A Scoping Study of Livestock Antimicrobials in Agricultural Streams of Alberta

Abstract

Pharmaceuticals are commonly used in the livestock industry, and studies have demonstrated that some pharmaceuticals can reach receiving water bodies. The main objective of this study was to measure the occurrence and concentration of selected veterinary pharmaceutical compounds commonly used by the livestock industry in Alberta across streams varying in agricultural intensity. A total of 247 water samples were collected from 23 watersheds during the open water season between, May 2005 and May 2006. Samples were analyzed for 27 commonly used veterinary pharmaceuticals from the following compound classes: avermectins, beta lactams, fluoroquinolones, ionophores, lincosamides, macrolides, sulfonamides, and tetracyclines. Subsequently, 10 antimicrobials were detected: narasin, salinomycin, monensin, sulfamethazine, sulfathiazole, sulfadoxine, erythromycin, lincomycin, chlortetracycline, and oxytetracycline. Trace (ng·L–1) concentrations of antimicrobials were detected in 51% of the samples (127 out of 247 samples). Monensin and sulfamethazine were detected most frequently (34% and 8% of samples, respectively). Monensin concentrations ranged from below the detection limit of 2 ng·L–1 to 843 ng·L–1. Monensin detection frequencies in study watersheds were correlated to manure production percentiles and regional cattle densities. Monensin concentrations were found to be significantly correlated to several water quality parameters (e.g., NH3–N). Monensin detection frequencies were found to be significantly higher in the spring than in the fall. Maximum concentrations for the other nine antimicrobials detected ranged between 3 and 250 ng·L–1. The antimicrobials detected and their concentrations were found to be similar to those in some recent European and North American livestock pharmaceutical stream surveys. Findings from this study can inform future monitoring programs and provides ambient concentrations for environmental (fate and transport) and toxicity studies to better evaluate potential risks to humans and the receiving aquatic ecosystems.

Des produits pharmaceutiques sont couramment utilisés en production animales et des études ont démontrées que certains de ces produits peuvent se retrouver dans les eaux de surface. L’objectif principal de cette étude était de mesurer l’incidence et la concentration de quelques composés pharmaceutiques vétérinaires spécifiques, couramment utilisés par l’industrie de l’élevage en Alberta, dans divers cours d’eau de la province assujettis à une intensité d’activités agricoles variés. Au total, 247 échantillons d’eau furent prélevés à partir de 23 basins versants pendant la saison des eaux libres, entre mai 2005 et mai 2006. Ces échantillons furent analysés dans le but d’y déceler 27 produits pharmaceutiques vétérinaires couramment utilisés, provenant des classes suivantes: avermectines, bêta-lactame, fluoroquinolones, ionophores, lincosamides, macrolides, sulfamidés et tétracyclines. Des 27 produits analysés, les dix agents antimicrobiens suivants ont été détectés : narasine, salinomycine, monensine, sulfaméthazine, sulfathiazole, sulfadoxine, erythromycine, lincomycine, chlortétracycline et oxytétracycline. De très faibles concentrations (ng·L–1) de produits pharmaceutiques furent détectés dans 51% des échantillons (127 sur 247 échantillons). Les composés détectés le plus fréquemment étaient le monensin et la sulfaméthazine (respectivement 34% et 8 % des échantillons). Les concentrations de monensin variaient entre une valeur sous le seuil de détection de 2 ng·L–1 et 843 ng·L–1. La fréquence de détection du monensin dans les basins versants étudiés était corrélée avec le centile de production du fumier ainsi que la densité régionale du bétail. Les concentrations du monensin se sont révélées significativement corrélées avec plusieurs paramètres de qualité de l’eau (p. ex. NH3). Les fréquences de détection du monensin étaient significativement supérieures au printemps comparativement à l’automne. Les concentrations maximales pour les neuf autres composés détectés variaient entre 3 et 250 ng·L–1. Les antimicrobiens détectés et leurs concentrations étaient semblables à ceux révélés par d’autres études récentes menées en Europe et en Amérique du Nord à l’égard des produits pharmaceutiques retrouvés dans les cours d’eau. Les résultats de cette étude peuvent servir à l’élaboration de futurs programmes de surveillance et fournir les concentrations ambiantes nécessaires aux études environnementales (sort et déplacement des produits pharmaceutiques) et toxicologiques afin de mieux évaluer les éventuels risques qui pèsent sur la santé des êtres humains et des écosystèmes aquatiques.