江苏四个典型克氏原螯虾养殖区抗生素污染特征与生态风险评估

ContaminationcharacteristicsandecologicalriskassessmentofantibioticsinfourtypicalProcambarusclarkiiaquacultureenvironmentsinJiangsuProvince，ChinaYUJun-nan1,FANGHao1*,HUJian-lin1,WANGZhuang1,DINGCheng-cheng2,YUANHe-zhong1,WANGSe1,CUIYi-bin2*（1.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China;2.NanjingInstituteofEnvironmentalSciences,MinistryofEcologyandEnvironment,Nanjing210042,China）Abstract：TostudytheoccurrenceandcontaminationbyantibioticsinProcambarusclarkiiaquacultureenvironmentsoftheJiangsuProv⁃ince,ultra-highperformanceliquidchromatography-tandemmassspectrometry（UPLC-MS/MS）wasusedtoinvestigatetheresiduesofan⁃tibioticsinwaterandsedimentsamplesoffourtypicalpondsinPukouandXuyiDistricts.Atotalof14antibiotics（including4macrolides,2tetracyclines,4quinolones,and4sulfonamides）weredetectedinthisstudy.AntibioticswerepresentedinlowconcentrationsexceptforCTC,HCL,OFL,andAZIinthewatersamplesoftwopondsinthePukouDistrict（16.528~57.140ng·L-1and9.803~47.400ng·L-1,respec⁃tively）.Correlationanalysisbetweenantibioticconcentrationsandwater-qualityindexesshowedthatthedegradationofantibioticsinthewaterenvironmentmightbeaffectedbywaterquality,suchaseutrophicationandorganicpollution.AriskassessmentfortheantibioticsintheaquacultureenvironmentsbasedonRQvalueswasconducted,whichposednothreattothegrowthofzooplanktonintheecosystems.Forphytoplanktonsuchasalgae,therewasamediumorhighriskforseveralmacrolides（SP,CTM）andthequinolone（OFL）antibioticsin2020，39（2）:386-3932020年2月农业环境科学学报JournalofAgro⁃EnvironmentScience余军楠，方昊，胡建林,等.江苏四个典型克氏原螯虾养殖区抗生素污染特征与生态风险评估[J].农业环境科学学报,2020,39（2）：386-393.YUJun-nan,FANGHao,HUJian-lin,etal.ContaminationcharacteristicsandecologicalriskassessmentofantibioticsinfourtypicalProcambarusclarkiiaquacultureenvironmentsinJiangsuProvince，China[J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2020,39（2）:386-393.江苏四个典型克氏原螯虾养殖区抗生素污染特征与生态风险评估余军楠1，方昊1*，胡建林1，王壮1，丁程成2，袁和忠1，王瑟1，崔益斌2*（1.南京信息工程大学环境科学与工程学院，南京210044；2.生态环境部南京环境科学研究所，南京210042）收稿日期：2019-09-05录用日期：2019-12-02作者简介：余军楠（1996—），女，江苏徐州人，硕士研究生，从事抗生素与抗性基因污染研究。E-mail：[e-mail]*通信作者：方昊E-mail：[e-mail]；崔益斌E-mail：[e-mail]基金项目：江苏省自然科学基金项目（BK20170948）；江苏省高等学校自然科学研究面上项目（17KJB610007）；国家自然科学基金项目（31572623）Projectsupported：TheNaturalScienceFoundationofJiangsuProvince（BK20170948）；TheNaturalScienceFoundationoftheJiangsuHigherEducationInstitutionsofChina（17KJB610007）；TheNationalNaturalScienceFoundationofChina（31572623）摘要：为揭示江苏克氏原螯虾养殖环境中抗生素的分布特征和污染现状，利用超高效液相色谱-串联质谱法（UPLC-MS/MS）调查浦口和盱眙两个地区4个典型养殖塘水和沉积物中抗生素的残留情况。共检出14种抗生素（包括4种大环内酯类、2种四环素类、4种喹诺酮类和4种磺胺类），除浦口两养殖塘水体中的CTCHCL、OFL和AZI（浓度分别为16.528~57.140ng·L-1和9.803~47.400ng·L-1），其他抗生素均以低浓度存在。抗生素浓度与水质指标的相关性分析结果表明，抗生素在水环境中的降解可能受水体富营养化、有机污染程度等水质状况的影响。基于RQs值对养殖环境中的抗生素进行风险评估，它们对生态系统中浮游动物的生长基本不会造成威胁；对藻类等浮游植物而言，浦口养殖水体中部分大环内酯类（SP、CTM）和喹诺酮类（OFL）抗生素具有中高度风险（0.161≤RQs≤2.92），盱眙养殖环境中目标抗生素生态风险较低（RQs≤0.181）。研究表明，江苏（特别是盱眙）克氏原螯虾养殖水体中抗生素污染水平相对较低，但仍存在一定的生态风险。建议采取全面的抗生素控制措施，以保护水产养殖生态系统的健康。关键词：江苏；克氏原螯虾；抗生素；污染特征；生态风险评估中图分类号：X824文献标志码：A文章编号：1672-2043（2020）02-0386-08doi:10.11654/jaes.2019-0983余军楠，等：江苏四个典型克氏原螯虾养殖区抗生素污染特征与生态风险评估2020年2月近年来，水产养殖成为我国水产品产量增长的主要来源[1]，约占全球水产养殖总量的71%[2]。克氏原螯虾作为我国广泛流行的淡水产品，近年来养殖面积和产量快速增长。江苏是我国主要水产养殖省份之一，2017年克氏原螯虾养殖面积达9.21×108m2，产量高达1.154×105t[3]。在高密度的养殖活动中，抗生素通常直接或与饲料一起施用于养殖塘中，以提高养殖物种的健康状况和改善水产养殖系统的环境条件[4]。大多数水产养殖系统与周围水体相互连接并产生连续或间歇的废水排放[5]，残留的抗生素最终可能会释放到周围水生生态系统中。据估计，饲料中约75%的抗生素通过养殖物种的排泄物和未经处理的含药饲料浸出进入环境[6]。一般而言，残留抗生素对微生物（藻类）的毒性较大，对养殖物种（无脊椎动物和鱼类）没有特别的毒性[7-8]。但藻类是食物链的基础，其产量减少将影响整个水生生态系统，对养殖物种造成间接影响。除此之外，水产养殖中抗生素的使用是扩大抗生素耐药性的重要途径[9]。来自水产养殖环境中残留抗生素的持续选择压力可能诱导产生抗性细菌和抗性基因（Antibioticresistancegenes，ARGs），并且极有利于ARGs在不同微生物之间的水平基因转移（Horizontalgenetransfer，HGT）。据报道，水产养殖场所中ARGs的传播与抗生素浓度之间存在显著相关性[10]。水生环境中细菌与鱼类，甲壳类和人类病原体共享遗传相关的质粒，整合子和转座子等移动遗传元件，加剧了新型抗性细菌的出现以及ARGs向动物和人类群体的传播，对人类健康造成威胁[4，9，11]。为了预防或减少抗生素污染可能造成的环境负担和对水产养殖业的影响，首先要量化水产养殖环境中的抗生素浓度。目前关于抗生素的研究主要集中在河流、湖泊等环境水体中[12-14]，虽然有几项研究关注水产养殖环境中的抗生素[15-16]，但尚未有关于克氏原螯虾养殖环境中抗生素定量分析的公开报告。作为全国克氏原螯虾五大主要产地之一[3]，研究江苏省克氏原螯虾水产养殖环境中抗生素的污染特征和生态风险具有重要意义。本研究以江苏典型克氏原螯虾养殖区为研究对象，调查了5类（大环内酯类MCs、四环素类TCs、β-内酰胺类LCs、喹诺酮类QNs和磺胺类SAs）30种抗生素在养殖区水和沉积物中的浓度水平，揭示其分布特征和污染现状，评价其潜在风险，旨在为我国克氏原螯虾养殖区抗生素规范化使用提供基础理论依据。1材料与方法1.1试验试剂根据水产养殖中抗生素使用的规范和经验选择30种目标抗生素，包括MCs：阿奇霉素（AZI）、螺旋霉素（SP）、克拉霉素（CTM）、克林霉素（CLI）；TCs：土霉素（OTC）、盐酸金霉素（CTCHCL）、盐酸四环素（TCHCL）、甲烯土霉素（MC）、盐酸强力霉素（DXC）；LCs：青霉素G钠盐（PENG）；QNs：诺氟沙星（NOR）、环丙沙星（CIP）、盐酸洛美沙星（LOMHCL）、恩诺沙星（ENR）、依诺沙星（ENO）、麻保沙星（MBF）、氟罗沙星（FLX）、氧氟沙星（OFL）；SAs：乙酰磺胺（SAAM）、磺胺吡啶（SPD）、磺胺嘧啶（SD）、磺胺甲恶唑（SMX）、磺胺甲二唑（SMTZ）、苯甲酰磺胺（SB）、磺胺间甲氧嘧啶（SMM）、磺胺甲氧哒嗪（SMP）、磺胺噻唑（STZ）、磺胺间二甲氧嘧啶（SDX）、磺胺邻二甲氧嘧啶（SDM）、磺胺对甲氧嘧啶（SMD）。均购自美国Sigma公司，纯度大于98%。甲酸、乙腈、甲醇为色谱纯；磷酸、磷酸二氢钾（KH2PO4）、乙二胺四乙酸二钠（Na2EDTA）为分析纯；其他试剂为优级纯；试验用水为超纯水。1.2样品采集选定的采样点为江苏省南京浦口（NJ1，118°50′59″E，32°10′56″N和NJ2，118°51′34″E，32°11′7″N）和淮安盱眙（XY1，118°31′2″E，32°57′35″N和XY2，118°33′38″E，32°45′14″N）4个典型克氏原螯虾养殖塘，养殖面积分别为1.47×104、1.33×104、4×104m2和1.33×104m2，采样时间分别为2018年11月和2019年5月。使用“五点取样法”，分别采集每个养殖塘四周和中央的表层（0.5m）水样，混匀后取2L保存于棕色玻璃瓶中；同时利用底泥采样器（常州普森PSC-200）采集表层沉积物（0~1cm）装入样品袋。所有样thewatersamples（0.161≤RQs≤2.92）inthePukouDistrict.Theecologicalriskoftargetedanti