抗生素高空間精度排放量估算及動態環境歸趨模擬

《抗生素高空間精度排放量估算及動態環境歸趨模擬》是依託華南師範大學，由張芊芊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：抗生素高空間精度排放量估算及動態環境歸趨模擬
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張芊芊
• 依託單位：華南師範大學

項目摘要

抗生素作為預防和治療疾病的藥物在我國大量使用，經人和動物服用並排放後，會對生態環境和人類健康產生負面影響。抗生素排放量的精準估算對於源匯關係解析和有效管理抗生素濫用具有重要意義。利用模型模擬抗生素的環境歸趨，可突破污染調查和樣品分析中的時間、氣候、人力和分析成本等因素限制。目前我國尤其各市縣抗生素排放量的研究尚未開展，抗生素從源到匯的動態遷移規律研究十分薄弱。因此，本項目擬結合市場調研和數學推導，基於GDP和人口等因子，依託Matlab計算平台，建立高空間精度抗生素排放量估算方法；以典型城市聚集區-東江流域為例，基於GREAT-ER模型，構建抗生素動態遷移模型，探討抗生素歸趨模擬的關鍵參數，結合不確定性分析及實際監測濃度驗證模擬結果；評估抗生素從源到匯的環境歸趨。結合排放量、污染分布、生態毒性及細菌耐藥性數據，深入探討區域抗生素環境健康風險。為抗生素類藥物風險管理和環保決策提供科學依據。

結題摘要

本項目主要針對抗生素在流域水平的的排放量和環境歸趨，建立高空間精度抗生素排放量估算方法，並通過構建抗生素環境歸趨動態遷移模型，模擬並揭示抗生素的動態遷移規律，深入探討區域抗生素環境健康風險，為抗生素類藥物風險管理和環保決策提供科學依據。項目按照計畫完成了相關研究內容，取得的主要研究成果有：（1）建立了基於“GDP方法”和“人口方法”的高精度區縣級抗生素排放清單估算方法，獲得了東江流域區縣級精度的抗生素排放量清單。兩種估算方法得到的使用量、排放量結果相近。同時發現抗生素排放量下游大於中游和上游；高空間精度排放量結果表明，抗生素排放量最大的區域並非特大型城市，而是其“衛星城市”，該區域的抗生素排放量和污染需進一步引起關注；（2）在歐洲GREAT-ER模型基礎上，開發了基於SWAT模型流量率定，TauDEM河網提取和拓撲糾正的方法，成功將東江流域河網接入GREAT-ER模型，並以已獲得的抗生素排放量清單為源輸入，對東江流域雨季和旱季產生的36種抗生素進入河流水體後的時空變化進行了有效的模擬。模擬濃度與對應位點監測濃度的差值幾乎在一個數量級以內。結果顯示，東江流域範圍內約有50%的河段已受到抗生素的污染；水體中抗生素濃度的季節性變化明顯，旱季約是雨季的3~8倍；抗生素濃度在排放源區和下游流域高於其他區域，濃度差異可達到5倍以上；（3）在抗生素耐藥性風險評價的方法體系下，對抗生素從源頭排放進入環境後的遷移過程，及其對細菌產生耐藥性風險的影響距離和範圍進行了評價。研究發現發現有大約65%的抗生素會造成水體內細菌產生耐藥性，其中氟喹諾酮類抗生素和大環內酯類抗生素風險水域影響更廣。整體而言，自排污口排放後10km左右，大多數抗生素耐藥風險會急劇下降；當抗生素從排放源向下游遷移15km時，有85%的高風險河段將轉為低風險河段，風險距離的獲取可為抗生素源排放的生態風險監測和管理提供了重要的科學數據。該研究成果可以有效拓展至其他流域，對於抗生素的排放清單，動態歸趨，以及生態風險評價具有實際指導意義。