南四湖流域典型抗生素时空分布及迁移规律研究

摘要

近年来，抗生素药物在医疗和畜禽养殖业中大量使用，使其在环境中形成“伪持久性”现象，并通过废水、排泄物等方式进入水环境，对人体和生态环境造成潜在威胁。本文主要以四大类抗生素（磺胺类、喹诺酮类、四环素类、大环内酯类）为研究对象，对南四湖流域主要入湖河流水及沉积物中抗生素含量与时空分布进行研究，并对该流域污水处理厂和湿地系统对抗生素的迁移影响进行研究，最后对南四湖流域水中抗生素进行风险评估。论文主要成果如下： （1）本文采用HPLC-MS/MS方法对南四湖30条主要入湖河流及6个湿地系统水和沉积物中抗生素浓度进行检测，水和沉积物样品检测限分别为0.060-0.462ng·L-1和0.070-0.875μg·kg-1（S/N=3），定量下限分别为0.120~1.285ng·L-1和0.192~2.438μg·kg-1（S/N=10），回收率分别为70.30%-125.69%和69.51%-106.17%，达到水和沉积物检测要求。 （2）南四湖30条主要入湖河流表层水和沉积物中均检出14种抗生素，水和沉积物中抗生素浓度范围分别为nd-693.69ng·L-1和nd-207.241μg·kg-1。其时空分布规律为：南四湖30条入湖河流表层水中2月份抗生素总浓度（1449.433ng·L-1＞5月份抗生素总浓度（523.456ng·L-1）＞8月份抗生素总浓度（453.492ng·L-1），沉积物中2月份抗生素总浓度（723.513μg·kg-1＞8月份抗生素总浓度（615.088μg·kg-1）；上级湖（S1-S15）表层水中抗生素总浓度＞下级湖（S16-S30）表层水中抗生素总浓度，上级湖沉积物中抗生素总浓度（346.94-550.87μg·kg-1）＞下级湖沉积物中抗生素总浓度（172.644-268.148μg·kg-1）。南四湖30条主要入湖河流在丰水期和枯水期沉积物/水中抗生素相关性系数（R2）均为0.137，相关性较低。风险熵值法计算得出的风险评价结果表明：从时间上看，枯水期抗生素风险＞平水期抗生素风险＞丰水期抗生素风险，从不同营养级看，抗生素风险从大到小依次为algae＞plant＞invertebrate＞fish。 （3）选取南四湖流域抗生素浓度较高的一条河流（小沙河）进行抗生素时空分布研究，结果表明：小沙河表层水和沉积物中均检出23种抗生素，水中抗生素浓度范围为nd-517.316ng·L-1，沉积物中抗生素浓度范围为nd-496.047μg·kg-1；小沙河表层水中枯水期抗生素总浓度（3344.6ng·L-1）＞丰水期抗生素总浓度（1934.544ng·L-1）＞平水期抗生素总浓度（1510.564ng·L-1）；沉积物中丰水期抗生素总浓度（6716.771μg·kg-1）＞平水期抗生素总浓度（2280.628μg·kg-1）＞枯水期抗生素总浓度（1981.264μg·kg-1）。 （4）选取南四湖6个典型湿地进行抗生素时空分布研究，结果表明：6个湿地24个点位水中诺氟沙星（NOR）和磺胺喹恶啉（SQL）浓度最高，24个点位总浓度分别为251.080ng·L-1和77.352ng·L-1；6个湿地沉积物中氧氟沙星（OFL）和诺氟沙星（NOR）浓度最高，24个点位总浓度分别为805.768μg·kg-1和427.959μg·kg-1。小沙河湿地段丰水期对抗生素的去除率（88.26%）远高于平水期（27.76%）和枯水期（27.76%）；丰平枯三个水期小沙河湿地段对沉积物中抗生素去除率分别为-71.45%、26.76%和52.10%。丰水期6个湿地系统对水中抗生素的去除率分别为88.26%（W1）、86.85%（W2）、80.71%（W3）、44.69%（W4）、81.23%（W5）、55.20%（W6）。小沙河湿地段丰平枯三个水期水/沉积物抗生素相关性系数（R2）分别为0.068、0.299和0.750；6个湿地系统丰水期水/沉积物抗生素浓度相关性系数（R2）为0.830。风险熵值法计算得出的风险评价结果表明：南四湖湿地系统中不同营养级抗生素风险从大到小依次为algae＞plant＞invertebrate＞fish。 （5）南四湖30条主要入湖河流表层水通过PCA-MLR模型估算得知枯水期每个因子的平均贡献率分别为：B、C和D共源（因子1）：66.8%，D源（因子3）：18%，A、B、C、D和其它源共源（因子5）：15.2%；平水期每个因子平均贡献率为：A源（因子1）：78.5%，A、B和C共源（因子2）：21.5%；丰水期每个因子平均贡献率为：B源（因子1）：59.6%，A、B、C和D源（因子3）：20.7%，C和D共源（因子4）：10.0%，A和D共源（因子5）：9.7%。小沙河表层水通过PCA-MLR模型估算得知枯水期每个因子的平均贡献率为：S和L共源（因子1）：14.5%，S和L共源（因子2）：50.7%，S源（因子3）：20.4%，S源（因子4）：14.4%；平水期每个因子的平均贡献率为：S和L共源（因子1）：58%，S和L共源（因子2）：19%，S源（因子3）：17.1%，其它源（因子5）：5.9%；丰水期每个因子的平均贡献率为：S和L共源（因子1）：52.4%，S源（因子2）：21.6%，S源（因子3）：18.1%，S和L共源（因子4）：7.9%。

目录

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第一章 绪论

1.1 抗生素概述

1.1.1 抗生素的来源和分类

1.1.2 抗生素的迁移及转化

1.1.3 环境中抗生素的危害

1.1.4 抗生素风险评价

1.2 抗生素在环境中的赋存

1.2.1 水中抗生素污染现状

1.2.2 沉积物中抗生素污染现状

1.3 研究内容与意义

1.3.1 研究意义

1.3.2 研究内容

第二章 样品采集与检测

2.1 南四湖流域

2.1.1 南四湖流域概述

2.2 采样点布设与检测指标

2.2.1 采样点布设

2.2.2 样品采集与检测

2.3 抗生素检测

2.3.1 仪器与药品

2.3.2 样品前处理

2.3.3 HPLC-MS/MS测定条件

2.3.4 标准曲线与检测限

2.4 小结

3.1 南四湖30条主要入湖河流水/沉积物中抗生素浓度水平

3.1.1 南四湖30条主要入湖河流水中抗生素浓度水平

3.1.2 南四湖30条主要入湖河流沉积物中抗生素浓度水平

3.2 南四湖30条主要入湖河流水/沉积物中抗生素时空分布

3.2.1 南四湖30条主要入湖河流水/沉积物中抗生素时序分析

3.2.1 南四湖30条主要入湖河流水/沉积物中抗生素空间分析

3.3 南四湖30条入湖河流抗生素相关性分析

3.3.1 南四湖30条入湖河流水/沉积物抗生素相关性分析

3.3.2 南四湖30条入湖河流水中抗生素/常规水质相关性分析

3.4 南四湖流域居民饮用水中抗生素含量

3.5 南四湖30条主要入湖河流水中抗生素风险评估

3.6 小结

第四章 南四湖流域湿地系统对抗生素迁移的影响

4.1 小沙河湿地系统抗生素浓度水平与分布

4.1.1小沙河湿地表层水体中抗生素检出水平

4.1.2 小沙河湿地表层沉积物中抗生素检出水平

4.1.3 小沙河湿地水/沉积物抗生素时序分析

4.2 南四湖流域湿地系统对抗生素迁移的影响

4.2.1 南四湖流域湿地系统水/沉积物中抗生素浓度水平

4.2.2 南四湖流域湿地系统水/沉积物中抗生素空间分析

4.2.3 南四湖湿地系统对抗生素迁移的影响

4.2.4 南四湖湿地系统水/沉积物抗生素相关性分析

4.2.5 南四湖湿地系统水中抗生素/常规水质相关性分析

4.2.6 南四湖湿地系统抗生素风险评估

4.3 小结

5.1 南四湖30条主要入湖河流水中抗生素源解析

5.2 南四湖湿地系统水中抗生素源解析

5.3 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2创新点

6.3 不足与展望

参考文献

发表论文参与课题

致谢