典型城镇化过程水环境PPCPs残留组成及其梯度环境效应

This project is focus on the following issue: Pollution pressure induced by Rapid urbanization on urban and rural environment is an international problem; and environmental pollution process of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) is research hotspot in recent year. Active sampling techniques coupled with passive sampling technique are used to characterize the spectrum of contaminants of PPCPs in different developing areas and functional areas during typically urbanization processes. Special therapeutic groups of PPCPs are chosen to carry out a diagnosis and identification system for pollutant sources of PPCPs. Risk assessment procedures for contaminants in aquatic environment are followed to present the priority list of PPCPs in gradient zone of urbanization. GIS spatial interpolation and statistical techniques are applied to investigate the mechanism of spatial and temporal variation for PPCPs presentation in urbanization. Laboratory tests and in situ test (Push-pull method) are carried out to assess the ecological function response (e.g., microbial community and nutrient cycles) on PPCPs contamination based on environmental levels and special therapeutic groups. The coupling relationships between gradient responses of PPCPs on urbanization and the responses (ecological function response) of aquatic environment quality of surface water and sediment are then discussed according to the above results. Finally, the gradient environmental effects of PPCPs contamination are confirmed during urbanization processes.

本申请项目针对快速城镇化过程给城乡环境带来巨大污染压力这一国际性问题，结合当前药物与个人护理用品（PPCPs）环境污染过程研究热点问题，运用主动采样技术与被动采样技术相结合，研究典型城镇化过程不同发展阶段区或功能区水环境PPCPs的特征污染物谱；在此基础上，利用复合式特征污染物类别组成，构建PPCPs的污染源诊断与识别系统；利用水环境污染物风险评价技术体系，提出典型城镇化过程梯度区PPCPs优先控制清单；利用GIS空间插值和地统计学技术，探明城镇化过程PPCPs的时空分异机制；并与在实验室内和田间原位（Push-Pull方法）暴露评价基于特征污染物类别组成和环境污染水平下的PPCPs生态功能响应（以微生物群落和养分循环为代表）相结合，探讨PPCPs城镇化梯度响应与地表水和表层沉积物中水环境质量响应的耦合关系，最终明确城镇化过程PPCPs污染的梯度环境效应。

人畜药物和个人护理用品(PPCPs)是与人类生产生活活动密切相关的化学品，密集的生产活动和生活需求是此类化学品环境持续暴露的主要因素，给水环境生态系统带来潜在威胁。本研究基于此开展了典型城镇化过程水环境PPCPs残留组成及其梯度环境效应，旨在通过区域空间人类活动强度与PPCPs环境存在关联规律的解译，诠释水环境PPCPs环境残留的人类活动压力驱动效应，即城镇化效应；并基于PPCPs残留的区域空间分异特征，研究水环境质量 (以生态响应为例) 与特征化学品环境残留在时空尺度的耦合关系，为区域水环境质量的新型化学品管理提供理论依据。研究结果表明，不同城镇化水平下流域水环境抗生素残留呈现显著的城镇化梯度特征，体现在人口分布和生产类型等城镇化梯度差异上，比如四环素类在农业城镇化比重大的流域较为显著，而人用为主的抗生素如大环内酯类的红霉素在工业城镇化（人口集中）比重大的流域较为显著；这种现象主要受流域特征点源城镇化影响，以医院、市政污水厂和禽畜养殖为排放热点，如养猪场附近高浓度金霉素检出，城市中心区喹诺酮类抗生素的显著检测；区域时空尺度的化学品残留差异，是其环境残留生态响应特征时空分异机制的主要诱导因素之一，但往往受多种因素共同影响，如农业区沉积物抗生素氮循环响应强度弱于城镇区沉积物氮循环响应，而抗生素抗性基因丰度与抗生素无统计学的相关性，但却存在城镇化的时空分异特征。本研究结果在一定程度上解译了人类活动强度对水环境PPCPs残留的驱动机制，初步阐明了特征化学品的环境残留是区域生态响应分异特征的主要因素，在某种程度上为压力-状态-响应的概念性规律提供实际的案例结果，为区域水环境PPCPs环境残留的甄别、管理与防治提供理论参考的数据支持，实现新型城镇化建设。