黄渤海区域及东江流域环境中典型抗生素污染研究

	黄渤海区域及东江流域环境中典型抗生素污染研究
其他题名	Selected Antibiotics in North China Coastal Zones and Dongjiang River Catchment
	张瑞杰
学位类型	博士
导师	张干、唐建辉
	2011-05-27
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
学位专业	环境科学
关键词	抗生素渤海湾莱州湾胶州湾渤海黄海东江
摘要	抗生素是一种有效的抗菌药物，被广泛用于人类、畜禽及水生生物的疾病防治，同时也被用作饲料添加剂广泛用于养殖业来促进畜禽生长。但是随着药品种类、产量与用量的不断增加，加之药品管理的混乱和盲目使用，药物滥用问题非常严重，细菌耐药性的不断增加、“超级细菌”的出现是抗生素滥用的严重后果。抗生素已经成为环境中的一类新型污染物。近些年来，国际环境科学界乃至公众对于环境中抗生素污染极度关注。我国北方黄渤海沿海地区和南方东江流域(尤其是三角洲地区)人口密集、畜牧和(或)水产业养殖发达，每年产生大量的生活污水、养殖废水和人畜粪便，通过排放进入河流、海洋，或经灌溉、施肥进入土壤，应该是我国抗生素污染的重灾区。同时东江作为珠三角和香港地区重要水源地，为国家重点水质保护区。但目前对于抗生素等新型污染物在该区的关注度不足。因此，本论文采用超声提取、固相萃取等前处理方法和高效液相色谱串联质谱(HPLC-MS/MS)的检测方法，结合区域环境特点，大尺度，多角度地研究了大环内酯类、磺胺类及磺胺增效剂甲氧苄胺嘧啶等3类11种抗生素在我国北方黄渤海等典型海岸带环境以及南方东江典型河流流域环境中的污染特征及生态风险。为该区生素污染的防治及环境保护工作提供了科学依据。主要包括两部分内容：第一部分北方海岸带水环境中抗生素的污染特征及生态风险本部分以海湾为主、湾外海洋为辅，研究了抗生素在黄渤海中的含量水平、分布与过程；结合潜在污染源分析、特征化合物及相关、因子分析等统计方法对污染来源进行解析；并对海洋水体中抗生素的水生生态风险进行了评价。具体内容如下： 1、抗生素在黄渤海不同海域水体中的含量水平、分布与过程对黄渤海地区渤海湾、莱州湾、胶州湾、烟台海湾(套子湾、芝罘湾、四十里湾)、黄海、渤海等海域表层水体中11种抗生素的含量进行调查，结果显示，大环内酯类的脱水红霉素(ETM-H2O)、磺胺类的磺胺甲基异噁唑(SMX)和磺胺增效剂甲氧苄胺嘧啶(TMP)基本上是各种抗生素中检出率最高、含量也最高的抗生素，检出率普遍大于95%。各个海域三者平均浓度之和占检出抗生素浓度总和的90%以上，基本可以代表整个检测抗生素的污染水平。三者之和在莱州湾最大(75 ng/L, n=27)，在烟台海湾最小(4 ng/L, n=30)。湾外海洋，渤海(5.6 ng/L, n=27)重于黄海(1.1 ng/L, n=35)。除上述三种药物外，其余药物只有在渤海湾中有较高的含量，因此总浓度渤海湾最高(86 ng/L, n=29)。上述结果表明各个海域，甚至远岸海洋都不同程度的受到抗生素污染。总体污染水平渤海湾最重，莱州湾次之。抗生素平均总含量在各海湾内部的分布：渤海湾北部(105 ng/L, n=11)大于南部(73 ng/L, n=18)，主要表现在磺胺类药物的差异上；莱州湾内湾(121 ng/L, n=15)大于外湾(19 ng/L, n=12)；胶州湾三者浓度之和由北部近岸的47 ng/L(n=7)向南部湾口逐渐降低至5.6 ng/L(n=6)；烟台海湾脱水红霉素在四十里湾近岸浓度明显大于远岸，其余药物分布差异不显著。同时在渤海湾和胶州湾发现，沿河流入海方向、从近岸至远岸，抗生素浓度随离岸距离指数衰减。 2、黄渤海水体中抗生素的来源分析各海湾入海河流中抗生素检出种类、检出率及平均浓度总体上均明显高于海洋中相应数值。海水中的优势污染物在河流中同样是主要成分。各海湾入海河流抗生素平均总浓度与海湾中平均总浓度的稀释比为2.6~18。而且靠近污染较重河流的河口海域的抗生素浓度明显高于其它海域。上述特征均表明河流排放是海洋抗生素污染的一个重要来源。对养殖场废水和污水厂出水的检测结果同样发现，其中有特定药物的含量明显高于海洋或河流中抗生素浓度。它们也是海洋抗生素污染的重要来源。利用药物的主要用途、含量组成并结合各海域抗生素相关分析和因素分析，发现：大环内酯类抗生素主要来源于人用生活源，而磺胺类药物和甲氧苄胺嘧啶主要来源于动物用的养殖源；各个海域均受到养殖业和生活源的共同污染，其中渤海湾、莱州湾、烟台海域养殖业污染比重较大，而胶州湾及黄海地区生活源污染比重较大。 3、对黄渤海水体中抗生素的风险评价依据Hernando et al.(2006)的PNEC风险评价方法，对不同海域抗生素的水生生态风险评价。基于最坏情况考虑，风险系数(RQ)以区域内最大检测浓度(MEC: Measured environmental concentration)值和预测无效应浓度(PNEC: Predicted no effect concentration)的比值计算得到。结果表明：渤海湾中的红霉素、罗红霉素、磺胺甲基异噁唑和胶州湾中的红霉素、克拉霉素的RQ值处于1.2~7.5之间，均>1，对水生生物有高风险。总体而言，大环内酯类抗生素(尤其是红霉素) 是一类具有高生态风险的药物。第二部分南方东江河流流域环境中抗生素的污染特征及风险评价本部分面上通过大区域多点普查，研究了东江河流流域环境中，抗生素在河水、颗粒物、沉积物和土壤等多种环境介质中的含量、组成、分布和过程；结合源对照、特征化合物及相关、因子分析等方法对污染来源进行解析；并对水体中抗生素的水生生态风险进行了评价。点上，通过典型断面定点连续监测，研究了不同河段水体抗生素的季节变化和日变化特征及影响因素。具体内容如下： 1、抗生素在东江流域不同介质中的含量、组成、分布、过程及来源分析含量和组成：水体中有8种抗生素(ETM、RTM、AZM、CTM、SDM、SMX、SDZ 和 TMP)被广泛检出，检出率均超过75%，平均含量0.8~67 ng/L(n=63)。与国内其他河流相比，其整体水平较低。磺胺和TMP含量(1.0~67 ng/L)总体上高于大环内酯类含量(0.8~17 ng/L)。固相基质中，颗粒物中抗生素含量最高，平均总浓度21 ng/g(n=5)，沉积物和土壤较低，平均总浓度分别为4.8和1.5 ng/g(n=21和17)。组成上，颗粒物与沉积物相似，大环内酯类检出数量较多且含量较高，分别占总浓度的89%和77%。其中罗红霉素的含量最高，分别为7.9和1.9 ng/g。磺胺中只有磺胺甲基异噁唑和甲氧苄胺嘧啶检出，且含量较低。土壤中则相反，磺胺类检出率和含量均较高，占总浓度的77%。大环内酯类只有脱水红霉素和罗红霉素检出，且含量较低。分布：抗生素水体、颗粒物和沉积物表现出一致的空间分布规律：人口最为密集、污水排放量最大的三角洲河网区(东莞)抗生素污染最重，而中游的河源段污染最轻。土壤中抗生素含量与土地利用类型关系较大。磺胺类药物在菜地土中含量较大(总浓度1.4 ng/g)，这应该与更多的养殖粪肥施用有关；而大环内酯类抗生素在水稻田土壤中含量最大(总浓度0.50 ng/g)，应该与污水灌溉和该类药物的高吸附、低迁移性相关。来源：生活污水与河水的稀释因子分析结合相关和因子分析发现，大环内酯类主要与人用生活源相关，磺胺类药主要与动物用养殖源相关；而且水体和沉积物来源于大环内酯类抗生素的贡献较大。风险评价：东江河水中大环内酯类抗生素(尤其是红霉素)对水生生物有高风险。 2、抗生素在东江不同河段水体中的日变化和季节变化特征不同季节，东江水体抗生素含量变化明显，旱季水平显著高于雨季水平，应该与雨季雨水稀释以及旱季疾病多发用药量较多等因素相关。河流断面抗生素日变化受到源排放、潮汐和径流等因素影响。距河口越近受潮汐影响越大，越远受径流流量影响越大。通量估算，博罗和河源断面目标抗生素(目标化合物)年通量分别向为668 kg和136 kg。 3、抗生素在固相与水相间的分配抗生素在颗粒相和水相间的分配系数明显高于其在沉积物和水相间分配系数，相差一到半个数量级；可能由以下原因引起：颗粒物粒径较小，比表面积大，吸附能力较强；颗粒物在水体中分布比较均匀，与水体接触充分；底层水抗生素浓度较大也限制了沉积物对抗生素的吸附。不同抗生素相比，大环内酯类(尤其是罗红霉素和克拉霉素)表观分配系数较高。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/3637
专题	中国科学院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	张瑞杰. 黄渤海区域及东江流域环境中典型抗生素污染研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2011.

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