华南师范大学环境研究院

华南师范大学化学品污染与风险控制团队华佩等在环境与生态领域期刊Water Research上发表题为“Occurrences, Transport Drivers, and Risk Assessments of Antibiotics in Typical Oasis Surface and Groundwater”文章，深入探讨了干旱区地表−地下水系统中抗生素的分布特征及其生态风险。

图文摘要

成果简介

该研究聚焦干旱区的典型绿洲区域，主要得出以下结论：地下水中抗生素的检出率和浓度均高于地表水中抗生素的检出率和浓度，强调了定期监测地下水的重要性。抗生素的使用量及其理化性质、土壤的理化性质是导致地表水和地下水中抗生素的赋存特征存在差异的主要原因。由于干旱区的高蒸散量和低储水量，纵向传输对地表−地下水系统中抗生素迁移转化的影响较弱；脱水红霉素（erythromycin-H₂O）和林可霉素（lincomycin）对88.9%的地表水，100%和40%的地下水样品中的藻类造成急性低风险，在未来使用中应当引起重视。总体而言，该研究结果深化了抗生素在水环境中的分布迁移模式及其关键控制因素的认知，对干旱地区的水资源保护的政策制定提供了理论和数据支持。

引言

全球超过四分之一的河流水生生态环境受到药物类污染威胁。目前抗生素在地表−地下水系统中的环境效应研究较少。尤其是干旱区作为养殖畜牧业的主要场所，对抗生素污染存在较高的暴露风险。同时，气候变化背景下的干旱区对环境污染表现出极高的敏感性和脆弱性。因此，有必要聚焦于干旱区，深入探究抗生素在地表−地下水系统中的环境行为及其对生态环境安全的影响。本研究选取了31种常见抗生素，分析了塔克拉玛干沙漠缘的策勒绿洲抗生素在地表−地下水系统中的空间分布、迁移传输，并评估其对不同营养级水生生物的生态风险。

图文介绍

（1）分布特征

研究区域水环境中抗生素的分布规律如图1和图2所示。在地表水样品中，31种目标抗生素中共有20种被检出，其总浓度范围为17.37 - 84.09 ng L^-1，氟喹诺酮类（fluoroquinolones，FQs）是主要的优势抗生素（浓度占比范围为42.8% - 92.2%）（图2），各抗生素单体的浓度中值排序为诺氟沙星（norfloxacin，4.86 ng L^-1）>环丙沙星（ciprofloxacin，3.93 ng L^-1）>培氟沙星（pefloxacin，3.39 ng L^-1）（图1）。然而，在地下水样品中，31种目标抗生素中共有24种被检出，其总浓度范围为16.38 - 277.41 ng L^-1，成分构成主要以氟喹诺酮类为主（浓度占比范围为19.1% - 86.6%），各单体抗生素的浓度中值排序为培氟沙星（6.30 ng L^-1）>诺氟沙星（4.33 ng L^-1）>环丙沙星（2.68 ng L^-1）。

图1 研究区域抗生素浓度(a)及检出率(b)

（2）地表−地下水交互作用

为揭示地表−地下水环境中抗生素的交互作用，我们对地表和地下水中抗生素分布模式进行了对比分析。一方面，通过浓度对比，发现地表水中抗生素浓度低于地下水中抗生素浓度，其主要原因是由于采样区位于沙漠边缘，而砂质土壤渗透性强，对污染物吸附能力弱，进而导致污染物更易向地下水迁移。抗生素类别来看，林可酰胺类（lincosamide）和四环素类（tetracyclines）在地表水中浓度更高而二氨基嘧啶类（diaminopyrimidines）和磺胺类（sulfonamides）多富集于地下水中。

另一方面，我们选取了检出率高于87%的抗生素的浓度绘制热图（heatmap），结果如图2(c)所示。纵向来看，同一河流的抗生素赋存特征具有一致性，表明了河流中抗生素污染的同源性。然而，类I、III和类IV、V分别代表策勒河地下水和策勒河地表水，其不同的优势抗生素表明，抗生素在干旱区的地表水与地下水中垂向交换能力较弱。

图2 抗生素浓度组成(a) 地表水、(b) 地下水以及抗生素浓度热图分析(c)

（3）影响因子

为探明研究区域抗生素迁移运输的关键控制因素，我们对地表水中抗生素浓度和水体理化性质进行了冗余分析（redundancy analysis）。如图3所示，氧化还原电位值（ORP，p < 0.01）和溶解氧含量（DO，p < 0.05）均与地表水中主要抗生素浓度呈现出显著负相关。然而，通过对地下水抗生素浓度与水体理化性质开展相关矩阵分析，发现地下水各理化性质与抗生素浓度之间均没有显著关系（p > 0.05）。

图3 地表水中抗生素浓度冗余分析三序图

（4）生态风险

为阐明研究区域水环境中生态系统对抗生素的暴露风险，我们采用了风险熵值（Risk quotient， RQ）法，定量评估了不同营养级生物的暴露风险值。结果如图4显示，抗生素对研究区域98.9%的地表水和99.1%的地下水中的水生物种均不构成生态风险（RQ < 0.01）。地表水与地下水中水生生物对抗生素的暴露风险值没有显著差异，但是藻类的风险值显著高于水蚤和鱼类的风险值。

图4 抗生素对不同营养级水生生物的生态风险 (a)地表水、(b) 地下水

参考文献：

Wu, S., Hua, P., Gui, D., Zhang, J., Ying, G., Krebs, P., 2022. Occurrences, Transport Drivers, and Risk Assessments of Antibiotics in Typical Oasis Surface and Groundwater. Water Res. 119138. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.119138

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.119138