《Journal of Hydrology》：From longitudinal dispersal to vertical sequestration: Hydraulic regulation drives divergent antibiotic fates via suspended particulate matter dynamics across natural and engineered waterways
编辑推荐：
•与运河相比，河流中的抗生素含量更高，分布也更复杂。•水动力差异通过调控悬浮颗粒物动态来影响抗生素的分布。•河流具有连续的输送作用，而运河则因泄洪闸的存在而形成分段结构。•悬浮颗粒物有助于抗生素在河流中的下游输送，但在运河中则会促使抗生素滞留。引言抗生素是一类新兴污染物，由于其在
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与运河相比，河流中的抗生素含量更高，分布也更复杂。
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水动力差异通过调控悬浮颗粒物动态来影响抗生素的分布。
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河流具有连续的输送作用，而运河则因泄洪闸的存在而形成分段结构。
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悬浮颗粒物有助于抗生素在河流中的下游输送，但在运河中则会促使抗生素滞留。
引言
抗生素是一类新兴污染物，由于其在全球水环境中的广泛存在，越来越受到关注（Li等人，2026；Wu等人，2025）。由于在畜牧业和水产养殖中的大量使用，农业流域通常被视为抗生素污染的高发区（Hu等人，2023；Su等人，2023）。动物生产中较低的利用效率导致大量抗生素释放到周围水体中（Su等人，2021），这不仅威胁着水生生态系统，还会促进抗生素抗性的产生（Zhang等人，2024a）。
随着对航运、灌溉和排水的需求不断增加，人工运河在全球范围内不断扩展（世界自然基金会，2007）。在许多流域中，天然河流与人工运河共存，共同成为污染物向沿海地区输送的重要途径（Xu等人，2023）。然而，这两种水道之间存在一个重要但研究不足的差异。天然河流通常具有动态的流态和较强的水文连通性，有利于污染物的持续输送和混合。而人工运河则通常配备有泄洪闸和堤坝，其流态受控，相对稳定且呈碎片化状态。由于水动力条件会显著影响抗生素的输送和命运（Cui等人，2025；Song等人，2022），不同的流态预计会导致污染物表现出不同的环境行为。诸如大坝和泄洪闸之类的水利结构能够改变抗生素在沉积物与水界面的重新分布、下游输送以及不同相态下的命运（Lu等人，2025；Hua等人，2022；Guo等人，2017），例如在泄洪闸关闭时滞留污染物，或在闸门打开时引发脉冲式释放（Lu等人，2025）。此外，堤坝等结构还能通过限制侧向水流和改变径流输送方式来改变污染物的迁移路径（Zhang等人，2021）。这些人为改造意味着天然河流可能接收到更多直接且多样的外部输入，而受控的运河则更易出现较强的水力滞留效应、不同的颗粒物输送特性以及更为不连续的下游输出。
导致这些差异的一个关键机制是悬浮颗粒物的调控。由于其复杂的絮凝结构、较大的比表面积以及丰富的吸附位点，悬浮颗粒物成为水环境中抗生素的重要载体（Wang等人，2025；Walch等人，2022）。作为颗粒反应型污染物的主要载体，悬浮颗粒物负责在水中和河床沉积物之间实现抗生素的输送、沉积和重新分布（Zhang等人，2024b；Cui等人，2023；Yan等人，2022）。水利结构通过改变流速、湍流强度和停留时间来调控悬浮颗粒物的动态，从而控制其悬浮、输送和沉积过程（Fan等人，2025；Eggleton和Thomas，2004）。低能量且受控的流态通常会促使细粒且富含悬浮颗粒物的沉积物积累，进而增强相关污染物的滞留（Zhang等人，2024c；Zhang等人，2026）。
尽管人们对抗生素的存在和输送越来越重视，但大多数研究都集中在单个河流或运河系统上（Liu等人，2023；Yin等人，2022；Chen等人，2022）。在同一时空背景下对天然河流与受水力调控的运河进行系统比较的研究仍然很少。尤其是，目前还不清楚这两种系统之间固有的水动力差异是如何通过调控悬浮颗粒物动态，从而导致抗生素的存在、分布及相态分配出现差异的。这一知识空白制约了针对不同系统制定差异化的污染控制策略。
为了解决这一问题，我们在一个典型的农业流域开展了对比研究，选取了一条相对自然的河流和一条由泄洪闸调控的运河，这两者虽然具有相似的污染源，但水文状况却有所不同。我们提出以下假设：（1）由于水力拦截作用较小，天然河流中的抗生素污染负荷更高且更复杂；（2）这两种系统在抗生素的空间分布模式及相态分配行为上存在差异；（3）悬浮颗粒物在这两种系统中对抗生素的输送和命运起着不同的调控作用。因此，本研究旨在：（1）比较两种系统中抗生素的含量、组成及空间异质性；（2）分析抗生素在水-悬浮颗粒物-沉积物界面之间的分配情况；（3）阐明水力调控和悬浮颗粒物如何导致抗生素命运的差异；（4）为这两种系统的差异化污染控制提供依据。
章节摘要
化学物质与试剂
根据以往研究中报道的高检测频率和生态风险，我们选择了20种具有代表性的抗生素作为研究目标化合物，其中包括6种磺胺类药物、4种氟喹诺酮类药物、4种四环素类药物、3种大环内酯类药物、甲氧苄啶、头孢氨苄和林可霉素（Chen等人，2022；Zhang等人，2015）。这些抗生素标准品购自德国达姆施塔特的默克公司。目标化合物的物理化学性质如下
河流与运河中抗生素含量及组成的比较
在水相中，SY河流和SB运河均检测到了这20种目标抗生素，说明它们在沿海农业水域中普遍存在。不过，两者的污染程度存在明显差异，SY河流中的抗生素总浓度（范围：32.2–112?ng/L，平均值：74.9?±?22.2?ng/L）显著高于SB运河（范围：12.7–107?ng/L，平均值：39.1?±?24.3?ng/L）（
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水力调控是导致河流与运河系统中抗生素命运差异的主因
河流和运河代表了两种截然不同的污染特征，这源于它们截然不同的流态环境。SY河流的抗生素总体负荷更高，成分多样性更大，且浓度分布更具纵向连续性；而SB运河的水相浓度较低，但颗粒物占比更高，水-沉积物间的分配更为明显，且不同河段的差异更为突出。这一结果与以往的观察结果一致
结论
本研究表明，水力调控会显著改变河流-运河耦合系统中的抗生素命运，在泄洪闸关闭的条件下，主要的环境过程从天然河流中的纵向扩散转变为运河中的局部垂直滞留。天然河流起到了连接性的输送通道作用，使抗生素保持在水相中并向其下游的沿海区域扩散。而相比之下，在
CRediT作者贡献声明
杨崔：论文撰写——初稿撰写、可视化分析、方法设计、实验研究、数据整理、概念构建。谢辉：论文撰写——审阅与编辑、项目管理、资金筹集。董建伟：论文撰写——审阅与编辑、资金筹集、概念构建。尚美琪：实验研究。顾世亚：实验研究。吴文：论文撰写——审阅与编辑。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（编号：2022YFF0801104）、国家自然科学基金（编号：42577069）以及江苏省高校基础科学（自然科学）研究计划（编号：24KJB610009）的支持。
杨崔|谢辉|董建伟|尚美琪|顾世亚|吴文
