抗生素在医学、畜牧业和水产养殖中广泛用于疾病预防、治疗和促进生长（Wang et al., 2022a; Zhang et al., 2018）。然而，它们在人体和动物体内的代谢效率较低，约40-90%以原形或活性代谢物的形式通过尿液和粪便排出，最终进入自然生态系统（Ottinger et al., 2016）。迄今为止，中国各地的水环境中已检测到90多种抗生素，浓度可达μg/L水平。在海水养殖中，抗生素（尤其是氟喹诺酮类如恩诺沙星（ENR）和环素类如土霉素（OTC），以及磺胺类药物如磺胺二甲氧唑（SMZ）对维持生产力和动物健康至关重要（Ren et al., 2024; Wang et al., 2022b）。这些抗生素在水产养殖废水中的检出频率很高，环境浓度通常在ng/L到μg/L之间。先前的研究显示，海水养殖废水中的ENR浓度可高达6880 ng/L，OTC浓度可达15163 ng/L（Xu et al., 2024; Zhang et al., 2021）。在中国和东南亚的海水养殖区，SMZ的浓度也高达1273 ng/L（Qin et al., 2025）。长期直接排放含抗生素的废水会导致海洋环境中抗生素残留，从而加剧近岸水域的抗生素污染（Chen et al., 2022）。例如，丁子湾的ENR浓度达到131.6 ng/L，OTC浓度高达1139 ng/L（Han et al., 2021）。黄海沉积物中的ENR浓度达到895.32 μg/kg，表层水中的SMZ浓度在1674至4671 ng/L之间（Han et al., 2021; Wang et al., 2018）。这些浓度经常超过生态安全阈值，对水生生物和底栖生物群落造成慢性毒性，并通过食物网放大效应威胁人类健康（Chen et al., 2022; Wang et al., 2022a）。此外，残留抗生素对微生物群落施加选择压力，加速抗生素抗性基因（ARGs）的传播，进一步破坏生态系统并危及公共健康（Ottinger et al., 2016; Wang et al., 2022a）。因此，有效去除抗生素已成为环境科学和工程领域的紧迫挑战。
过去几十年，人们开发了许多技术来减轻抗生素污染，包括物理化学处理方法（如高级氧化、吸附和膜分离）和生物过程（如活性污泥、生物膜反应器和人工湿地）（Ahtasham Iqbal et al., 2024; Li et al., 2024）。尽管这些方法在不同程度上有效，但存在明显局限性。物理化学方法通常成本较高且可能产生二次污染。吸附是一种高效且多用途的去除水环境中抗生素的方法（Duc Thang Nguyen et al., 2025）。在优化条件下（如pH值、剂量和接触时间），生物改性纳米材料和功能化生物炭等先进吸附剂可去除超过90%的氟喹诺酮类抗生素（Duc Pham et al., 2024）。通过利用定制的表面性质和协同作用，这些材料显著提高了对抗生素污染物的吸附能力和选择性（Vu et al., 2023）。生物处理方法更可持续，但在降解结构复杂的抗生素方面效率较低，并且对温度、盐度、营养水平和毒性压力等环境因素非常敏感（Zhao et al., 2024）。这些局限性凸显了探索新型环境介质和机制以有效减轻抗生素污染的迫切需求。
与传统基于工程的修复方法相比，沉积物作为一种天然存在的介质具有独特优势，包括低成本、广泛可用性和良好的环境兼容性（Liang et al., 2022; Tian et al., 2023）。沉积物普遍存在于河流、湖泊、河口和水产养殖系统中，不仅是污染物的主要储存库，还在其传输和转化中起关键作用（Han et al., 2021; Liang et al., 2022）。其较大的表面积和丰富的反应性官能团（如羟基、羧基、氨基）使其能够与有机污染物发生多种相互作用，如静电吸引、表面络合、氢键作用和疏水效应（Chen et al., 2023; Liang et al., 2022）。这些过程有效降低了抗生素、多环芳烃（PAHs）和农药等难降解化合物的溶解度、生物利用度和迁移性（Adeola and Forbes, 2021; Liang et al., 2022; Tian et al., 2023）。例如，氟喹诺酮类通过金属离子桥接和π–π相互作用容易与海洋沉积物结合（Liang et al., 2022），而河流沉积物对环素类具有高吸附能力（Cui et al., 2023）。尽管吸附作用至关重要，但人们对沉积物相关微生物群的生物降解潜力关注较少。沉积物是包含多种细菌和古菌（如Nitrosomonas、Pseudomonas、Methanosaeta和Methanobacterium）的天然微生物库，这些微生物具有多样的代谢功能（Xiao et al., 2023）。许多微生物能够在低氧甚至严格厌氧条件下生存，并能利用抗生素作为碳或氮源进行代谢和降解（如Rhodococcus biphenylivorans TG9T）（Zhang et al., 2023）。此外，沉积物中的功能微生物能够分泌水解酶、氧化还原酶和转移酶，将复杂的抗生素分子转化为毒性较低或无毒的代谢物，从而减轻其生态风险（Tian et al., 2024）。然而，目前关于沉积物中抗生素生物降解的研究仍然有限。
大多数研究集中在实验室条件下分离特定的降解菌株，而对整体微生物群落结构、与抗生素降解相关的功能基因或涉及的酶途径关注较少（Tian et al., 2024; Zhou et al., 2024）。现有研究通常只探讨单一机制，如吸附等温线、吸附动力学（Chen et al., 2023）或个别降解菌的代谢途径（Chabilan et al., 2023），而对物理化学吸附和微生物生物降解在沉积物中的协同作用缺乏系统理解。此外，不同抗生素在结构特征、物理化学性质和环境行为上存在显著差异（Liang et al., 2022），但沉积物对不同类别抗生素的衰减作用及其潜在的相互作用机制仍不明确。
为应对这些挑战，本研究调查了海水养殖废水处理系统中底泥的吸附和生物降解双重机制，针对三种代表性的海水养殖尾水中的抗生素：ENR、OTC和SMZ。主要目标是：（1）量化每种抗生素的吸附和生物降解的相对贡献；（2）阐明主要的吸附机制和关键影响因素；（3）识别参与抗生素去除的功能基因、关键酶和潜在降解细菌；（4）构建结构方程模型（SEM），揭示沉积物介导的抗生素衰减的协同途径和主导过程。这项工作加深了我们对海洋水产养殖系统中基于沉积物的去除机制的理解，并为开发可持续的抗生素污染控制技术提供了理论和实践指导。
