平原河网流域抗生素的季节差异、来源解析与生态风险评估：以太湖流域长兴平原河网为例

推荐：本研究针对平原河网区抗生素污染源解析与生态风险评价难题，以太湖流域长兴平原河网为对象，采用PMF模型和RQ/HI方法，揭示干季抗生素浓度（N.D-138 ng/L）显著高于湿季（N.D～22 ng/L），首次量化了扩散污染（42%）、城市污水（30%）等四大来源贡献，发现ERY、SMX和ENO存在中度生态风险，为太湖流域抗生素管控提供科学依据。

　　

抗生素作为人类疾病治疗和畜禽养殖促生长剂，其全球使用量持续攀升——2020年全球年产量达22.3万吨，中国以8.99×10⁹DDDs（限定日剂量）的用量成为最大消费国。然而30%-90%的抗生素未被生物体吸收，最终通过排泄物进入环境，在河流湖泊中形成"伪持久性"污染。太湖作为中国第三大淡水湖，其流域贡献了全国14%的GDP，却面临着严峻的抗生素污染压力，此前研究显示太湖开放水域抗生素浓度高达340 ng/L。尽管已有研究关注太湖入湖河流的抗生素污染，但对污染源的系统解析仍存在空白，传统PCA等方法难以解决混合土地利用流域的共线性问题。

针对这一科学问题，国内研究团队在《Emerging Contaminants》发表论文，以太湖流域长兴平原河网的4条河流（夹浦港、合溪港、长兴港、杨家浦港）为研究对象，通过干湿两季（2024年4月与7月）27个采样点的水样采集，检测36种抗生素（含10种MLs、11种SAs、11种QNs和4种TCs），采用正矩阵分解（PMF）模型进行源解析，结合风险商数（RQ）和危害指数（HI）评估生态风险，并计算入湖通量。主要技术包括：固相萃取-液相色谱质谱联用分析、基于水文学方法的通量估算、EPA PMF 5.0源解析模型，以及基于藻类、溞类和鱼类毒性数据的生态风险评估框架。

3.1 抗生素的时空分布特征
研究揭示显著的季节性差异：干季平均总浓度（58.3 ng/L）是湿季（10.5 ng/L）的5.6倍，其中大环内酯类（ERY为主）占干季总量的48%。空间上，流经农村地区的夹浦港浓度最高（干季50.9-214.6 ng/L），其下游站点JP2、JP3形成污染热点。聚类分析显示夹浦港与其他河流形成明显分离群组，反映农村地区污水基础设施不足导致的污染集聚。

3.2 污染源解析
PMF模型识别出四大来源：水产养殖（11%，以CTC为标志物）、扩散污染（42%，含SDZ、ERY等多类抗生素）、城市污水（30%，SMX/TMP特征比值<5）和农业活动（17%，以DC为主）。其中扩散污染贡献最大，体现降雨径流对多种人类活动的综合输送效应。值得注意的是，城市污水排放点（如YJP6站点）在湿季因污水处理厂超负荷运行出现浓度反弹。

3.3 入湖通量估算
年输入总量达19.82 kg，夹浦港（10.58 kg/year）和长兴港（5.81 kg/year）是主要贡献者。单位面积通量（0.0139 kg/km²）虽低于珠江流域，但其对太湖西南部的局部影响显著。与太湖西北部河流相比，长兴平原河网ERY通量高出一个数量级，凸显区域污染特征的差异性。

3.4 生态风险评估
干季ERY、SMX和ENO的RQ值达0.1-1区间，呈现中度风险；湿季风险普遍降低（RQ<0.1）。危害指数分析显示JP2、JP3和CX2站点HI值接近0.8，需重点关注。值得注意的是，尽管四环素类（如CTC）浓度较高，但其光解半衰期短（夏季约3.73小时），实际风险低于持久性更强的ERY等MLs。

这项研究首次系统量化了太湖西南部平原河网的抗生素污染格局，创新性地将PMF模型应用于复杂河网系统的源解析，揭示扩散污染（而非传统认知的养殖业）是最主要贡献源。研究提出的"农村孤立河道-城市互联河网"污染传输模型，为类似平原河网区的管理提供范式。实践层面，建议优先管控夹浦港流域的畜禽养殖废水，并在长兴城区推进雨污分流改造。该成果不仅为《新兴污染物控制行动计划》提供技术支撑，其建立的季节性监测框架更可推广至长江三角洲其他高密度河网区。未来研究需结合抗性基因检测，全面评估抗生素污染的生态健康影响。