冰相光化学驱动溶解性有机质介导不同亲疏水性抗生素的差异化降解机制及生态风险研究

本研究针对寒冷地区冰封期抗生素环境行为不明的问题，揭示了溶解性有机质(DOM)通过富集腐殖质类物质在冰液相区(LLRs)中促进亲水性抗生素(如SMZ、OTC)光降解(77.1%1O2贡献率)，同时通过蛋白类物质抑制疏水性抗生素(CIP、NOR)降解的二元机制，为寒区水体抗生素风险评估提供了新视角。

　　

在东北寒区的漫长冬季，冰封的河流成为抗生素的"时间胶囊"——微生物活动停滞，污染物却未如预期般累积。这个看似矛盾的现象背后，隐藏着冰相环境中独特的光化学反应密码。中国东北师范大学的研究团队在《Water Research》发表的这项研究，首次系统揭示了溶解性有机质(DOM)如何像"分子导演"般，在冰的微观液相区(LLRs)中编排不同亲疏水性抗生素的差异化降解大戏。

研究采用DOM固相萃取技术从松花江/辽河提取天然DOM，通过模拟太阳光照射系统，结合三维荧光光谱和傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)解析DOM组分，运用探针化合物捕获活性氧物种(ROS)，并采用发光细菌毒性测试评估降解产物生态风险。

【直接光解】实验显示：亲水性抗生素SMZ、OTC、LFX在冰中的降解速率常数(k_obs-ice)比水中高1.5-2.3倍，归因于LLRs的冻融浓缩效应增强光吸收；而疏水性抗生素CIP、NOR因溶剂笼效应在水中降解更快。

【DOM调控机制】三维荧光显示SRDOM富含类腐殖质(峰C和A)，LRDOM含更多类蛋白物质(峰T和B)。在冰中，腐殖质组分向LLRs的定向富集使¹O₂产率提升3.8倍，贡献SMZ降解的77.1%；而类蛋白物质通过激发态淬灭抑制疏水抗生素降解。

【毒性演化】值得注意的是，DOM诱导的冰相特异性氧化途径使OTC降解产物对费氏弧菌(Vibrio fischeri)的抑制率从12.3%骤增至54.7%，呈现"先增后减"的复杂毒性轨迹，这种非线性风险模式在传统水相研究中从未被发现。

这项研究建立了"抗生素亲疏水性-冰相DOM组成-降解路径-毒性演化"的关联模型，破解了寒区水体抗生素浓度"表观稳定"背后的光化学密码。研究结果对15-20%的全球季节性冰封河流具有普适性指导意义，为寒区水环境精准治理提供了理论基石——未来评估冰封期生态风险时，必须考量DOM组分差异引发的"冰水相变效应"，而非简单套用液态水体的评估模型。