東北地理所在新污染物-水動力-水質-數據驅動耦合綜合模型構建及其潛在風險管理取得重要進展
水環境中的新污染物問題日益突出，其中抗生素耐藥性（AMR）和全氟及多氟烷基物質（PFASs）作為代表性污染物，正對水生生態系統和公共健康構成嚴重威脅。張敬杰研究員帶領研究團隊通過將三維水動力模型和水質模型相結合，對水生生態系統中全氟和多氟烷基物質（PFASs）的歸趨和遷移機制進行研究。研究中，通過在新加坡的一個水庫中應用該集成模型，結合了水文、水動力和水質過程，量化了包括全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）在內的PFASs在水體、顆粒物和沉積物中的分布。研究結果表明，超過95%的PFASs存在于溶解相中，其次是吸附在有機顆粒（如腐殖質1.0-3.5%）和浮游植物（1-2%）上的部分。風險評估顯示，PFOS和PFOA的風險商分別為<0.32和<0.00016，表明該水庫內PFASs的風險水平可接受。尤其在應對PFOA的風險方面，即使外部負荷增加十倍，水庫仍表現出顯著的緩沖能力。這項研究不僅可以增強對影響表面活性劑污染物歸趨和遷移機制的理解，還為未來的研究建立了一個框架，以探索如何主導環境因素減少水生生態系統中的新興污染物污染。
圖1?流域尺度的綜合建模方法
圖2 水庫中PFASs（a）、PFOA（b）和PFOS（c）的空間分布
水生環境中微生物對抗生素的耐藥性（AMR）日益增加，已被世界衛生組織列為人類面臨的十大全球公共衛生威脅之一。因此，迫切需要建立和量化水生環境中抗生素和相關耐藥性風險。中國科學院東北地理所張敬杰研究員參與并指導構建了綜合建模框架，預測抗生素、大腸桿菌及其相關耐藥菌株（ARB）的時空分布，用于識別AMR熱點，評估抗生素在水生環境中的潛在環境風險。本研究對兩種具有代表性的抗生素（SMX和TMP）、指示菌（大腸桿菌）及其相關的ARB（EC_SXT）進行了建模。風險評估表明，預測的TMP比SMX具有更高的AMR風險，但SMX具有更高的生態風險。該研究提出了一個混合建模框架，將統計模型與水動力水質模型結合起來，以整體的方式預測AMR，從而促進更好的風險管理發展。
圖3?HWQ-AMR模型的結構和關鍵流程
圖4 模擬物質的空間分布：（a）SMX；（b）TMP；（c）E.coli；（d）EC_SXT，來自HWQ-AMR模型
相關研究成果分別發表于國際期刊Environmental Science and Ecotechnology和Environmental Science & Technology。由水環境健康與模擬組的張敬杰研究員（第一作者、通訊作者）、鞠含俞特別研究助理等人共同完成。該研究得到了國家自然科學基金項目（42077356，42361144719）、吉林省青年人才托舉工程項目（QT202330）。
論文目錄：
[1] Zhang Jingjie, Chen Huiting, Nguyen Viet Tung，Amrita Pal，Xuan Wang，Hanyu Ju，Yiliang He，Karina Yew-Hoong Gin*. Characterizing PFASs in Aquatic Ecosystems with 3D Hydrodynamic and Water Quality Models [J]. Environmental Science and Ecotechnology, 2024: 100473. https://doi.org/10.1016/j.ese.2024.100473
[2]Xuneng Tong，Shin Giek Goh，Sanjeeb Mohapatra，Ngoc Han Tran，Luhua You，Jingjie Zhang*，Yiliang He，Karina Yew-Hoong Gin*. Predicting Antibiotic Resistance and Assessing the Risk Burden from Antibiotics: A Holistic Modeling Framework in a Tropical Reservoir. [J]. Environmental science & technology,2024, 58(15): 6781–6792. https://doi.org/10.1021/acs.est.3c10467
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