuminen Suomessa on mahdollista. ● Mikrobilääkkeiden huuhtoutumista lääkittyjen eläinten lannalla lannoitetulta pellolta vesistöihin tulisi tutkia tarkemmin Suomessa. Hyönteiset ● Toistaiseksi suomalaisen lypsykarjan lietelannasta mitatut mikrobilääkepitoisuudet ovat olleet pieniä. On kuitenkin mahdollista, että pienetkin mikrobilääkepitoisuudet vaikuttavat hyönteisten mikrobistoon. ● Lääkittyjen eläinten (kuiva) lannassa mikrobilääkepitoisuudet voivat olla korkeita ja niiden aiheuttaman uhan vakavuus ja todennäköisyys ovat vastaavasti suurempia. Myös laitumelle jäävän sonnan ja virtsan vaikutus on epäselvä. ● Hyönteisten altistumista lääkittyjen eläinten lannalle tulisi pyrkiä estämään, jotta niiden tarjoamat ekosysteemipalvelut eivät vaarantuisi. Kasvit / kasveja syövät ihmiset ja eläimet ● Toistaiseksi suomalaisen lypsykarjan lietelannasta mitatut mikrobilääkepitoisuudet ovat olleet niin pieniä, että niiden kertymistä kasveihin merkittävissä määrin voi pitää epätodennäköisenä. Uhan toteutuminen Suomessa vaikuttaa epätodennäköiseltä. ● Lääkittyjen eläinten (kuivissa) lannoissa mikrobilääkepitoisuudet voivat teoriassa olla niin korkeita, että niitä voi kertyä merkittävissä määrin kasveihin. Uhan toteutuminen Suomessa mahdollista, mutta vaatii lisätutkimusta. ● Mikrobilääkejäämien kertymistä kasveihin lääkittyjen eläinten (kuivista) lannoista tulisi tutkia tarkemmin Suomessa ja niiden käyttöä lannoitukseen tulisi arvioida kriittisesti. Taulukko 23. Arvio mikrobilääkejäämien ekotoksikologisista vaikutuksista eliöstöön ja sen toteutumisesta Suomessa sekä johtopäätöksiä ja tutkimustarpeita. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 6 Riskiprofiili 68 6.4 Mikrobilääkeresistenssin leviäminen eliöstöön ja sen välityksellä Suomessa Resistentit suolistobakteerit voivat levitä luonnoneläinten, hyönteisten ja kasvien välityksellä maatalousekosysteemeissä ja niiden ulkopuolella, jolloin myös ihmiset ja tuotantoeläimet voivat altistua niille (ks. 2.3.3). Suomessa aihetta on kuitenkin tutkittu vasta vähän. 6.4.1 Maaeläimet ja hyönteiset Etenkin hyönteisillä ja linnuilla voi olla merkittävä rooli resistenttien suolistobakteerien levittämisessä eläintiloilta muihin ympäristöihin ja lähelle ihmistä (Zurek & Ghosh, 2014; Wang ym., 2017b). Suomalaisessa HAITTAELÄIN-hankkeessa (Ruokavirasto, Luke, 2017–2019) tutkitaan zoonoottisten patogeenien ja resistenttien suolistobakteerien esiintymistä tuotantoeläintiloilta pyydetyillä jyrsijöillä ja hyönteisillä. Hanke on vielä kesken, mutta jo nyt on havaittu, että suurilta tiloilta on jäänyt pyydyksiin enemmän jyrsijöitä kuin pieniltä, mikä osoittaa, etteivät suurempien tilojenkaan hygieniakäytännöt estä haittaeläinten pääsyä tiloihin (Maaseudun Tulevaisuus, 23.5.2018). Ilmastonmuutoksen myötä Suomeen voi levitä myös uusia eläintauteja (Molarius ym., 2010), joita haittaeläimet voivat edelleen levittää. Resistenttien suolistobakteereihin leviämistä luonnon eläinten ja hyönteisten välityksellä voidaan pyrkiä torjumaan estämällä niiden pääsy eläinsuojiin ja lantaloihin. Ympäristösyistä nitraattidirektiiviä toimeenpanevaan asetukseen (VnA 1250/2014) on lisätty vaade uusien lantaloiden kattamisesta, mikä voi myös ehkäistä eläinten ja hyönteisten altistumista lannan resistenteille suolistobakteereille. Kuivalantaloiden kattaminen tosin tarkoittaa pääasiassa vain muutoin avointa sadesuojaa, jonka alle eläimet pääsevät edelleen. Lietelantalat voidaan kattaa tiiviimmin. Mikäli mahdollista, katteiden valinnassa on suositeltavaa huomioida myös eläinten ja hyönteisten pääsyn estäminen lantaloihin. Linnut voivat altistua resistenteille suolistobakteereille myös pelloilla, joille on levitetty lantaa. Suomessa lantaa levitetään pelloille lintujen muuttoaikaan huhti-toukokuussa ja syys-lokakuussa. Lannan levittämisen yhteydessä multaaminen ja kylvö houkuttavat lintuja pelloille ruokaa etsimään. Altistuneet linnut voivat levittää resistenttejä suolistobakteereita ulosteidensa mukana edelleen lähemmäs ihmisasutusta. Lisäksi muuttolinnut voivat kantaa ja levittää resistenttejä suolistobakteereita, jotka ovat peräisin ulkomaisilta eläintiloilta. Llarena ym. (2015) tutkivat kampylobakteereita ja niiden resistenssiä Helsingin seudulla valkoposkihanhista, jotka tavallisesti laskeutuvat pelloille. Niistä eristettyjen kampylobakteerien todettiin eroavan geneettisesti suomalaisista tuotantoeläimistä ja ihmisistä eristetyistä kannoista. Jopa 25 %:ssa eristetyistä kampylobakteereista todettiin alentunutta herkkyyttä siprofloksasiinille, mutta kannoilta ei kuitenkaan löytynyt varmistustesteissä geneettisistä mutaatioista aiheutuvaa selitystä. Helsingin yliopiston eläinlääketieteellisessä tiedekunnassa on parhaillaan käynnissä tutkimus, jossa kartoitetaan useille mikrobilääkkeille resistenttien, laajakirjoisia beetalaktamaasientsyymejä tuottavien ESBL-bakteerien esiintymistä hanhien ulosteissa. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 6 Riskiprofiili 69 6.4.2 Kasvit Lannan peltolevitysten seurauksena resistenttejä suolistobakteereita voi teoriassa päätyä rehuihin, jos lanta on levitetty kasvustoon liian lähellä sadonkorjuuta tai levitys on tehty siten, että lantaa jää kasvin pintaan. Resistenssin leviämistä pelloilta rehun välityksellä voidaan kuitenkin pitää epätodennäköisenä tartuntareittinä verrattuna eläinten välillä eläinsuojassa tapahtuviin tartuntoihin. Suomessa ympäristö- ja hygieniasyistä sovellettavat lannanlevityksen rajoitukset ja suositukset voivat vähentää myös resistenttien suolistobakteerien päätymistä viljoihin ja nurmikasveihin. Lannoitus suositellaan tehtäväksi keväällä tai syksyllä ennen kylvöä pintalevitystä välttäen. Kasvustolevityksessä letkulevityskin vähentää kasvuston likaantumista lannalla. On olemassa tieteellistä näyttöä, että ihmiset voivat saada resistenttejä bakteereita kasviksista (FAO/WHO, 2018). Evira tutki ESBL/AmpC E. coli -bakteerien esiintymistä vähittäismyynnin sellaisenaan syötävissä, pakatuissa lehtivihanneksissa vuonna 2017 toteutetussa projektissa (Zoonoosikeskus, 2019). Yhteensä tutkittiin 102 vähittäismyynnistä otettua näytettä, joiden joukossa oli sekä kotimaassa että ulkomailla kasvatettuja ja pakattuja kasviksia. Yhdestä näytteestä (1 %) todettiin ESBL:n kaltainen AmpC E. coli. Vaikka resistenttien suolistobakteerien esiintyminen oli hyvin vähäistä, tutkimus osoitti, että sellaisenaan syötävät kasvikset voivat teoriassa toimia niiden välittäjänä ihmisiin myös Suomessa. Projektissa ei kuitenkaan määritetty kasviksissa olevaa ESBL- bakteerien määrää, eikä niille toisaalta ole määritetty kantajuuteen johtavaa annosta, jolloin niistä aiheutuvaa vaaraa kuluttajalle on vaikea arvioida. Myöskään saastumisen alkuperä ei ole tiedossa. Suomessa kasvatettujen, sellaisenaan syötävien kasvisten kasteluun käytettävälle vedelle on asetettu alkutuotantoasetuksessa (MMMa 1368/2011) laatuvaatimukset, joiden mukaan vesi ei saa sisältää E. coli -bakteeria yli 300 pmy/100 ml ja suolistoperäisiä enterokokkeja yli 200 pmy/100 ml, paitsi jos kasvatus tehdään altakasteluna. Tämä vähentää resistenttien suolistobakteerien leviämistä kasteluveden mukana kasvien pinnoille, mutta ei poista leviämisen uhkaa täysin. Lisäksi kasvien sisäosiin voi myös päätyä resistenttejä bakteereita kasvualustasta (Zhang ym., 2017). Ulkomailla myös saastuneita pintavesiä saatetaan käyttää kasteluun, jolloin tuontikasvisten pinnoilla voi esiintyä resistenttejä suolistobakteereita. Resistenttien bakteerien esiintymistä kolmansista maista tuotavissa elintarvikkeissa tutkitaan tarkemmin Helsingin yliopiston, Eviran ja Tullilaboratorion vuonna 2018 käynnistyneessä hankkeessa. Kasvualustojen valmistamiseen voidaan käyttää lantaa, joka ennen hygienisointikäsittelyä usein sisältää resistenttejä suolistobakteereita. Lannoitevalmisteasetuksen (MMMa 24/11) mukaan valmiissa kasvualustassa saa esiintyä E. coli -bakteereita enintään 1 000 pmy/g tai 100 pmy/g ammattimaiseen kasvihuoneviljelyyn käytetyissä tuotteissa. Resistenttien suolistobakteerien esiintymistä lannoitevalmisteissa ei kuitenkaan valvota tai ole tutkittu Suomessa. Taulukkoon 24 on koottu arvio mikrobilääkeresistenssin leviämisestä eliöstöön sekä johtopäätöksiä ja tutkimustarpeita. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 6 Riskiprofiili 70 Ta ul uk ko 2 4. A rv io m ik ro bi lä äk er es ist en ss in le vi äm ise st ä el iö st öö n ja se n to te ut um ise st a Su om es sa s ek ä jo ht op ää tö ks iä ja tu tk im us ta rp ei ta . U HK A: m ik ro bi lä äk er es ist en ss in le vi äm in en el iö st öö n ja se n vä lit yk se llä Le vi äm isr ei tt i Ar vi o uh an to te ut um ise st a Su om es sa Tu tk im us ta rp ee t j a jo ht op ää tö ks et M aa el äi m et ● Ha itt ae lä im ill ä vo i o lla m er ki ty st ä re sis te nt tie n su ol ist ob ak te er ie n le vi tt äm ise ss ä el äi nt ilo je n ul ko pu ol el le m yö s S uo m es sa , s ill ä ni itä p ää se e ka rja su oj ie n sis ät ilo ih in ja k os ke tu ks iin la nn an k an ss a. S uo m es sa n iid en ka nt am ist a re sis te nt ei st ä su ol ist ob ak te er ei st a ei k ui te nk aa n ol e vi el ä ju lk ai st ua tu tk im us tie to a. U ha n to de nn äk öi sy yt tä e i v oi a rv io id a ny ky tie do in . ● M aa ilm al la m uu tt ol in tu je n on to de tt u le vi tt äv än re sis te nt te jä s uo lis to ba kt ee re ita . S uo m es sa m uu tt ol in nu ist a on tu tk itt u to ist ai se ks i v ai n C. je ju ni -b ak te er in m ik ro bi lä äk er es ist en ss iä , e ik ä sit ä to de tt u. U ha n to de nn äk öi sy yt tä e i v oi a rv io id a ny ky tie do in . ● Ha itt ae lä in te n le vi tt äm ist ä re sis te nt ei st ä su ol ist ob ak te er ei st a ja zo on oo se ist a on k äy nn iss ä tu tk im us ta Su om es sa . N iid en p ää sy n es tä m in en e lä in su oj iin e hk äi se e m yö s n iid en a lti st um ist a re sis te nt ei lle s uo lis to ba kt ee re ill e. ● M uu tt ol in tu je n le vi tt äm ät re sis te nt it su ol ist ob ak te er it ov at tu nn ist et tu u hk a, jo st a on p ar ha ill aa n kä yn ni ss ä tu tk im us ta Su om es sa . Hy ön te ise t ● M aa ilm al la h yö nt ei st en o n to de tt u le vi tt äv än m ik ro bi lä äk er es ist en ss iä e lä in til oi lta ih m isi in ; S uo m en til an te es ta e i t oi st ai se ks i o le ti et oa . U ha n to de nn äk öi sy yt tä e i v oi a rv io id a ny ky tie do in . ● Re sis te nt tie n su ol ist ob ak te er ie n le vi äm in en e lä in til oi lta hy ön te ist en v äl ity ks el lä o n tu nn ist et tu u hk a, jo st a on pa rh ai lla an k äy nn iss ä tu tk im us ta m yö s S uo m es sa . ● La nt al oi de n tii vi s ka tt am in en v oi v äh en tä ä hy ön te ist en al tis tu m ist a re sis te nt ei lle s uo lis to ba kt ee re ill e. Ka sv it Tu ot an to el äi m et ● Su om es sa la nn an le vi ty ks en r aj oi tu ks et ja su os itu ks et v oi va t v äh en tä ä re sis te nt tie n su ol ist ob ak te er ie n pä ät ym ist ä re hu ka sv ei hi n ja n iid en v äl ity ks el lä tu ot an to el äi m iin . A ih et ta e i o le k ui te nk aa n tu tk itt u Su om es sa . U ha n to de nn äk öi sy yt tä e i v oi a rv io id a ny ky tie do in . Ku lu tt aj at ● La nt aa ja y hd ys ku nt aj ät ev es ili et et tä s isä ltä vä t k as vu al us ta t v oi va t s isä ltä ä re sis te nt te jä su ol ist ob ak te er ei ta ja o lla m ah do lli ne n uh ka e lin ta rv ik et ur va lli su ud el le , k un n iis sä k as va te ta an se lla ise na an s yö tä vi ä ka sv ik sia . R es ist en tt ie n su ol ist ob ak te er ie n es iin ty m ist ä la nn oi te va lm ist ei ss a ei o le tu tk itt u Su om es sa . U ha n to de nn äk öi sy yt tä e i v oi a rv io id a ny ky tie do in . ● Su om es sa le ht iv ih an ne ks ist a on to de tt u Am pC E. co li, m ut ta b ak te er isa as tu tu ks en m ää rä ta i a lk up er ä ei ol e tie do ss a. U hk a on o le m as sa m yö s S uo m es sa . ● M ik äl i l an na nl ev ity ks ee n lii tt yv iä s uo sit uk sia ja ra jo itu ks ia no ud at et aa n, re sis te nt tie n su ol ist ob ak te er ie n pä ät ym ist ä re hu je n ka ut ta tu ot an to el äi m iin v oi da an p itä ä ep ät od en nä kö ise nä ja ta rt un ta re itt iä v er ra tt ai n vä hä ise nä . ● Re sis te nt tie n su ol ist ob ak te er ie n pä ät ym in en s el la ise na an sy öt äv iin k as vi ks iin ja ih m ist en a lti st um in en n iid en k au tt a on tu nn ist et tu u hk a, jo nk a to de nn äk öi sy ys S uo m es sa o n to ist ai se ks i p ie ni . K ie rr ät ys la nn oi tt ei de n kä yt ön li sä äm in en vo i k ui te nk in li sä tä u ha n to de nn äk öi sy yt tä . U ha n va ka vu ut ta ei o le to ist ai se ks i p ys ty tt y ar vi oi m aa n. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 7 Lannan vaihtoehtoisten käsittelytapojen... 71 7 Lannan vaihtoehtoisten käsittelytapojen elinkaariset ympäristövaikutukset Tässä osiossa esitellään yhteenveto lannan vaihtoehtoisista prosessointitavoista ja niiden elinkaarisista ympäristövaikutuksista, pääpainon ollessa lietelannassa. Prosessointimenetelmien vaikutuksia verrataan tavanomaiseen lannankäsittelyyn, jossa lanta eläinsuojasta poistamisen jälkeen varastoidaan lietealtaassa, ja keskimäärin noin puolen vuoden varastointiajan jälkeen levitetään peltoon. Tarkastelussa keskitytään lannan tyypillisimpiin prosessointimenetelmiin, kuten separointiin, mädätykseen ja kompostointiin, koska niistä on ympäristövaikutustietoja parhaiten saatavilla ja ne ovat yleisimmin käytettäviä käsittelymenetelmiä. Kuten luvussa 2.4.4 esitettiin, prosessointimenetelmiä voi olla myös useita peräkkäin, ja prosessointiketjun loppupäässä voi olla hyvin pitkälle vietyjä ravinteiden erottelumenetelmiä. Täten erilaisia prosessointikombinaatioita voi olla lukuisia erilaisia. Tässä yhteydessä keskitytään vain tilatasolla yleisimpiin kombinaatioihin. 7.1 Biologiset prosessit Näissä prosesseissa hyödynnetään mikrobeja hajottamaan, poistamaan, stabiloimaan ja/ tai muuntamaan eloperäistä materiaalia toiseen, haluttuun muotoon hallituissa olosuhteissa. Yleisimmät käytettävät menetelmät ovat mädätys ja kompostointi. 7.1.1 Mädätys eli biokaasutus Mädätys on orgaanisen aineksen anaerobisissa eli hapettomissa olosuhteissa tapahtuvaa hajoamista. Se voidaan toteuttaa esimerkiksi jatkuvatoimisena, täyssekoitteisena märkäprosessina. Kuivemmille materiaaleille on myös tarjolla omat tekniset ratkaisunsa, kuten tulppavirtaukseen perustuva menetelmä. Yleensä märkäprosessia seuraa jälkikaasutusallas, josta otetaan talteen muodostuvaa jälkikaasua ja estetään samalla metaanin pääsy ilmakehään (Luostarinen ym., 2011b). Mädätyksessä syntyy pääasiassa humusta sisältävää kiintoainetta eli mädätysjäännöstä sekä biokaasua, hiilidioksidin ja metaanin seosta, joka voidaan hyödyntää energiana. Käsiteltävän materiaalin orgaanisesta aineesta hajoaa tyypillisesti 40–70 % biokaasuprosessin aikana riippuen materiaalin hajoavuudesta ja mädätysolosuhteista. Mädätysjäännös sisältää syötteiden alkuperäiset ravinteet ja hivenaineet. Fosfori, kalium ja muut hivenaineet eivät juuri muunnu prosessissa. Merkittävin muutos on, kun osa lannan orgaanisesta typestä muuttuu kasveille helposti hyödynnettäväksi ammoniumtypeksi. Lantojen liukoisen typen määrä lisääntyy keskimäärin noin 20–30 % (Luostarinen ym., 2011b). Koska liukoisen typen osuus on suurempi mädätysjäännöksessä, se tulee varastoida katetussa varastossa tai levittää nopeasti peltoon, jotta typen haihtuminen ilmaan voidaan minimoida ja kasveille käyttökelpoisen typen osuus pysyy mahdollisimman suurena. Levityksessä tulee käyttää typen haihtumista minimoivia menetelmiä. Jäännöksen korkeampi liukoisen typen pitoisuus voi Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 7 Lannan vaihtoehtoisten käsittelytapojen... 72 vähentää lisätyppilannoituksen tarvetta ja siten alentaa mineraalilannoitteiden käyttötarvetta. Lantatypen mineralisoituminen biokaasuprosessissa nostaa huuhtoutumiselle välittömästi alttiin typen määrää. Tästä syystä erityisesti jäännöksen syyslevitystä on syytä välttää, varsinkin mikäli levityksen jälkeen ei kylvetä syyskylvöistä kasvia. Toisaalta lannan typen liukoistuminen vähentää typpikuormitusriskiä vesiin, koska lannan liukoisen typen määrän lisääntyessä korvataan mineraalityppeä, ja koska peltoon levitetyn mineraalityppikilon huuhtoutumisriski on pienemmän typen haihtumisen takia liukoista lantatyppikiloa suurempi (Luostarinen ym., 2016). Biokaasuprosessi vähentää lannankäsittelyn elinkaarisia ilmastovaikutuksia (esim. Luostarinen ym., 2011a; Luostarinen ym., 2016) vähentämällä lannan metaanipäästöjä. Prosessoimattoman lietelannan metaanipäästöt tonnia kohden ovat suuremmat kuin jäännöksen päästöt samalla varastointijaksolla. Mädätysprosessista vapautuvat metaanipäästöt on mahdollista hallita hyvillä käytännöillä (riittävän pitkä viipymä biokaasuprosessissa ja metaanivuotojen hallinta), eivätkä ne siten nosta merkittävästi kokonaisilmastovaikutuksia. Olennainen biokaasulaitoksen metaanipäästöihin vaikuttava tekijä on katettu jälkikaasutus, sillä noin 10–20 % maatilakohtaisen biokaasulaitoksen metaanintuotosta voidaan saavuttaa varastoimalla jäännös katetussa, kaasunkeräyksellä varustetussa jälkikaasutusaltaassa (Lehtomäki ym. 2007; MTT Raportti 113 ). Tuotetulla biokaasulla voidaan korvata fossiilisia polttoaineita ja niillä tuotettua lämpöä, sähköä ja/tai liikennepolttoainetta. Päästösäästö riippuu siitä, kuinka hyvin biokaasu voidaan hyödyntää energiantuotannossa, mitä fossiilista polttoainetta biokaasu korvaa, ja kuinka hyvin biokaasulla tuotettu energia saadaan hyötykäyttöön. Mädätys vähentää myös lannasta aiheutuvia hajuhaittoja. Taulukkoon 25 on koottu mädätyksen positiivisia ja negatiivisia ympäristövaikutuksia. Ympäristövaikutus Positiiviset vaikutukset ympäristöön Negatiiviset vaikutukset ympäristöön Ilmastovaikutus + jäännöksen lyhyempi varastointiaika ja stabiilimpi orgaaninen aines vähentää kasvihuonekaasupäästöjä + jos biokaasu pystytään hyödyntämään tehokkaasti ja se korvaa fossiilisia polttoaineita, syntyy positiivisia ilmastovaikutuksia + raakalantaa suurempi liukoisen typen määrä voi korvata mineraalilannoitteita - jos viipymä prosessissa ei ole riittävän pitkä ja/tai jälkikaasutus ei ole toteutettu asianmukaisesti, menetelmä saattaa lisätä ilmastovaikutusta Rehevöityminen + orgaanisen typen määrä vähenee prosessissa, jolloin kasvukauden ulkopuolella mineralisoituvan typen määrä vähenee - riski kasvaa, koska välittömästi huuhtoutumiselle ja haihtumiselle alttiin typen määrä kasvaa varsinkin, jos levitys suoritetaan aikana, jolloin kasvit eivät liukoisia ravinteita pysty hyödyntämään -> oikea-aikaisella levityksellä huuhtoutumisriski minimoitavissa Happamoituminen - riski ammoniakkipäästöjen kasvuun, koska liukoisen typen osuus on raakalantaa suurempi ja pH korkeampi -> oikeilla varastoinnin ja levityksen ratkaisuilla typpihävikki minimoitavissa Energiankulutus + prosessi tuottaa energiaa Viihtyisyys + lannan varastoinnin ja levityksen hajuhaitta pienenee Taulukko 25. Lannan mädätyksen eli biokaasutuksen ympäristövaikutuksia verrattuna raakalannan käsittelyyn. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 7 Lannan vaihtoehtoisten käsittelytapojen... 73 7.1.2 Kuivien lantojen tai lietelannasta erotetun kuivajakeen kompostointi Kompostoituminen on mikrobiologinen prosessi, jossa monilajinen mikrobien muodostama eliöyhteisö hajottaa eloperäistä materiaalia sopivan kosteissa, aerobisissa ja riittävän lämpöeristetyissä olosuhteissa siten, että lopputuotteiksi syntyy hiilidioksidia, vettä, stabiilia humusainetta ja epäorgaanisia suoloja sisältävää kompostituotetta. Mikrobitoiminnan vaikutuksesta kompostoitavan materiaalin lämpötila kohoaa, mikä nopeuttaa hajoamisprosessia. Lämpöhuipun aikana saattaa haihtua huomattavia määriä ammoniakkia ja hiilidioksidia. Prosessi vapauttaa orgaaniseen ainekseen sitoutuneita ravinteita ja tekee lannan helpommin käsiteltäväksi. Eläinperäisiä materiaaleja kompostoitaessa lämpötilan tulisi olla 70 oC koko massassa vähintään tunnin ajan hygienisoitumisen varmistamiseksi (Luostarinen ym., 2011b). Lantaa voidaan kompostoida aumoissa tai suljetuissa kompostireaktoreissa, kuten tunneli- ja rumpukomposteissa. Suljettujen prosessien poistoilma on mahdollista ottaa talteen ja käsitellä esim. biosuotimessa haju- ja/tai ammoniakkipäästöjen ehkäisemiseksi. Ammoniakkityppi voidaan ottaa talteen kaasupesurissa. Kompostoinnin tavoite on tuottaa stabiilia, kypsää ja humusmaista kompostia. Valmis komposti ei haise, ei tuota kaasuja pakattuna eikä hajoa ja kuluta typpeä merkittävästi sekoitettaessa esimerkiksi maaperään (Luostarinen ym., 2011b). Lietelantaan on lisättävä kuiviketta esimerkiksi turpeen ja silputun oljen seosta sen verran, että saavutetaan kompostoitumisen edellyttämä vähintään 20 %:n kuiva-ainepitoisuus, jolloin prosessi vastaa kuivalannan kompostointia (Palva ym., 2009). Näin ei yleensä kuitenkaan enää toimita, vaan kompostointia käytetään kuiville lannoille. Kompostoitumista edistää, kun käytetyt kuivikkeet tekevät lannan rakenteesta ilmavaa (Palva ym., 2009). Tarvittaessa voidaan käyttää myös erikseen tukiainetta. Riittävä biohiilen lisääminen kompostoitavan massan sekaan saattaa vähentää kompostoinnista aiheutuvia ammoniakkipäästöjä ja nostaa samalla kompostin ammoniumtypen määrää (mm. Malinska ym., 2014M; Vandeasteele ym., 2016; Mäkinen, 2017). Taulukkoon 26 on koottu kompostoinnin positiivisia ja negatiivisia ympäristövaikutuksia. Ympäristövaikutus Positiiviset vaikutukset ympäristöön Negatiiviset vaikutukset ympäristöön Ilmastovaikutus - lisää kasvihuonekaasupäästöjä Rehevöityminen - riski nitraattitypen huuhtoutumiselle kasvaa kompostin lannoitekäytössä Happamoituminen + laitosmaisissa ratkaisuissa ammoniakkityppi otettavissa talteen - ammoniakkipäästöt lisääntyvät, jollei ammoniakkia oteta talteen Energiankulutus + lämpöenergiaa otettavissa talteen, mutta harvoin käytetty - mahdolliset kaasupesurit ja ilmastus kuluttavat energiaa - massan sekoittaminen ja kääntäminen kuluttavat energiaa Viihtyisyys + vähentää levityksestä aiheutuvaa hajuhaittaa - huonosti toimiessaan kompostointi aiheuttaa hajuhaittoja Taulukko 26. Kuivien lantojen tai lietelannasta erotetun kuivajakeen kompostoinnin ympäristövaikutuksia verrattuna raakalannan käsittelyyn Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 7 Lannan vaihtoehtoisten käsittelytapojen... 74 7.1.3 Ilmastus eli nestekompostointi Ilmastusprosessit ovat yleisiä jätevesien käsittelyssä, ja niitä on käytetty myös lietelannan käsittelyyn. Prosessityyppejä on useita (Luostarinen ym., 2011b). Lietelannan ilmastuksella pyritään orgaanisen aineen hajottamiseen lannan tasalaatuistamiseksi. Ilman johtaminen lietteeseen käynnistää hajotustoiminnan, jonka päätuotteina syntyy hiilidioksidia, vettä ja lämpöä (Palva ym., 2009). Samalla hajut saattavat vähentyä, rikkakasvin siemenet tuhoutua ja kasvitoksisuus pienentyä. Ilmastus kuitenkin lisää typen hävikkiä ammoniakkipäästöjen muodossa (Luostarinen ym., 2011b). Ilmastus voidaan toteuttaa joko jatkuvatoimisesti tai panoksittain. Ilmastus tulee toteuttaa kannellisessa lietesäiliössä, josta poistoilma johdetaan suodattimeen ammoniakin talteen ottamiseksi. Prosessissa lannan lämpötila ei saa nousta yli +30 oC (Palva ym., 2009). Taulukkoon 27 on koottu ilmastuksen positiivisia ja negatiivisia ympäristövaikutuksia. Ympäristövaikutus Positiiviset vaikutukset ympäristöön Negatiiviset vaikutukset ympäristöön Ilmastovaikutus - ilmastovaikutus kasvaa - orgaanisen aineksen hajoaminen prosessissa alentaa hiilinieluvaikutusta, eli maahan potentiaalisesti varastoituvan hiilen määrää Rehevöityminen - riski nitraattitypen huuhtoutumisesta kasvaa lannoitekäytössä Happamoituminen - ammoniakkipäästöt lisääntyvät, jollei oteta talteen Energiankulutus - ilmastus kuluttaa energiaa Viihtyisyys + vähentää levityksestä aiheutuvaa hajuhaittaa - lisää varastoinnin aikaista hajuhaittaa Taulukko 27. Lietelannan ilmastuksen eli nestekompostoinnin ympäristövaikutuksia verrattuna raakalannan käsittelyyn. 7.2 Kemialliset prosessit 7.2.1 Terminen kaasutus eli pyrolyysi Pyrolyysissä biomassa lämmitetään nopeasti pyrolyysilämpötilaan vähähappisissa olosuhteissa ja lopputuotteena syntyy biohiiltä, bioöljyä ja kaasuja. Menetelmää on käytetty hiilen ja puun muuntamiseksi kaasumaiseksi energiaksi, mutta prosessia kehitetään myös lannan ja muiden eloperäisten materiaalien käyttöön. Lietemäiset materiaalit, kuten lietelanta, separoidaan ensin mekaanisesti kuiva- ja nestejakeiksi. Kuivajaetta kuivataan edelleen esimerkiksi pelleteiksi (Luostarinen ym., 2011b). Pyrolyysissä biomassan typpeä vapautuu kaasuina, jotka voivat muodostaa NO x -yhdisteitä (Raiko ym., 2002; Tian ym., 2013). Fosfori sitoutuu biohiileen ja sen määrä nousee pyrolyysilämpötilan kasvaessa (Azuara ym., 2013). Maanparannusaineena biohiili voi vähentää maaperän N 2 O-päästöjä (Cao & Pawlowski, 2013). Pyrolyysiprosessin hiilijalanjälkeä voidaan alentaa talteenottamalla pyrolyysissä muodostuva lämpö, käyttämällä pyrolyysikaasut prosessin lämmöntuotantoon ja korvaamalla bioöljyllä prosessin polttoöljyn tarvetta (Hospido ym., 2005). Taulukkoon 28 on koottu pyrolyysin positiivisia ja negatiivisia ympäristövaikutuksia. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 7 Lannan vaihtoehtoisten käsittelytapojen... 75 7.3 Fysikaaliset prosessit 7.3.1 Separointi eli erotusprosessit Erotusprosesseissa lannan nestemäinen ja kiinteä aine erotetaan toisistaan mekaanisesti. Valtaosa lannan typestä jää nestemäiseen ja valtaosa fosforista kiinteään jakeeseen. Separoinnin jälkeen jakeet voidaan joko kuljettaa suoraan pellolle tai ohjata jatkoprosessointeihin (Paavola ym., 2016; Luostarinen ym. 2011a, 2011b; Lehtomäki ym., 2007). Lietelannan lisäksi voidaan separoida muitakin lietemäisiä massoja, kuten biokaasulaitoksen mädätysjäännöstä. Jakeiden suhteelliset osuudet sekä niiden kuiva-ainepitoisuudet ja ravinnemäärät riippuvat oleellisesti käytetystä separointitekniikasta. Näitä prosesseja on useita ja ne voidaan jakaa kolmeen ryhmään toimintaperiaatteensa mukaan. Ominaispainoeroihin perustuvat menetelmät (laskeutus ja linkous), partikkelikokoon perustuvat menetelmät (seulat, suotonauhat, ruuvikuivaimet ja kalvotekniikat) sekä haihdutukseen ja kuivaukseen perustuvat menetelmät (Luostarinen ym., 2011b). Separointi lisää riskiä varastoinnista syntyviin ammoniakkipäästöihin, sillä lietelantaan verrattuna ammoniakkipäästöpotentiaali on suurempi kuivajakeen kompostoitumisen vuoksi. Kuivajakeen varastointi esimerkiksi peitettynä aumassa vähentää ammoniakin haihtumista. Jos ammoniakkia pääsee haihtumaan kuivajakeen varastoinnista merkittäviä määriä (katetut/kattamattomat lantalat), peltoon levitettävän kuivajakeen ammoniumtyppipitoisuus alenee, jolloin lannan levityksessä syntyvät typpihävikit voivat vähentyä. Toisaalta kuivajakeen lannoitusarvo on tällöin alhaisempi ja lisätyppeä voi tarvita mineraalilannoitteena. Ympäristövaikutus Positiiviset vaikutukset ympäristöön Negatiiviset vaikutukset ympäristöön Ilmastovaikutus + massan kuljettamisesta aiheutuvat kasvihuonekaasupäästöt pienenevät - prosessi aiheuttaa N2O-päästöjä - käsiteltävän massan typpi (pääosin) menetetään ja fosforin käyttökelpoisuus kasveille voi heiketä, mikä lisää mineraalilannoitteiden tuotannon tarvetta - kokonaisuutena ilmastovaikutus kasvaa Rehevöityminen + välitön riski voi aleta, koska lopputuotteessa on niukasti typpeä ja fosforin liukoisuus voi heiketä, tällöin puuttuvat ravinteet yleensä korvataan mineraalilannoitteilla, joiden käytöstä aiheutuva ravinnekuormitusriski on tyypillisesti orgaanisia lannoitteita pienempi Happamoituminen + varastoitavan ja levitettävän massan ammoniakkipäästöt vähenevät - prosessista aiheutuu ammoniakkipäästöjä Energiankulutus + massan kuljettamisen energiankulutus vähenee - prosessi kuluttaa energiaa - massan kuivaus kuluttaa energiaa Viihtyisyys + varastoitavan ja levitettävän massan haisevien yhdisteiden päästöt vähenevät - prosessi saattaa aiheuttaa hajuja ympäristöön Muuta - käsiteltävän massan typpi (pääosin) menetetään ja fosforin käyttökelpoisuus kasveille voi heiketä, minkä takia mineraalilannoitteiden tuotantoa pitää lisätä -> ilmastovaikutuksen lisäksi monia negatiivisia heijastevaikutuksia ympäristöön, ml. uusiutumattomien luonnonvarojen käytön lisääntyminen Taulukko 28. Lietelannan termisen kaasutuksen eli pyrolyysin ympäristövaikutuksia verrattuna raakalannan käsittelyyn. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 7 Lannan vaihtoehtoisten käsittelytapojen... 76 Separoinnilla voidaan saavuttaa ilmastohyötyjä. Suurin muutos aiheutuu varastoinnissa tapahtuvissa päästöissä. Metaania muodostuu selvästi vähemmän kuivajakeesta kuin lietemäisistä lannoista. Vaikka separoitua lantaa kuljetettaisiin pidempiäkin matkoja, ei sen vaikutus koko lannankäsittelyketjun elinkaarisiin ilmastovaikutuksiin ole kovin merkittävä (Luostarinen ym., 2011a; Paavola ym., 2016). Separoinnin elinkaarisia ympäristövaikutuksia voidaan edelleen alentaa ohjaamalla separoitu kuivajae biokaasuprosessiin. Tällöin separoidun kuivajakeen varastoinnissa tapahtuva kompostoituminen ja siitä aiheutuvat päästöt jäävät pois. Kuivajae on kuitenkin saatava laitokseen mahdollisimman tuoreeltaan. Biokaasulaitoksen käsittelyjäännöksessä liukoisen typen osuus on suurempi kuin raakalannassa, mutta jäännöksen separoitu kuivajae ei kompostoidu käsittelemättömän kuivajakeen tavoin, mikä vähentää ammoniakin haihtumispotentiaalia. Samalla syntyy biokaasua, joka voi korvata fossiilisilla polttoaineilla tuotettua energiaa (Paavola ym., 2016). Taulukkoon 29 on koottu separoinnin positiivisia ja negatiivisia ympäristövaikutuksia. Ympäristövaikutus Positiiviset vaikutukset ympäristöön Negatiiviset vaikutukset ympäristöön Ilmastovaikutus + metaania muodostuu vähemmän Rehevöityminen + kuivajakeen varastoinnista haihtuva typpi pienentää huuhtoutumiselle alttiin typen määrää levityksen jälkeen. Vaikka typpivaje tyypillisesti korvataan mineraalilannoitteilla, nettovaikutus voi silti jäädä positiiviseksi mineraalilannoitteiden yleensä pienemmän huuhtoutumisriskin takia + fosforirikas kuivajae voidaan kuljettaa raakalietelantaa kauemmas ja levittää fosforiköyhille pelloille, jolloin fosforin huuhtoutumisriski pienenee Happamoituminen - riski ammoniakkipäästöjen kasvusta varastoitaessa ja levitettäessä Energiankulutus - kuluttaa jonkin verran energiaa Viihtyisyys - hajuvaikutus riippuu tuotettujen lantajakeiden käsittelytavoista Taulukko 29. Lannan separoinnin eli erotusprosessin ympäristövaikutuksia verrattuna raakalannan käsittelyyn. 7.3.2 Poltto Kuivia lantoja, kuten broilerin- ja hevosenlantaa polttamalla voidaan ratkaista lannan loppusijoittamiseen liittyviä ongelmia, koska poltettaessa lannan määrä pienenee murto- osaan alkuperäisestä. Samalla lannan typpi menetetään, millä myös voi tietyillä alueilla olla loppusijoittamista helpottava vaikutus. Fosfori ja muut kivennäisaineet jäävät tuhkaan, joten lannoitteena tuhka voi näiden osalta korvata mineraalilannoitteita. Lantaa polttamalla voidaan tuottaa energiaa ja näin korvata muita energianlähteitä. Lannan poltosta aiheutuviin suoriin päästöihin vaikuttaa polttotekniikka ja savukaasujen puhdistustekniikka. Lannan poltolla voidaan välttää lannankäsittelyketjusta aiheutuvia päästöjä ilmaan ja vesiin. Poltettaessa lannan orgaaninen aines ja siten maanparannusvaikutus menetetään. Taulukkoon 30 on koottu polton positiivisia ja negatiivisia ympäristövaikutuksia. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 7 Lannan vaihtoehtoisten käsittelytapojen... 77 Ympäristövaikutus Positiiviset vaikutukset ympäristöön Negatiiviset vaikutukset ympäristöön Ilmastovaikutus + lannankäsittelystä aiheutuvat khk-päästöt vältetään + tuotetulla energialla voidaan korvata fossiilisia polttoaineita - poltossa menetetyt ravinteet on korvattava mineraalilannoitteilla, joiden tuotannosta aiheutuu khk-päästöjä - orgaaninen aines ei lisää peltomaan hiitä Rehevöityminen + lannasta aiheutuvat välittömät päästöt vältetään + poltossa hävitetyt ravinteet korvataan mineraalilannoitteilla, joiden ravinteiden huuhtoutumisriski on yleensä lantaa pienempi. Happamoituminen + lannankäsittelystä aiheutuvat happamoittavat päästöt vältetään - poltosta aiheutuvat päästöt riippuvat polttotekniikasta ja savukaasujen käsittelytekniikasta Energiankulutus + tuottaa energiaa Viihtyisyys + vältetään lannankäsittelystä aiheutuvat hajuhaitat - poltto- ja savukaasujen käsittelytekniikasta riippuu, millainen on polton hajuvaikutus Taulukko 30. Kuivan lannan polton ympäristövaikutuksia verrattuna raakalannan käsittelyyn. 7.4 Elinkaaristen ympäristövaikutusten yhteenveto Lannankäsittely kuluttaa energiaa ja aiheuttaa suoria päästöjä lähinnä ilmakehään, mutta tehokkaan prosessoinnin avulla lannasta voidaan parhaimmillaan myös tuottaa energiaa, parantaa lannan hyödynnettävyyttä lannoitevalmisteena ja näin tuottaa myös ympäristöhyötyjä. Prosessoinnilla voidaan myös lisätä lannasta aiheutuvien päästöjen riskiä, joten prosessin aikaisiin päästöihin ja lopputuotteiden jatkokäsittelyyn on kiinnitettävä erityistä huomiota. Prosessoinnilla saavutetaan ilmastohyötyjä, mikäli tuotetaan energiaa, joka korvaa fossiilisia polttoaineita. Mikäli peltoon päätyvien ravinteiden käyttökelpoisuus on suurempi verrattuna raakalantaan, prosessoidun lannan ravinteet korvaavat mineraalilannoitteiden käyttöä enemmän, mikä myös tuottaa ilmastohyötyjä. Lannankäsittelyketjun ilmastovaikutus on kuitenkin usein suhteellisen pieni verrattuna ketjun muihin ympäristövaikutuksiin. Esimerkiksi lannan kuljetuksen ja konetyön merkitys on vähäinen kokonaisuuden kannalta. Tästä syystä ympäristömielessä lannan kuljettaminen saattaa olla kannattavaa, mikäli sillä saavutetaan muita ympäristöhyötyjä, kuten ravinnekuormituksen alenemista (Luostarinen ym., 2011a). Huomioitavaa on, että prosessointi saattaa lisätä lannan liukoisen typen osuutta, joka peltoon päätyessään voi kasvattaa haihtuvien ja huuhtoutuvien typpiyhdisteiden päästöriskiä verrattuna raakalantaan. Hyvillä levityskäytännöillä levityksen aiheuttamat päästöt ovat kuitenkin hallittavissa ja arvokas, heti kasville käyttökelpoinen typpi saadaan tehokkaasti hyödynnettyä. Ympäristön kannalta epäedullisimpia lannan prosessointitapoja ovat sellaiset, joissa menetetään lannan typpi ja orgaaninen aines kokonaan samalla, kun fosforin käyttökelpoisuus kasveille heikkenee. Näin käy poltossa. Termisistä prosesseista pyrolyysi saattaa myös aiheuttaa em. haittoja, mutta toisaalta oikeilla operointiparametreilla (esim. hiiltämisen lämpötila) osa typestä voidaan saada talteen ja orgaanisen aineksen sitoutuminen biohiilen maksimoitua. Pyrolyysissä energiatase saattaa kuivaustarpeen vuoksi jäädä negatiiviseksi, jolloin se kuluttaa energiaa enemmän kuin tuottaa. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 8 Lannan prosessointien vaikutukset... 78 8 Lannan prosessointien vaikutukset mikrobilääke- jäämiin ja resistentteihin bakteereihin Tässä osiossa arvioidaan saatavilla olevan tiedon ja tässä tutkimuksessa saatujen tulosten perusteella niiden soveltuvuutta mikrobilääkejäämien, resistenttien suolistobakteerien ja resistenssitekijöiden vähentämiseen lannasta. Mikrobilääkkeiden mittaamiselle lantamatriiseista ei ole standardoituja menetelmiä (Masse ym., 2014), mikä on huomioitava vertailtaessa eri tavoin varastoiduista ja prosessoiduista lannoista mitattuja mikrobilääkepitoisuuksia. Lisäksi kaikissa tutkimuksissa ei ole huomioitu mikrobilääkkeiden sitoutumista orgaaniseen ainekseen, minkä vuoksi havaittu väheneminen ei välttämättä ole hajoamisen vaan sitoutumisen seurausta (Masse ym., 2014). 8.1 Lannan varastointi Suurimman osan mikrobilääkejäämistä arvioidaan sitoutuvan lannan orgaaniseen ainekseen ja säilyvän muuttumattomina varastoinnin ajan (Masse ym., 2014). Elävien ulosteperäisten taudinaiheuttajabakteerien on todettu selviytyvän varastoidussa naudanlannassa 7–196 vuorokautta, kun varastointilämpötila on +5-30 oC (Manyi-Loh ym., 2016). Kylmät olosuhteet voivat parantaa joidenkin ulosteperäisten taudinaiheuttajabakteerien selviytymistä lannassa varastoinnin aikana (Manyi-Loh ym., 2016), mikä oletettavasti pätee myös niiden resistentteihin kantoihin. Myös lannan korkean kosteuspitoisuuden, alhaisen kuiva- ainepitoisuuden sekä neutraalin tai emäksisen pH:n oletetaan edistävän elävien ulosteperäisten taudinaiheuttajien selviytymistä (Manyi-Loh ym., 2016), jolloin myös resistentit bakteerikannat voivat selvitä paremmin lietelannassa kuin kuivikelannassa. Elävien suolistoperäisten taudinaiheuttajien on todettu vähentyneen myös kuivien lantojen kasavarastoinnin aikana; pinnalla vähenemistä aiheuttaa mm. korkeampi lämpötila ja sisäosissa vapautuvat metaboliatuotteet, kuten haihtuvat hapot (Manyi-Loh ym., 2016). Lisäksi väheneminen on tehokkaampaa panosmaisessa käsittelyssä, jossa kasaan ei lisätä jatkuvasti uutta lantaa (Manyi- Loh ym., 2016). Suomessa resistenssigeenien suhteellisen osuuden lannassa on kuitenkin havaittu lisääntyneen karjanlannan talvivarastoinnin aikana (Ruuskanen ym., 2016; Muurinen ym., 2017). Syynä voi olla mm. bakteerien välinen geeninvaihto tai muutokset mikrobilajistossa, jotka kantavat resistenssigeenejä (Muurinen ym., 2017). 8.2 Biologiset prosessit 8.2.1 Kuivien lantojen kompostointi Kompostoinnissa mikrobilääkejäämien väheneminen voi olla voimakkaampaa kuin pelkän varastoinnin aikana. Kompostoinnissa hajoamisprosessi on hallitumpi kuin varastoinnissa, kompostoitumisen olosuhteet pyritään optimoimaan ja täten saavutetaan korkeampi lämpötila kuin spontaanissa varastoinnin aikaisessa kompostoitumisessa (palaminen). Mikrobilääkkeiden Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 8 Lannan prosessointien vaikutukset... 79 väheneminen vaikuttaakin olevan tehokkainta kompostoinnin termofiilisen vaiheen aikana (Van Epps & Blaney, 2016). Naudanlannan kompostoinnilla on havaittu oksitetrasykliinin 91–100 % väheneminen (28–182 vrk; laboratorio- ja kenttäkokeet) ja siansonnan kompostoinnilla siprofloksasiinin 69–83 % väheneminen (56 vrk; laboratoriokokeissa) (Van Epps & Blaney, 2016). Väheneminen vaikuttaa kuitenkin olevan pääosin seurausta abioottisista prosesseista, kuten mikrobilääkkeiden sitoutumisesta orgaaniseen ainekseen (Van Epps & Blaney ym., 2016; Youngqist ym., 2016). Biologista hajoamista voi kuitenkin tapahtua vesifaasissa oleville mikrobilääkkeille (Van Epps & Blaney, 2016). Lannan mikrobilääkejäämien ei ole pääsääntöisesti todettu häiritsevän kompostoitumisprosessia (Van Epps & Blaney, 2016). Kompostoinnissa saavutetut korkeat lämpötilat (+55-70 oC) vaikuttavat vähentävän indikaattoribakteereita (E. coli) ja resistenssitekijöitä sekä niiden vaihtoa bakteerien välillä lannassa tehokkaasti (Turner 2005; Youngquist ym., 2016: Liao ym., 2018). Hypertermofiilisen kompostoinnin, jossa lämpötila nousee +90 oC:een ilman ulkopuolista lämmitystä, on todettu vähentävän resistenssigeenejä lietteestä vielä tehokkaammin kuin termofiilisen (+60 oC) (Liao ym., 2018). Tosin sekä perinteisessä että hypertermofiilisessa kompostoinnissa resistenssigeenien määrä on noussut jälleen termofiilisen vaiheen jälkeisen varastoinnin aikana (Liao ym., 2018) - hypertermofiilisessa kompostissa kuitenkin vähemmän kuin perinteisessä (Liao ym., 2018). Liikkuvien geneettisten elementtien määrä ei kuitenkaan lisääntynyt varastointivaiheen aikana, mikä viittaa siihen, että resistenssigeenien runsastuminen oli seurausta niitä kantaneiden tiettyjen ympäristömikrobilajien runsastumisesta eikä horisontaalisesta geenien leviämisestä (Liao ym., 2018). 8.2.2 Ilmastus eli nestekompostointi Tutkimustietoa nestekompostoinnin vaikutuksesta mikrobilääkkeisiin, resistentteihin bakteereihin ja resistenssitekijöihin ei ole. 8.2.3 Biokaasutus eli mädätys Mikrobilääkkeiden väheneminen mädätyksessä vaihtelee voimakkaasti; joidenkin mikrobilääkkeiden on todettu häviävän täydellisesti mesofiilisessa mädätyksessä (33–64 vrk), kun taas toisilla vähenemistä ei ole todettu (Van Epps & Blaney, 2016). Tässä tutkimuksessa siprofloksasiinin havaittiin vähenevän 58–78 % jatkuvatoimisessa mesofiilisessa mädätyksessä ja 60–80 % jälkikaasutuksessa; oksitetrasykliinillä taas vähenemistä ei keskimäärin tapahtunut. Korkeammat lämpötilat voivat tehostaa mikrobilääkkeiden vähenemistä myös mädätyksessä (Van Epps & Blaney, 2016). Mädätyksessä on havaittu muodostuvan mikrobilääkkeiden metaboliitteja, mikä viittaa siihen, että varsinaista biohajoamista tapahtuu; mikrobilääkekohtaisia eroja voi tosin olla (Van Epps & Blaney, 2016). Liuenneet mikrobilääkkeet ovat enemmän biosaatavia kuin sitoutuneet ja näin ollen ne voivat hajota herkemmin biologisissa prosessoinneissa (Masse ym., 2014). On kuitenkin mahdollista, että - kuten kompostoinnissa niin myös mädätyksessä - mikrobilääkkeiden väheneminen on suurimmaksi osaksi seurausta sitoutumisesta mm. orgaaniseen ainekseen. Lisäksi varsinaisessa biohajoamisessa muodostuneilla metaboliiteilla voi myös olla antimikrobista aktiivisuutta. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 8 Lannan prosessointien vaikutukset... 80 Tässä tutkimuksessa resistenttien E. coli -bakteerien määrä tai osuus ei merkittävästi muuttunut mesofiilisessa jatkuvatoimisessa mädätyksessä. Termofiilisen mädätyksen on todettu vähentävän eläviä suolistoperäisiä taudinaiheuttajia, indikaattori E. coli -bakteereita, resistenttejä bakteereita ja resistenssitekijöitä naudanlannasta tehokkaammin kuin mesofiilisen mädätyksen tai jopa tuhoavan resistentit bakteerit kokonaan (Pandey & Soupir, 2011; Beneragama ym., 2013b; Manyi- Loh ym., 2016; Sun ym., 2016; Youngquist ym., 2016). Pääasiallinen mekanismi vähenemisen taustalla vaikuttaa olevan lajiston vähittäinen muuttuminen, kun resistenttien mesofiilisten ja aerobisten bakteerien osuus vähenee ja termofiilisten ei-resistenttien suurenee prosessin edetessä (Sun ym. 2016). Myös korkealla lämpötilalla ja muuttuvilla ympäristöolosuhteilla on vaikutusta vähenemiseen (ks. 2.5.1). Lannan korkeat mikrobilääkepitoisuudet voivat häiritä mädätysprosessia (Van Epps & Blaney, 2016), kuten tämänkin tutkimuksen tulokset osoittivat. Vaikutus voi kuitenkin olla mikrobilääkkeistä ja reaktorin mikrobilajistosta riippuvaista (Van Epps & Blaney, 2016). Prosessien mikrobit voivat myös sopeutua korkeampiin mikrobilääkepitoisuuksiin. Panostoimisessa mädätyksessä koko lantamassan prosessointiaikaa on sikäli helpompi kontrolloida kuin jatkuvatoimisissa reaktoreissa, että panosreaktori täytetään, suljetaan ja avataan halutun ajan jälkeen. Sen onkin todettu vähentävän suolistopatogeeneja lannasta tehokkaammin kuin jatkuvatoimisen, jota täytetään tasaisin väliajoin (Salhström, 2003). Tämän tutkimuksen tulosten mukaan hajoamiselle optimoidussa panoskokeessa mädätys vähensi mikrobilääkejäämiä, mutta väheneminen saattoi johtua sitoutumisesta eikä biohajoamisesta. On kuitenkin syytä muistaa, että laitosmittakaavan panosprosessien operointi ei vastaa BMP-kokeen olosuhteita. Resistenttien bakteerien tuhoutumista ei tässä tutkimuksessa tarkasteltu. Taulukkoon 31 on koottu arvioita lannan biologisten prosessointien vakutuksista mikrobilääkejäämiin sekä resistentteihin suolistobakteereihin ja resistenssitekijöihin. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 8 Lannan prosessointien vaikutukset... 81 Ta ul uk ko 3 1. La nn an b io lo gi se n pr os es so in ni n m ah do lli sia v ai ku tu ks ia m ik ro bi lä äk ej ää m iin se kä re sis te nt te ih in su ol ist ob ak te er ei hi n ja re sis te ns sit ek ijö ih in . LA NN AN B IO LO GI SE T PR OS ES SO IN NI T Pr os es so in tit ap a Ar vi o va ik ut uk sis ta m ik ro bi lä äk ej ää m iin Ar vi o va ik ut uk sis ta re sis te nt te ih in su ol ist ob ak te er ei hi n ja re sis te ns sit ek ijö ih in Va ra st oi nt i ● S uu rin o sa m ik ro bi lä äk ej ää m ist ä sit ou tu u la nn an o rg aa ni se en a in ek se en ja sä ily y m uu ttu m at to m an a va ra st oi nn in a ja n. Ol os uh te et ● E lä vä t ( re sis te nt it) su ol ist ob ak te er it vo iv at sä ily ä la nn as sa . K yl m ät o lo su ht ee t j a ko st eu s pa ra nt av at se lv iä m ist ä. ● R es ist en ss ig ee ni t v oi va t l isä än ty ä va ra st oi nn in a ik an a. Va ra st oi nt ita pa ● E lä vä t ( re sis te nt it) su ol ist ob ak te er it vo iv at m ah do lli se st i v äh en ty ä te ho kk aa m m in p an os m ai se ss a kä sit te ly ss ä ku in li sä äm äl lä ja tk uv as ti uu tt a la nt aa k om po st iin . Ko m po st oi nt i Lä m pö til a ● M ik ro bi lä äk ej ää m ie n vä he ne m in en te ho kk aa m pa a ko m po st oi nn in te rm of iil ise n va ih ee n ai ka na . M ik ro bi lä äk ke et ● L an na n m ik ro bi lä äk ke et e iv ät p ää sä än tö ise st i h äi rit se k om po st oi nt ia Ha jo am in en v s. sit ou tu m in en ● P ää as ia lli ne n vä he ne m ise n sy y va ik ut ta a ol ev an si to ut um in en e ik ä ha jo am in en . Lä m pö til a ● P er in te in en te rm of iil in en k om po st oi nt i ( +5 5– 70 o C ) v äh en tä ä el äv iä (r es ist en tt ej ä) su ol ist ob ak te er ei ta ja re sis te ns sit ek ijö itä te ho kk aa st i, ku nh an ri itt äv än k or ke a lä m pö til a sa av ut et aa n. M yö s r es ist en ss ite ki jä t v äh en ev ät p er in te ise ss ä te rm of iil ise ss a ko m po st oi nn iss a. ● H yp er te rm of iil in en k om po st oi nt i ( +9 0 o C ) v äh en tä ä re sis te ns sit ek ijö itä te ho kk aa m m in k ui n pe rin te in en te rm of iil in en . M yö s e lä vä t ( re sis te nt it) su ol ist ob ak te er it tu ho ut uv at . Ne st e- ko m po st oi nt i ● V ai ku tu ks es ta m ik ro bi lä äk ej ää m iin e i o le ti et oa . ● V ai ku tu ks es ta re sis te nt te ih in su ol ist ob ak te er ei hi n ja re sis te ns sit ek ijö ih in e i o le ti et oa . M äd ät ys Lä m pö til a ● K or ke am pi lä m pö til a vo i t eh os ta a vä he ne m ist ä. Ha jo am in en v s. sit ou tu m in en ● V ar sin ai st a bi oh aj oa m ist a va ik ut ta a ta pa ht uv an , m ut ta v äh en em ise n ta us ta lla v oi o lla m yö s m ik ro bi lä äk ke id en si to ut um in en m m . o rg aa ni se en a in ek se en . ● B io ha jo am ise ss a m uo do st un ei lla m et ab ol iit ei lla v oi o lla a nt im ik ro bi st a ak tii vi su ut ta . Pr os es so in tit ap a ● P an os to im ise n pr os es sin v iip ym ä ka tta a ko ko k äs ite ltä vä n m as sa n, jo te n kä sit te ly o n ha lli tu m pi k ui n ja tk uv at oi m ise ss a pr os es sis sa , j os sa ta pa ht uu o ik ov irt au st a tä ys se ko itt ei su ud en v uo ks i, ts . o sa sy öt te es tä p oi st uu n op ea m m in k ui n la sk en na lli ne n vi ip ym ä. M ik ro bi lä äk ke et ● K or ke at m ik ro bi lä äk ep ito isu ud et v oi va t h äi rit ä pr os es sia ta i p ys äy tt ää se n. ● L iu en ne et m ik ro bi lä äk ke et (v es ifa as iss a) v oi va t b io ha jo ta te ho kk aa m m in k ui n vo im ak ka as ti sit ou tu va t. Lä m pö til a ● M es of iil ise ss a (+ 37 o C ) m äd ät yk se ss ä lä m pö til a ei ri itä tu ho am aa n el äv iä (r es ist en tt ej ä) su ol ist ob ak te er ei ta ta i r es ist en ss ig ee ne jä . N e vo iv at k ui te nk in v äh en ty ä m m . u lo sk ilp ai lu n ka ut ta . ● T er m of iil ise ss a (+ 55 o C ) m äd ät yk se ss ä lä m pö til a vo i r iit tä ä tu ho am aa n el äv ät (r es ist en tit ) su ol ist ob ak te er it, m ut te i r es ist en ss ig ee ne jä . N e vo iv at k ui te nk in v äh en ty ä m m . u lo sk ilp ai lu n ka ut ta . Pr os es so in tit ap a ● P an os to im ise n pr os es sin v iip ym ä ka tta a ko ko k äs ite ltä vä n m as sa n, jo te n kä sit te ly o n ha lli tu m pi ku in ja tk uv at oi m ise ss a pr os es sis sa , j os sa ta pa ht uu o ik ov irt au st a tä ys se ko itt ei su ud en v uo ks i, ts . os a sy öt te es tä p oi st uu n op ea m m in k ui n la sk en na lli ne n vi ip ym ä. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 8 Lannan prosessointien vaikutukset... 82 8.3 Kemialliset ja termiset prosessit 8.3.1 Hygienisointi Patogeenisten, ei-itiöivien suolistobakteerien tuhoamiseen lannasta käytetään hygienisointikäsittelyä (Manyi-Loh ym., 2016), joka oletettavasti vähentäisi myös elävien resistenttien bakteerien määrää lannasta. Hygienisoinnissa lanta kuumennetaan +70 oC:een 30–60 minuutiksi riippuen käsittelystä, johon se yhdistetään; mesofiilinen käsittely vaatii pidemmän hygienisointiajan kuin termofiilinen (Sahlström ym., 2003; Manyi-Loh ym., 2016). Sivutuoteasetuksen (EY/1069/2009) vaateena oleva +70 oC / 60 min / partikkelikoko 12 mm on yleisesti biokaasulaitoksissa käytetty hygienisointi. Hygienisointi voidaan toteuttaa joko ennen mädätystä tai sen jälkeen, mutta ennen on suositeltavampi vaihtoehto mahdollisen jälkikontaminaation vuoksi (Sahlström, 2003; Manyi-Loh ym., 2016). Resistenssigeenien tuhoutuminen vaatii kuitenkin hygienisointia korkeampia lämpötiloja. Kuumennuksen vähintään +85 oC:een on laboratoriokokeissa havaittu hajottavan DNA:n resistenssigeenejä lyhyemmiksi paloiksi (Zhang & Wu, 2005). 8.3.2 Pyrolyysi ja polttaminen Termisessä kaasutuksessa eli pyrolyysissa sekä poltossa orgaaninen aines kuumennetaan satojen asteiden lämpötilaan, joissa mikrobilääkkeet oletettavasti alkavat hajota. Esimerkiksi siprofloksasiinin on todettu hajoavan täysin +250 oC:ssa poltettaessa ja oksitetrasykliinin sterilisaatiolämpötilassa (ks. 2.5.2). Verrattaessa polton ja pyrolyysin lämpötiloja sterilisaatioon, voitaneen olettaa, että mikrobilääkkeet tuhoutuvat täysin polton ja pyrolyysin aikana. Pyrolyysin vaikutuksia mikrobilääkejäämiin jätevesilietteissä on tutkittu PProduct-hankkeessa (Luke, SYKE, Evira; 2015–2018). Kuumennus vähintään +85 oC:een oletettavasti vähentää resistenssigeenien määrää. Toisaalta pyrolyysikokeissa kuumennus alle +300 oC asteessa ei riittänyt tuhoamaan kaikkia resistenssigeenejä, mutta pyrolyysin vähintään +300 oC:ssa todettiin vähentävän niiden määrän alle toteamisrajan (Kimbell ym., 2018). Myös elävät (resistentit) suolistobakteerit tuhoutuvat tässä lämpötilassa. Taulukkoon 32 on koottu arvioita lannan termisten prosessointien vakutuksista mikrobilääkejäämiin sekä resistentteihin suolistobakteereihin ja resistenssitekijöihin. LANNAN TERMISEISET PROSESSOINNIT Prosessointi- tapa Arvio vaikutuksista mikrobilääkejäämiin Arvio vaikutuksista resistentteihin suolistobakteereihin ja resistenssitekijöihin Hygienisointi ● Hygienisointi voi osittain hajottaa mikrobilääkejäämiä, mutta kattavaa tutkimustietoa ei ole. ● Hygienisointi ennen tai jälkeen mädätyksen vähentää elävien (resistenttien) suolistobakteerien määrää. ● Resistenssigeenien tuhoutumiseen hygienisoinnin lämpötila on oletettavasti liian matala. Pyrolyysi ja poltto ● Pyrolyysi ja poltto hajottavat mikrobilääkejäämiä, mutta täydellisen tuhoutumisen aiheuttavista käsittelylämpötiloista ja -kestoista ei ole kattavaa tutkimustietoa. ● Elävät resistentit bakteerit ja resistenssitekijät tuhoutuvat. Taulukko 32. Lannan termisten prosessien mahdollisia vaikutuksia mikrobilääkejäämiin sekä resistentteihin suolistobakteereihin ja resistenssitekijöihin. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 8 Lannan prosessointien vaikutukset... 83 8.4 Fysikaaliset prosessit Separointi oletettavasti ei vähennä mikrobilääkkeiden kokonaispitoisuutta tai resistenttien bakteereiden määrää tai osuutta lannassa, vaan ne päätyvät joko kuivajakeeseen tai nestefaasiin vesiliukoisuutensa ja varaustensa perusteella (ks. 2.5.3). Suomalaisilla biokaasulaitoksilla mikrobilääkkeiden on havaittu kulkeutuvan suurimmaksi osaksi kuivajakeen eikä rejektiveden mukana (Marttinen ym., 2014) – tämä kuitenkin riippuu yhdisteen kemiallisesta rakenteesta ja ominaisuuksista ja on siten mikrobilääkekohtaista. Lisäksi Wallace ym. (2018) havaitsivat, että mekaaninen separointi voi konsentroida antibioottijäämiä kiintoaineeseen. Mikäli erilliskerättyä virtsaa konsentroidaan lannoitteeksi, liukoisessa muodossa olevien mikrobilääkkeiden pitoisuus konsentraatissa saattaa nousta. Resistentit bakteerit ja resistenssigeenit kulkeutuvat separoidussa lannassa todennäköisemmin kuivajakeen mukana, sillä bakteereilla on taipumus tarttua kiinteille pinnoille (ks. 2.5.3). Myös nestefaasi voi kuitenkin sisältää resistenttejä bakteereita ja resistenssitekijöitä. Lannan kuivatusta kuivajakeesta valmistetaan Suomessa myös kuivikkeita karjasuojiin. Mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien sekä resistenssitekijöiden säilymistä lantakuivikkeissa ja niiden vaikutusta tilan resistenssitilanteeseen olisi syytä tutkia, mikäli kyseinen käytäntö yleistyy Suomessa. Taulukkoon 33 on koottu arvioita lannan fysikaalisten prosessointien vaikutuksista mikrobilääkejäämiin sekä resistentteihin suolistobakteereihin ja resistenssitekijöihin. LANNAN FYSIKAALISET PROSESSOINNIT Prosessointi- tapa Arvio vaikutuksista mikrobilääkejäämiin Arvio vaikutuksista resistentteihin suolistobakteereihin ja resistenssitekijöihin Separointi eli erotus- prosessit ● Ei vähennä mikrobilääkejäämien kokonaispitoisuutta. Liukoisessa muodossa olevat mikrobilääkkeet kulkeutuvat nestefaasin mukana nestejakeeseen ja sitoutuneet kuiva-aineen mukana pääasiassa kuivajakeeseen. ● Separointi voi konsentroida mikrobilääkejäämiä kiintoainekseen. ● Erilliskerätyn virtsan konsentroiminen voi nostaa liukoisessa muodossa olevien mikrobilääkkeiden pitoisuutta. ● Erotuskyky jakeisiin riippuu käytetystä menetelmästä. ● Ei vähennä resistenttejä bakteereita ja resistenssitekijöitä. ● Resistentit bakteerit kulkeutuvat oletettavasti kuiva-aineen mukana pääasiassa kuivajakeeseen, mutta niitä voi esiintyä myös vapaina tai pienimpiin kiintoainepartikkeleihin sitoutuneena nestejakeessa. Kulkeutumista ja selviytymistä eri jakeissa tuoreena sekä edelleen käsiteltynä, esim. kuivauksen jälkeen, olisi syytä tutkia tarkemmin. ● Erotuskyky jakeisiin riippuu käytetystä menetelmästä. Taulukko 33. Lannan fysikaalisten prosessointien mahdollisia vaikutuksia mikrobilääkejäämiin sekä resistentteihin suolistobakteereihin ja resistenssitekijöihin. 8.5 Lannan prosessointien vaikutusten yhteenveto Termofiilinen mädätys sekä kompostointi, jossa saavutetaan vastaava lämpötila (+55-70 oC) vähentävät eläviä resistenttejä suolistobakteereita sekä resistenssigeenejä lannasta tehokkaammin kuin mesofiiliset biologiset prosessoinnit. Mesofiilisissakin prosessoinneissa niiden määrä voi kuitenkin vähentyä uloskilpailun seurauksena, minkä voi katsoa olevan ympin lajikoostumuksesta riippuvaista. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 8 Lannan prosessointien vaikutukset... 84 Resistenssigeenien määrän merkittävä väheneminen puolestaan vaikuttaa vaativan vielä termofiilistakin korkeampia, hypertermofiilisia (+90 oC) lämpötiloja. Toisaalta hypertermofiilisesti käsitellyllä lannallakaan resistenssigeenien väheneminen ei ole pysyvää, vaan niiden määrä nousee jälleen varastointivaiheen aikana. Näiden resistenssigeenien voi kuitenkin olettaa sijaitsevan ympäristöbakteereissa, sillä suolistobakteerit pärjäävät huonosti kilpailussa ympäristöbakteereille suoliston ulkopuolella (ks. 2.5.1). Ei kuitenkaan vielä tiedetä, miten suuri merkitys kuolleissa mikrobisoluissa tai ympäristömikrobeissa olevien resistenssigeenien leviämisellä ympäristöön on. Biologiset prosessoinnit saattavat vähentää mikrobilääkejäämiä lannasta merkittävästi, mutta eri mikrobilääkeryhmien välillä on suurta vaihtelua vähenemisessä (Van Epps & Blaney, 2016). Biologisissa prosessoinneissa mikrobilääkejäämien väheneminen voi kuitenkin olla seurausta niiden sitoutumisesta orgaaniseen ainekseen - etenkin kompostoinnissa (Van Epps & Blaney, 2016), mutta myös mädätyksessä. Tällöin varsinaista hajoamista ei voi katsoa tapahtuneen, sitoutuneet mikrobilääkejäämät leviävät lannan mukana ympäristöön ja voivat vapautua siellä uudelleen. Myös varsinaisen hajoamisen seurauksena syntyvien metaboliittien antimikrobista aktiivisuutta tulisi tutkia. Näistä näkökulmista katsottuna biologiset prosessoinnit eivät vaikuta olevan tehokkaita menetelmiä mikrobilääkkeiden vähentämiseen lannasta. Pyrolyysi ja poltto korkeassa lämpötilassa sen sijaan toimivat todennäköisesti kaikkia mikrobilääkeryhmiä, eläviä resistenttejä suolistobakteereita sekä resistenssitekijöitä vastaan, minkä vuoksi niitä voidaan pitää mikrobilääkeresistenssin torjumisen kannalta turvallisimpina lannan käsittelymuotoina. Niitä ei kuitenkaan yleensä ole mahdollista käyttää tilatasolla eikä niihin kannata ohjata kaikkea lantaa. Poltto ja pyrolyysi eivät myöskään ole ympäristönäkökulmista katsottuna suositeltavimpia prosessointimuotoja. Tästä johtuen niitä olisi syytä käyttää kohdennetusti erillisissä keskitetyissä laitoksissa ja ainoastaan lääkittyjen eläinten lannalle, jonka tiedetään sisältävän runsaasti mikrobilääkejäämiä ja todennäköisesti myös resistenttejä bakteereita ja resistenssitekijöitä. Muut lannat voitaisiin käsitellä tilatasolla biologisin prosessointimenetelmin, jotka joko sisältävät termofiilisen vaiheen tai mesofiilisin menetelmin hygienisointikäsittelyyn yhdistettynä. Lannan separointiprosesseissa puolestaan on syytä huomioida lannassa olevien mikrobilääkkeiden jakautuminen eri faaseihin ominaisuuksiensa perusteella sekä mahdollinen konsentroituminen. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 9 Tulevaisuuden uhkia... 85 9 Tulevaisuuden uhkia mikrobilääke- resistenssin leviämisessä Tulevaisuudessa nautatilojen määrän väheneminen, tilakoon kasvu ja parsinavettojen korvautuminen pihattonavetoilla (ks. 2.1) tulevat lisäämään tautipainetta tiloilla, kun eläinten keskinäiset kontaktit lisääntyvät ja altistuvat populaatiot ovat suurempia. Myös ilmastonmuutoksen arvioidaan tuovan Suomeen uusia eläintauteja (Molarius ym., 2010). Sairastavuuden lisääntyminen lisää mikrobilääkkeiden käyttöä, mikä voi heikentää resistenssitilannetta nykyisestä. Taudinaiheuttajien ohella myös harmittomat resistentit bakteerit voivat levitä tehokkaammin suurissa pihattonavetoissa kuin pienissä parsinavetoissa. Näin ollen muodostuvassa naudanlannassa saattaa tulevaisuudessa olla korkeampia pitoisuuksia sekä mikrobilääkkeitä että resistenttejä suolistobakteereita. Tämä tulisi huomioida esimerkiksi lannan kierrätysmenetelmiä kehitettäessä. Sipilän hallituksen hallitusohjelman (Hallitusohjelma, 2015) mukaan lantojen prosessointia ja kierrätystä tullaan lisäämään lähivuosina merkittävästi. Vuoteen 2025 mennessä puolet lannoista on tarkoitus saada kehittyneen prosessoinnin piiriin. Prosessointimenetelmiä on kuitenkin kehitetty toistaiseksi vain ravinteiden kierrätyksen ja energiantuoton näkökulmasta, eivätkä kaikki prosessoinnit vaikuta mikrobilääkejäämien tai resistenttien suolistobakteerien määrään lannassa. Tällöin on vaarana, että prosessoitujen lantojen mukana resistenttejä suolistobakteereita voi levitä nykyistä laajemmin tilojen ulkopuolelle. Lisäksi lannoitevalmisteissa mahdollisesti olevat mikrobilääkejäämät voivat valikoida resistenttejä mikrobikantoja myös maaperässä. Prosessointien vaikutukset resistentteihin suolistobakteereihin ja mikrobilääkejäämiin tulisi huomioida jo niitä kehitettäessä. EU:n lannoitevalmisteita koskevaa lainsäädäntöä ollaan uudistamassa kiertotalouden edistämiseksi ja lannoitevalmisteiden sisämarkkinaliikkuvuuden lisäämiseksi (EU-komissio, 2017). Uudistus aloitettiin vuonna 2018 ja uusi asetus tulee korvaamaan nykyisin voimassa olevan lannoiteasetuksen (EY/2003/2003). Uudistuksen seurauksena CE-merkittyjä kierrätyslannoitevalmisteita voisi tuoda Suomeen ulkomailta. Suurimmassa osassa muita EU- maita tuotantoeläimille käytetään enemmän mikrobilääkkeitä ja niillä myös esiintyy enemmän tiettyjä moniresistenttejä bakteereita kuin Suomessa (ECDC/EFSA/EMA, 2017). Mikäli uudessa asetuksessa ei tulla huomioimaan resistenttien suolistobakteerien, resistenssitekijöiden ja mikrobilääkejäämien esiintymistä lantaa sisältävissä kierrätyslannoitevalmisteissa, vaarana on, että niiden leviäminen Suomeen lisääntyy, mikä puolestaan heikentää Suomen verrattain hyvää resistenssitilannetta. Suomessa tulisi myös olla osaamista ja keinoja hallita ulkomailta tuotaviin kierrätyslannoitteisiin liittyviä riskejä. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 10 Johtopäätökset 86 10 Johtopäätökset Mikrobilääkeresistenssin yleistymistä tulee torjua kaikilla yhteiskunnan sektoreilla, koska ihmisissä ja eläimissä elää samoja mikrobilajeja ja koska resistentit mikrobit ja resistenssitekijät leviävät eläinten ja ihmisten välillä. Tuotantoeläintiloilla niiden kehittymistä ja valikoitumista voidaan torjua mm. käyttämällä mikrobilääkkeitä maltillisesti, käyttämällä mahdollisimman kapeakirjoisia lääkkeitä sekä ennaltaehkäisemällä infektioita. Suomessa mikrobilääkkeiden käyttö tuotantoeläimille on kansainvälisesti vertailtuna vähäistä ja hallittua. Mikrobilääkkeet ja mikrobilääkeresistenssi ympäristöpäästöinä Resistenttejä suolistobakteerikantoja voi kehittyä ja valikoitua myös pienissä mikrobilääkepitoisuuksissa sekä vähäisellä ja tarkoituksenmukaisella mikrobilääkkeiden käytöllä, kuten tämänkin tutkimuksen tulokset osoittavat. Ympäristössä esiintyessään matalien mikrobilääkepitoisuuksien on esitetty olevan jopa merkityksellisempiä resistenssin yleistymistä edistäviä tekijöitä kuin korkeiden pitoisuuksien (UNEP, 2017). Näistä syistä johtuen myös mikrobilääkejäämien ja resistenttien suolistobakteerien leviämiseen tuotantoeläintilojen ulkopuolelle olisi syytä kiinnittää enemmän huomiota haitallisina ympäristöpäästöinä (UNEP, 2017). Suomen kansallisessa mikrobilääkeresistenssin torjuntaohjelmassa (2017–2021) ympäristön merkitys resistenssin torjunnassa nostetaan esiin yleisellä tasolla, mutta käytännön toimia ympäristöpäästöihin liittyen ei esitetä (Hakanen ym., 2017). Lannan lannoitekäyttö ja resistenssin leviäminen luonnoneläimiin Lannan suoran lannoitekäytön mukana ympäristöön leviää sekä mikrobilääkejäämiä että resistenttejä suolistobakteereita. Resistenssigeenien on todettu runsastuvan peltomaassa lannan levitysten jälkeen lyhytaikaisesti myös Suomessa, jolloin luonnoneläimet voivat hetkellisesti altistua resistenteille suolistobakteereille. Suomessa lannan peltolevitystä tehdään kesän lisäksi lintujen muuttoaikaan keväisin ja syksyisin. Tällöin ne voivat altistua resistenteille suolistobakteereille ja levittää niitä maatalousekosysteemien ulkopuolelle. Etenkin hyönteisillä ja haittaeläimillä altistumista voi tapahtua myös eläinsuojissa ja lantaloissa. Niillä sekä linnuilla voi olla merkittävä rooli resistenttien bakteerien levittämisessä eläintiloilta muihin ympäristöihin ja lähelle ihmistä. Luonnoneläinten altistumista resistenteille bakteereille ja sen ehkäisemistä suomalaisilla tuotantoeläintiloilla - myös muilla kuin nautatiloilla - tulisikin tutkia tarkemmin. Ympäristösyistä nitraattidirektiiviä toimeenpanevaan asetukseen (1250/2014) lisätty vaade uusien lantaloiden kattamisesta voi mahdollisesti myös ehkäistä eläinten ja hyönteisten altistumista lannan resistenteille suolistobakteereille. Lannan lannoitekäyttö ja mikrobilääkkeiden leviäminen Lannan lannoitekäytön mukana ympäristöön leviää myös lääkittyjen eläinten erittämiä mikrobilääkejäämiä, sillä lääkittyjen eläinten lannan lannoitekäyttöä ei ole rajoitettu. Mikrobilääkejäämät saattavat olla haitallisia maaperäeliöille, häiritä kasvien kasvua sekä kertyä Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 10 Johtopäätökset 87 niihin, jolloin ne voivat päätyä myös elintarvikeketjuun. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella todetut mikrobilääkepitoisuudet lypsykarjan lietelannassa olivat pieniä, eikä kertymisen vaaraa nykytilanteessa todennäköisesti ole. On kuitenkin huomioitava, että havainto on vain yksittäiseltä tilalta hyvässä tautitilanteessa. Sen sijaan lääkittyjen eläinten erikseen kerätyssä lannassa pitoisuudet saattavat olla niin korkeita, että sen lannoitekäytöstä aiheutuvia riskejä tulisi arvioida tarkemmin. Kierrätyslannoitteet Lannan suoran lannoitekäytön lisäksi väkilannoitteiden korvaaminen lantaa sisältävillä kierrätyslannoitteilla voi lisätä mikrobilääke- ja -resistenssipäästöjä ympäristöön. Kierrätyslannoitteita valmistetaan lantaa prosessoimalla, mitä on tarkoitus lisätä Suomessa merkittävästi lähivuosina (Hallitusohjelma, 2015). Tämän tutkimuksen tulosten mukaan jatkuvatoiminen mädätys +37 °C:ssa vähensi E. coli -bakteerien kokonaismäärää, mutta ei resistenttien E. coli -bakteerien osuutta. Tulevaisuudessa lääkejäämiin ja resistentteihin mikrobeihin liittyviä riskejä tulisi mahdollisesti huomioida ainakin useiden tilojen lantoja yhteiskäsiteltäessä. Mikrobilääkkeiden vaikutukset lannan prosessointiin Mikrobilääkkeiden käytön aiheuttamat häiriöt naudan lietelannan mädätysprosessiin ja sen metaanintuottoon havaituilla lietelannan mikrobilääketasoilla ovat epätodennäköisiä. Erikseen lääkityistä eläimistä kerätty lanta sekä antibioottimaito voivat kuitenkin aiheuttaa prosessihäiriöitä. Lannan prosessoinnin vaikutukset mikrobilääkkeisiin ja resistenssiin Mädätyksen teknologian ja operointitapojen vaihtoehtoja tulisi tutkia myös mikrobilääkkeiden hajottamisen ja resistenssin hallinnan kannalta, sillä lantaa tullaan joka tapauksessa prosessoimaan. Osaa prosessoinneista tai niiden yhdistelmistä voisi käyttää lannan kustannustehokkaaseen puhdistamiseen mikrobilääkejäämistä ja resistenteistä bakteereista, mikä vähentäisi niiden leviämistä ympäristöön. Esimerkiksi tämän tutkimuksen metaanintuottopotentiaalimääritysten mukaan mädätys voi vähentää mikrobilääkejäämiä lannasta; resistenssiä ei kuitenkaan tutkittu. Tutkimuksesta ei kuitenkaan selvinnyt, johtuiko väheneminen mikrobilääkkeiden sitoutumisesta vai hajoamisesta. Kirjallisuuden perusteella vaikuttaa siltä, että pääasiallinen vähenemismekanismi on sitoutuminen. Kirjallisuuden perusteella etenkin korkeissa lämpötiloissa tapahtuvat prosessoinnit voivat vähentää resistenttejä suolistobakteereita ja resistenssitekijöitä lannasta. Mädätyksen lisäksi myös muiden prosessiteknologioiden vaikutusta lannan lääkejäämiin ja mikrobilääkeresistenssiin tulee selvittää toistaiseksi tutkittujen energiantuotannon, ravinteiden kierrätyksen ja ympäristövaikutusten hallinnan ohella. Lannan kierrätys voi jatkossa olla paitsi uhka myös mahdollisuus resistenssin sekä ulosteperäisten patogeenien leviämisen torjunnassa. Mikrobilääkeresistenssin torjunnan tulevaisuus Resistenssin yleistymistä tulisi torjua ennaltaehkäisevästi, koska on havaittu, että resistenteistä mikrobeista voi niiden yleistyttyä olla hankalaa tai jopa mahdotonta päästä eroon - esimerkkinä Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | 10 Johtopäätökset 88 MRSA-bakteerin leviäminen sikatiloilla. Torjuntatoimia varten kaikki mikrobilääkeresistenssin yleistymiseen vaikuttavat syyt on tunnistettava, mihin tarvitaan tutkimusnäyttöä, jota varten yleistymisen on jo täytynyt tapahtua eikä ennaltaehkäisy ole enää mahdollista. Varovaisuusperiaatteen noudattaminen onkin ensiarvoisen tärkeää juuri mikrobilääkeresistenssin torjumisessa. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että jotta ennaltaehkäisy onnistuisi, tulisi torjuntatoimia kohdistaa myös sellaisiin resistenssin kehittymistä ja leviämistä edistäviin tekijöihin, jotka on tunnistettu vasta teorian tasolla tai joiden tutkimusnäyttö ei ole vielä kattavaa. Tällaisia tekijöitä ovat mm. mikrobilääke- ja resistenssipäästöt tuotantoeläintiloilta lannan lannoitekäytön välityksellä, joiden on useiden kansainvälisten tutkimusten perusteella arvioitu vaikuttavan mikrobilääkeresistenssin yleistymiseen. Mikrobilääkkeiden käyttö tuotantoeläimille on ollut Suomessa jo pitkään hyvin maltillista ja vastaavasti myös resistenttien bakteerien osuus verrattain alhainen. Osittain tämän takia ei maatalouden mikrobilääke- ja resistenssipäästöihin ole Suomessa toistaiseksi kiinnitetty juurikaan huomiota. Nykyinen hyvä tilanne ei kuitenkaan välttämättä ole pysyvä, vaan tuotantoeläinten mikrobilääkkeiden käytön lisäämiselle voi olla tarvetta tulevaisuudessa myös Suomessa. Globalisaation myötä uusia resistenttejä mikrobikantoja kulkeutuu Suomeen jatkuvasti eläinten, ihmisten ja elintarvikkeiden mukana. Uuden EU:n lannoitevalmistelainsäädännön myötä Suomeen voidaan myös tuoda kierrätyslannoitevalmisteita, joille mikrobilääkkeisiin ja -resistenssiin liittyviä raja-arvoja ei ole. Resistenttien mikrobikantojen yleistyminen Suomessa lisää eläinten mikrobilääkehoitojen epäonnistumista ja pitkittää hoitoja. Ilmastonmuutoksen myötä Suomeen arvioidaan saapuvan lisää eläintauteja. Lisäksi tuotantotilarakenteen muutos Suomessa - tilakokojen kasvu ja pihattonavetoiden yleistyminen - suosii eläintautien ja resistenttien mikrobien leviämistä. Kaikki edellä mainitut tekijät voivat lisätä mikrobilääkkeiden käyttöä tuotantoeläimillä. Myös mikrobilääkevalmisteiden saatavuusongelmat voivat lisätä ihmisille kriittisen tärkeiksi luokiteltujen mikrobilääkkeiden käyttöä tuotantoeläimille, mikä puolestaan voi johtaa niille resistenttien mikrobikantojen yleistymiseen. Jos mikrobilääkkeiden käyttö tuotantoeläimille Suomessa lisääntyy, myös mikrobilääke- ja resistenssipäästöt maataloudesta ympäristöön lisääntyvät. Tästä johtuen Suomessa tulisikin varautua tulevaan ja aktiivisesti kehittää kustannustehokkaita toimintatapoja sekä teknologiaa maatalouden mikrobilääke- ja resistenssipäästöjen vähentämiseksi. Näille torjuntakeinoille olisi jo nyt käyttöä maissa, joissa mikrobilääkkeitä käytetään eläintuotannossa enemmän ja joissa mikrobilääke- ja resistenssipäästöt ympäristöön ovat suurempia. Viemällä torjuntakeinoja ulkomaille Suomi voi pyrkiä hidastamaan resistenttien mikrobien maailmanlaajuista yleistymistä, mikä vähentäisi myös niiden kulkeutumista Suomeen. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | Viitteet 89 Viitteet Ahmad A, Nagaraja T G & Zurek L (2007). Transmission of Escherichia coli O157:H7 to cattle by house flies. Preventive Veterinary Medicine 80:74-81. http://dx.doi.org/10.1016/j.prevetmed.2007.01.006 Ahmad A, Ghosh A, Schal C & Zurek L (2011). Insects in confined swine operations carry a large antibiotic resistant and potentially virulent enterococcal community. BMC Microbiology 11:23. http://dx.doi.org/10.1186/1471-2180-11-23 Allen H K, Donato J, Wang H H, Cloud-Hansen K A, Davies J & Handelsman J (2010). Call of the wild: antibiotic resistance genes in natural environments. Nature Reviews Microbiology 8:251-259. DOI: 10.1038/nrmicro2312. Allen S E, Boerlin P, Janecko N, Lumsden J S, Barker I K, Pearl D L, Reid-Smiths R J & Jardine C (2011). Antimicrobial resistance in generic Escherichia coli isolates from wild small mammals living in swine farm, recidential, landfill, and natural environments in Southern Ontario, Canada. Applied Environmental Microbiology 77:882-888. doi:10.1128/ AEM.01111-10. Álvarez J, Otero L, Lema J M & Omil F (2010). The effect and fate of antibiotics during the anaerobic digestion of pig manure. Bioresource Technology 101: 8581–8586. Andersson D I & Hughes D (2010). Antibiotic resistance and its costs: is it possible to reverse resistance? Nature Reviews Microbiology 8:206–271. DOI: 10.1038/nrmicro2319. Andersson D I & Hughes D (2012). Evolution of antibiotic resistance at non-lethal drug concentrations. Drug Resistance Updates 15:162-172. doi:10.1016/j.drup.2012.03.005. Arikan O A, Sikora L J, Mulbry W, Khan S U, Rice C & Foster G D (2006). The fate and effect of oxytetracycline during the anaerobic digestion of manure from therapeutically treated calves. Process Biochemistry 41:1637-1643. https://doi. org/10.1016/j.procbio.2006.03.010. Awad Y M, Kim K R, Kim, S-C, Kim K, Lee S R, Lee S S & Ok Y S (2015). Monitoring antibiotic residues and corresponding resistance genes in agroecosystem. Journal of Chemistry, ID 974843. http://dx.doi.org/10.1155/2015/974843. Azuara M, Kersten S R A, Maarten A & Kootstra J (2013). Recycling phosphorus by fast pyrolysis of pig manure: Concentration and extraction of phosphorus combined with formation of value-added pyrolysis products. Biomass and Bioenergy 49:171–180. Bauer A, Lizasoain J, Nettmann E, Bergmann I, Mundt K, Klocke M, Rincón M, Amon T, Piringer G & Winckler C (2014). Effects of the antibiotics Chlortetracycline and Enrofloxacin on the anaerobic digestion in continuous experiments. BioEnergy Research 7:1244-1252. Beneragama N, Lateef S A, Iwasaki M, Yamashiro T & Umetsu K (2013a). The combined effect of cefazolin and oxytetracycline on biogas production from thermophilic anaerobic digestion of dairy manure. Bioresource Technology 133:23-30. Beneragama N, Iwasaki M, Lateef S A, Yamashiro T, Ihara I & Umetsu K (2013b). The survival of multi-drug resistant bacteria in thermophilic and mesophilic anaerobic co-digestion of dairy manure and waste milk. Animal Science Journal 84:426-433. doi:10.1111/asj.12017. Boxall A B A, Fogg L A, Kay P Blackwell P A, Pemberton E J & Croxford A (2004). Veterinary medicines in the environment. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology 180:1-91. Boxall A B A, Johnson P, Smith E J, Sinclair C J, Stutt E & Levy L S (2006). Uptake of veterinary medicines from soils into plants. Journal of Agricultural and Food Chemistry 54:2288-2297. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | Viitteet 90 Call D R, Matthews L, Subbiah M & Liu J (2013). Do antibiotic residues play a role in amplification and transmission of antibiotic resistant bacteria in cattle populations? Frontiers in Microbiology 4:193. doi:10.3389/fmicb.2013.00193. Cao Y & Pawlowski A (2013). Life Cycle Assessment of Two Emerging Sewage Sludge-to-Energy Systems: Evaluating Energy and Greenhouse Gas Emissions. Bioresource Technology 127:81-91. Carballo M, Esperón F, Sacristán C, Gonzáles M, Vázquez B, Aquayo S & de la Torre A (2013). Occurrence of tetracycline residues and antimicrobial resistance in gram negative bacteria isolates from cattle farms in Spain. Advances in Bioscience and Biotechnology 4:295-303. http://dx.doi.org/10.4236/abb.2013.42A040. Dantas G & Sommer M O A (2012). Ecological and clinical consequences of antibiotic subsistence by environmental microbes. In Antimicrobial Resistance in the Environment (Toim. Keen P L & Montforts M H M M). John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. ISBN 978-0-470-90542-5. Davies J (2006). Are antibiotics naturally antibiotics? Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology 33:496-499. doi:10.1007/s10295-006-0112-5. de Liguoro M, Cibin V, Capolongo F, Halling-Sorensen B & Montesissa C (2003). Use of oxytetracycline and tylosin in intensive calf farming: evaluation of transfer to manure and soil. Chemosphere 52:203-212. doi:10.1016/S0045- 6535(03)00284-4. Dolliver H, Kumar K & Gupta S (2007). Sulfamethazine uptake by plants from manure amended soil. Journal of Environmental Quality 36:1224-1230. doi:10.2134/jeq2006.0266. Douglas A E (2015). Multiorganismal Insects: Diversity and Function of Resident Microorganisms. Annual Review of Entomology 60:17-34. doi: 10.1146/annurev-ento-010814-020822. EU-komissio, (2017). Lehdistötiedote 826/17. Julkaistu 20.12.2017. Saatavissa: http://www.consilium.europa.eu/fi/press/ press-releases/2017/12/20/eu-fertilisers-council-agrees-terms-of-mandate/pdf European Centre for Disease Prevention and Control (ECDC), European Food Safety Authority (EFSA) § European Medicines Agency (EMA), 2017. ECDC/EFSA/EMA second joint report on the integrated analysis of the consumption of antimicrobial agents and occurrence of antimicrobial resistance in bacteria from humans and food-producing animals – Joint Interagency Antimicrobial Consumption and Resistance Analysis (JIACRA) Report. EFSA Journal 15:4872. DOI: 10.2903/j.efsa.2017.4872. European Food Safety Authority (EFSA) ja European Centre for Disease Prevention and Control (ECDC), 2013. The European Union summary report on antimicrobial resistance in zoonotic and indicator bacteria from humans, animals and food in 2011. EFSA Journal, 11:3196. DOI: 10.2903/j.efsa.2013.3196 European Food Safety Authority (EFSA) ja European Centre for Disease Prevention and Control (ECDC), 2014. The European Union summary report on antimicrobial resistance in zoonotic and indicator bacteria from humans, animals and food in 2012, EFSA Journal 12:3590. DOI: 10.2903/j.efsa.2014.3590. European Food Safety Authority (EFSA) ja European Centre for Disease Prevention and Control (ECDC), 2015. The European Union summary report on antimicrobial resistance in zoonotic and indicator bacteria from humans, animals and food in 2013. EFSA Journal, 13:4036. DOI: 10.2903/j.efsa.2015.4036 European Medicines Agency (EMA), 2017. Sales of veterinary antimicrobials agents in 30 European countries in 2015. Seventh ESVAC report, European Surveillance of Veterinary Antimicrobial Consumption, EMA/184855/2017. European Medicines Agency (EMA), 2017b. Guidance on provision of data on antimicrobial use by animal species from national data collection systems [LUONNOS]. EMA/489035/2016 Corr.* FAO/WHO (2018). FAO/WHO expert meeting on foodborne antimicrobial resistance: Role of environment, crops and biocides. Summary Report. Saatavissa: http://www.fao.org/3/CA0963EN/ca0963en.pdf FINRES-Vet 2002-2003. Finnish veterinary antimicrobial resistance monitoring and consumption of antimicrobial agents. Eläinlääkintä ja elintarviketutkimuslaitos EELA, Helsinki 2005, 41 s. Saatavissa: https://www.ruokavirasto.fi/ viljelijat/elaintenpito/elainten-laakitseminen/antibioottiresistenssin-seuranta/finres-vet-raportit/ Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | Viitteet 91 FINRES-Vet 2004. Finnish veterinary antimicrobial resistance monitoring and consumption of antimicrobial agents. Eläinlääkintä ja elintarviketutkimuslaitos EELA, Helsinki 2005, 47 s. Saatavissa: https://www.ruokavirasto.fi/viljelijat/ elaintenpito/elainten-laakitseminen/antibioottiresistenssin-seuranta/finres-vet-raportit/ FINRES-Vet 2005-2006. Finnish veterinary antimicrobial resistance monitoring and consumption of antimicrobial agents. Elintarviketurvalisuusvirasto Evira, Helsinki 2007, 56 s. Saatavissa: https://www.ruokavirasto.fi/viljelijat/ elaintenpito/elainten-laakitseminen/antibioottiresistenssin-seuranta/finres-vet-raportit/ FINRES-Vet 2007-2009, Finnish veterinary antimicrobial resistance monitoring and consumption of antimicrobial agents, Elintarviketurvallisuusvirasto Evira, Helsinki 2011, 62 s. Saatavissa: https://www.ruokavirasto.fi/viljelijat/ elaintenpito/elainten-laakitseminen/antibioottiresistenssin-seuranta/finres-vet-raportit/ FINRES-Vet 2010–2012. Finnish veterinary antimicrobial resistance monitoring and consumption of antimicrobial agents, Elintarviketurvallisuusvirasto Evira, Helsinki 2015, 60 s. Saatavissa: https://www.ruokavirasto.fi/viljelijat/elaintenpito/ elainten-laakitseminen/antibioottiresistenssin-seuranta/finres-vet-raportit/ FINRES-Vet 2013–2015. Finnish veterinary antimicrobial resistance monitoring and consumption of antimicrobial agents. Elintarviketurvallisuusvirasto Evira, Helsinki 2017, 62 s. Saatavissa: https://www.ruokavirasto.fi/viljelijat/elaintenpito/ elainten-laakitseminen/antibioottiresistenssin-seuranta/finres-vet-raportit/ FINRES-Vet 2016-2017. Finnish veterinary antimicrobial resistance monitoring and consumption of antimicrobial agents. Elintarviketurvallisuusvirasto Evira, Helsinki 2018, 57 s. Saatavissa: https://www.ruokavirasto.fi/viljelijat/elaintenpito/ elainten-laakitseminen/antibioottiresistenssin-seuranta/finres-vet-raportit/ Fox A, Ikoyi I, Creamer R, Lanigan G & Schmalenberger A (2017). Microbial community structure and function respond more strongly to temporal progression than to the application of slurry in an Irish grassland. Applied Soil Ecology 120:97-104. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2017.07.032 Gagliano G G & McNamara F T (1998). Environmental assessment for enrofloxacin Baytril 100 injectable solution. Bayer Corporation. Gao M, Qiu T, Sun Y & Wang X (2018). The abundance and diversity of resistance genes in the atmospheric environment of composting plants. Environment International 116:229-238. doi: 10.1016/j.envint.2018.04.028. Girardi C, Greve J, Lamshöft M, Fetzer I, Miltner A, Schäffer A & Kästner M (2011). Biodegradation of ciprofloxacin in water and soil and its effects on the microbial communities. Journal of Hazardous Materials 198:22-30. Golet E M, Xifra I, Siegrist H, Alder A C, & Giger W (2003). Environmental exposure assessment of fluoroquinolone antibacterial agents from sewage to soil. Environmental Science Technology 37:3243-3249. Graham D W, Knapp C W, Christensen B T, McCluskey S & Dolfing J (2016). Appearance of β-lactam resistance genes in agricultural soils and clinical isolates over the 20th century. Scientific Reports 6:21550. DOI: 10.1038/srep21550. Grönroos, J, 2017. Suomen ympäristökeskus. Suullinen tiedonanto 9/2017 Gullberg E, Cao S, Berg O G, Ilbäck C, Sandegren L, Hughes D & Andersson D I (2011). Selection of resistant bacteria at very low antibiotic concentrations. PLoS Pathogens 7: 1-9. doi: 10.1371/journal.ppat.1002158. Hakanen A, Jalava J & Kaartinen L, (2017). Mikrobilääkeresistenssin torjunnan kansallinen toimintaohjelma 2017–2021, Sosiaali- ja terveysministeriö, Helsinki, 57 ss. ISBN: 978-952-00-3955-4 (PDF). Hallitusohjelma, 2015. Ratkaisujen Suomi, Pääministeri Juha Sipilän hallituksen strateginen ohjelma 29.5.2015. Hallituksen julkaisusarja 10/2015. http://valtioneuvosto.fi/documents/10184/1427398/Ratkaisujen+Suomi_FI_YHDISTETTY_ netti.pdf/801f523e-5dfb-45a4-8b4b-5b5491d6cc82/Ratkaisujen+Suomi_FI_YHDISTETTY_netti.pdf.pdf Hammer T J, Fierer N, Hardwick B, Simojoki A, Slade E, Taponen J, Viljanen H & Roslin T (2016). Treating cattle with antibiotics affects greenhouse gas emissions, and microbiota in dung and dung beetles. Proceedings of the Royal Society B 283: 20160150. doi: 10.1098/rspb.2016.0150. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | Viitteet 92 Hammersfahr U, Heuer H, Manzke B, Smalla K & Thiele-Bruhn S (2008). Impact of the antibiotic sulfadiazine and pig manure on the microbial community structure in agricultural soils. Soil Biology and Biochemistry 40:1583-1591. https:// doi.org/10.1016/j.soilbio.2008.01.010. Hassani M, Lazaro R, Perez C, Condon S & Paqan R (2008). Thremosability of oxytetracycline, tetracycline, and doxycycline at ultrahigh temperatures. Journal of Agriculture and Food Chemistry 26:2676-2680. Heuer H, Schmitt H & Smalla K (2011). Antibiotic resistance gene spread due to manure application on agricultural fields. Current Opinion in Microbiology 14:236-243. doi: 10.1016/j.mib.2011.04.009. Holvoet K, Sampers I, Callens B, Dewulf J & Uyttendaele M (2011). Moderate prevalence of antimicrobial resistance in Escherichia coli isolates from lettuce, irrigation water and soil. Applied and Environmental Microbiology 79:6677-6683. doi:10.1128/AEM.01995-13. Hospido A, Moreira M T, Martin M, Rigola M & Feijoo G (2005). Environmental Evaluation of Different Treatment Processes for Sludge from Urban Wastewater Treatments: Anaerobic Digestion versus Thermal Processes. The International Journal of Life Cycle Assessment 10:336-345. Hsieh M K, Shyu C L, Liao J W, Franje C A, Huang Y J, Chang S K, Shih P &, Chou C C (2011). Correlation analysis of heat stability of veterinary antibiotics by structural degradation, changes in antimicrobial activity and genotoxicity. Veterinární medicína 56(6):274-285. Ince B, Coban H, Turker G, Ertekin E & Ince O (2013). Effect of oxytetracycline on biogas production and active microbial populations during batch anaerobic digestion of cow manure. Bioprocess and Biosystems Engineering 36:541–546. IPCC, 2006. Chapter 10. Emissions from livestock and manure management. 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. ISO, 1993. ISO 11465, Soil quality - Determination of dry matter and water content on a mass basis - Gravimetric method. Kansainvälinen standardisoimisjärjestö, Geneve, Sveitsi. 3 s. Jarvis B, Wilrich C & Wilrich P-T (2010). Reconsideration of the derivation of Most Probable Numbers, their standard deviations, confidence bounds and rarity values. Journal of Applied Microbiology, 109:1660-1667. Jobbins S E & Alexander K A (2015). From whence they came - antibiotic-resistant Escherichia coli in African wildlife. Journal of Wildlife Diseases 51:811-820. doi:10.7589/2014-11-257. Kivilahti-Mäntylä K. 29.8.2017. FIMEA – Mikrobilääkkeiden kulutus eläimillä, http://www.fimea.fi/elainlaakkeet/ mikrobilaakkeiden_kulutus_elaimilla. Keen P L, Knapp C W, Hall K J & Graham D W (2018). Seasonal dynamics of tetracycline resistance gene transport in the Sumas River agricultural watershed of British Columbia, Canada. Science of the Total Environment 628-629:490-498. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.01.278. Kimbell L K, Kappell A D & McNamara P J (2018). Effect of pyrolysis on the removal of antibiotic resistance genes and class I integrons from municipal wastewater biosolids. Environmental Science Water Research & Technology 4:1807- 1818. doi:10.1039/c8w00141c. Knapp C, Engemann C, Hanson M, Keen P, Hall K & Graham D (2008). Indirect evidence of transposon-mediated selection of antibiotic resistance genes in aquatic systems at low-level oxytetracycline exposures. Environmental Science and Technology 42:5348-5353. Knapp C W, Dolfing J, Ehlert P A I & Graham D W (2010). Evidence of increasing antibiotic resistance gene abundances in archived soils since 1940. Environmental Science and Technology 44:580-587. DOI:10.1021/es901221x. Komission täytäntöönpanopäätös 2013/652/EU, annettu 12 päivänä marraskuuta 2013, zoonoottisten ja indikaattoribakteerien mikrobilääkeresistenssin seurannasta ja raportoinnista (EUVL L 303 14.11.2013, s. 26). Kumar K, Gupta S C, Chander Y & Singh A K (2005a). Antibiotic use in agriculture and its impacts on the terrestrial environment. Advances in Agronomy 87:1-54. https://doi.org/10.1016/S0065-2113(05)87001-4. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | Viitteet 93 Kumar K, Gupta S C, Baidoo S K, Chander Y & Rosen C J (2005b). Antibiotic uptake by plants from soil fertilized with animal manure. Journal of Environmental Quality 34:2082-2085. doi:10.2134/jeq2005.0026. Kyselková M, Jirout J,Chronáková A, Vrchotová N, Bradley R, Schmitt H & Elhottová D. (2013). Cow excrements enhance the occurrence of tetracycline resistance genes in soil regardless of their oxytetracycline content. Chemosphere 93:2413-2418. doi:10.1016/j.chemosphere.2013.08.058. Lallai A, Mura G & Onnis, N (2002). The effects of certain antibiotics on biogas production in the anaerobic digestion of pig waste slurry. Bioresource Technology 82:205-208. Leal R M P, Figueir R F, Tornisiel V L & Regitano J B (2012). Occurrence and sorption of fluoroquinolones in poultry litters and soils from São Paulo State, Brazil. Science of the Total Environment 43:2344-2349. Lehtomäki A, Paavola T, Luostarinen S & Rintala J (2007). Biokaasusta energiaa maatalouteen – raaka-aineet, teknologiat ja lopputuotteet. Jyväskylän Yliopiston bio- ja ympäristötieteiden laitoksen tiedonantoja 85. Lehtonen H, Niskanen O, Karhula T & Jansik C (2017). Maatalouden rakennekehitys ja investointitarve vuoteen 2030 - markkinaskenaarioiden vaikutus tuotantorakenteeseen. Luonnonvarakeskus, Helsinki, 2017. ISBN: 978-952-326-383-3. 57 s. Saatavissa: https://www.luke.fi/wp-content/uploads/2017/04/luke-luobio_19_2017.pdf Li Y-X, Zhang X-L & Li W (2013). The residues and environmental risks of multiple veterinary antibiotics in animal faeces. Environmental Monitoring and Assessment 185:2211-2220. doi:10.1007/s10661-012-2702-1. Liao H, Lu X, Rensing C, Friman V P, Geisen S, Chen Z, Yu Z, Wei Z, Zhou S & Zhu Y (2018). Hyperthermophilic composting accelerates the removal of antibiotic resistance genes and mobile genetic elements in sewage sludge. Environmental Science and Technology 52:266-276. Literak I, Dolejska M, Rybarikova J, Cizek A, Strejckova P, Vyskocilova M, Friedman M & Klimes J (2009). Highly variable patterns of antimicrobial resistance in commensal Escherichia coli isolates from pigs, sympatric rodents, and flies. Microbial Drug Resistance 15:229-237. Liu Z, Sun P, Pavlostathis S G, Zhou X & Zhang Y (2013). Inhibitory effects and biotransformation potential of ciprofloxacin under anoxic/anaerobic conditions. Bioresource Technology 150:28-35 Llarena A-K, Skarp-de Haan C P A, Rossi M & Hänninen M-L (2015). Characterization of the Campylobacter jejuni population in the barnacle geese reservoir. Zoonoses and Public Health 62:209-221. https://doi.org/10.1111/zph.12141. Loke M-L, Jespersen S, Vreeken R, Halling-Sorenssen B & Tjornelund J (2003). Determination of oxytetracycline and its degradation products by high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry in manure- containing anaerobic test systems. Journal of Chromatography B 783:11-23. Lowrance T C, Loneragan G H, Kunze D J, Platt T M, Ives S E, Scott H M, Norby B, Echeverry A & Brashears M M (2007). Changes in antimicrobial susceptibility in a population of Escherichia coli isolated from feedlot cattle administered ceftiofur crystalline-free acid. American Journal of Veterinary Research 68:501-507. doi:10.2460/ajvr.68.5.501. Luke 2018a. 17.7.2018a . Luke – Maatalous- ja puutarhayritysten rakenne: Maatalous- ja puutarhayritysten lukumäärä tuotantosuunnittain, http://stat.luke.fi/maatalous-ja-puutarhayritysten-rakenne. Luke 17.7.2018b – Nautojen lukumäärä 1.5.2018 (ennakko), http://stat.luke.fi/nautojen-lukum%C3%A4%C3%A4r%C3%A4- 152018-ennakko_fi. Luostarinen S. Biokaasuteknologiaa maatiloilla I - Biokaasulaitoksen hankinta, käyttöönotto ja operointi - käytännön kokemuksia MTT:n maatilakohtaiselta laitokselta. MTT. Raportti 113. Luostarinen S, Hellstedt M, Nousiainen J, Grönroos J & Munther J (2018). Missä luuraavat Suomen lannat? Käytännön maamies 6/2018. Terramedia Oy, Helsinki. Luostarinen S, Grönroos J, Hellstedt M, Nousiainen J & Munther J (2017). Suomen normilanta - Laskentajärjestelmän kuvaus ja ensimmäiset tulokset. Luonnonvarakeskus. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 47/2017. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | Viitteet 94 Luostarinen S, Pyykkönen V, Winquist E, Kässi P, Grönroos J, Manninen K & Rankinen K (2016). Maatilojen biokaasulaitokset - Mahdollisuudet, kannattavuus ja ympäristövaikutukset. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 11/2016. Luostarinen S, Logrén J, Grönroos J, Lehtonen H, Paavola T, Rankinen K, Rintala J, Salo T, Ylivainio K & Järvenpää M (2011a). Lannan kestävä hyödyntäminen. MTT. Raportti 21. Luostarinen S, Paavola T, Ervasti S, Sipilä I & Rintala J (2011b). Lannan ja muun eloperäisen materiaalin käsittelyteknologiat. MTT. Raportti 27. Maaseudun Tulevaisuus, 23.5.2018. Lutikat ja rotat kaupungistuvat vauhdilla - Maatiloilla loukun laukaisi tutkimuksessa useimmiten metsähiiri. Viitattu 20.8.2018. Saatavissa: https://www.maaseuduntulevaisuus.fi/ ymp%C3%A4rist%C3%B6/artikkeli-1.236521 Malińska K, Zabochincka-Swiatek M & Dach J (2014). Effects of biochar amendment on ammonia emission during composting of sewage sludge. Ecological Engineering 71:474-478. Manyi-Loh C E, Mamphweli S N, Meyer E L, Makaka G, Simon M & Okoh A I (2016). An overview of the control of bacterial pathogens in cattle manure. International Journal of Environmental Research and Public Health 13:843. doi: 10.3390/ijerph13090843. Marshall B M & Levy S B (2011). Food animals and antimicrobials: impacts on human health. Clinical Microbiology Reviews 24:718-733. doi: 10.1128/CMR.00002-11. Martinez-Carballo E, Gonzalez-Barreiro C, Scharf S & Gans O (2007). Environmental monitoring study of selected veterinary antibiotics in animal manure and soils in Austria. Environmental Pollution 148:570-579. Martinez J L (2009). Environmental pollution by antibiotics and by antibiotic resistance determinants. Environmental Pollution 157:2893-2902. doi:10.1016/j.envpol.2009.05.051. Marttinen S, Suominen K, Lehto M, Jalava T & Tampio E (2014). Haitallisten orgaanisten yhdisteiden ja lääkeaineiden esiintyminen biokaasulaitosten käsittelyjäännöksissä sekä niiden elintarvikeketjuun aiheuttaman vaaran arviointi. BIOSAFE-hankkeen loppuraportti. MTT, Jokioinen 2014. 87 s. ISBN: 978-952-487-519-6. Saatavilla: http://www.mtt.fi/ mttraportti/pdf/mttraportti135.pdf. Marttinen S, Venelampi O, Iho A, Koikkalainen K, Lehtonen E, Luostarinen S, Rasa K, Sarvi M, Tampio E, Turtola E, Ylivainio K, Grönroos J, Kauppila J, Koskiaho J, Valve H, Laine-Ylijoki J, Lantto R, Oasmaa A & zu Castell-Rüdenhausen M (2017). Kohti ravinteiden kierrätyksen läpimurtoa. Luonnonvarakeskus, Helsinki, 2017. ISBN: 978-952-326-437-3. 45 s. Saatavilla: https://jukuri.luke.fi/bitstream/handle/10024/540214/luke-luobio_45_2017.pdf?sequence=10. Marx C, Mühlbauer V, Krebs P & Kuehn V (2015). Environmental risk assessment of antibiotics including synergistic and antagonistic combination effects. Science of the Total Environment 524–525:269–279. DOI: 10.1016/j. scitotenv.2015.04.051. Masse D I, Saady N M C & Yan G (2014). Potential of biological processes to eliminate antibiotics in livestock manure: an overview. Animals 4:146-163. doi:10.3390/ani4020146. McEachran A D, Blackwell B R, Hanson J D, Wooten K J, Mayer G D, Cox S B & Smith P N (2015). Antibiotics, bacteria, and antibiotic resistance genes: aerial transport from cattle feed yards via particulate matter. Environmental Health Perspectives 123:337-343. doi: 10.1289/ehp.1408555. Miller J H, Novak J T, Knocke W & Pruden A (2014). Elevation of antibiotic resistance genes at cold temperatures: implications for winter storage of sludge and biosolids. Letters in Applied Microbiology 59:587-593. DOI: 10.1111/ lam.12325. Molarius R, Keränen J, Jylhä K, Sarlin T & Laitila S (2010). Suomen elintarviketuotannon turvallisuuden haasteita muuttuvissa ilmasto-olosuhteissa. VTT, Tampere, 2010. Tutkimusraportti VTT-R-2672-10, 2010. 82 s. Saatavissa: https:// www.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/2010/VTT-R-2672-10.pdf. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | Viitteet 95 Muurinen J, Stedtfel R, Karkman A, Pärnänen K, Tiedje J & Virta M (2017). Influence of manure application on the environmental resistome under Finnish agricultural practice with restricted antibiotic use. Environmental Science and Technology 51:5989-5999. DOI: 10.1021/acs.est.7b00551. Mäkinen P (2017). Biohiilen lisäyksen vaikutuksen kompostointiprosessiin laitosmittakaavan tunnelikompostoinnissa. Olkkola S (2016). Antimicrobial resistance and its mechanisms among Campylobacter coli and Campylobacter upsaliensis with a special focus on streptomycin. Väitöskirja. Helsingin yliopisto, Eläinlääketieteellinen tiedekunta. 74 s. Saatavissa: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-2142-4. Pan M & Chu L M (2016). Adsorption and degradation of five selected antibiotics in agricultural soil. Science of the Total Environment 545-546:48-56. doi:10.1016/j.scitotenv.2015.12.040. Pandey P K & Soupir M L (2011). Escherichia coli inactivation kinetics in anaerobic digestion of dairy manure under moderate, mesophilic and termophilic temperatures. AMB Express, 1:18. doi:10.1186/2191-0855-1-18. Paavola T, Winquist E, Pyykkönen V, Luostarinen S, Grönroos J, Manninen K & Rankinen K (2016). Lantaravinteiden kestävä hyödyntäminen tiloilla ja keskitetyssä biokaasulaitoksessa. Luonnonvarakeskus. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 33/2016. Palva R, Alasuutari S & Harmoinen T (toim.), (2009). Lannan käsittely ja käyttö. Tieto tuottamaan 128. ProAgria Keskusten liitto. Pereira R V, Siler J D, Ng J C, Davis M A, Grohn Y T & Warnick L D (2014). Effect of on-farm use of antimicrobial drugs on resistance in fecal Escherichia coli of preweaned dairy calves. Journal of Dairy Science 97:7644-7654. http://dx.doi.org/ 10.3168/jds.2014-8521. Poirel L, Rodriguez-Martinez J M, Mammeri H, Liard A & Nordmann P (2005). Origin of plasmid-mediated quinolone resistance determinant QnrA. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 49:3523-3525. doi:10.1128/AAC.49.8.3523- 3525.2005. Rabolle M & Spliid N H (2000). Sorption and mobility of metronidazole, olaquindox, oxytetracycline and tylosin in soil. Chemosphere 40:715-722. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(99)00442-7. Radhouani H, Siva N, Poeta P, Torres C, Correia S & Igrejas G (2014). Potential impact of resistance in wildlife, environment and human health. Frontiers in Microbiology 5:23. doi: 10.3389/fmicb.2014.00023. Raiko R, Saastamoinen J, Hupa M & Kurki-Suonio I (2002). Poltto ja palaminen, 2. painos, Jyväskylä, Gummerus Kirjapaino Oy, 750 s. Roberts M C (2005). Update on acquired tetracycline resistance genes. FEMS Microbiology Letters 245:195-203. http:// dx.doi.org/10.1016/j.femsle.2005.02.034. Ruuskanen M, Muurinen J, Meierjohan A, Pärnänen K, Tamminen M, Lyra C, Kronberg L & Virta M (2016). Fertilizing with animal manure disseminates antibiotic resistance genes to the farm environment. Journal of Environmental Quality 45:488-493. DOI: 10.2134/jeq2015.05.0250. Rybaríková J, Dolejská M, Materna D, Literák I & Cízek A (2010). Phenotypic and genotypic characteristics of antimicrobial resistant Escherichia coli isolated from symbovine flies, cattle and sympatric insectivorous house martins from a farm in Czech Republic (2006-2007). Research in Veterinary Science 89:179-183. doi:10.1016/j.rvsc.2010.02.016. Sahlström L (2003). A review of survival of pathogenic bacteria in organic waste used in biogas plants. Bioresource Technology, 87:161-166. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(02)00168-2. Salo T, Grönroos J, Luostarinen S, Kapuinen P, Manninen K, Rankinen K & Myllyviita T (2015). Lietelannan happokäsittely lannan ravinteiden käytön tehostamisen tukena. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 56/2015. http://jukuri.luke.fi/ bitstream/handle/10024/520282/luke-lubio_56_2015.pdf;sequence=2 Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | Viitteet 96 Sanchez H M, Echeverria C, Thulsiraj V, Zimmer-Faust A, Flores A, Laitz M, Healy G, Mahendra S, Paulson S E, Zhu Y & Jay J A (2016). Antibiotic resistance in airborne bacteria near conventional and organic beef cattle farms in California, USA. Water Air & Soil Pollution 227:280. doi: 10.1007/s11270-016-2979-8. Sandberg K D & LaPara T M (2016). The fate of antibiotic resistance genes and class 1 integrons following the application of swine and dairy manure to soils. FEMS Microbiology Ecology 92:1-7. doi: 10.1093/femsec/fiw001 Sandegren L (2014). Selection of antibiotic resistance at very low antibiotic concentrations. Uppsala Journal of Medical Sciences 119:103-107. DOI: 10.3109/03009734.2014.904457. Sarmah A K, Meyer M T & Boxall A B A (2006). A global perspective on the use, sales, exposure pathways, occurrence, fate and effects of veterinary antibiotics (VAs) in the environment. Chemosphere 65:725-759. doi:10.1016/j. chemosphere.2006.03.026. Sengeløv G, Agersø Y, Halling-Sørensen B, Baloda S B, Andersen J S & Jensen L B (2003). Bacterial antibiotic resistance levels in Danish farmland as a result of treatment with pig manure slurry. Environment International 28:587-595. Slana M & Dolenc M S (2013). Environmental risk assesment of antimicrobials applied in veterinary medicine- A field study and laboratory approach. Environ Toxicol Pharmacol 35:131-141. Spielmeyer A, Breier B, Groißmeier K & Hamscher G (2015). Elimination patterns of worldwide used sulfonamides and tetracyclines during anaerobic fermentation. Bioresource Technology 193: 307–314. doi: 10.1016/j.biortech.2015.06.081. Suomen standardisoimisliitto, (1990). SFS 3008, Veden, lietteen ja sedimentin kuiva-aineen ja hehkutusjäännöksen määritys. Suomen Standardoimisliitto ry, Helsinki. 3 s. Suomen standardisoimisliitto, 2000. SFS-EN 12879, Lietteen karakterisointi. Hehkutushäviön määrittäminen. Helsinki. 7 s. Suomen standardisoimisliitto, 2002a. SFS-EN 13652, Maanparannusaineet ja kasvualustat. Vesiliukoisten ravinteiden ja alkuaineiden uuttaminen. 30 s. Suomen standardisoimisliitto, 2002b. SFS-EN 13654-1, Soil improvers and growing media. Determination of nitrogen. Part 1: Modified Kjeldahl method. 11 s. Suomen standardisoimisliitto, 2009. SFS-EN ISO 11885:en, Water quality. Determination of selected elements by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). 32 s. Shin S W, Shin M K, Jung M, Belaynehe K M & Yoo H S (2015). Prevalence of antimicrobial resistance and transfer of tetracycline resistance genes in Escherichia coli isolates from beef cattle. Applied and Environmental Microbiology 16:5560-5566. doi:10.1128/AEM.01511-15. Silva M R & Naik T R (2007). Review of composting and anaerobic digestion of municipal solid waste and methodological proposal for a mid-size city. Kirjassa: Sustainable Construction Materials and Technologies, Edit. Chun Y M, Claisse P, Naik T R & Ganjian. Chun, P. Claisse, T. R. Naik & Ganjian). Kustantaja: Taylor & Francis. Saatavissa: https://www.researchgate. net/publication/242651110_Review_of_composting_and_anaerobic_digestion_of_municipal_solid_waste_and_a_ methodological_proposal_for_a_mid-size_city Sturini M, Speltini A, Maraschi F, Profumo A, Pretali L, Fasani E & Albini A (2012). Sunlight-induced degradation of soil- adsorbed veterinary antimicrobials Marbofloxacin and Enrofloxacin. Chemosphere 86:130-137. Subbiah M, Mitchell S M & Call D R (2016). Not all antibiotic use practices in food-animal agriculture afford the same risk. Journal of Environmental Quality 45:618-629. doi:10.2134/jeq2015.06.0297. Sun W, Qian X, Gu J, Wang X-J & Duan M-L (2016). Mechanism and effect of temperature on variations in antibiotic resistance genes during anaerobic digestion of dairy manure. Scientific Reports 6:30237. doi:10.1038/srep30237. Surette M D & Wright G D (2017). Lessons from the environmental antibiotic resistome. Annual Reviews 71:309-329. https://doi.org/10.1146/annurev-micro-090816-093420. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | Viitteet 97 Svahn O & Björklund E (2015). Thermal stability assessment of antibiotics in moderate temperature and subcritical water using a pressurized dynamic flow-through system. Internation Journal of Innovative and Applied Studies 11:872- 880. Tasho R P & Cho J Y (2016). Veterinary antibiotics in animal waste, its distribution in soil and uptake by plants: a review. Science of the Total Environment 563-564:366-376. doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.04.140. Thiele-Bruhn S (2003). Pharmaceutical antibiotic compounds in soils: a review. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 166:145-167. https://doi.org/10.1002/jpln.200390023. Thomson K, Rantala M, Hautala M, Pyörälä S & Kaartinen L (2008). Cross-sectional prospective survey to study indication-based usage of antimicrobials: results of use in cattle. BMC Veterinary Research 4:15. doi: 10.1186/1746-6148-4-15. Tian Y, Zhang J, Zuo W, Chen L, Cui Y & Tan T (2013). Nitrogen Conversion in Relation to NH 3 and HCN during Microwave Pyrolysis of Sewage Sludge. Environmental Science and Technology 47:3498-3505. Tolls J (2001). Sorption of veterinary pharmaceuticals in soils: A review. Environmental Science and Technology 35:3397- 3406. Turker G, Ince O, Ertekin E, Akyol C & Ince B (2013). Changes in performance and active microbial communities due to single and multiple effects of mixing and solid content in anaerobic digestion process of OTC medicated cattle manure. International Journal of Renewable Energy Research, 3. Turner C (2002). The thermal inactivation of E. coli in straw and pig manure. Bioresource Technology, 84:57-61. https:// doi.org/10.1016/S0960-8524(02)00008-1. Udikovic-Kolic N, Wichmann F, Broderick N A & Handelsman J (2014). Bloom of resident antibiotic-resistant bacteria in soil following manure fertilization. PNAS 111:15202-15207. https://doi.org/10.1073/pnas.1409836111. Unc A & Goss M J (2004). Transport of bacteria from manure and protection of water resources. Applied Soil Ecology 24:1-18. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2003.08.007. U.S. Environmental Protection Agency, 1994. EPA3051, Microwave assisted acid digestion of sediments, sludges, soils, and oils. Vandecasteele B, Sinicco T, D’hose T, Vanden Nest T & Mondini C (2016). Biochar amendment before or after composting affects compost quality and N losses, but not P plant uptake. Journal of Environmental Management 168:200-209. Van Epps A & Blaney L (2016). Antibiotic residues in animal waste: occurrence and degradation in conventional agricultural waste management practices. Current Pollution Report 2:135-155. https://doi.org/10.1007/s40726-016-0037-1. Veldman K, Cavaco L M, Mevius D, Battisti A, Franco A, Botteldoorn N, Bruneau M, Perrin-Guyomard A, Cerny T, De Frutos Escobar C, Guerra B, Schroeter A, Gutierrez M, Hopkins K, Myllyniemi A-L, Sunde M, Wasyl D & Aarestrup F M (2011). International collaborative study on the occurrence of plasmid-mediated quinolone resistance in Salmonella enterica and Escherichia coli isolated from animals, humans, food and environment in 13 European countries. Journal of Antimicrobial Chemotherapy 66:1278-1286. doi:10.1093/jac/dkr084. Virtanen V (2016). Eläinlääkkeiden ympäristöriskien arviointi. SIC!, 3/2016. Viitattu 23.5.2018. Saatavissa: https:// www.julkari.fi/bitstream/handle/10024/131114/3_16_44-48%20El%C3%A4inl%C3%A4%C3%A4kkeiden%20 ymp%C3%A4rist%C3%B6riskien%20arviointi.pdf?sequence=1 Wallace J S, Garner E, Pruden A & Aga D S (2018). Occurrence and transformation of veterinary antibiotics and antibiotic resistance genes in dairy manure treated by advanced anaerobic digestion and conventional treatment methods. Environmental Pollution, 236:764-772. Wales A D & Davies R H (2015). Co-selection of resistance to antibiotics, biocides and heavy metals, and its relevance to foodborne pathogens. Antibiotics 4:567-604. doi:10.3390/antibiotics4040567. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 | Mikrobilääkeresistenssi ja -jäämät nautatiloilla | Viitteet 98 Wang Y, Tian G-B, Zhang R, Shen Y, Tyrrell J M, Huang X, Zhou H, Lei L, Li H-Y, Doi Y, Fang Y, Ren H, Zhong L-L, Shen Z, Zeng K-J, Wang S, Liu J-H, Wu C, Walsh T R & Shen J (2017a). Prevalence, risk factors, outcomes, and molecular epidemiology of mcr-1-positive Enterobacteriaceae in patients and healthy adults from China: an epidemiological and clinical study. The Lancet Infectious Diseases 17:390-399. Wang Y, Zhang R, Li J, Wu Z, Yin W, Schwarz S, Tyrrell J M, Zheng J, Wang S, Shen Z, Liu Z, Liu J, Lei L, Li M, Zhang Q, Wu C, Zhang Q, Wu Y, Walsh T R & Shen J (2017b). Comprehensive resistome analysis reveals the prevalence of NDM and MCR-1 in Chinese poultry production. Nature Microbiology Letters 2:16260. Wei R, Ge F, Zhang L, Hou X, Cao Y, Gong L, Chen M, Wang R & Bao E (2016). Occurrence of 13 veterinary drugs in animal manure-amended soils in Eastern China. Chemosphere 144:2377-2383. http://dx.doi.org/10.1016/j. chemosphere.2015.10.126. World Health Organization (WHO), 2016. Critically important antimicrobials for human medicine – 5. revision 2016. Geneve 2017. 41 ss. ISBN: 978-92-4-151222-0. Youngquist C P, Mitchell S M & Cogger C G (2016). Fate of antibiotics and antibiotic resistance during digestion and composting: a review. Journal of Environmental Quality 45:537-545. doi:10.2134/jeq2015.05.0256. UNEP (2017). Frontiers 2017: Emerging issues of environmental concern. Yhdistyneet kansakunnat Ympäristöohjelma, Nairobi. Zhang L & Wu Q (2005). Single gene retrieval from thermally degraded DNA. Journal of Biosciences 30:599-604. Zhang Y, Zhang C, Parker D B, Snow D D, Zhou Z & Li X (2013). Occurrence of antimicrobials and antimicrobial resistance genes in beef cattle storage ponds and swine treatment lagoons. Science of the Total Environment 463- 464:631-638. doi:10.1016/j.scitotenv.2013.06.016. Zhang H, Zhou Y, Huang Y, Wu L, Liu X & Luo Y (2016). Residues and risks of veterinary antibiotics in protected vegetable soils following application of different manures. Chemosphere 152:229-237. http://dx.doi.org/10.1016/j. chemosphere.2016.02.111. Zhang H, Li X, Yang Q, Sun L, Yang X, Zhou M, Deng R & Bi R (2017). Plant Growth, Antibiotic Uptake, and Prevalence of Antibiotic Resistance in an Endophytic System of Pakchoi under Antibiotic Exposure. International Journal of Environmental Research and Public Health 14:1336. doi: 10.3390/ijerph14111336. Zhao L, Dong Y H & Wang H (2010). Residues of veterinary antibiotics in manures from feedlot livestock in eight provinces of China. Science of the Total Environment 408:1069-1075. doi:10.1016/j.scitotenv.2009.11.014. Zoonoosikeskus (2019). Laajakirjoisia beetalaktamaasientsyymejä tuottavat bakteerit (ESBL). Viitattu 29.10.2019. Saatavissa: https://www.ruokavirasto.fi/teemat/zoonoosikeskus/mikrobilaakeresistenssi/zoonoosibakteerien- resistenssi/laajakirjoisia-beetalaktamaasientsyymeja-tuottavat-bakteerit-esbl/ Zurek L & Ghosh A (2014). Insects represent a link between food animal farms and the urban environment for antibiotic resistance traits. Applied and Environmental Microbiology 80:3562-3567. http://dx.doi.org/10.1128/AEM.00600-14. Ruokaviraston tutkimuksia 4/2019 ISSN 2490-1180 ISBN 978-952-358-008-4 Kannen kuva: Kirsi Konttinen