湖北省四湖流域典型抗生素分布特征及生態(tài)風(fēng)險評估

徐春燕,凌海波,張 姝,向羅京,李葦葦,明 德,易 川

(湖北省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院,湖北 武漢 430072)

抗生素是一種從微生物中提取或由化學(xué)方式制成、對各種或特定病原微生物具有強力抑制或殺滅作用的化合物?？股卦跈C體內(nèi)的吸收有限,只有少量抗生素會被吸收,約60%～90%的抗生素以原型形式隨排泄物排出體外[1],最終通過各種途徑進(jìn)入環(huán)境,對生態(tài)系統(tǒng)造成潛在的風(fēng)險。大量的抗生素和其代謝物進(jìn)入環(huán)境后,可誘導(dǎo)生物體產(chǎn)生抗生素抗性基因(antibiotics resistance genes,ARGs),從而加速ARGs在環(huán)境細(xì)菌間的擴(kuò)散與傳播,而抗性微生物在環(huán)境中的產(chǎn)生和傳播,是影響人類健康的重要風(fēng)險因素。

自然環(huán)境中有200多種抗生素,根據(jù)其不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)及功能,可將其分為10大類,其中磺胺類、四環(huán)素類、喹諾酮類、大環(huán)內(nèi)酯類和β-內(nèi)酰胺類是中國消耗量較大的5大類抗生素[2]。我國是抗生素生產(chǎn)和使用大國,隨著美麗中國和健康中國建設(shè)的推進(jìn),抗生素被公認(rèn)為典型新污染物以加強管控。近年來,針對我國較大河流、湖泊、入海口等區(qū)域抗生素污染狀況的研究較多,如珠江[3]、長江[4]、黃河[5]、遼河[5]、環(huán)渤海[6]、黃海[7]等水體或沉積物中均被報道存在多種抗生素污染,其污染濃度在ND～3 474 ng/L水平。就湖北省來看,除長江、漢江、東湖、南湖等重要水體外,尚未見其他區(qū)域水體中存在抗生素污染的相關(guān)報道。鑒于抗生素及其抗性基因?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)的危害性,且不同地區(qū)環(huán)境中抗生素的檢出情況受各地區(qū)用藥習(xí)慣的影響顯著,不同區(qū)域水體中抗生素的污染問題仍應(yīng)引起關(guān)注。同時,相對于水體中抗生素污染的廣泛研究,沉積物中抗生素污染狀況的研究相對較少。沉積物是水體中污染物遷移轉(zhuǎn)化過程中的重要載體和歸宿,進(jìn)入水體的抗生素類污染物會在底泥中形成蓄積性污染,并在一定情況下從沉積物中重新釋放至水體,造成二次污染[8]。因此,除水體外,對沉積物中抗生素的賦存狀況展開調(diào)查,對于準(zhǔn)確把握一個區(qū)域環(huán)境中抗生素污染狀況具有重要意義。

湖北省四湖流域是長江中游一級支流內(nèi)荊河流域,地處長江、漢水之間,因境內(nèi)有長湖、三湖、白鷺湖和洪湖四大淡水湖而得名,其中三湖、白鷺湖因自然、人為因素已基本消失,現(xiàn)流域內(nèi)水體主要為長湖、四湖總干渠、洪湖。四湖流域總面積為11 547.5 km2,現(xiàn)有人口約400萬人,是湖北省乃至全國重要的農(nóng)業(yè)種植和水產(chǎn)養(yǎng)殖基地。境內(nèi)因人口密集,畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖體量大、分布集中,抗生素使用、排放量大,環(huán)境風(fēng)險高。本研究以四湖流域三大主要水體長湖、四湖總干渠、洪湖為研究對象,探索了四湖流域水體和沉積物兩種環(huán)境介質(zhì)中5大類14種抗生素的污染特征,并利用商值法對抗生素的生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行了評估,以期為全國畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖重點區(qū)域環(huán)境中抗生素生態(tài)風(fēng)險的防控提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點布設(shè)與樣品采集

長湖、洪湖兩湖泊采樣點布設(shè)優(yōu)先考慮國控點,四湖總干渠采樣點一般設(shè)置于重要支流的交匯處,共設(shè)置14個采樣點位,其中長湖2個(SH1、SH2)、四湖總干渠8個(SH3—SH10)、洪湖4個(SH11—SH14),采樣點分布如圖1所示。本研究于2021年7月對湖北省四湖流域水體和表層沉積物樣品進(jìn)行采集,其中水樣于水表面0.5 m處取樣2 L,置于棕色玻璃瓶中;沉積物采集深度為表層(0～0.2 m),每點位采集不少于1 kg沉積物樣品置于棕色玻璃瓶中。沉積物樣品采樣頻次為單次,水樣為同一時間點連續(xù)采集3 d,共采集樣品56份(其中水樣42份,沉積物14份,不包括現(xiàn)場平行樣6個)。所有樣品采集完成后,4 ℃避光保存,48 h內(nèi)完成前處理。

圖1 湖北省四湖流域采樣點位分布圖Fig.1 Distribution of sampling sites in Four-lake watershed of Hubei Province

圖2 湖北省四湖流域水體和沉積物中抗生素濃度空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of antibiotic concentration levels in water and sediments in Four-lake watershed of Hubei Province

1.2 試驗材料與試劑

試驗材料:標(biāo)準(zhǔn)品磺胺嘧啶(Sulfadiazine,SDZ,純度99.19%)、磺胺甲噁唑(Sulfamethoxazole,SMX,純度99.56%)、磺胺喹噁啉(Sulfaquinoxaline,SQX,純度98.92%)、恩諾沙星(Enrofloxacin,ENR,純度99.90%)、諾氟沙星(Norfloxacin,NOR,純度97.29%)、土霉素(Oxytetracycline,OTC,純度96.02%)、金霉素(Chlortetracycline,CTC,純度92.5%)、紅霉素(Erythromycin,ERY,純度95.0%)、羅紅霉素(Roxithromycin,ROX,純度96.2%)、泰樂菌素(Tylosin,TYL,純度92.1%)、阿奇霉素(Azithromycin,AZM,純度99.0%)、阿莫西林(Amoxicillin,AMX,純度98.74 %)、青霉素(Penicillin,P,純度98.8%),均購自德國Dr.Ehrenstorfer GmbH;左氧氟沙星(Levofloxacin,LEV,純度97.3%)購自中國食品藥品研究院。

試驗試劑:甲醇(LCMS級)、甲醇(色譜純)和乙腈(色譜純)購自美國Thermo Fisher公司;甲酸(色譜純)購自北京百靈威科技有限公司;其他試劑,如氨水、乙二胺四乙酸二鈉(Na2EDTA·2H2O)、檸檬酸(C5H8O7·H2O)、磷酸氫二鈉(Na2HPO4·12H2O)、磷酸二氫鈉(NaH2PO4·2H2O)、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉等均為分析純,購自國藥集團(tuán)。試驗用水為超純水。

C18反相色譜柱(100 mm/50 mm×2.1 mm,1.8 μm)購自美國Agilent公司;HLB固相萃取柱(Oasis HLB 6 mL,200 mg/500 mg 和Oasis MAX 6 mL,150 mg)購自美國Waters公司;微孔濾膜混合纖維膜(0.45 μm,φ50 mm)和針式過濾器(0.22 μm,φ13 mm)購自上海新亞凈化器件廠。

1.3 試驗方法與樣品質(zhì)量控制

1.3.1 樣品前處理

水樣靜置,取上清液經(jīng)0.45 μm濾膜抽濾后,準(zhǔn)確量取水樣500 mL經(jīng)稀硫酸調(diào)節(jié)pH值至4.0,加入0.15 g Na2EDTA,混勻;預(yù)先依次用6 mL甲醇、6 mL水活化HLB固相萃取柱,水樣上樣速度控制在2.0～5.0 mL/min,上樣完成后繼續(xù)抽干30～60 min;用5 mL甲醇溶液、5 mL 0.1%甲酸甲醇溶液、5 mL甲醇-乙腈混合溶液(V∶V=1∶1)依次洗脫,合并洗脫液;氮吹濃縮至0.5 mL以下,用由甲酸、純凈水、甲醇、乙腈(V∶V∶V∶V=0.02∶2∶4∶4)配置的混合溶液定容至1.0 mL,過0.22 μm濾膜后待上機測試。

稱取(2.00±0.05)g沉積物樣品,加入10.0 mL Na2EDTA-Mcllvaine緩沖溶液,渦旋混勻,再加入10.0 mL乙腈,渦旋混勻;超聲提取30 min,取出樣品以6 500 r / min轉(zhuǎn)速離心5 min,取上清液500 mL于棕色玻璃瓶中,加入300 mL純凈水,搖勻,HLB固相萃取柱凈化;后續(xù)步驟同水樣。

1.3.2 樣品檢測

采用超高效液相色譜串聯(lián)三重四級桿質(zhì)譜法進(jìn)行樣品分析,超高效液相色譜儀為Agilent 1290 Infinity,購自美國Agilent公司;三重四級桿質(zhì)譜儀為AB 3500 Q Trap,購自美國AB SCIEX公司。色譜條件:柱溫35 ℃,進(jìn)樣量5 μL,流速0.30 mL /min;流動相A為0.1% 甲酸-水溶液,流動相B為甲醇-乙腈混合溶液(V∶V=1∶1)。梯度洗脫程序為0.00～1.00 min,5% B;1.00～2.00 min,15%～40% B;2.00～2.60 min,75% B;2.60～4.00 min,90% B;4.00～5.00 min,95% B;5.00～7.00 min,5% B。質(zhì)譜條件:采用正離子電離模式,電離源為電噴霧電離源ESI(+),離子源溫度550 ℃,噴霧電壓5 500 V,氣簾氣35 psi、碰撞氣7 psi、霧化氣和輔助加熱氣均為55 psi,掃描方式為多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式。

1.3.3 樣品質(zhì)量保證與質(zhì)量控制

試驗過程中使用的玻璃瓶均在重鉻酸鉀溶液中浸泡24 h,去離子水和超純水各潤洗3次。采用外標(biāo)法和離子比定量,結(jié)合目標(biāo)物出峰的保留時間、母離子和子離子(定性離子和定量離子)進(jìn)行定性。按照磺胺類抗生素線性范圍為0.5～20.0 ng/mL、喹諾酮類抗生素線性范圍為2.5～100 ng/mL以及四環(huán)素類抗生素、大環(huán)內(nèi)酯類抗生素和青霉素類抗生素線性范圍為10.0～400 ng/mL配制相應(yīng)混合標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。14種抗生素物質(zhì)在曲線范圍內(nèi)與其對應(yīng)的峰面積呈良好的線性關(guān)系,線性相關(guān)系數(shù)R2>0.99。將空白樣品(實驗室和采樣現(xiàn)場)和平行樣品進(jìn)行上機分析,空白樣品中抗生素的濃度不超過檢出限,分別用3倍信噪比對應(yīng)的標(biāo)樣濃度來估算儀器的檢出限,采用實驗室空白樣品加入目標(biāo)化合物試驗求取回收率,目標(biāo)物的加標(biāo)回收率和檢出限見表1。

表1 14種抗生素的加標(biāo)回收率和檢出限

1.4 抗生素生態(tài)風(fēng)險評估

依據(jù)歐盟指導(dǎo)文件中相關(guān)環(huán)境風(fēng)險評估方法,通過風(fēng)險商值(RQ)對環(huán)境中抗生素殘留的生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評估。假設(shè)生態(tài)風(fēng)險評估中抗生素之間不存在“協(xié)同”或“拮抗”作用,則RQ為抗生素實測環(huán)境濃度(MEC)與預(yù)測無效應(yīng)濃度(PNEC)的比值。由于抗生素類化合物在沉積物中對底棲生物的生物毒性數(shù)據(jù)缺乏,本研究參考相關(guān)研究[9-11],通過將沉積物中抗生素?zé)o效應(yīng)濃度轉(zhuǎn)化為水體濃度,然后通過水生生物毒性效應(yīng)數(shù)據(jù)對其生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評估。具體計算公式如下:

RQwater=MEC/PNECwater

(1)

RQsediment=MEC/PNECsediment

(2)

PNECsediment=PNECwater×Kd

(3)

Kd=Koc×Foc

(4)

lgKow=0.623lgKoc+0.873

(5)

上式中:Kd為沉積物-水分配系數(shù)(無量綱);Koc為有機碳分配系數(shù)(無量綱);Foc為有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%),本研究取均值3%;Kow為水比辛醇分配系數(shù)(無量綱)。

上述公式可根據(jù)具體情況選擇使用。根據(jù)Hernando等[12]提出的風(fēng)險商的分類方法,當(dāng)RQ≥1時,認(rèn)為抗生素污染使水生態(tài)處于高風(fēng)險狀態(tài);當(dāng)0.1≤RQ<1時,為中等風(fēng)險;當(dāng)0.01≤RQ<0.1時,為低風(fēng)險。

2 結(jié)果與討論

2.1 四湖流域水體和沉積物中抗生素濃度水平分析

2.1.1 水體中抗生素濃度水平分析

在四湖流域水體14個采樣點位中,除ERY、ROX、SMX、AZM、ENR、LEV存在不同程度污染外,其他8種抗生素均未被檢出,具體如表2所示。

表2 湖北省四湖流域水體中抗生素濃度水平和檢出率

由表2可知:

1) 從檢出率看,四湖流域水體中已檢出6種抗生素的檢出率為7%～50%,其中SMX檢出率最高,為50%,其次為ROX、AZM、LEV,檢出率均為14%,ERY、ENR的檢出率最低,為7%。

2) 從檢出濃度水平看,水體中檢出濃度最高的為SMX,最高檢出濃度為42.78 ng/L,其次為AZM、ROX,最高檢出濃度分別為35.50、18.58 ng/L,ERY和LEV檢出濃度較低,最高檢出濃度分別為2.48 ng/L和2.18 ng/L。

3) 總體上看,水體中檢出的3大類抗生素濃度水平依次為大環(huán)內(nèi)脂類>磺胺類>喹諾酮類,這與部分研究水體中磺胺類檢出濃度最高有差異,這可能與不同區(qū)域抗生素使用習(xí)慣不同,導(dǎo)致檢出種類和濃度存在差異有關(guān)[13]。

此外,由表2還可知,四湖流域水體中檢測的14種抗生素中,2種四環(huán)素類、2種β-內(nèi)酰胺類抗生素均未被檢出,4種大環(huán)內(nèi)脂類抗生素檢出3種,3種磺胺類抗生素檢出1種,3種喹諾酮類抗生素檢出2種,從檢出率來看,大環(huán)內(nèi)脂類>喹諾酮類>磺胺類。四環(huán)素類和β-內(nèi)酰胺類抗生素在四湖流域水體中均未被檢出是合理的,這是因為該類抗生素在水環(huán)境中極易降解[14-15],這與環(huán)渤海[6]、湖南東江湖[13]等水體中抗生素污染的研究結(jié)果一致。大環(huán)內(nèi)脂類抗生素雖然在環(huán)境中易降解[16],但由于該類抗生素在我國消耗量高,因此在環(huán)境中其檢出率仍較高[6]。本研究水體中喹諾酮類抗生素檢出率較高的主要為ENR,LEV僅一個采樣點位有檢出,Binh等[15]對水產(chǎn)、養(yǎng)殖和醫(yī)院等不同來源廢水中抗生素污染狀況的研究也發(fā)現(xiàn),ENR是水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中最常見的抗生素種類,本研究水體中ENR的高頻率檢出可能也與四湖流域水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中ENR的高頻率使用有關(guān)。本研究水體中檢測的3種磺胺類抗生素中,僅SMX一種有檢出,且其檢出濃度較高,最高檢出濃度為42.78 ng/L,這也與SMX的使用量及環(huán)境行為有關(guān)?；前奉愖鳛榈湫瞳F藥抗生素在水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜禽養(yǎng)殖過程中被廣泛使用[6,13],在飼料中加入磺胺類抗生素可有效地預(yù)防和抑制畜禽疾病,而SMX主要存在于水環(huán)境中,且其穩(wěn)定性較強,很難通過水解或生物降解的途徑將其去除,同時由于SMX使用量較大,因此在水環(huán)境中其檢出率及檢出濃度均較高。

在四湖流域水體每類抗生素中篩選出檢出率和濃度水平相對較高的抗生素與國內(nèi)外其他水體進(jìn)行了對比分析,見表3。

表3 湖北省四湖流域與其他流域水體中抗生素濃度水平對比

由表3可知:四湖流域水體中SMX濃度水平(ND～42.78 ng/L)顯著高于赤水河[17]、漢江[18]、金沙江[19]等流域水體,但低于珠江[20]、渭河[21]、湟水河[22]等流域水體;四湖流域水體中ROX濃度水平高于肇慶星湖[23]水體,但低于山東四大主要河流[24]水體;四湖流域水體中AZM濃度水平高于北京城區(qū)河流及湖泊[25]水體、廣東潮汕和珠三角主要入海河流[26]水體;與國外其他水體對比,四湖流域水體中SMX平均濃度水平高于德國東北部地區(qū)地表水體[14],但低于日本城區(qū)主要河流[27]水體和美國廢水排放點[28],總體來看,本研究區(qū)域水體中檢出濃度較高的3種抗生素與國內(nèi)外其他流域水體相比,為一般污染水平。

2.1.2 沉積物中抗生素含量水平分析

四湖流域沉積物14個采樣點位中,除OTC、CTC、ROX、AZM、ENR、LEV有不同含量檢出外,其他8種抗生素均未被檢出,具體檢出情況見表4。

表4 湖北省四湖流域沉積物中抗生素含量水平和檢出率

由表4可知:

1) 從檢出率看,四湖流域沉積物中已檢出抗生素的檢出率為7%～43%,其中ENR檢出率最高,為43%,其次為OTC、CTC、ROX、LEV,檢出率分別為29%、29%、29%、21%,AZM檢出率最低,為7%。

2) 從檢出含量水平看,沉積物中檢出含量最高的為OTC,最高檢出含量為61.56 μg/kg,其次為LEV、CTC和AZM,最高檢出含量分別為48.12、27.42和11.76 μg/kg,ENR和ROX檢出含量相對較低,最高檢出含量分別為2.78、2.61 μg/kg。

3) 總體上看,沉積物中檢出的3大類抗生素含量水平依次為四環(huán)素類>喹諾酮類>大環(huán)內(nèi)脂類。

另外,由表4還可知,四湖流域沉積物中檢出的抗生素種類與水體存在較大的差異:水體中未檢出的2種四環(huán)素類抗生素,在沉積物中均有檢出,且檢出含量較高;水體中檢出率及檢出濃度較高的磺胺類抗生素SMX在沉積物中未被檢出;ROX、AZM 2種大環(huán)內(nèi)脂類,ENR、LEV 2種喹諾酮類抗生素在水體和沉積物均被檢出。四湖流域水體和沉積物中抗生素分布特征的差異,表明抗生素在環(huán)境介質(zhì)中的分布受其環(huán)境行為影響。其中,磺胺類抗生素的土壤吸附能力差、遷移能力強,極易遷移至地表水或地下水,因此主要存在于水體中;四環(huán)素類抗生素含有羥基、烯醇羥基及羰基等極性官能團(tuán),對沉積物具有很強的吸附能力,此外四環(huán)素類抗生素的固-液吸附分配系數(shù)相對較高,更易吸附于固體顆粒物表面,進(jìn)入環(huán)境后更容易在沉積物中吸附累積[26,29-30],因此其在沉積物中含量往往相對較高。此外,沉積物中OTC、CTC的高含量檢出,與其使用量也存在一定的關(guān)系,根據(jù)《飼料藥物添加劑使用規(guī)范》,OTC、CTC除了預(yù)防和治療疾病使用外,還可以作為促生長劑添加于飼料中,導(dǎo)致該類抗生素的使用量較高。相對于水體中抗生素污染狀況的廣泛研究,抗生素在沉積物中分布狀況的研究相對較少。劉四光等[31]在閩江河口區(qū)調(diào)查表明,沉積物中四環(huán)素類抗生素未被檢出,喹諾酮類和大環(huán)內(nèi)脂類抗生素檢出含量水平分別為0.03～15.60、0.02～44.31 ng/g;易啟同[1]在九龍江河口研究顯示,沉積物中四環(huán)素類、喹諾酮類和大環(huán)內(nèi)脂類抗生素含量水平分別為1.30～17.50、0.85～16.60、ND～2.60 ng/g;除河流外,太湖[32]、白洋淀[33]、東湖、沙湖[34]等湖泊沉積物中均有以上3大類抗生素污染的報道,其含量水平均較本研究低,但本研究沉積物中抗生素含量水平低于黃河口、遼河、海河口[5]等入?？诔练e物。美國新澤西北部河流沉積物中6種喹諾酮類抗生素含量范圍為1～32 ng/g,5種大環(huán)內(nèi)酯類抗生素含量范圍為1～44 ng/g,4種四環(huán)素類抗生素均未被檢出[35]。總體上看,本研究區(qū)域沉積物中檢出含量高的喹諾酮類、大環(huán)內(nèi)脂類和四環(huán)素類抗生素含量水平處于中等偏上水平。

2.2 四湖流域水體和沉積物中抗生素空間分布特征分析

抗生素濃度的空間分布受抗生素的環(huán)境行為以及人為生產(chǎn)、生活活動等因素的影響。從空間分布看,水體中抗生素濃度呈現(xiàn)點源擴(kuò)散形式的分布特征,各采樣點位中,除SH4和SH13采樣點位水體中總濃度水平較高外,其他點位水體中抗生素濃度水平均一般。通過對比采樣點位與周邊功能區(qū)分布可以發(fā)現(xiàn):SH4采樣點位位于四湖總干渠入長江支流上,該點位上游為污水處理廠,主要接納周邊生活污水和規(guī)?；B(yǎng)殖場養(yǎng)殖廢水;SH13采樣點位位于洪湖東北角,為洪湖直排口,此外現(xiàn)場采樣發(fā)現(xiàn)洪湖東北角處建有魚場,規(guī)模化養(yǎng)殖活動可能導(dǎo)致抗生素在此富集。進(jìn)一步結(jié)合SH4、SH13兩采樣點位水體中檢出的抗生素類別分析發(fā)現(xiàn),兩采樣點位水體中主要抗生素種類分別為SMX、AZM,水體中最高檢出濃度分別為42.78、35.50 ng/L,分別占兩采樣點位水體中抗生素總濃度的54.39%和75.56%,磺胺類抗生素為典型獸藥,AZM可用于人類用藥和水產(chǎn)養(yǎng)殖,盡管AZM降解較快,但是由于水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等區(qū)域持續(xù)大量使用,仍可導(dǎo)致水體中出現(xiàn)AZM較高的檢出濃度[9],表明污水處理廠排放和規(guī)?；a(chǎn)養(yǎng)殖排泄是影響水體中抗生素濃度空間分布特征的主要因素。

由表4可知:四湖流域沉積物中抗生素含量水平的空間分布呈現(xiàn)四湖總干渠高于長湖、洪湖兩湖泊沉積物的特征,其中四湖總干渠沉積物中抗生素含量又呈現(xiàn)中間高、兩邊低的特征。結(jié)合周邊水系及人為活動分析發(fā)現(xiàn),沉積物中抗生素含量最高的采樣點位SH9為福田寺節(jié)制閘,位于四湖總干渠中下游,是總干渠所有污染物的匯集地,因此其檢出含量較其他沉積物采樣點位高;沉積物中抗生素含量次高的采樣點位為SH6和SH5,現(xiàn)場采樣發(fā)現(xiàn)周邊為規(guī)?；B(yǎng)豬場聚集地(如陳湖養(yǎng)殖場等),提示規(guī)?；B(yǎng)殖排泄是影響沉積物中抗生素含量空間分布特征的主要因素。進(jìn)一步對沉積物各采樣點位檢出的抗生素類別分析發(fā)現(xiàn),SH9采樣點位沉積物中檢出含量高的抗生素種類主要為OTC、CTC兩種四環(huán)素類抗生素和LEV,最大檢出含量值分別為78.01 μg/kg和48.12 μg/kg,占該沉積物中采樣點位抗生素總含量的比例分別為60.77%和37.49%,SH6、SH5兩個采樣點位中沉積物抗生素檢出種類也主要為四環(huán)素類抗生素,OTC、CTC等四環(huán)素類抗生素除了預(yù)防和治療疾病使用外,還可以作為促生長劑添加于飼料中,在畜禽養(yǎng)殖中得到了廣泛使用,四環(huán)素類抗生素雖半衰期短,但在使用頻率高、使用量大的情況下, 環(huán)境介質(zhì)中仍可出現(xiàn)較高的賦存含量,研究區(qū)域沉積物中四環(huán)素類抗生素高含量檢出, 再次表明畜禽養(yǎng)殖是影響該區(qū)域沉積物中抗生素空間分布特征的主要因素。

2.3 抗生素生態(tài)風(fēng)險評估

由于四湖流域水體和沉積物中大部分抗生素的檢出率和檢出水平較低,且少數(shù)目標(biāo)抗生素(LEV)急性毒性數(shù)據(jù)缺失,因此本研究僅對四湖流域水體(SMX、ROX、AZM)和沉積物(OTC、CTC、AZM)中檢出率和檢出水平較高的剩余5種抗生素進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評估,相關(guān)參數(shù)選取和評估結(jié)果見表5。

表5 湖北省四湖流域水體和沉積物中5種抗生素的lgKow、PNEC、Kd及RQ值

由表5可知:四湖流域水體中檢出率和檢出濃度高的抗生素中,SMX具高生態(tài)風(fēng)險,ROX、AZM具中生態(tài)風(fēng)險;沉積物中檢出率和檢出含量高的抗生素生態(tài)風(fēng)險均在可接受范圍內(nèi)。楊聰?shù)萚38]在洪湖的研究顯示,洪湖水環(huán)境中SMX呈中生態(tài)風(fēng)險,AZM呈高生態(tài)風(fēng)險,OTC、CTC等均呈低生態(tài)風(fēng)險,與本研究結(jié)果大體一致,水體中SMX、AZM具體生態(tài)風(fēng)險等級的差異可能與采樣時期、調(diào)查點位的差異有關(guān);遼寧省清江流域水體中抗生素生態(tài)風(fēng)險評估顯示[39],該流域水體中NOR和SMX具高生態(tài)風(fēng)險,OTC和CTC具低生態(tài)風(fēng)險;大連市畜禽養(yǎng)殖周邊水體中ROX、SMX污染具高生態(tài)風(fēng)險,四環(huán)素類抗生素具低生態(tài)風(fēng)險[40],這與四湖流域水體抗生素總體污染狀況較為一致。

3 結(jié)論與展望

1) 本研究在湖北省四湖流域水體中檢測出3大類6種抗生素,水體中3大類抗生素濃度水平依次為大環(huán)內(nèi)脂類>磺胺類>喹諾酮類,水體中6種抗生素中,SMX濃度最高,其次為AZM和ROX。在四湖流域表層沉積物中檢測出3大類6種抗生素,沉積物中3大類抗生素含量水平依次為四環(huán)素類>喹諾酮類>大環(huán)內(nèi)脂類,6種抗生素中OTC含量最高,其次為CTC和LEV。與其他地區(qū)相比,四湖流域水體中檢出濃度高的3大類4種抗生素為一般污染水平,沉積物中檢出含量高的四環(huán)素類、喹諾酮類和大環(huán)內(nèi)脂類抗生素為中等偏上污染水平。

2) 四湖流域水體中3大類抗生素濃度水平存在一定的差異,四湖總干渠水體中抗生素濃度水平較長湖、洪湖水體高,且呈現(xiàn)河流比湖泊高的空間分布特征。

3) 四湖流域水體和沉積物中抗生素生態(tài)風(fēng)險評估結(jié)果表明:水體中SMX具高生態(tài)風(fēng)險,ROX、AZM具中生態(tài)風(fēng)險;沉積物中檢出率和檢出含量高的抗生素的生態(tài)風(fēng)險均在可接受范圍內(nèi)。

本研究結(jié)合研究區(qū)域抗生素來源以及我國抗生素使用情況,篩選出5大類14種抗生素為代表開展了四湖流域水體和表層沉積物中抗生素含量水平和空間分布特征的探討和分析,但研究種類有限,今后還需擴(kuò)大研究范圍,進(jìn)一步探究更多種類抗生素在水體、大氣、土壤、沉積物等多種環(huán)境介質(zhì)中的分布與遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,以為養(yǎng)殖重點區(qū)域抗生素污染的控制與治理提供更為全面的科學(xué)依據(jù)。