我国是世界上最大的抗生素生产国之一，2023年前三季度我国抗生素总产量达到26.08万t，其中48%用于养殖业，42%用于医疗，另有10%用于贸易^[1]。然而，抗生素不能完全被人类或动物吸收，约30%~90%的抗生素以母体化合物的形式通过粪便排泄^[2]，这会导致一部分抗生素进入河流、湖泊甚至海洋。近年来，我国的主要河流和湖泊如珠江^[3]、淮河^[4]、海河^[1]、辽河^[5]、太湖^[6]、鄱阳湖^[7]等抗生素污染问题日趋严重，且抗生素浓度水平也高于欧美国家^[8]。

近些年，武汉市湖泊中也检测出多种抗生素，如四环素类、喹诺酮类、磺胺类等^[9]。李柏林等^[10]在对武汉市水源地的检测中发现，磺胺甲噁唑、金霉素、罗红霉素和恩诺沙星4种抗生素对部分水源地相应敏感水生生物表现为中风险；由于长江及其最大支流汉水在此交汇，市内江河纵横、湖港交织，水域面积占全市总面积四分之一，长江中虽有抗生素，但浓度低，且长江流域幅员辽阔，无法有效地追溯抗生素的来源。巡司河作为连接南湖、汤逊湖水系的重要通道，是南湖花园片的排渍通道。通过监测巡司河的水质可以了解南湖与汤逊湖的水质状况，也能够有效地了解武汉市抗生素的来源以及分布规律。

1 材料与方法 1.1 仪器与试剂

超高效液相色谱－三重四极杆质谱联用仪(ACQITY H/TQ-S，美国Waters公司)；0.22 μm滤膜(直径50 mm，中国天津市津腾实验设备有限公司)；超纯水(ZIQ7000T0C，美国Merck公司)；甲醇(色谱纯，美国Honeywell公司)；乙腈(色谱纯，美国Fisher chemical公司)；甲酸(色谱纯，中国阿拉丁公司)。

回收率指示物包括：进样内标标准品阿特拉津-D5，提取内标标准品咖啡因-13C3，红霉素-13C、D3，培氟沙星-D5，恩诺沙星-D5，诺氟沙星-D5，磺胺甲噁唑-13C6，均购自First Standard品牌，规格均为100 mg/L。抗生素标准品包括：大环内酯类混标(含有本研究测试的克拉霉素，罗红霉素，阿奇霉素)，磺胺类混标(含有本研究测试的磺胺吡啶，磺胺嘧啶，磺胺甲噁唑，磺胺噻唑，磺胺甲基嘧啶，磺胺二甲基异噁唑，磺胺甲噻二唑，磺胺苯酰，磺胺二甲基嘧啶，磺胺甲氧哒嗪，磺胺对甲氧嘧啶，磺胺间甲氧嘧啶，磺胺氯哒嗪，甲氧苄胺嘧啶，磺胺邻二甲氧嘧啶，磺胺地索辛，磺胺苯吡唑)，四环素类混标(含有本研究测试的四环素，多西环素)，以及克林霉素，氟苯尼考，林可霉素，司帕沙星，加替沙星，莫西沙星，左氧氟沙星，均购自First Standard品牌，规格均为100 mg/L；14种喹诺酮类(恩诺沙星，氧氟沙星，左氧氟沙星，加替沙星，沙拉沙星，司帕沙星，莫西沙星，诺氟沙星，依诺沙星，环丙沙星，培氟沙星，诺美沙星，丹诺沙星，吡哌酸)购自LGC品牌，规格为100 mg/L。

1.2 标准溶液的配置

用甲醇/乙腈(V ∶ V=1 ∶ 1)作为溶剂，加入抗生素标准品配成1 μg/L的抗生素混合标准液，于冰箱-20 ℃保存。进样用甲醇/乙腈(V ∶ V=1 ∶ 1)作为溶剂，加入进样内标标准品配制成5 μg/L的进样内标使用液；用甲醇/乙腈(V ∶ V=1 ∶ 1)作为溶剂，加入提取内标标准品配制成5 μg/L的提取内标使用液。用纯水作为溶剂，加入乙二胺四乙酸二钠(Na₂EDTA)标准品配制成2 g/L的抗生素使用溶液。

1.3 样品采集和预处理

于2022年12月—2023年5月沿巡司河进行采样，共设置6个采样点，见图 1。采样频次为每月中旬采集1次。按照《地表水环境质量监测技术规范》(HJ 91.2—2022)、《水质采样技术指导》(HJ 494—2009)等技术规范的要求，用采水器采集水面下约0.5 m处的水样，置于干净的500 mL棕色玻璃瓶中，须注满样品瓶，不留空间，密封保存。所有点位的水样取样全部重复2次，放入置有冰袋的采样箱中迅速运回实验室。采集的水样放置于4 ℃冰箱避光保存，并在24 h内完成预处理。

量取10 mL水样，在0.22 μm水系滤膜过滤后，加入1 mL Na₂EDTA溶液，再调节pH值至6~8。取调节后的水样1.0 mL，加入10 μL内标使用液后，混匀，直接进样。

1.4 仪器分析条件

液相条件：色谱柱：Waters CORTECS C18柱(2.1 mm×150 mm，2.7 μm)；流速：0.4 mL/min；柱温：40 ℃；进样量：100 μL；流动相A为2 mmol乙酸铵+0.1%甲酸，流动相B为甲醇/乙腈(V ∶ V=1 ∶ 1)，梯度洗脱程序见表 1。

质谱条件：使用电喷雾离子源(ESI)正离子模式、多反应离子监测(MRM)模式，干燥气温度为550 ℃，干燥气流速为1 000 L/h。

1.5 质量控制

采用内标法进行检测，配制成标线浓度依次为5，10，20，30，40，50，60 ng/L的7个浓度梯度标准系列，校准曲线的线性相关系数均＞0.995；对加标浓度分别为5，20和50 ng/L的空白加标水样，加标浓度分别为20和50 ng/L的地表水加标水样进行7次平行测定和统计，相对标准偏差分别为2.7%~14.8%，1.5%~12.4%，3.2%~16.0%，5.0%~18.7%，1.6%~8.5%，加标回收率分别为96.2%~137.0%，82.2%~138.0%，72.8%~108.0%，82.1%~106.0%，75.5%~147.0%，满足地表水中抗生素痕量分析要求；45种抗生素的检出限为0.3~4.5 ng/L。

1.6 生态风险评价方法

由于目前国内尚未制定关于抗生素等新污染物的环境限值浓度标准，因此为了评估水体中抗生素的潜在生态风险，采用了欧洲技术指导文件(TGD)中的污染物环境风险评价方法^[11]。该方法通过环境实际测定浓度与预测无效应浓度的比值计算得出风险值。计算公式见式(1)和(2)。

$ \mathrm{RQ}=\mathrm{MEC} / \mathrm{PNEC} $

(1)

$ \mathrm{PNEC}=\mathrm{EC}_{50} \text { 或 } \mathrm{LC}_{50} / \mathrm{AF} $

(2)

式中：RQ——抗生素的生态风险值，无量纲；MEC——环境中实际检出的抗生素质量浓度，ng/L；PNEC——预测无效应质量浓度，ng/L；EC₅₀——半数效应质量浓度，ng/L；LC₅₀——半数致死质量浓度，ng/L；AF——评价因子，无量纲。

根据RQ分类方法来评估生态风险等级^[12]：RQ < 0.01，无风险；0.01≤RQ < 0.1，低风险；0.1≤RQ < 1，中风险；RQ≥1，高风险。

1.7 数据处理方法

采用MassLynx软件对样品中抗生素的监测数据进行导出与简单的数据处理，采用Origin Pro 9.0软件对抗生素残留水平及特征进行绘图分析。

2 结果与讨论 2.1 巡司河抗生素污染特征分析

2022年12月—2023年5月巡司河各点位抗生素平均质量浓度见图 2(a)—(f)。

由图 2可见，共检测出7类27种抗生素，其中大环内酯类检出率最高(84%)，12月和1月大环内酯类抗生素平均质量浓度均＞200 ng/L。其次是喹诺酮类抗生素，1月平均质量浓度也达到195.41 ng/L，其中氧氟沙星和左氧氟沙星的质量浓度＞800 ng/L。Ren等^[13]在对张家港的河流及土壤的检测中也发现大环内酯类和喹诺酮类抗生素的检出率和浓度较高。

大环内酯类抗生素如氧氟沙星和左氧氟沙星对呼吸系统疾病有效，2022年12月、2023年1月是国内新型冠状病毒(以下简称“新冠”)疫情解封初期，5、6月进入第2轮疫情，在此期间感染新冠病毒的人数剧增，可能是抗生素浓度升高的原因。一般新冠病毒感染的患者不需要吃抗生素药物，有分析显示，新冠患者的细菌混合性感染和继发性细菌感染发生率仅为3.5%和14.3%，但有高达74.6%的新冠住院患者接受了抗生素治疗^[14-15]。中国疾病预防控制中心发布的全国哨点医院流感样病例新冠和流感病毒阳性率变化趋势见图 3^[16]。由图 3可见，国内新冠疫情在2022年12月—2023年1月和5月达到高峰，从检测结果中也可以看出，抗生素总质量浓度在12和1月分别为11 990.2 ng/L和9 415.5 ng/L，远高于其他月份，5月抗生素总浓度也要高于3、4月。

从空间上分析，点位S1、S2分别位于污水处理厂排污口及其后几百米处，其抗生素平均质量浓度分别为1 587.92，1 294.56 ng/L，说明经过河流的自净与稀释作用，抗生素的质量浓度有了一定的下降。点位S4和S6的抗生素质量浓度都很低，平均值分别为94.54，195.56 ng/L；其中，点位S4位于巡司河与长江的交汇处，长江的水流量巨大，起到了稀释作用，因此点位S4的抗生素质量浓度在各个点位中最低；而点位S6位于巡司河与汤逊湖的交汇处，汤逊湖的面积有100 km²，是亚洲最大的城中湖，因此点位S6的抗生素质量浓度也相对较低。点位S3、S5的抗生素质量浓度高于其他点位，平均质量浓度分别为1 721.20，1 734.07 ng/L；其中，点位S3在南湖连通渠东侧连接南湖，该点位南湖水流入巡司河，南湖水质常年不达标，因此该点位抗生素偏高可能是南湖水流入所导致的；点位S5位于巡司河中段，附近人口密集可能是导致抗生素质量浓度偏高的原因。

将巡司河的抗生素污染水平与武汉市水源地^[10]对比可以发现，水源地中磺胺类抗生素水平较高，而巡司河虽然也检出了磺胺类抗生素，但更主要的是喹诺酮类和大环内酯类。这可能是由于磺胺类抗生素较多用于畜牧业，可能在养殖过程中废水未经处理就直接排放到了河流中，而喹诺酮类和大环内酯类抗生素多应用于医疗，医疗废水有着严格的排放要求，且水源地也多位于偏远地区，离医院较远，因此水源地中磺胺类抗生素的浓度水平要高于喹诺酮类和大环内酯类；而巡司河附近医院众多，且有污水处理厂，所以主要的抗生素种类为喹诺酮类和大环内酯类。这表明污水处理厂对污水的处理很难完全消除抗生素，导致了河流中抗生素的浓度偏高。

2.2 巡司河抗生素生态风险分析

查阅相关文献，收集到抗生素对敏感物种的急性或慢性毒理数据，计算出其PNEC值，结果见表 2。

2022年12月—2023年5月巡司河各点位抗生素生态风险状况见图 4。由图 4可见，巡司河抗生素生态风险的高风险点位占10.8%，中风险点位占7.5%，低风险位点占9.5%，几乎所有监测点位均有存在生态高风险的抗生素，且均为喹诺酮类和大环内酯类。罗红霉素在6个月中几乎都为高风险，在12月S5点位的生态风险最大值为807.9，相似的还有克拉霉素和氧氟沙星。罗红霉素、克拉霉素是新一代大环内酯类药物，主要用于治疗咽炎、支气管炎以及肺炎等，由于其体内作用效果远远超过红霉素而被广泛使用。罗红霉素的过量使用，导致其被大量排放到环境引起非常严重的污染。罗红霉素在环境中具有易吸附、难降解的特点，是环境治理上公认的难题^[37]。杨钊等^[38]对贵阳2座污水处理厂出水进行研究，王庆等^[39]调查东江湖水域兽药抗生素污染情况，都通过生态风险评估发现氧氟沙星对受纳水体中水生生物存在高风险，说明氧氟沙星在中国各地的污水处理厂出水和湖泊中普遍存在，且存在着较大的生态风险。环丙沙星与诺氟沙星也在一些点位出现了高风险，秦延文等^[40]对大辽河表层水抗生素进行生态风险评价，发现罗红霉素、诺氟沙星、氧氟沙星和环丙沙星为高风险，这与本研究的结果相似。另有依诺沙星和林可霉素在少数点位出现了高风险，多种抗生素之间可能还会存在着协同作用增加生态风险^[41]，这表明武汉市巡司河中抗生素可能存在较高的生态风险，应引起有关部门的重视并采取相应防范措施。通过对武汉市巡司河抗生素生态风险的研究，为日后研究与治理提供了需要重点排查的抗生素种类。

3 结论

(1) 巡司河中抗生素广泛存在，共检测出27种抗生素。大环内酯类检出率最高，达到84%，喹诺酮类检出率为32.4%，磺胺类检出率为25.9%。单个点位检出质量浓度最高的是氧氟沙星，达874.2 ng/L。

(2) 巡司河抗生素浓度特征在空间上表现为，在靠近污水处理厂尾水处和与南湖交汇处的质量浓度明显高于与长江和汤逊湖交汇处，这表明南湖的抗生素污染风险可能较长江和汤逊湖更高。

(3) 通过对不同月份抗生素的质量浓度水平及出现种类分析可知，2022年12月—2023年1月抗生素总质量浓度水平要高于其他月份，在2023年5月抗生素质量浓度再次出现了增长趋势，这些可能与国内新冠疫情有关。

(4) 生态风险评价结果表明，巡司河中克拉霉素、罗红霉素、氧氟沙星和环丙沙星大部分都处于高风险，诺氟沙星、依诺沙星等有部分点位处于高风险，中风险点位抗生素主要有林可霉素、莫西沙星和左氧氟沙星等抗生素，16种抗生素基本处于低风险状态。