《Ecohydrology & Hydrobiology》：Antibiotic-induced alterations of biogeochemical processes of nitrogen mediated by microorganisms in hyporheic zone and their environmental implications: A systematic review
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摘要抗生素持续作为河床下带（Hyporheic Zone）中普遍存在的有害污染物，施加选择性压力，从而扰乱关键的氮（N）循环过程。本系统综述综合了现有证据，阐述抗生素污染如何影响微生物群落结构、促进抗生素抗性基因（ARG）增殖，并决定这些生态过渡带的生物地球化学后果。我们的分
摘要
抗生素持续作为河床下带（Hyporheic Zone）中普遍存在的有害污染物，施加选择性压力，从而扰乱关键的氮（N）循环过程。本系统综述综合了现有证据，阐述抗生素污染如何影响微生物群落结构、促进抗生素抗性基因（ARG）增殖，并决定这些生态过渡带的生物地球化学后果。我们的分析确认，环境相关浓度显著抑制了关键硝化和反硝化群落，导致氮加工速率降低。长期暴露通过水平基因转移促进ARG扩散并改变群落多样性，在河床下沉积物中的长期滞留导致硝酸盐积累，增加下游富营养化和缺氧的风险。此外，抗生素与重金属、农药等共污染物的相互作用通过共同选择机制协同加速ARG传播。尽管观察到微生物具有韧性，但长期慢性暴露引发了显著的、往往不可逆的群落组成和功能效率变化。本综述指出阻碍有效风险缓解的关键知识空白，特别是在生态系统尺度上实验室发现的有限验证，以及对ARG增殖与功能性氮循环基因之间分子联系机制理解的需求。未来研究应采用整合多组学技术和先进的生物地球化学-水文模型来解决这些缺陷，并制定稳健策略以保护河床下生态系统的功能。
引言
地下水和地表水系统是地球生物地球化学循环的重要组成部分，承担着营养物质流动的核心功能，确保生态系统的稳定性。其中，河床下带——即地下水与地表水交汇混合的地下界面——是微生物多样性与复杂生物地球化学过程的核心枢纽（Hou et al., 2023）。河床下带是地表水与地下水之间的关键界面，在水交换、溶质迁移、代谢过程和污染物积累等方面发挥着核心作用（Tang et al., 2025）。该区域涵盖涉及水动力学、生物活动、物质运输和化学转化的复杂过程（Liu et al., 2019; Rutere et al., 2020）。这些沉积物主导着有机质矿化、营养盐转化和污染物衰减等关键过程，尤其在氮循环方面，氮循环是生态系统生产力和健康不可或缺的组成部分（Schaper et al., 2019）。
人类活动对这些生态系统的完整性构成威胁。随着城市化、农业活动和废物管理不当，药物残留的广泛检出引发严重担忧（Zhi et al., 2020）。用于治疗病原体抑制的抗生素在环境基质中持续存在，并因物理化学稳定性及有限的降解途径而在河床下沉积层中积累（Bielen et al., 2017; Wang et al., 2016）。其生物活性干扰了驱动氮转化的本土微生物联合体（Mechelke et al., 2019），尤其影响硝化和反硝化途径——这些过程对维持生态系统氮平衡和防止富营养化至关重要。由于河床下带具有多孔沉积物和高有机质含量，该区域易于积累来自人类源的抗生素残留（Posselt et al., 2020），并在其中持久存在并扰乱微生物介导的氮循环。这些相互作用使河床下带成为理解抗生素污染生态影响的关键区域（Awad et al., 2014）。
本系统综述的意义在于全面阐明河床下带中抗生素污染对全球环境健康和生态系统稳定性的重大威胁。通过扰乱关键的氮循环过程，这些污染物导致硝酸盐积累、富营养化和缺氧，直接影响水质量和水生生物多样性。此外，这些环境热点区域中抗生素抗性基因的扩散构成重大公共卫生隐患，因为这些基因可转移至致病菌，可能削弱临床抗生素的有效性。我们的研究结果为政策制定者、环境管理者及研究人员提供了必要洞察，以制定针对性策略，开展污染控制、风险评估以及宝贵的河床下生态系统的可持续管理。
尽管已有部分研究记录了抗生素的存在及其急性毒性效应，但其长期及生态系统范围内的影响仍不明朗。化学持久性、微生物适应性、抗性进化和地球化学背景之间的复杂相互作用使得直接评估变得困难（Yuan et al., 2021）。实验方法的差异——从小室试验到现场调查——进一步限制了对剂量-效应关系、群落韧性和功能阈值的理解。评估抗生素生态影响的一个显著挑战在于环境相关浓度（通常为ng/L至μg/L级别）与许多实验室研究中使用的高浓度（通常为mg/L级别）之间的差异。这一差异可能导致急性效应的过度估计，并使得研究结果难以外推至实际场景，从而妨碍准确的生态风险评估。
本系统综述超越了传统文献，提供了一个整合性框架，系统阐述河床下带中抗生素污染的多方面生态后果。我们识别了新兴模式和关键知识空白，并提出了未来研究方向，强调迫切需要跨学科方法，将微生物生态学与化学监测和生物地球化学建模相结合。理解这些相互作用对于制定减缓策略至关重要，以在药物污染物压力日益增加的背景下保护水生生态系统的完整性。
本系统综述提供了若干创新性发现。首先，本综述对河床下带中抗生素诱导的微生物氮转化变化进行了生态系统尺度的全面综合，超越孤立研究，呈现抗生素污染、微生物响应、抗性进化和生物地球化学后果之间复杂相互作用的完整图景。其次，我们提出一个整合框架，总结现有发现并识别新兴模式和关键知识空白，特别关注多胁迫因子相互作用以及抗生素抗性基因与氮相关功能基因之间的机制联系。最后，我们的分析包含研究趋势的时间评估，突显了过去十年中科学界对该重要环境议题关注度的日益提升。
各章节节选
材料与方法
以下各章节对当前关于河床下带中抗生素引起的氮生物地球化学过程扰动的知识进行了全面综合。本系统综述并非报告新的实验数据，而是整合既往研究结果以识别机制性洞察、韧性模式和生态反馈。本讨论还强调了理解生态系统对……响应的研究空白和新兴方向。
抗生素在环境介质中的分布
河床下带中的抗生素污染主要由畜牧业和污水处理厂（WWTPs）的排放驱动（图2）。图2所用数据汇编自符合本综述纳入标准的同行评议文章。每篇研究均按照其与河床下带中抗生素对氮循环影响的关联度进行筛选，并记录了微生物响应、氮转化速率和抗生素类型等信息。
结论
本系统综述强调了河床下带中抗生素污染日益增长的生态威胁及其对氮生物地球化学和微生物生态系统稳定性的影响。所综述研究的证据表明，环境相关浓度的抗生素可通过抑制功能性重要微生物群落和酶来扰乱关键氮转化途径，尤其是硝化和反硝化过程。长期……
伦理审批声明
本综述稿件完全基于原创研究和已发表研究的见解。所有来自其他作者的信息来源均已适当引用或标注，并在必要时获得许可。生成式人工智能或人工智能辅助技术仅用于检查和修正语言语法和准确性。所有作者均积极参与了本综述的撰写工作，承担集体和个人责任。
资助
本研究得到国家自然科学基金（NSFC）（32,370,103，31,972,318）、江西省高层次人才计划（jxsq2020102132）和江苏省研究生科研与实践创新计划（KYCX24_3834）的资助。
数据可用性声明
本研究未生成或分析新的数据集。关于特定数据集的详细信息，请参阅本文引用的原始研究。
作者贡献声明
Sadiq Bishir：概念设计，论文撰写与审阅修订。Ibrahim Yahaya Aliyu：论文撰写与审阅修订。Aminu Abdullahi：论文撰写与审阅修订。Fidelis Odedishemi Ajibade：论文撰写与审阅修订，可视化。Abdulhamid Yusuf：概念设计，资源提供，监督指导，初稿撰写，论文撰写与审阅修订。
Sadiq Bishir | Ibrahim Yahaya Aliyu | Aminu Abdullahi | Fidelis Odedishemi Ajibade | Abdulhamid Yusuf
