综述：人工湿地在污水处理过程中控制抗生素耐药性的能力：去除还是传播？

《Current Opinion in Environmental Science & Health》：Capacity of constructed wetlands to control antibiotic resistance during wastewater treatment: removal or dissemination?

本综述聚焦于人工湿地（CWs）这一可持续技术，在“同一健康”框架下对抗生素耐药性（AR）的双重作用。文章系统评估了CWs通过物理、化学及生物过程去除抗生素（41–99%）和抗生素耐药基因（ARGs， 0.5–1.0 log单位）的效能，同时揭示了其作为ARGs储存库（丰度高达104 copies/mL）及潜在传播热点的风险，并指出未来需关注基质再利用等环境风险。

　　

引言

在21世纪全球公共卫生领域，抗生素耐药性（AR）已成为最紧迫的挑战之一。据预测，到2050年，AR每年可能导致高达822万人死亡，其中亚洲、拉丁美洲和加勒比地区的负担最为沉重。应对这一日益增长的威胁需要采取全面、跨学科的策略。“同一健康”框架正是这样一种方法，它认识到人类、动物和环境健康之间的相互关联性，为理解和减轻AR在不同生态系统中出现和传播提供了整体视角。

在此框架内，废水及废水处理厂（WWTPs）扮演着关键角色，它们是连接人类活动与环境的重要接口。其控制环境污染和减少水传播疾病扩散的能力，使其成为从“同一健康”角度对抗AR的重要组成部分。然而，传统的废水处理过程，如活性污泥法和厌氧消化器，由于为微生物生长和基因交换提供了有利条件，可能成为抗生素耐药细菌（ARB）和抗生素耐药基因（ARGs）的储存库。相比之下，人工湿地（CWs）作为一种基于自然的可持续废水管理解决方案，因其成本效益高、生态效益好且能去除多种污染物而日益受到关注。但CWs在缓解AR传播方面的能力——或者说其潜在的加剧作用——正受到越来越多的审视。本综述旨在通过评估近期研究进展，厘清CWs在污水处理过程中控制AR的能力，究竟是主要作为AR的屏障，还是无意中促进了其传播。

文献计量分析

通过对2024年至2025年Web of Science数据库中相关文献进行文献计量分析发现，当前研究主要集中在以下几个主题：AR是废水处理和人工湿地研究中的核心主题，而ARGs则是一个贯穿所有象限的交叉主题。具体而言，“出水处理”和“微生物群落”是当前的“驱动主题”，研究活跃且重要性高；“新兴或衰退主题”包括“磺胺类抗生素”和“四环素耐药性”；“基础主题”涉及“去除”和“水生环境”；“高度专业化的细分主题”则包括“水平基因转移（HGT）”和“移动遗传元件（MGEs）”。这表明当前研究热点集中于利用新型基质（如生物炭）、整合创新技术（如微生物燃料电池（MFCs））以及表征抗性微生物群落。

人工湿地去除抗生素和ARGs的机制

人工湿地是一种由大型植物（挺水、沉水和/或漂浮植物）、多孔基质和多样化微生物群落组成的工程生态系统。它们通过物理（如过滤、吸附）、化学（如降解）和生物（如植物吸收、微生物降解）过程的协同作用来去除污染物，包括抗生素和ARGs。其中，基质吸附和微生物降解是去除抗生素的关键途径。对于ARGs，其去除机制更为复杂，可能包括基质截留、紫外线辐射、原生动物捕食以及ARGs宿主细菌的死亡等。然而，湿地环境也可能通过水平基因转移（HGT）促进ARGs在不同细菌间的传播，这是一个潜在的风险点。

人工湿地对污水处理过程中抗生素耐药性传播的贡献

近期（2024-2025年）的研究数据显示，配置生物炭基质或耦合微生物燃料电池（MFCs）的人工湿地在去除抗生素方面表现出色，效率可达41%至99%；对于ARGs，也能实现0.5至1.0个对数单位的削减。这证明人工湿地确实能够有效降低废水中的抗生素和ARGs负荷。

但另一方面，研究也频繁在人工湿地的基质和出水中检测到ARGs，其丰度在基质中可达10⁴ copies/mL，在出水中可达10^-2 copies/16S rDNA基因拷贝。对抗性微生物群落的分析进一步表明，ARGs在人工湿地系统内（从进水到基质和植物）存在迁移，并且有释放到周边环境的风险。因此，人工湿地似乎发挥着“AR缓冲系统”的作用：降低了液态流出物中的ARGs水平，但同时促进了其在基质中的积累。这个储存库可能带来环境风险，特别是在将人工湿地生物质（如富含ARGs的基质）重新用于农业时。

挑战与未来展望

未来的挑战和研究方向应集中在两个方面：一是评估人工湿地相关的AR风险，二是结合新技术以提升去除效率。

风险评价是量化AR环境影响的有力工具，可采用风险商数（RQ）分析、生态毒理学测试和生命周期评价（LCA）等方法。目前，将风险评价工具应用于人工湿地处理含抗生素废水的研究仍然有限，这是未来需要加强的领域。

在技术整合方面，将人工湿地与微生物燃料电池（MFCs）、膜过滤或高级氧化过程（AOPs）等先进技术相结合，有望进一步提高对抗生素和ARGs的去除效率，并降低环境风险。然而，大多数此类研究仍处于实验室规模，将其放大到实际规模的人工湿地系统并评估其长期性能和经济效益，是未来研究的关键。

总之，人工湿地在控制抗生素耐药性方面展现出巨大潜力，但其作为ARGs潜在储存库和传播热点的风险不容忽视。未来的研究应优先评估人工湿地基质作为AR传播潜在载体的风险，并推动高效、低风险的人工湿地技术从实验室走向实际工程应用。