随着社会经济发展和城市人口聚集，抗生素被广泛应用于医疗卫生、禽畜养 殖等多个行业，并且近几十年来其使用量逐渐增加。然而，抗生素并不能被人或 动物完全吸收利用，未被利用的抗生素会通过多种途径进入环境，残留在土壤环 境中的抗生素能够影响生态安全，对微生物、动物和植物均具有较强的生态毒理 作用，并且能够促进生态系统中抗生素耐药性的传播，进而对生态系统健康造成 严重危害。受人类活动、景观格局、环境特征及抗生素自身化学性质等多重因素 的影响，土壤环境中抗生素的排放强度及其迁移、扩散、转化等环境行为差异明 显，导致抗生素在异质景观中具有明显的时空分异特征并具有尺度差异性。城乡 复合生态系统作为一种复杂的人地耦合系统，受到人类活动和自然因素的综合作 用影响，景观组成多样，景观结构复杂，土壤生态过程受到土地利用、地形特征、 土壤属性、气候因素、社会经济活动等多重因素的干扰，导致土壤抗生素在异质 景观中的环境行为、生态效应及时空分布极为复杂。定量识别异质景观中土壤抗 生素的组成特征、环境归趋、生态风险与时空分异特征，建立异质景观中土壤抗 生素时空分异预测模型，是维护人地耦合系统生态安全、提升土壤生态系统服务 功能的科学基础。本文以位于快速城镇化地区的浙江省宁波市为研究区，基于长 期定位监测、野外采样及实验室分析，系统研究了抗生素在多尺度异质景观土壤 环境中的迁移扩散过程、生态系统响应及其时空分布特征，并建立了土壤抗生素 的时空分异预测模型。主要结果如下：

       （1）景观结构、土壤属性和降雨特征共同影响了坡面尺度上土壤抗生素的 迁移扩散过程。基于长期定位实验及多介质质量平衡分析研究发现，人为施用的 有机肥是土壤–植物系统中抗生素的主要来源，并且在有机肥施用后的 120 天内 土壤–植物系统中抗生素含量呈逐渐累积的趋势。土壤–植物系统中输入的外源抗 生素主要富集在表层（0 ~ 40 cm）土壤中（约 65%），而植物体内累积的抗生素 不足其输入量的 0.1%。降雨导致的径流、壤中流和水分渗滤是抗生素在土壤–植 物系统中运移的重要途径，而降解等自然消减过程是抗生素在土壤环境中的主要消减途径，约占抗生素输入量的 33%。坡面长期监测实验表明，景观类型及其坡 面结构与降雨的耦合作用是土壤抗生素在坡面尺度迁移的重要影响因素，不同降 雨事件中土壤抗生素在坡面的迁移存在显著差异，较大的降雨量和降雨强度更易 引起抗生素在坡面的迁移，并且这一过程还受到土壤团聚体、粘粒、有机质等因 素的影响。

       （2）在农田景观中，蚯蚓和作物均明显表现出对土壤抗生素残留的生物富 集效应，并且蚯蚓–微生物–作物系统对土壤抗生素污染具有显著的响应特征。不 同作物类型（花生和玉米）的根际土壤和蚯蚓中的抗生素残留量没有显著差异， 而花生根部和籽粒中的抗生素残留量要显著（p < 0.05）高于玉米，农业耕作活动 及土壤理化性质对作物和蚯蚓富集抗生素的能力均具有显著影响。花生样地土壤 微生物多样性和丰富度与抗生素含量呈显著负相关（p < 0.001），蚯蚓丰度和土 壤抗生素含量呈显著负相关（p < 0.05），并且蚯蚓生物量随土壤中抗生素含量的 升高呈现明显的先上升后下降趋势（p < 0.001），花生籽粒产量与土壤抗生素含 量无显著相关性，但单株产量与抗生素含量存在显著负相关关系（p < 0.001），研 究认为土壤抗生素残留可以通过干扰土壤细菌及蚯蚓群落而降低土壤养分的可 利用度，并减少花生作物产量。然而，土壤抗生素对作物的影响存在种间差异， 玉米样地土壤微生物多样性与抗生素含量并无显著的相关，并且蚯蚓群落及玉米 产量与土壤抗生素残留量同样没有显著的相关性。

      （3）土地利用及其空间格局是影响流域尺度土壤中抗生素含量及其季节变 异性的决定因素，基于土地利用格局可以构建有效的土壤抗生素时空分异预测模 型。不同土地利用类型土壤中抗生素残留的类型及其含量存在显著差异，农田土 壤抗生素含量在不同季节均显著高于林地和园地（p < 0.05），并且在冬季其含量 可高达 112.44±140.58 ng/g；园地土壤抗生素含量仅在冬季显著高于林地，其他 季节与林地土壤中抗生素含量处于相似水平。流域土壤抗生素存在明显的季节动 态，冬、秋季土壤中抗生素含量相对较高而夏、春季相对较低，流域尺度土壤抗 生素含量与土地利用结构密切相关，土地利用格局决定了流域土壤抗生素的空间 异质性，并且其空间分异特征具有时间稳定性。基于土地利用与土壤抗生素污染 之间的紧密联系构建了土地利用–主成分回归模型，以模拟流域尺度土壤中抗生素含量的时空分异特征。模型验证结果表明，土地利用–主成分回归模型的模拟 精度较高（R 2 = 0.732），能有效地对土壤中抗生素残留的空间分布进行定量模拟 预测，并且模型在土壤抗生素残留较高的冬季具有较好的模拟精度。通过耦合地 形湿度指数和源汇景观模型分析景观格局与土壤抗生素含量的季节变异性，结果 表明考虑地形湿度指数的源汇景观负荷比能够较好地预测土壤中抗生素含量的 季节变异性。

       （4）基于人类活动和环境因素耦合作用的预测模型能够较为精准地预测城 市异质景观中土壤抗生素含量的空间分布及时间动态。通过构建城市绿地土壤抗 生素污染风险评价模型，识别城市绿地土壤抗生素污染高风险区域及其月际变化， 结果表明抗生素污染高风险地区多集中于人口密度高的城市中心区域，在人口密 度较低的城郊地区其污染风险相对较低；城市绿地土壤抗生素污染风险在 1 ~ 2 月的低温季节相对较高，而在 7 ~ 9 月的高温季节污染风险较低。不同种类抗生 素均表现出相似的空间聚类特征和月际动态变化，其中喹诺酮类（特别是氧氟沙 星和诺氟沙星）是城市绿地土壤中具有高风险的优先污染物，并且具有较强的季 节性。敏感性分析表明城市化和土地利用等人类活动相关参数是城市绿地土壤抗 生素污染风险的敏感性参数。耦合城市抗生素污染风险评估模型和流域土地利用 –主成分回归模型对区域土壤抗生素的模拟具有较好的预测精度，可以定量模拟 区域尺度土壤抗生素的时空分异特征。