《Marine Pollution Bulletin》：Unraveling antibiotic fate in a highly urbanized estuary: Spatiotemporal patterns, multi-media partitioning, and contaminant prioritization
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珠江口近岸海域抗生素时空分布及多介质分异规律研究，通过垂直分层采样揭示表面水、底水及沉积物中共检测出58种抗生素，总浓度0.29-70.4 ng/g，呈现季节分异和空间梯度特征。pH、盐度及有机碳显著调控抗生素赋存形态，80.9%-86%以沉积物为最终归宿。ToxPi模型识别出干季高优先级抗生素为安детромицин和甲氧苄啶，湿季为安детромицин和氧四环素，为区域抗生素风险管控提供科学依据。
Nian-Nian Wu|Shan Liu|Ru Xu|Qian-Yi Huang|Yun-Feng Pan|Heng-Xiang Li|Lang Lin|Rui Hou|Xiang-Rong Xu|Xiao-Ping Huang
中国广西大学海洋科学学院珊瑚礁研究中心南海珊瑚礁研究实验室，南宁，530004，中国
摘要
河口积累了各种污染物，尤其是抗生素，但在理解其多介质分配机制和优先级方面仍存在显著差距。本研究全面考察了高度城市化河口环境（珠江口）中抗生素的时空动态、分配机制和生态风险，并确定了优先控制的抗生素种类。表层水、底层水和沉积物样本中分别含有21种、18种和20种抗生素，总浓度范围分别为2.0–54.7 ng/L、1.7–49.1 ng/L和0.29–70.4 ng/g。空间梯度显示，从河流到海洋环境，抗生素浓度逐渐降低。抗生素的疏水性及环境参数（如pH值、盐度、溶解氧和总有机碳）调节了抗生素的分布。季节变化显著影响了表层水中的抗生素水平，而底层水和沉积物中的浓度则相对稳定。质量清单数据显示，沉积物可能是抗生素的储存库（占80.9–86%），其中羽流扩散区是这些化合物的主要储存区域。根据ToxPi框架，在旱季（无水红霉素和三甲氧苄氨嘧啶）和雨季（无水红霉素和氧四环素），两种抗生素被确定为高优先级抗生素。本研究强调了监测高优先级抗生素的必要性，以指导环境管理并降低海洋环境中的生态和健康风险。
引言
抗生素是一类杀菌或抑菌药物，在医学上广泛用于细菌感染的治疗（Nemeth等，2015；Sarmah等，2006）。多年来，其应用范围已扩展到人类和动物的疾病预防和治疗，以及促进畜牧业和水产养殖业的发展（Enshaie等，2025；Ferri等，2022；Zhou等，2013）。最近的一项基于模型的研究表明，2018年全球抗生素消耗量为40.1亿个定义日剂量（Browne等，2021），预计到2030年这一数字可能翻倍（Klein等，2018）。这些数据凸显了全球抗生素生产和消费的上升趋势。
随着全球抗生素生产和使用的增加，越来越多的这类物质通过各种途径进入环境，引发了一系列环境问题。研究表明，长期暴露于抗生素会影响水生生物的生长、免疫功能和繁殖（Qiu等，2020；Yang等，2020；Zhao等，2019）。例如，一项为期45天的研究显示诺氟沙星会延缓海参的生长（Zhao等，2019）。磺胺类药物和喹诺酮类药物已被证明会降低斑马鱼的繁殖力和孵化成功率（Wang等，2017）。氧四环素、多西环素和氟苯尼考被发现能抑制虹鳟鱼（Oncorhynchus mykiss）的细胞有丝分裂反应（Lundén和Bylund，2000）。
作为人口密度高和经济发展迅速的地区，河口不仅是渔业和农业的重要生产基地，也是来自陆地来源的污染物的主要储存库（Madikizela和Ncube，2022；Su等，2024）。在中国秦皇岛河口（Su等，2024），共检测到9种抗生素，其中磺胺甲噁唑的中位浓度为22.5 ng/L，而其他抗生素（包括氟喹诺酮类（诺氟沙星和氧氟沙星）、大环内酯类（红霉素、阿奇霉素和罗红霉素）和林可酰胺类（林可霉素和克林霉素）的中位浓度均未超过10 ng/L。在伊朗波斯湾（Kafaei等，2018），在水中检测到6种抗生素（浓度为0.8–89 ng/L），在沉积物中检测到6种抗生素（浓度为1–118 ng/g）。在非洲肯尼亚的两个城市河口（K'Oreje等，2016），主要检测到磺胺类药物和三甲氧苄氨嘧啶（TMP），其浓度达到数十甚至数百μg/L，远高于其他河口地区。这些发现表明，全球各地的河口都存在不同程度的抗生素污染。
珠江口（PRE）是人口密集且经济活跃的珠江三角洲的污染物汇聚地，尤其是抗生素的重要储存库。这些物质通过污水和水产养殖废水不断排放，表现出伪持久性，威胁着河口渔业、水生生物安全、生物多样性和人类健康（Zheng等，2021）。了解该地区的抗生素环境动态至关重要。尽管珠江口的抗生素污染问题已被广泛报道，但现有研究主要依赖于整体水体和沉积物的测量，很少关注水柱的垂直结构（Liang等，2013；Li等，2018）。这导致人们对水-沉积物分配的垂直异质性及其影响了解不足。此外，以往的研究大多基于浓度数据，很少使用质量清单框架来解释河口尺度上的多介质（表层水、底层水和沉积物）分配情况。关键的是，很少有研究采用综合的多标准生态风险指标（如ToxPi框架）来系统地确定最需要关注的抗生素。
为了解决这些问题，我们开发了一个综合框架，包括：（1）在表层水、底层水和沉积物中进行垂直分布的采样；（2）基于质量清单的河口尺度负担和各组分分布的量化；（3）使用ToxPi框架（结合出现频率、持久性、生物积累和生态毒性）进行季节性多指标优先级排序，以确定高优先级抗生素。与传统的风险商数（RQ）评估方法不同，ToxPi整合了多个参数（包括持久性和生物积累潜力），从而更准确地识别出需要优先控制的化合物。这种方法超越了仅关注出现的监测方法，为优化监测、干预时机和风险管理中的化合物优先级提供了可行的指导。
部分内容摘录
化学物质和标准
选择了31种抗生素作为研究对象，包括9种磺胺类药物（SAs）[磺胺二甲氧嘧啶（SDZ）、磺胺噻唑（STZ）、磺胺甲噁唑（SMZ）、磺胺二甲氧嘧啶（SMX）、磺胺异噁唑（SX）、磺胺二甲氧嘧啶（SDO）、磺胺二甲氧嘧啶（SDM）、磺胺喹噁唑（SQX）、磺胺甲噁唑（SM）]，9种氟喹诺酮类药物（FQs）[环丙沙星（CFX）、达诺沙星（DAN）、氟洛沙星（DIF）、氧氟沙星（OFX）、诺氟沙星（NFX）、培氟沙星（PEF）、马波沙星（MAR）、氟罗沙星（FL）、卡巴多沙星（CAR]，以及5种大环内酯类药物（MLs）
水
在雨季和旱季的水样中分别检测到19种和15种抗生素（图S1）。雨季抗生素的总浓度范围为3.1–54.7 ng/L（平均21.8 ng/L），而旱季为1.7–39.6 ng/L（平均14.1 ng/L）（表S5和表S6）。我们的结果与2013年和2018年同一地区的历史数据以及泰霍河口的记录相比有显著下降
研究局限性和未来展望
本研究存在一些局限性。首先，采样仅限于两个季节，可能忽略了某些偶发变化（如风暴、潮汐）。未来的工作应增加高频、基于事件的监测。其次，本研究主要关注母体抗生素，对代谢物和转化产物的覆盖范围有限。鉴于它们的潜在持久性和毒性，扩大监测范围以包括关键代谢物和非目标物质将有助于更全面地了解这些物质的影响
结论
本研究全面研究了珠江口表层水、底层水和沉积物中各种抗生素的污染水平、组成和时空特征。在旱季，河口水中的抗生素主要是磺胺类药物（SAs）和大环内酯类药物（MLs），而在雨季则转变为磺胺类药物（SAs）、氯霉素类（LCs）和大环内酯类药物（MLs）。在沉积物中，旱季主要是氟喹诺酮类药物（FQs），雨季则转变为四环素类（TCs）和大环内酯类药物（MLs）。从空间上看，抗生素的分布存在明显梯度
CRediT作者贡献声明
Nian-Nian Wu：撰写——初稿、正式分析、数据整理。Shan Liu：撰写——审稿与编辑、方法学设计、资金获取、正式分析、概念构思。Ru Xu：调查、正式分析。Qian-Yi Huang：调查、正式分析。Yun-Feng Pan：调查、正式分析。Heng-Xiang Li：调查。Lang Lin：调查。Rui Hou：调查。Xiang-Rong Xu：监督、资源协调、资金获取。Xiao-Ping Huang：监督。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢海南省科学技术专项资金（编号：ZDYF2022SHFZ317）、国家自然科学基金（编号：42576143、42177388和U21A2036）、三亚市科技创新专项项目（编号：2022KJCX74）以及国家重点研发计划（编号：2022YFC3105600）的支持。
