中国内陆湖泊中抗生素的分布及潜在风险

《Environmental Research》：Distribution and potential risks of antibiotics in inland lakes in China

中国内陆湖泊抗生素污染特征及风险评估显示，磺胺类、氟喹诺酮类等18种抗生素检出率较高，云贵和孟兴地区污染最严重，西藏-青海最低，人类活动显著影响水相浓度但沉积物受影响较小。约50%湖泊存在中高风险生态影响，环丙沙星等对儿童健康风险更突出。

　　抗生素作为重要的抗菌药物和生长促进剂，长期以来被广泛应用于感染治疗、农业、水产养殖以及畜牧业等多个领域。随着使用量的不断增加，抗生素在环境中的残留问题也日益突出。由于人体对这些药物的吸收和代谢并不完全，大量的抗生素通过排泄和代谢产物进入水体系统，最终在湖泊中积累并表现出一种伪持久性。这种现象对湖泊生态系统和人类健康构成了潜在威胁，因此，系统地分析抗生素在湖泊中的环境行为对于国家层面的抗生素生产与消费调控以及污染治理策略的制定具有重要意义。

在中国，许多内陆湖泊不仅是重要的湿地和地方景观，还常常作为公众饮用水的来源，占全国集中式饮用水水源的40.6%。这些湖泊在水体和沉积物中均检测到了抗生素的存在，且其污染状况呈现出明显的空间差异。研究发现，不同地区的抗生素残留浓度存在显著不同，其中西藏-青海地区的残留浓度最低，而云贵和蒙新地区的污染问题则更为严重。这表明，人类活动的强度与抗生素在湖泊中的分布具有密切关系。高人类活动区域的抗生素浓度较高，但对沉积物的影响相对较小。这种差异可能与不同区域所使用的药物种类和剂量偏好有关。

为了全面了解抗生素在湖泊中的污染情况和环境行为，本研究基于过去14年（2009-2022）的实地调查数据，系统地收集了中国主要内陆湖泊中抗生素的分布信息。研究涵盖了五大类抗生素，包括磺胺类（SAs）、氟喹诺酮类（FQNs）、四环素类（TCs）、大环内酯类（MLs）以及其他类（OTHs）。在这些湖泊中，十八种抗生素被广泛检测到，其中氟喹诺酮类和四环素类是主要的污染来源。抗生素在水体中的总浓度范围为1.3至625.31纳克/升，而在沉积物中的浓度则在2.08至214.85纳克/克干重之间。这一数据揭示了抗生素在不同环境介质中的分布特征。

研究进一步探讨了抗生素在湖泊水体和沉积物之间的分配行为，并分析了影响其空间异质性的关键因素。结果显示，抗生素在水体和沉积物中的分布并不均匀，部分区域的抗生素浓度较高，而另一些区域则相对较低。这种空间异质性可能与湖泊的水文特征、流域的污染源分布以及人类活动的强度密切相关。此外，抗生素在湖泊中的存在可能对生态系统的健康和人类的健康构成潜在风险。根据环境暴露的不确定性评估，约有一半的湖泊面临中度至高度的生态风险，其中主要驱动因素包括四环素类（CTC）和环丙沙星（CIP）对藻类的影响，以及四环素类对鱼类的影响。

在健康风险方面，研究发现，在高暴露情景下，29.8%的湖泊存在对儿童的潜在累积健康风险，而23.4%的湖泊则存在对成年人的健康风险。氟苯尼考（FF）在儿童中的健康风险高于其他抗生素。这些结果不仅揭示了抗生素在中国内陆湖泊中的污染状况，还为国家层面的抗生素管理提供了科学依据。此外，抗生素的伪持久性特性使其在环境中长期存在，可能对水体中的微生物群落产生选择压力，促进抗生素耐药基因（ARGs）的传播和富集，从而对湖泊生态系统和人类健康构成威胁。

本研究的意义在于，它首次系统地分析了中国主要内陆湖泊中抗生素的污染情况，填补了以往研究在国家尺度上的空白。以往的研究多集中于单个湖泊或局部区域，缺乏对全国范围内抗生素分布的整体认识。通过综合分析，本研究不仅描述了抗生素在湖泊水体和沉积物中的分布特征，还探讨了人类活动对抗生素浓度和组成的影响。同时，研究还评估了抗生素在湖泊中的生态和健康风险，并提出了相应的治理建议。这些发现有助于更好地理解抗生素在水体环境中的命运和迁移规律，为国家层面的抗生素管理政策提供支持。

在方法上，本研究采用了多种数据来源，包括Web of Science、ScienceDirect、Springer以及中国学术期刊网络出版数据库。研究过程中，通过筛选文献，确定了研究范围和对象。筛选标准包括：（1）发表时间为2009年至2022年；（2）研究区域在中国境内；（3）研究内容涉及抗生素在湖泊中的发生和分布。通过对这些数据的系统整理和分析，研究揭示了抗生素在中国内陆湖泊中的分布模式和环境行为。

此外，研究还特别关注了抗生素在湖泊中的生态和健康风险。在生态风险方面，抗生素的伪持久性特性使其在环境中长期存在，可能对水体中的微生物群落产生选择压力，促进抗生素耐药基因的传播和富集。这不仅威胁了湖泊生态系统的健康，还对人类的健康构成了潜在风险。在健康风险方面，抗生素的残留可能通过饮用水途径进入人体，进而对儿童和成人的健康产生影响。研究发现，氟苯尼考在儿童中的健康风险较高，这可能与其在水体中的浓度和暴露途径有关。

为了更全面地评估这些风险，研究采用了环境暴露的不确定性分析方法。这种方法能够考虑到不同湖泊的水文特征、污染源分布以及人类活动的影响，从而更准确地评估抗生素在湖泊中的生态和健康风险。研究结果表明，抗生素在湖泊中的分布和环境行为具有显著的空间差异，这种差异可能与不同地区的生态环境、人类活动强度以及抗生素的使用模式密切相关。

在治理策略方面，研究建议应加强抗生素在农业、畜牧业和水产养殖等领域的使用管理，减少抗生素的过量使用和排放。同时，应加强对湖泊水体和沉积物中抗生素的监测，特别是在污染较为严重的区域。此外，研究还指出，抗生素的伪持久性特性使其在环境中长期存在，因此，需要采取长期的治理措施，以减少其对生态系统的潜在影响。对于健康风险，应加强对饮用水安全的监管，确保抗生素的残留不会对公众健康造成威胁。

本研究的成果不仅为国家层面的抗生素管理提供了科学依据，还为湖泊污染治理策略的制定提供了参考。研究结果表明，抗生素在湖泊中的分布和环境行为具有显著的空间异质性，这种异质性可能与不同地区的生态环境、人类活动强度以及抗生素的使用模式密切相关。因此，针对不同地区的实际情况，制定相应的抗生素管理政策和污染治理措施，是减少抗生素对湖泊生态系统和人类健康影响的关键。

研究还发现，抗生素的分布和环境行为可能受到多种因素的影响，包括湖泊的水文特征、流域的污染源分布以及人类活动的强度。例如，高人类活动区域的抗生素浓度较高，但对沉积物的影响相对较小。这可能是因为高人类活动区域的水体流动性较强，使得抗生素更容易被稀释和扩散，而沉积物则受到更多的物理和化学作用，导致抗生素的残留较少。此外，不同区域的抗生素种类和剂量偏好也可能影响其在湖泊中的分布和环境行为。例如，某些区域可能更倾向于使用特定类型的抗生素，而另一些区域则可能使用不同的抗生素，这可能导致抗生素在湖泊中的分布出现差异。

在生态风险方面，抗生素的伪持久性特性使其在环境中长期存在，可能对水体中的微生物群落产生选择压力，促进抗生素耐药基因的传播和富集。这不仅威胁了湖泊生态系统的健康，还对人类的健康构成了潜在风险。因此，需要加强对湖泊中抗生素的监测和管理，以减少其对生态系统的潜在影响。同时，应加强对抗生素耐药基因的监测，以防止其在湖泊中的传播和富集。

在健康风险方面，抗生素的残留可能通过饮用水途径进入人体，进而对儿童和成人的健康产生影响。研究发现，氟苯尼考在儿童中的健康风险较高，这可能与其在水体中的浓度和暴露途径有关。因此，需要加强对饮用水安全的监管，确保抗生素的残留不会对公众健康造成威胁。此外，应加强对抗生素在农业、畜牧业和水产养殖等领域的使用管理，以减少抗生素的过量使用和排放。

综上所述，本研究通过对过去14年（2009-2022）的实地调查数据的系统整理和分析，揭示了抗生素在中国内陆湖泊中的分布模式和环境行为。研究发现，抗生素在湖泊中的分布和环境行为具有显著的空间异质性，这种异质性可能与不同地区的生态环境、人类活动强度以及抗生素的使用模式密切相关。因此，针对不同地区的实际情况，制定相应的抗生素管理政策和污染治理措施，是减少抗生素对湖泊生态系统和人类健康影响的关键。此外，研究还指出，抗生素的伪持久性特性使其在环境中长期存在，可能对水体中的微生物群落产生选择压力，促进抗生素耐药基因的传播和富集。因此，需要加强对湖泊中抗生素的监测和管理，以减少其对生态系统的潜在影响。同时，应加强对抗生素耐药基因的监测，以防止其在湖泊中的传播和富集。