李 威等 南京林业大学学报

抗生素（antibiotics）是指由细菌、真菌或其他微生物在生活过程中所产生，具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物，能干扰或抑制致病微生物的生存，广泛用于人类医疗和畜禽水产养殖过程。

近年来，随着人们生活水平的提高，抗生素的用量也逐年增加。Klein 等研究发现，从 2000 到 2015 年，全球 76 个国家的抗生素使用量增加了６５％，主要源于中低收入国家对抗生素使用的增多。中国是世界上最大的抗生素生产国和使用国，2013 年，我国抗生素使用量为 16.2 万 t，占全球抗生素使用量的近一半。抗生素的大量使用导致其通过各种途径进入到污水处理厂、江河等地表水和土壤等环境介质中，较常检出的抗生素种类见表 1。

▼表 1　环境中常检出的抗生素

环境中的抗生素残留可能具有较高的生态风险和健康风险。研究表明，抗生素不仅会影响微生物的生长和活性，也可对藻类、大型蚤、鱼类等动植物产生毒性效应，干扰生态系统的结构和功能。抗生素也可通过迁移转化积累在动植物体内，并通过食物链进入人体。更为严重的是，抗生素会诱导抗生素抗性基因的产生，并导致其在环境介质和动植物体内扩散传播，对人类健康存在巨大威胁。因此，近些年来，抗生素在不同环境介质中的暴露已引起了广泛的关注。在 2009—2018 年间，有关环境中抗生素的暴露的论文共发表了 6715 篇，并呈现出逐年增加的趋势（图 1），这说明抗生素在环境中的暴露是目前环境领域的一个研究热点。

▲图１　近 10 年发表的关于环境中抗生素的论文数量

本次推荐论文主要利用中国知网和 Web of Science 数据库，以抗生素、环境介质（如河流或湖泊、海洋等）和中国为关键词，全面收集调研了 2009—2018 发表的有关我国七大流域、湖泊、海洋、土壤和动植物体内抗生素污染特征的文献，总结了抗生素在我国不同环境介质中的污染特征，为抗生素的生态风险评估及相关环境管理标准的制定提供依据。

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题 目

我国不同环境介质中的抗生素污染特征研究进展

基金项目

国家重点研发计划；江苏高校优势学科建设工程资助项目

作 者

李　威，李佳熙，李吉平，吕宝玲，张银龙∗

作者单位

南京林业大学南方现代林业协同创新中心，生物与环境学院

关键词

抗生素；环境介质；污染特征；磺胺类；喹诺酮类；大环内酯类

▶引文格式：

[1]李 威,李佳熙,李吉平,等.我国不同环境介质中的抗生素污染特征研究进展[J].南京林业大学学报(自然科学版),2020,44(01):205-214.DOI:10.3969/j.issn.1000-2006.201902002

LI W,LI J X,LI J P,et al.Pollution characteristics of antibiotics in different environment media in China: a review[J].Journal of Nanjing Forestry University(Natural Sciences Edition),2020,44(01):205-214.

作者简介

通讯作者：张银龙，博士、教授、博士生导师。现为南京林业大学生物与环境学院环境科学系主任，南京林业大学环境科学学科带头人与专业负责人。主持国家自然科学基金等项目十多项，主编教材和专著4部，发表论文80多篇。曾获国家科技进步二等奖、梁希林业科学技术奖一等奖、江苏省科技进步二等奖等奖励。曾主持多项区域生态本底调查与评价、资源科考与自然保护区调整、湿地公园规划、滨水带生态与景观规划与设计等项目。

第一作者：李威，博士，副教授、硕士生导师。2012年毕业于南开大学环境科学专业，获理学博士学位，博士期间（2010-2011）曾在美国University of Washington联合培养。目前主要从事新型污染物的环境转化及其生态毒性效应方面的研究。主持国家自然科学基金1项，完成江苏省自然科学基金、国家博士后基金、江苏省高校自然科学基金面上项目等项目。在Journal of Hazardous Materials, Water Research，环境科学学报等国内外期刊上发表论文20余篇。

摘 要

抗生素在人类医疗和畜禽水产养殖中发挥了重要作用，但由于其大量使用带来的环境残留和生态风险也引起了广泛关注。笔者分析总结了近 10 年我国地表水、土壤和动植物体内等环境介质中的抗生素污染特征发现：① 地表水和沉积物中不同程度地检出了磺胺类（SAs）、喹诺酮类（QNs）、大环内酯类（MLs）和四环素类（TCs）抗生素，其中海河、辽河和珠江的抗生素污染较为严重；② 耕地土壤也受到不同程度的抗生素污染，主要污染因子为 QNs 和 TCs，北方和珠江三角洲区域的耕地土壤中抗生素污染较为严重；③ 鱼类和蔬菜植物中也检出了抗生素残留，主要的污染物为 ＱＮｓ。笔者认为，在今后的研究中，应进一步加强对水体沉积物、畜禽粪便、土壤和蔬菜中抗生素的污染特征的监控，特别是要深入研究抗生素在水－沉积物体系、畜禽粪便－土壤体系、土壤－植物体系中的迁移转化，以期准确了解抗生素的环境行为，为其生态风险评估提供依据。

内容导读

1 抗生素的来源及归趋

抗生素的主要来源及其归趋如图 2 所示。抗生素主要用于人类医疗、畜禽和水产养殖三大方面。在人类医疗健康方面，抗生素发挥了巨大的作用，但是抗生素被人体服用后，不能完全被机体吸收，大部分以原形或代谢产物的形式排出体外，并通过污水收集管道进入污水处理厂中。由于污水处理厂不能完全去除此类生物活性成分，导致抗生素通过污水处理厂出水进入地表水。污水处理厂的出水被认为是地表水中抗生素的主要来源之一 。抗生素进入水环境后可能被吸附，并蓄积在沉积物中。此外，污水处理厂的污泥也可能富集了大量抗生素，污泥回用导致农田等土壤环境的污染。

抗生素常用作畜禽和水产养殖的饲料添加剂，以预防、治疗疾病和促进动物生长。抗生素被畜禽和鱼虾等水生物服用后，少部分可能残留在体内，直接通过食物链进入人体，而大部分抗生素则通过粪便或尿液排出体外。由于畜禽粪便常用做有机肥施用于农田，使得抗生素进入到农田土壤环境中，进而被蔬菜等作物吸收再通过食物链进入人体 。进入土壤中的抗生素也可能通过地表径流和渗透作用进入地表水和地下水环境中。另一方面，用于水产养殖的抗生素更可能直接进入水体，造成抗生素污染。

▲图 2　环境中抗生素的来源及归趋

2　水环境中的抗生素污染特征

水体是环境中抗生素最重要的归宿地之一，目前相关研究主要集中在抗生素的污染特征、迁移转化及其源解析等方面。我国地表水环境中检出的抗生素种类及其浓度水平见表 2。由于相关文献中涉及的抗生素众多，表 2 中抗生素的浓度按类别以总量范围（平均值）的形式表示，该总量及平均值一般是引用自相应的参考文献，或通过检出抗生素的浓度范围相加得到。

▼表 2　我国地表水和地下水环境中的抗生素质量浓度

◆沉积物中的抗生素污染特征

我国主要水域沉积物中的抗生素污染特征见表 3。由表 3 可见，沉积物中检出的抗生素种类与水体一致。但是，不同种类抗生素的总体浓度水平则与水体中不同。沉积物中 SAs 类的检出浓度最低，而水体中 SAs 的检出浓度很高，这主要是因为 SAs 具有较高的水溶性，较难吸附在沉积物。沉积物中 QNs 和 TCs 的浓度相对较高，是主要的污染因子。

▼表 3　沉积物中的抗生素含量

３　土壤环境中的抗生素污染特征

◆抗生素的污染水平

我国土壤环境的抗生素污染特征见表 4。由表 4 可见，我国土壤中 TCs 和 QNs 的检出频率和检出浓度都较高，是土壤中的主要抗生素污染物，而 SAs 和 MLs 的检出浓度相对较低。这主要跟不同种类抗生素的使用模式、特征及其环境行为有关。

▼表 4　我国土壤环境中的抗生素含量

４　动植物体内的抗生素污染特征

◆植物体内抗生素污染特征

我国蔬菜中抗生素的污染特征亦见表 5。由表 5 可见，我国蔬菜中检出的主要抗生素为 QNs，其中 NOR、CIP 和 ENR 的检出频率和浓度都较高。

▼表 ５　动植物体内的抗生素残留水平

５　展　望

本研究主要总结了近 10 年我国不同环境介质，包括地表水、土壤以及动植物体内的抗生素污染特征。地表水中主要检出了 SAs、QNs、MLs 和 TCs 4 类抗生素，不同水域的优势抗生素污染物因抗生素使用模式不同而有所不同，总体质量浓度水平在 ng/L 至 μg/L 范围内；沉积物中的主要污染因子为 QNs、 和 TCs 类，除辽河和海河外，沉积物中抗生素的质量浓度均小于 100 ng/g；海河的抗生素污染最为严重，可能具有较高的生态风险。我国耕地土壤受到不同程度的抗生素污染，优势抗生素污染物为 QNs 和 TCs，其浓度水平质量分数在 ng/kg 至 μg/kg 范围内，总体上，我国北方和珠江三角洲地区的耕地土壤污染较为严重。鱼类等水产品和蔬菜植物中也富集了相当程度的抗生素，尤其是 QNs，在鱼类和蔬菜植物种的富集能力较强。

众多学者已经对我国不同环境介质中的抗生素污染特征开展了大量的研究工作，但要构建我国环境介质中的抗生素污染特征全景，评估抗生素的生态风险和健康风险，还有许多工作需要做：①水体沉积物作为抗生素的“储存库”，是水体环境质量评价不可缺少的一部分，但以往的研究多集中在上层水体中，今后应加强对水体沉积物中抗生素污染特征的研究；②土壤作为粮食作物的生长基质，其环境质量对于人类健康至关重要。由于土壤中的抗生素主要来源于畜禽粪肥，今后应加强对畜禽粪肥以及土壤中的抗生素含量的监控；③目前，有关抗生素在鱼类、蔬菜等食品中的残留和富集研究相对较少，现有的研究表明鱼类和蔬菜中积累的抗生素含量相对较低，似乎不会对人类健康构成直接的危害，但人类长期暴露于低浓度的抗生素中是否会对人类健康产生不利影响尚不清楚。因此，应进一步加强对食品中抗生素残留的监测，同时开展低浓度复合抗生素长期暴露下对生物的生态风险和人类健康影响研究。④我国政府部门和环境管理部门应及时收集环境介质中抗生素的污染特征及其生态和健康风险数据，对畜禽水产养殖业中抗生素的使用制定管理规定，筛选环境中优先监测抗生素，制定环境中抗生素的环境质量标准，保障生态环境和人类的健康。

（感谢作者提供素材）

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