東北地理所在寒區(qū)湖泊水體抗生素時空動態(tài)及其生態(tài)風(fēng)險研究方面取得進(jìn)展
抗生素作為一類典型的新污染物在國內(nèi)外廣受關(guān)注，其對生態(tài)環(huán)境和人類健康的潛在威脅引起了人們的極大關(guān)注。2022年國務(wù)院辦公廳印發(fā)《新污染物治理行動方案》明確指出新污染物應(yīng)遵循全生命周期環(huán)境風(fēng)險管理理念，統(tǒng)籌推進(jìn)新污染物環(huán)境風(fēng)險管理。抗生素污染已成為湖泊水環(huán)境健康面臨的重要挑戰(zhàn)，中低緯度湖泊相繼開展了抗生素污染的相關(guān)研究。然而，寒區(qū)湖泊冰封和低溫對水體中抗生素空間分布的影響機(jī)制及其生態(tài)風(fēng)險尚不清楚（圖1）。因此，探究全季節(jié)寒區(qū)湖泊水體抗生素分布特征及其潛在生態(tài)風(fēng)險評估具有重要意義。
東北地理所水文與水資源研究團(tuán)隊針對查干湖這一典型寒區(qū)湖泊，從全季節(jié)尺度綜合探討了抗生素的污染特征及時空分布，探究其與抗性基因 (ARGs) 的相關(guān)關(guān)系，并結(jié)合生態(tài)風(fēng)險篩選分級式優(yōu)先管控抗生素名單。管控名單對于促進(jìn)當(dāng)前新污染物環(huán)境健康風(fēng)險研究和寒區(qū)湖泊污染管控具有重要的學(xué)術(shù)和現(xiàn)實(shí)意義。
圖1. 全季節(jié)寒區(qū)湖泊抗生素賦存的影響因素示意圖
研究結(jié)果表明：
（1）查干湖水體七類常用抗生素濃度檢出順序?yàn)?(β內(nèi)酰胺類>四環(huán)素類>磺胺類>氯霉素類>喹諾酮類>大環(huán)內(nèi)酯類>糖肽類)，其中阿莫西林 (AMX) 和土霉素 (OXY) 為主要污染物，并且其在湖泊和周邊匯水區(qū)污染特征相似（圖2、3）。
圖2. 查干湖及周邊匯水區(qū)抗生素污染狀況
圖3. 12種抗生素在湖泊和周邊匯水區(qū)離散性分布
（2）冰封濃縮過程和弱光照以及低溫環(huán)境的綜合作用促使查干湖冬季水體抗生素呈現(xiàn)出高污染水平(圖4)，灌區(qū)退水則是促進(jìn)非冰封期抗生素季節(jié)分布的主要因素 。
圖4. 抗生素濃度的季節(jié)性分布
（3）大環(huán)內(nèi)酯類、四環(huán)素類以及萬古霉素類抗性基因的相對豐度較高，主要受其對應(yīng)抗生素的半衰期和親脂性的影響。因此，抗生素的理化性質(zhì)是其污染管控中不可忽視的關(guān)鍵要素 (圖5)。
圖5. Log P和K的相關(guān)關(guān)系 (Log P表示特定抗生素的辛醇-水分配系數(shù)的對數(shù);K為抗生素與相應(yīng)ARGs線性函數(shù)關(guān)系的斜率值)
（4）利用風(fēng)險商法評估了查干湖水體抗生素全季節(jié)污染的生態(tài)風(fēng)險，基于ARGs的相對豐度和生態(tài)風(fēng)險，運(yùn)用權(quán)重法構(gòu)建查干湖抗生素優(yōu)先管控系數(shù) (HCPL)，確定四個管理層級，即關(guān)鍵優(yōu)先級為β-內(nèi)酰胺類 (AMX) 和大環(huán)內(nèi)酯類 (ERY, TYL) 抗生素，高優(yōu)先級為四環(huán)素類抗生素 (TET, OXY) 和萬古霉素，中優(yōu)先級為磺胺類 (SDZ)，低優(yōu)先級為喹諾酮類藥物 (CIP、NOR、ENR) 和氯霉素類藥物 (CAP)（圖6）。
圖6. 查干湖抗生素優(yōu)先管控名單確定
綜上所述，建議加強(qiáng)查干湖及其匯水區(qū)冰封期及融化期β-內(nèi)酰胺類和大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的優(yōu)先管控，為查干湖水環(huán)境風(fēng)險管控提供科學(xué)支撐。
該研究成果發(fā)表在水環(huán)境領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《Water Research》。本研究由東北地理所博士研究生鞠含俞（第一作者）、章光新研究員（通訊作者）和新加坡國立大學(xué)張敬杰教授（共同通訊作者）等共同完成。該研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項目 (42077356，41877160)、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項 (XDA28020500) 和吉林省重點(diǎn)研發(fā)計劃項目 (20200403002SF) 的共同資助。
論文信息：Hanyu Ju, Ling Liu, Xuemei Liu, Yao Wu, Lei Li, Karina Yew-Hoong Gin, Guangxin Zhang*, Jingjie Zhang*. (2022). A comprehensive study of the source, occurrence, and spatio-seasonal dynamics of 12 target antibiotics and their potential risks in a cold semi-arid catchment. 229, 119433.
鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.119433
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