東北地理所在寒區湖泊抗生素全季節多介質環境行為機制及驅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以上，但它們在淡水系統研究文獻中的關注度卻不足2%。尤其值得注意的是，抗生素在這些系統中不同環境介質間的環境行為特征、機制及關鍵驅動因素仍存在認知空白。我們前期研究發現，冰封期抗生素濃度與生態風險顯著高于非冰封期，這主要歸因于結冰過程對于抗生素的壓縮效應——結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境介質中的分配規律、環境行為特征及其關鍵驅動因素，對于深入揭示冰封湖泊脆弱生態系統中抗生素等新污染物的環境行為具有重要意義。
圖1 查干湖冰封期采樣現場
東北地理所水環境健康與模擬學科組以典型寒區冰封湖泊——查干湖為例，系統研究了抗生素在冰封期的特異性環境行為及其關鍵環境驅動因素。通過量化全季節分布系數（KD），并將抗生素的理化特性與季節性變量相結合，運用統計方法和數據驅動模型，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）中六項介質分配特征的關鍵驅動因素。
研究發現，抗生素在冰凍期間呈現出獨特的多介質分配特征：
（1）液相介質中孔隙水中抗生素濃度顯著高于上覆水和冰水；固相介質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控制，而冰層和水層中抗生素的分配則主要受凍融動力學（30.27%）和陸源輸入（21.35%）驅動。
（3）低溫會改變有機碳對抗生素的吸附能力。值得注意的是，春季融化期生態風險顯著加劇。
圖2 抗生素在非冰封期和冰封期多介質的遷移與運輸
圖3 抗生素在不同環境介質中的分布情況（液相：ng/L；固相：ng/g）
圖4 影響抗生素在多介質中分布的驅動因素
圖5冰封期與春季融化期抗生素生態風險變化
本研究深化了我們對抗生素在多介質分配特征及季節轉換中行為模式的理解，為寒區冰封湖泊生態系統中抗生素環境行為理論研究提供了重要見解。
相關研究成果發表于國際知名期刊Water Research（中國科學院一區TOP，IF=12.4），由水環境健康與模擬學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基金面上項目以及國際(地區)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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