解旭東 ，侯智昊，李楠 *，岳翠霞，李雅，楊方社

1.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127；2.陜西省地表系統(tǒng)與環(huán)境承載力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710127

抗生素是指細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物經(jīng)培養(yǎng)而獲得或者用化學(xué)法合成的、具有抗病原微生物或抑制其它活性的化學(xué)物質(zhì)，是臨床應(yīng)用最為廣泛的一類治療藥物（楊雪嬌，2018）。中國是抗生素的生產(chǎn)和使用大國，抗生素原藥年產(chǎn)量約為24.8萬噸（于繼侗等，2018）。同時(shí)，最新研究顯示，2000年到2015年間中國抗生素使用量增長(zhǎng)幅度高達(dá)79%（Klein et al.，2018），僅2013年抗生素使用總量就達(dá)到16.2萬噸，是同時(shí)期英國的150多倍（Zhang et al.，2015）。2005年中國抗生素年使用量的46.1%用于畜牧養(yǎng)殖業(yè)，2013年增加到84%。抗生素進(jìn)入機(jī)體后僅有少部分能夠被吸收利用，高達(dá)90%的抗生素以原形隨糞便和尿液排入環(huán)境（楊煜東等，2010），然而，現(xiàn)有的污水處理工藝難以有效去除抗生素類物質(zhì)（高俊紅等，2016），致使其通過生活污水、制藥企業(yè)排放廢水、養(yǎng)殖業(yè)污水以及垃圾滲濾液等不斷進(jìn)入地下水和地表水等水環(huán)境中（王丹等，2014），并通過吸附、分配等作用最終進(jìn)入沉積物和土壤中。一旦抗生素進(jìn)入沉積物或土壤，就難以發(fā)生進(jìn)一步的遷移（Chen et al.，2017）。某些抗生素在沉積物或土壤中會(huì)發(fā)生重新配合或分解（秦曉鵬等，2015），部分分解產(chǎn)物具有比母體更強(qiáng)的毒性，還有部分分解產(chǎn)物會(huì)在土壤和糞便中重新合成母體抗生素（Boxall，2004a）。此外，沉積物和土壤中的抗生素也會(huì)在植物或微生物之間發(fā)生遷移（Boxall et al.，2006；Sayen et al.，2019），從而對(duì)動(dòng)植物產(chǎn)生直接或間接毒性，長(zhǎng)期低濃度下的抗生素還會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生抗性菌和抗性基因，從而引發(fā)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（Sharma et al.，2016）。

隨著現(xiàn)代分析技術(shù)的不斷發(fā)展，沉積物和土壤這類復(fù)雜介質(zhì)中抗生素的賦存和分布不斷被研究，其可能導(dǎo)致的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)已成為新的熱點(diǎn)問題。目前，全球范圍內(nèi)在沉積物和土壤中已檢出了多種抗生素。西班牙加利西亞自治區(qū)17%的土壤樣品中檢測(cè)出四環(huán)素類和磺胺類抗生素，最大檢出含量為0.8 μg·kg?1，呈現(xiàn)較低的區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)性（Conde et al.，2018）；伊朗波斯灣水域海水沉積物中抗生素含量為 1.40—25.32 μg·kg?1，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)已引起關(guān)注（Kafaei et al.，2018）；中國漢江地區(qū)（Hu et al.，2018）沉積物中檢出了磺胺類、四環(huán)素類和氟喹諾酮類等13 種抗生素，總含量為 10—45 μg·kg?1，沉積物中抗生素的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)已高于水體；長(zhǎng)江口沉積物中抗生素主要為四環(huán)素類和氟喹諾酮類（Guo et al.，2019），某典型城郊集水區(qū)的土壤中檢出了磺胺類、四環(huán)素類、氟喹諾酮類等11種抗生素，且抗生素含量隨土壤深度的增加而降低（Kaeseberg et al.，2018）。目前，關(guān)于抗生素的研究主要集中在水環(huán)境中（Li et al.，2012；丁惠君等，2017；張曉嬌等，2017），2008—2018年間研究中國各流域水體的抗生素賦存分布的相關(guān)文獻(xiàn)約為120篇，而沉積物和土壤兩種環(huán)境介質(zhì)中僅 50余篇，仍處于起步階段（石浩，2014）。此外，現(xiàn)有研究大都是針對(duì)不同區(qū)域沉積物或土壤開展的分散研究，對(duì)已有研究及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的概率統(tǒng)計(jì)和相關(guān)性分析還不夠深入，缺乏全國范圍內(nèi)固相介質(zhì)中抗生素污染研究的有效整合和系統(tǒng)分析。

本文以沉積物和土壤中檢出率最高的4大類13種抗生素為目標(biāo)物，分析中國胡煥庸線下方四區(qū)域內(nèi)沉積物和土壤中抗生素的污染水平及空間分布，并解析其污染來源。采用不確定分析方法評(píng)估沉積物和土壤中抗生素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，以期為沉積物和土壤中抗生素污染控制和風(fēng)險(xiǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

本文通過系統(tǒng)的文獻(xiàn)調(diào)研，篩選出沉積物和土壤中常見的4大類共13種抗生素（出現(xiàn)頻率>70%）作為研究對(duì)象，其基本信息如表1所示。匯總并整理 2008—2018 年間 Willey、ACS、Elsevier、Springer等數(shù)據(jù)庫關(guān)于中國沉積物和土壤中抗生素的研究，其中關(guān)于胡煥庸線上方區(qū)域的研究極少，難以開展有效分析，因此本研究選取能夠提供確切污染場(chǎng)址和污染負(fù)荷數(shù)據(jù)共 52篇研究中國胡煥庸線下方華北（不含內(nèi)蒙古）、華南、華東和華中四區(qū)域抗生素的相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，研究區(qū)域及數(shù)據(jù)分布如圖1所示。其中華東區(qū)域相關(guān)文獻(xiàn)有19篇，華南區(qū)域僅有7篇，數(shù)據(jù)量與人均國民生產(chǎn)總值正相關(guān)。

表1 抗生素基本信息及毒理學(xué)信息Table 1 Basic and toxicological information of antibiotics

圖1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)分布Fig.1 The studied area and data distribution

1.2 數(shù)據(jù)分析

1.2.1 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2013和Origin 2019軟件對(duì)抗生素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理以及作圖，計(jì)算如平均含量、檢出率、標(biāo)準(zhǔn)偏差及風(fēng)險(xiǎn)熵值等數(shù)據(jù)；使用SPSS 20.0對(duì)抗生素進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析、主成分分析及數(shù)據(jù)分布檢驗(yàn)；根據(jù)研究區(qū)域分布，使用Arcgis 10.0軟件的地理統(tǒng)計(jì)分析功能，分析研究區(qū)域內(nèi)抗生素的空間分布。

1.2.2 源解析方法

采用主成分分析法對(duì)中國胡煥庸線下方四區(qū)域內(nèi)沉積物和土壤中抗生素的來源進(jìn)行解析，并使用Varimax歸一算法進(jìn)行方差極大旋轉(zhuǎn)后根據(jù)特征值大于1的原則選擇相應(yīng)主要因子進(jìn)行分析。

1.2.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

目前國內(nèi)外對(duì)水體中抗生素風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究已經(jīng)相對(duì)成熟，但關(guān)于沉積物和土壤中抗生素的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究較少。關(guān)于水體中抗生素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法有很多，其中使用最廣泛的是歐盟技術(shù)指導(dǎo)文件（Technical Guidance Document on Risk Assessment，TGD）中采用風(fēng)險(xiǎn)熵值（Risk Quotients，RQ）進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法（European Commission，2003），可以用來評(píng)價(jià)環(huán)境中抗生素殘留對(duì)動(dòng)、植物等各種生態(tài)因子的風(fēng)險(xiǎn)水平（Hernando et al.，2006）。該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為 3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，分別為低風(fēng)險(xiǎn)（RQ<0.1）、中等風(fēng)險(xiǎn)（0.1≤RQ<1）以及高風(fēng)險(xiǎn)（RQ≥1）（Yan et al.，2017）。RQ 計(jì)算公式如下：

式中，MEC為化合物的環(huán)境測(cè)量含量；PNEC為預(yù)測(cè)無效應(yīng)含量，其值與敏感物種、毒性數(shù)據(jù)等相關(guān)。目前，關(guān)于水中抗生素預(yù)測(cè)無效應(yīng)含量（PNECwater）的研究較多，尚缺乏土壤及沉積物中的相關(guān)數(shù)據(jù)。本文根據(jù) TGD的指導(dǎo)方法，采用已有研究中抗生素的PNECwater（表1），通過平衡法換算得到抗生素在沉積物中預(yù)測(cè)無效應(yīng)含量（PNECsed）值，具體計(jì)算公式為：

式中，RHOsp為懸浮物的濕體積密度，本文采用 TGD 推薦值 1150 kg·m?3；Ksusp-water為有機(jī)物的懸浮物—水分配系數(shù)，其值由下式確定（European Commission，2003）：

式中，F(xiàn)water-susp和Fsolid-susp分別為水相和固相在懸浮物中體積分?jǐn)?shù)，本文分別采用 TGD中標(biāo)準(zhǔn)定義值0.9和0.1；RHOsoild為固相密度，本文采用TGD中標(biāo)準(zhǔn)定義值2500 kg·m?3；Kpsusp為懸浮物中的固相—水相分配系數(shù)，

TGD中推薦采用0.1倍的有機(jī)物沉積物—水標(biāo)化碳分配系數(shù)（Koc）?？股氐腒oc可通過辛醇—水分配系數(shù)（Kow）估算求得，二者關(guān)系如公式（4）（樸海善等，1999），該式對(duì)logKoc估算誤差符合正態(tài)分布，平均誤差為0.48個(gè)對(duì)數(shù)單位。本研究采用的抗生素logKow值列于表1。

關(guān)于土壤中抗生素的預(yù)測(cè)無效應(yīng)環(huán)境含量PNECsoil，本文仍根據(jù) TGD指導(dǎo)文件，通過有機(jī)物的土壤—水分配系數(shù)Ksoil-water換算求得，具體公式為：

式中，F(xiàn)water-soil和Fsolid-soil分別為固相和水相在土壤中的體積分?jǐn)?shù)，本文采用 TGD中標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境定義值分別為 0.2和 0.6；Kpsoil為固相—水相分配系數(shù)，TGD中推薦采用0.02倍的Koc作為其值。

事實(shí)上，污染區(qū)域內(nèi)固相基質(zhì)中不同類抗生素往往呈混合分布，產(chǎn)生聯(lián)合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。本文采用MRQ模型評(píng)價(jià)混合抗生素的聯(lián)合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（Backhaus et al.，2012），計(jì)算公式如下：

式中，MRQMEC/PNEC代表化合物的聯(lián)合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

為了降低參數(shù)選擇、化合物毒性數(shù)據(jù)等不確定因素的影響，提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性，本文采用crystal ball（v11.1.2.4）實(shí)現(xiàn)蒙特卡羅取樣分析，進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的不確定性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 研究區(qū)域內(nèi)抗生素污染水平

研究區(qū)域內(nèi)沉積物和土壤中SAs、TCs、QNs和MLs抗生素的含量范圍分別為未檢出到 12.30、16.30、13.90 和 7.41 mg·kg?1，平均檢出率分別為80%、95.35%、49.65%和42.57%。土壤和沉積物中抗生素的平均含量分別為1.48和1.28 mg·kg?1，均高于土壤中抗生素生態(tài)毒害效應(yīng)的閾值0.1 mg·kg?1（Kim et al.，2007），如圖2所示。土壤含量最高的抗生素為上海某養(yǎng)豬場(chǎng)養(yǎng)殖土壤中的CTC，平均含量為 36.27 mg·kg?1（Pan et al.，2011），而西班牙某養(yǎng)殖場(chǎng)土壤中的優(yōu)勢(shì)抗生素污染物為強(qiáng)力霉素，最高含量達(dá)到 106.60 mg·kg?1（Conde et al.，2018）。TCs作為獸藥和飼料添加劑用于養(yǎng)殖業(yè)，在中國及世界畜禽養(yǎng)殖業(yè)中的生產(chǎn)量與實(shí)際使用量均為最大（Li et al.，2013），這可能是養(yǎng)殖土壤中TCs含量高的原因之一。沉積物中含量最高的抗生素是海河沉積物中的 OTC，最高含量為 16.30 mg·kg?1（Chen et al.，2018），伊朗波斯灣中含量最高的為諾氟沙星（大環(huán)內(nèi)酯類）（Kafaei et al.，2018）。沉積物中抗生素的分布一方面與抗生素的吸附性能有關(guān)，抗生素沉積物中吸附能力大小一般為四環(huán)素類>大環(huán)內(nèi)酯類>喹諾酮類>磺胺類（李宗宸，2017），另一方面與上覆水體中抗生素的種類及含量有關(guān)。TCs是研究區(qū)域內(nèi)沉積物和土壤中含量最高、占比最大的的一類抗生素，分別占抗生素總含量的76.46%和84.04%，研究區(qū)域內(nèi)該類抗生素的檢出率大于90.07%。含量第二的為QNs，在沉積物和土壤中的占比分別為10.41%和10.65%，QNs大量應(yīng)用于畜牧和水產(chǎn)養(yǎng)殖以促進(jìn)禽畜生長(zhǎng)及抑制真菌感染（Boxall，2004b；Thiele-bruhn，2003），但吸附能力較弱，因此在沉積物和土壤介質(zhì)中的含量并不高。

圖2 沉積物和土壤中不同類抗生素含量對(duì)比Fig.2 Concentration of antibiotics in sediment and soil

2.2 抗生素的空間分布

沉積物中華北地區(qū)的抗生素污染水平最高，其次華南地區(qū)，平均含量分別為 6.13、1.96 mg·kg?1，優(yōu)勢(shì)污染物均為TCs，分別占污染總量的85.62%和96.22%（圖3）。其中OTC含量遠(yuǎn)高于其它抗生素，最高含量達(dá)到 54.8 mg·kg?1，出現(xiàn)在珠江沉積物中（劉葉新等，2018）。華北地區(qū)包括河北省、山西省、北京市和天津市，面積為37.39萬km2，人口總數(shù)達(dá)1.49億，是中國人口最為稠密的區(qū)域之一，抗生素產(chǎn)量和消耗量都較大，僅河北省就擁有華北制藥、石家莊制藥、神威藥業(yè)、以嶺藥業(yè)等眾多大型制藥企業(yè)（周長(zhǎng)銘，2018），大量制藥廢水的排放可能是該區(qū)域沉積物中抗生素含量高的原因。同時(shí)，沉積物中抗生素主要來源之一水生動(dòng)物排放的糞便及以飼料添加劑的形式應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的抗生素，珠江是中國重要的淡水漁業(yè)生產(chǎn)基地，珠江沉積物中高含量的 OTC可能由于養(yǎng)殖區(qū)施用抗生素藥物所致。華東和華中地區(qū)沉積物中抗生素的平均含量分別為 0.21 mg·kg?1和 0.04 mg·kg?1，遠(yuǎn)低于華北和華南地區(qū)，沉積物對(duì)多種抗生素都有很強(qiáng)的富集作用（劉玉芳，2012），是抗生素污染重要的源和匯。如圖4所示，TCs是沉積物中污染量最高的抗生素，含量從高到低依次為華北、華南、華東和華中，分別占污染總量的78.77%、96.22%、76.31%和38.34%，相關(guān)研究也證實(shí)了TCs具有著極強(qiáng)的吸附作用（Hamscher et al.，2002），容易在沉積物中富集。QNs是僅次于TCs的優(yōu)勢(shì)抗生素種類，區(qū)域分布與TCs相同，然而平均含量?jī)H為0.46 mg·kg?1，遠(yuǎn)低于 TCs的 5.45 mg·kg?1。QNs在中國的使用量巨大（Hu et al.，2011），但其在水中易光解，因此在沉積物中的含量并不高。SAs污染量分布為華北>華中>華南>華東，其中 SDZ是華北區(qū)域含量最高的磺胺類抗生素，華中和華南均為 SMZ，華東為TMP。大環(huán)內(nèi)酯類抗生素在水中容易發(fā)生水解，不易遷移至沉積物中，4個(gè)區(qū)域沉積物中的MLs含量都較低，華北、華中和華東檢出率分布為80.00%、20.00%和33.33%，華南地區(qū)未檢出。

圖3 沉積物和土壤中各類抗生素平均含量分區(qū)對(duì)比Fig.3 Antibiotics of sediment and soil in four regions

圖4 沉積物和土壤中各抗生素的區(qū)域分布情況Fig.4 Spatial distribution of antibiotics in sediment and soil

土壤中總抗生素量從高到低依次為華東、華南、華北和華中，平均含量分別為2.28、1.50、0.62和 0.08 mg·kg?1（圖 3）。華東地區(qū)農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)，強(qiáng)烈的耕種措施以及更高的施肥頻率、養(yǎng)殖場(chǎng)廢水排放以及糞肥施用等都可能導(dǎo)致土壤中抗生素的高含量（Li et al.，2015；Wang et al.，2017）。TCs和QNs是華東、華南和華中地區(qū)土壤中含量較高的抗生素，而華北地區(qū)的優(yōu)勢(shì)抗生素則是TCs和SAs，由于醫(yī)療、經(jīng)濟(jì)水平和認(rèn)知能力的差異，抗生素消費(fèi)習(xí)慣大不相同，這導(dǎo)致了其環(huán)境中的分布具有明顯的地域特征?？傮w而言，TCs是研究區(qū)域內(nèi)土壤中抗生素污染的主要種類，其中 CTC占比最高，這與Zhao et al.（2019）研究中國東部典型城市周邊地區(qū)土壤抗生素污染得出的 CTC為主要污染源的結(jié)論一致。華東地區(qū) ENR平均含量為 4.09 mg·kg?1，是僅次于 OTC 和 CTC 的優(yōu)勢(shì)污染物，QNs在畜牧養(yǎng)殖中長(zhǎng)期大量使用（Boxall，2004b；Thiele-bruhn，2003），但其在土壤介質(zhì)中吸附能力較弱，因此在土壤中的含量遠(yuǎn)低于TCs。SAs的總量并不高，僅華北地區(qū)含量較高，占污染總量的12.91%。土壤中 MLs含量顯著高于沉積物中（P<0.05），這進(jìn)一步證明了沉積物中低MLs可能是由于其在上覆水中發(fā)生水解的所致。

抗生素按照使用類別可分為人用抗生素、獸用抗生素和人畜共用抗生素三類，具體使用類別詳見表1。研究區(qū)域的土壤利用類型主要涉及農(nóng)業(yè)污灌區(qū)與養(yǎng)殖場(chǎng)糞肥區(qū)兩類土壤，如圖5所示，TCs在農(nóng)業(yè)污灌區(qū)與養(yǎng)殖場(chǎng)糞肥區(qū)土壤中的占比分別為61.53%和80.44%，這與TCs自身的理化性質(zhì)及極大的使用量有關(guān)。SAs占比分別為2.35%和9.73%，磺胺類抗生素是人畜共用藥，在農(nóng)業(yè)中很少使用且在土壤中吸附性較差，故其在農(nóng)業(yè)污灌區(qū)土壤中幾乎未檢測(cè)到，在養(yǎng)殖業(yè)糞肥區(qū)土壤中含量也較低。QNs在農(nóng)業(yè)污灌區(qū)占比36.04%，可以推斷污水灌溉致使土壤中含有較高的QNs，而QNs一旦進(jìn)入土壤，微生物降解速率慢，半衰期較長(zhǎng)（Wang et al.，2017），因此污灌區(qū)土壤檢出含量和檢出率都較高，反之，QNs在養(yǎng)殖業(yè)糞肥區(qū)的比重極低，僅占 0.3%，此外，抗生素在不同土壤類型中的分布與土壤的理化性質(zhì)也有關(guān)聯(lián)（尹春艷等，2012）。MLs在兩類土壤中的檢出率和檢出含量都極低，主要因?yàn)镸Ls為人用抗生素，在農(nóng)業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)中都極少使用。

圖5 不同利用類型的土壤抗生素含量對(duì)比Fig.5 Antibiotics in different utilization types of soil

2.3 抗生素的源解析

識(shí)別環(huán)境中抗生素污染的來源，并定量其相對(duì)貢獻(xiàn)對(duì)抗生素污染的管理控制尤為重要。本文采用主成分分析法（PCA）對(duì)研究區(qū)域內(nèi)沉積物和土壤中抗生素的來源進(jìn)行解析，為了更準(zhǔn)確的解釋主成分，使用varimax歸一算法進(jìn)行方差極大旋轉(zhuǎn)，并選擇旋轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)展開分析。沉積物和土壤中的抗生素的主成分分析結(jié)果見表2，通過variman旋轉(zhuǎn)，根據(jù)特征值大于1的原則，篩選出3個(gè)主成分，分別解釋了沉積物中77.90%和土壤中86.08%的變量信息。

表2 沉積物和土壤中抗生素主成分旋轉(zhuǎn)分布矩陣Table 2 Rotation distribution matrix of antibiotics in sediment andsoil

結(jié)果表明，對(duì)于沉積物中的抗生素而言，PC1解釋了 60.01%的方差變異，SDZ、TMP、OTC、NOR、CIP、OFL、ROX具有極高的正載荷（>0.9），且除SDZ、TMP以外，其余5種抗生素兩兩之間存在極顯著正相關(guān)（P<0.01），表明它們?cè)诟鲄^(qū)域有相似的分布情況，均表現(xiàn)為高含量區(qū)域發(fā)生華北區(qū)域（圖4）。OTC、NOR、CIP、OFL、ROX都為人用或人獸共用抗生素，在生活污水、制藥及醫(yī)療廢水中具有較高含量，且現(xiàn)有的污水處理工藝不能有效的去除抗生素，故主成分1代表了隨污水排放進(jìn)入水體沉積物中的抗生素；PC2解釋了 13.77%的方差變異，SMZ、CTC和ENR具有較高的載荷（>0.7），其余抗生素載荷較低。SMZ為人獸共用抗生素，CTC和ENR為典型的獸用抗生素，常用于魚病防治和飼料藥物添加劑，故主成分2代表了水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水排放進(jìn)入沉積物的抗生素；PC3解釋了12.30%的方差變異，ERY具有極高的正載荷（0.996），TC具有較高的正載荷（0.668），其余抗生素載荷較低。然而，ERY和TC的相關(guān)性不高（P<0.01）），說明二者具有不同的來源。ERY為人獸共用藥，是畜禽養(yǎng)殖飼料的主要添加藥物之一（王云鵬等，2008），在養(yǎng)殖廢水和地表水中大量檢出（陳麗紅等，2020），因此主成分3代表了畜禽養(yǎng)殖廢水來源。

對(duì)于土壤中的抗生素而言，PC1’解釋了34.07%的方差變異，NOR、CIP、OFL、ENR和ROX有相對(duì)較高的正載荷（>0.2），其中CIP和OFL為人用抗生素外，其余都為人獸共用抗生素，考慮到研究區(qū)域的污水灌溉和污泥施肥史，主成分1’為污水灌溉和污泥施肥等來源。PC2’解釋了27.76%的方差變異，其中SAs的4種抗生素（SDZ、SMZ、SMX、TMP）載荷相對(duì)較高（>0.17），其余抗生素載荷水平很低?；前奉惪股囟酁槿双F共用抗生素，是目前全球使用量?jī)H次于四環(huán)素的獸用藥物（Kim et al.，2011），SAs親水性較強(qiáng)，容易隨水流發(fā)生長(zhǎng)距離遷移，在沉積物和土壤中含量較低，在污水處理廠排放廢水中有很高的檢出率和檢出含量（Kümmerer，2009），4種SAs的相關(guān)性很弱（P<0.01，r<0.3），說明排放源分散，因此該成分來源為污水處理廠排放，且為分散的點(diǎn)源污染。PC3’解釋了16.07%的方差變異，其中 OTC和 CTC具有相對(duì)較高的載荷（>0.3），四環(huán)素類抗生素由于具有廣譜性和低廉的價(jià)格被廣泛應(yīng)用于禽畜和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，但這些抗生素不能被機(jī)體完全吸收，大部分以代謝物或原形的形式隨糞便排出體外。故主成分3’為養(yǎng)殖業(yè)直接排放及禽畜糞肥的施用。

2.4 基于不確定性分析的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

通常情況下環(huán)境中污染物含量呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布（Dean et al.，1974）。本研究運(yùn)用SPSS 20.0在α=0.05的顯著性水平上對(duì)沉積物和土壤中各抗生素的含量進(jìn)行K-S檢驗(yàn)，結(jié)果顯示各抗生素的含量服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布?；陲L(fēng)險(xiǎn)表征模型（公式 1）及參數(shù)的概率分布，對(duì)沉積物和中土壤各抗生素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行 20萬次模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，沉積物和土壤中抗生素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平分別如圖6和圖7所示。

圖6 不同區(qū)域沉積物中各抗生素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.6 Ecological risk assessment results of antibiotics in sediment of different regions

圖7 不同區(qū)域土壤中各抗生素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.7 Ecological risk assessment results of antibiotics in soils of different regions

華東地區(qū)沉積物CTC和OFL在95%的置信水平上處于高風(fēng)險(xiǎn)，OTC和ROX處于中等風(fēng)險(xiǎn)，其余抗生素在95%的置信水平上均處于低風(fēng)險(xiǎn)，目前尚無需采取降低風(fēng)險(xiǎn)的措施。華南地區(qū)OTC和TC在95%置信水平處于高風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)熵平均值分別為1.65和0.91，NOR、ROX和ERY處于中等風(fēng)險(xiǎn)。其中 OTC的風(fēng)險(xiǎn)水平與波羅的海沉積物中的相當(dāng)（Siedlewicz et al.，2018），均處于高風(fēng)險(xiǎn)。華中地區(qū)除ERY無檢出、SDZ在95%置信水平上處于中等風(fēng)險(xiǎn)外，其余抗生素均處于低風(fēng)險(xiǎn)。華北地區(qū)作為沉積物中抗生素污染最嚴(yán)重的區(qū)域，其中 SDZ、OTC、TC、NOR、OFL和 ROX共 6種抗生素在95%置信水平上處于高風(fēng)險(xiǎn)，CTC和ROX處于中等風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域抗生素污染物的監(jiān)測(cè)，防控風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生。

華東地區(qū)土壤中SDZ、OTC、CTC和OFL在95%的置信水平上處于高風(fēng)險(xiǎn)水平，SMZ、SMX、TC、CIP和ROX處于中等風(fēng)險(xiǎn)，其中SMX和TC的風(fēng)險(xiǎn)水平低于污水受納河流的（Jiang et al.，2014）。華南地區(qū) CTC和OFL在 95%的置信水平上處于高風(fēng)險(xiǎn)水平，其中 CTC的風(fēng)險(xiǎn)熵平均值高達(dá)4.36。華中地區(qū)僅有OFL在95%的置信水平上處于中等風(fēng)險(xiǎn)，其余抗生素均為低風(fēng)險(xiǎn)。華北地區(qū)CTC在95%的置信水平上處于高風(fēng)險(xiǎn)水平，SMX、OTC和OFL具有中等風(fēng)險(xiǎn)。CTC在華東、華南和華北均處于高風(fēng)險(xiǎn)，OFL所有區(qū)域內(nèi)均具有高/中等風(fēng)險(xiǎn)水平

聯(lián)合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，沉積物中華北、華南和華東的抗生素聯(lián)合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均處于高風(fēng)險(xiǎn)水平，華北地區(qū)為沉積物中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高的區(qū)域，聯(lián)合風(fēng)險(xiǎn)熵平均值高達(dá)20.97，華中處于中等風(fēng)險(xiǎn)。土壤中沉積物中華北、華南和華東的抗生素聯(lián)合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均處于高風(fēng)險(xiǎn)水平，華東地區(qū)聯(lián)合風(fēng)險(xiǎn)熵平均值為7.06，是土壤中聯(lián)合風(fēng)險(xiǎn)最高的區(qū)域，華中處于中等風(fēng)險(xiǎn)?？傮w而言，沉積物中除華北區(qū)域外，其余區(qū)域的抗生素聯(lián)合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均低于土壤。

3 結(jié)論

（1）中國胡煥庸線下方四區(qū)域內(nèi)沉積物和土壤中抗生素的平均含量分別為 1.28 mg·kg?1和 1.48 mg·kg?1，高于土壤中抗生素生態(tài)毒害效應(yīng)的閾值，四類抗生素的平均檢出率大于42.57%。沉積物和土壤含量最高的抗生素分別為OTC和CTC。

（2）沉積物和土壤中各類抗生素分布的呈現(xiàn)顯著地域特征。沉積物中總抗生素量從高到低依次為華北、華南、華東和華中，而土壤中為華東>華南>華北>華中。TCs是沉積物和土壤中污染量最高的抗生素，QNs是沉積物中僅次于 TCs的優(yōu)勢(shì)抗生素，也是華東、華南和華中地區(qū)土壤中含量第二的抗生素，而華北地區(qū)的第二優(yōu)勢(shì)抗生素則是SAs。

（3）PCA解析結(jié)果表明沉積物中抗生素受生活污水及制藥廢水排放、水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水排放和畜禽養(yǎng)殖活動(dòng)的共同影響，源相對(duì)貢獻(xiàn)率分別為60.01%、13.77%和12.03%；土壤中抗生素來自污水灌溉及污泥施肥、污水處理廠排放和畜禽養(yǎng)殖直接排放及糞肥的施用，源相對(duì)貢獻(xiàn)率分別為34.07%、27.76%和16.07%。

（4）不同土地利用類型的土壤中抗生素含量具有較大差別。TCs在農(nóng)業(yè)污灌區(qū)和養(yǎng)殖業(yè)糞肥區(qū)均占有較大比重；SAs雖然使用量大，但在兩類的土壤中均占有較少比重；QNs在農(nóng)業(yè)污灌區(qū)土壤中占有較高比重，而在養(yǎng)殖業(yè)糞肥區(qū)土壤中比重極低，僅占0.3%；MLs在兩類土壤中的含量都較低。

（5）研究區(qū)域內(nèi)沉積物和土壤中各抗生素均處于不同的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。沉積物中華北區(qū)域高風(fēng)險(xiǎn)水平的抗生素種類最多，OTC為風(fēng)險(xiǎn)熵值最高的抗生素，在3個(gè)區(qū)域內(nèi)處于高/中等風(fēng)險(xiǎn)水平。土壤中華東區(qū)域高風(fēng)險(xiǎn)水平的抗生素最多，CTC和OFL具有較高的風(fēng)險(xiǎn)水平。華北、華南和華東的抗生素聯(lián)合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于高風(fēng)險(xiǎn)水平，華中處于中等風(fēng)險(xiǎn)。沉積物中除華北區(qū)域外，其余區(qū)域的抗生素的聯(lián)合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均低于土壤。