東北地理所在寒區(qū)湖泊抗生素全季節(jié)多介質(zhì)環(huán)境行為機制及驅(qū)動因素研究方面取得進展
盡管冰封湖泊占全球湖泊總量的半數(shù)以上，但它們在淡水系統(tǒng)研究文獻中的關(guān)注度卻不足2%。尤其值得注意的是，抗生素在這些系統(tǒng)中不同環(huán)境介質(zhì)間的環(huán)境行為特征、機制及關(guān)鍵驅(qū)動因素仍存在認(rèn)知空白。我們前期研究發(fā)現(xiàn)，冰封期抗生素濃度與生態(tài)風(fēng)險顯著高于非冰封期，這主要歸因于結(jié)冰過程對于抗生素的壓縮效應(yīng)——結(jié)冰過程中會使抗生素被大量擠壓濃縮至水層（Ju et al.,2023）。因此，揭示冰封條件下抗生素在不同環(huán)境介質(zhì)中的分配規(guī)律、環(huán)境行為特征及其關(guān)鍵驅(qū)動因素，對于深入揭示冰封湖泊脆弱生態(tài)系統(tǒng)中抗生素等新污染物的環(huán)境行為具有重要意義。
圖1 查干湖冰封期采樣現(xiàn)場
東北地理所水環(huán)境健康與模擬學(xué)科組以典型寒區(qū)冰封湖泊——查干湖為例，系統(tǒng)研究了抗生素在冰封期的特異性環(huán)境行為及其關(guān)鍵環(huán)境驅(qū)動因素。通過量化全季節(jié)分布系數(shù)（KD），并將抗生素的理化特性與季節(jié)性變量相結(jié)合，運用統(tǒng)計方法和數(shù)據(jù)驅(qū)動模型，揭示抗生素在冰層（冰水與冰懸浮顆粒物）、水層（上覆水與懸浮顆粒物）及沉積物層（孔隙水與沉積顆粒物）中六項介質(zhì)分配特征的關(guān)鍵驅(qū)動因素。
研究發(fā)現(xiàn)，抗生素在冰凍期間呈現(xiàn)出獨特的多介質(zhì)分配特征：
（1）液相介質(zhì)中孔隙水中抗生素濃度顯著高于上覆水和冰水；固相介質(zhì)中抗生素則主要存在于懸浮顆粒物中。
（2）沉積物層中抗生素分配主要受抗生素理化性質(zhì)控制，而冰層和水層中抗生素的分配則主要受凍融動力學(xué)（30.27%）和陸源輸入（21.35%）驅(qū)動。
（3）低溫會改變有機碳對抗生素的吸附能力。值得注意的是，春季融化期生態(tài)風(fēng)險顯著加劇。
圖2 抗生素在非冰封期和冰封期多介質(zhì)的遷移與運輸
圖3 抗生素在不同環(huán)境介質(zhì)中的分布情況（液相：ng/L；固相：ng/g）
圖4 影響抗生素在多介質(zhì)中分布的驅(qū)動因素
圖5冰封期與春季融化期抗生素生態(tài)風(fēng)險變化
本研究深化了我們對抗生素在多介質(zhì)分配特征及季節(jié)轉(zhuǎn)換中行為模式的理解，為寒區(qū)冰封湖泊生態(tài)系統(tǒng)中抗生素環(huán)境行為理論研究提供了重要見解。
相關(guān)研究成果發(fā)表于國際知名期刊Water Research（中國科學(xué)院一區(qū)TOP，IF=12.4），由水環(huán)境健康與模擬學(xué)科組的特別研究助理鞠含俞（第一作者）、張敬杰研究員（通訊作者）以及科研助理苑一凡等共同完成。研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項目以及國際(地區(qū))合作與交流項目（42471089，4231101419）、吉林省國際科技合作項目（20240402026GH）及吉林省青年人才托舉工程（QT202330）的資助。
論文信息如下：
Hanyu Ju,Xuneng Tong,Yuhe He,Yifan Yuan*,Karina Yew-Hoong Gin,Jingjie Zhang*. Unraveling Key Drivers of Antibiotic Fate and Ecological Risk in Ice-Covered Lakes Through Multi-Compartment Analysis.Water Research,2025
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https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.124888
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