寒冷地区村镇尺度环境中典型抗生素的分布特征、来源解析及生态风险

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近年来,药品及个人护理用品(PPCPs)受到全世界范围的普遍关注,抗生素作为一类典型的PPCPs,具有高效、广谱和价廉的特点,是人与动物疾病预防和治疗的常用药物,也被广泛用于饲料添加以促进动物生长,在国内环境中广泛检出,对生态环境和人体健康具有潜在负面影响。然而,关于农村和偏远地区环境中抗生素的研究较少。本研究选择了寒冷地区的6个村镇和5个养殖场地,以喹诺酮类(QNs)、磺胺类(SAs)、四环素类(TCs)、β-内酰胺类(β-Ls)、大环内酯类(MLs)和氯霉素类(CPs)等6类34种抗生素为研究对象,首先揭示了目标抗生素在不同村镇环境中的赋存特征,然后阐述了多类养殖场抗生素的输出水平、迁移路径及其周边环境中抗生素的含量,最后解析了抗生素的主要来源和生态风险,并基于物种敏感度分布(SSDs)推导了13种常用抗生素的慢性基准。主要的结果有:(1)高海拔村镇环境中抗生素的赋存特征:西藏申扎镇水土环境中各检出5和10种抗生素,浓度范围为ND~11.26ng/L和ND~41.04ng/g,分别以阿莫西林(AMX)和罗红霉素(RTM)为主要抗生素。沉积物中检出12种抗生素,浓度范围为ND~56.38ng/g,RTM最丰富,牦牛粪中检出8种0.1~1ng/g级抗生素。(2)高纬度村镇环境中抗生素的赋存特征:丰源村和大岭村水体中分别检出9种和4种抗生素,浓度范围为ND~32.69ng/L和ND~1.20ng/L,主要抗生素分别为磺胺甲唑(SMX)和磺胺氯哒嗪(SLD)。土壤中各检出9种和7种抗生素,浓度分别为ND~2.47ng/g和ND~5.19ng/g,以TCs和QNs为主。(3)养殖场抗生素的输入和输出水平:养鸡场1和养鸡场2饲料中均检出11种抗生素,总浓度分别为4.45ng/g和10.88ng/g,养鸡场1人工配制的鸡喂水中检出5种抗生素,青霉素G(PG)的浓度最高(1051ng/L)。养牛场饲料中检出15种抗生素,总浓度为1261.92ng/g。养鸡场1和养鸡场2鸡粪中各检出9种和10种抗生素,总浓度分别为1889.41ng/g和11447.03ng/g,主要抗生素分别为土霉素(OTC,1545.97ng/g)和青霉素G(PG,10252ng/g),养猪场1和养猪场2猪粪中各检出4种和10种抗生素,总浓度分别为251.57ng/g和373.07ng/g,OTC、环丙沙星(CIP)和恩诺沙星(ENR)占据优势。养牛场牛粪中检出8种抗生素,总浓度为338.48ng/g,ENR和CIP为主要抗生素。(4)养殖场周边水体中抗生素的赋存特征:朝阳镇的沟门村、大岭村和荒地村水体中自检出4~6种抗生素,目标抗生素的浓度范围分别为ND~4.54ng/L、ND~4.295ng/L和ND~3.67ng/L,均以SAs(SLD和SMX)为主要类别。三大煲村水体中检出14种抗生素,各抗生素含量为0.16~25.11ng/L,对应的沉积物中检出13种抗生素,含量为ND~16.86ng/g。(5)养殖场周边土壤中抗生素的赋存特征:养鸡场1和养鸡场2周边土壤各检出28种和25种抗生素,浓度范围分别为ND~79.50ng/g和8.81~133.06ng/g,均以QNs和TCs最为丰富。养猪场1和养猪场2周边土壤中各检出15种和7种抗生素,浓度范围分别为ND~3.74ng/g和0.02~75.15ng/g,也以TCs和QNs占据优势。养牛场周边土壤中检出18种抗生素,浓度为ND~3.74ng/g,金霉素(CTC)、CIP和PG为其主要抗生素。(6)抗生素的纵向赋存特征:养殖场附近的3个土壤剖面(P1~P3)中大部分抗生素及其总浓度均逐层递减,总浓度在P1~P3表层到底层分别降低了87.2%、96.8%和82.5%。部分QNs、TCs及MLs也表现出类似的递减规律。(7)村镇环境中抗生素的主要来源:生活污水和养殖动物排泄是申扎镇抗生素的主要来源。大岭村和丰源村水体中抗生素主要来源于家庭养殖粪污排放和人用抗生素的不规范处理,沟门村水体中抗生素来源于生活污水和养殖粪污的混合输入,荒地村养殖场粪污排放和生活污水输入是附近水中抗生素的主要来源,三大煲村附近水体中抗生素直接来源于猪粪的露天堆放。动物无规律排泄和生活污水排放是申扎镇土壤中抗生素的主要来源,粪肥还田是丰源村、大岭村土壤中抗生素的主要来源。养殖场产生动物粪便是周边土壤中抗生素的直接源头。(8)抗生素的生态风险:申扎镇水体中AMX存在风险。大岭村、荒地村和沟门村水体中所有抗生素的RQ其它点位。尽管大部分抗生素不具有生态风险,但多种抗生素共存时的联合风险明显增大。(9)抗生素的慢性基准:构建了13种抗生素的SSDs,13种抗生素的HC5为0.052~17.543μg/L,慢性基准为0.017~5.848μg/L。分布函数和毒性数据的选择会给SSDs结果带来不确定性。
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