典型四环素类抗生素对土壤微生物及植物生长的影响

四环素类抗生素(TCs)在畜禽养殖中的大量使用甚至滥用,导致其在动物粪便中高浓度残留。随着畜禽粪便有机肥的农田施用,TCs持续进入土壤并且不断累积,由此带来的土壤生态危害和健康风险值得关注。以四环素(TC)、土霉素(OTC)为研究对象,采用室内培养试验法,考察2种典型TCs对土壤微生物、酶活性的影响及对植物生长的毒性作用。结果表明,低浓度TC和OTC作用下,土壤细菌和真菌数量即显著降低,土壤细菌较真菌对TCs的污染更为敏感。除TC对土壤酸性磷酸酶和OTC对土壤过氧化氢酶活性主要表现为激活作用外,总体上TC、OTC作用后土壤酶活性呈低浓度促进、高浓度抑制的变化趋势。80 mg·L~(-1)的TC、OTC暴露下,绿豆芽芽伸长被显著抑制,并且随着抗生素浓度的增大,绿豆芽伸长抑制率大幅升高。相同浓度、相同暴露时间条件下的TC对绿豆芽伸长的毒性大于OTC。     

Effects of different concentrations of tetracycline and oxytetracycline on the growth and ecotoxicity in lettuce北大核心CSCD

四环素类抗生素(TCs)是目前我国应用广泛、用量最大的一类抗生素,畜禽粪便和土壤中存在TCs残留,影响蔬菜作物的生长发育. TCs因水溶性较高更容易被植物转运和积累,植物对TCs耐受性机理研究仍不足.为更全面探究土壤TCs对蔬菜的毒性作用,研究不同浓度四环素(TC)和土霉素(OTC)分别对生菜的抗生素残留、生长特征及抗氧化酶系统的影响.结果显示,在0(对照)、2、10、50、250 mg/kg 5个施用水平下,生菜叶片抗生素含量逐渐增加,且土霉素含量始终大于四环素含量.与对照相比,抗生素浓度在50 mg/kg以上时对生菜生长具有显著抑制作用,其中,株高、根长、地上部和地下部鲜重与叶片TC残留量具显著负相关.生菜叶片的脯氨酸含量随浓度增加呈先增加后降低的趋势,在10 mg/kg时达到最大.并且低浓度(2 mg/kg)促进抗氧化酶基因SOD、POD21和CAT的表达,高浓度抗生素(50、250 mg/kg)对其产生抑制作用,10 mg/kg的抗生素处理对SOD、POD21和CAT基因表达的影响在抗生素种类上存在差异.本研究表明抗生素浓度超过50 mg/kg对生菜生长产生抑制作用,脯氨酸和抗氧化酶SOD、POD、CAT的转录水平及其酶活性能快速响应抗生素胁迫,可作为生菜对抗生素抗性的辅助评价指标.(图8表3参19)     

中国胡焕庸线下方四区域沉积物和土壤中抗生素污染特征及生态风险评价

抗生素大量滥用已逐渐引起全球性生态问题,研究沉积物和土壤抗生素的污染分布及生态风险,对理解抗生素在复杂环境介质中的迁移转化及其风险管理和控制具有重要的理论意义。基于全面的文献研究,筛选出4大类共13种抗生素作为研究对象,整合从文献中提取的中国胡焕庸线下方四区域中沉积物和土壤中抗生素的监测数据成果,分析其污染水平、空间分布特征,采用主成分分析法(PCA)进行源解析,并评价了其生态风险。研究结果表明,研究区域内沉积物和土壤中抗生素的平均含量分别为1.28 mg·kg~(-1)和1.48 mg·kg~(-1),均高于土壤中抗生素生态毒害效应的阈值。沉积物和土壤中抗生素的分布具有明显的地域特征,污染水平最高的区域分别为华北和华东地区,四环素类抗生素是两种环境介质中污染量最高的抗生素。PCA解析结果表明沉积物和土壤中的抗生素水平分别受3种来源的共同影响,其中,生活污水及制药废水排放对沉积物中抗生素影响最大,相对贡献率为60.01%,土壤抗生素来自污水灌溉、污泥及畜禽粪肥施用等活动,累积贡献率为77.9%。风险评价结果表明研究区域内大部分抗生素的生态风险处于低风险水平,四环素类抗生素在各区域都具有相对较高的风险水平。沉积物中土霉素的风险熵值最高,土壤中金霉素和氧氟沙星处于高/中等风险水平。除华北区域外,其余区域沉积物中抗生素的联合生态风险均低于土壤。     

猪粪堆肥过程中四环素类抗生素的生物转化及降解研究进展

四环素类抗生素(TCs)是畜禽养殖业中一类重要的兽药。随着畜禽养殖集约化,越来越多的抗生素经畜禽机体代谢进入环境,导致了对人类健康和生物安全等的危害。堆肥是无害化去除畜禽粪便中TCs的常见方法,能最大程度削减畜禽粪便中TCs的残留。笔者根据国内堆肥处理猪粪中抗生素残留的现状,结合国内外猪粪堆肥化技术的最新研究进展,从TCs生物转化、生物和非生物降解途径,阐述了猪粪堆肥过程中环境因子的调控、微生物群落结构与组成的变化和TCs的生物降解机制,旨在为未来畜禽粪便无害化、肥料资源化利用提供理论依据和技术参考。     

种养一体规模化农场温室气体排放量分析

为准确评估华北平原种养一体规模化农场温室气体排放量,以河北某种养一体规模化农场为例,应用生命周期评价方法,根据《IPCC 2006国家温室气体清单指南》中的排放系数,计算该农场运行过程中温室气体排放量。结果表明,农场运行过程中年温室气体总排放量(以CO_2当量计,下同)为32 528.02 t,其中农田生产系统排放占28.09%,养殖场排放占71.91%,其中粪便贮存管理、饲料生产和加工、肠道发酵及氮素生产和施用等生产环节是温室气体主要排放源,分别占总排放量的34.66%、21.24%、15.48%和20.08%。生产1 t小麦、玉米籽粒的温室气体排放量分别为1 059.39和411.92 kg;生产1 kg原奶和1 kg按蛋白质和脂肪纠正的牛奶(FPCM)的温室气体排放量分别为1.04和1.14 kg,低于全球平均水平;生产1 kg活体猪、肉牛的温室气体排放量分别为2.58和10.00kg,与国内其他集约化养殖场的排放量相当。通过情景分析发现,种植生产中采取减氮(化肥)以及提高畜禽粪便废弃物处理能力等措施,加强农场氮素管理,改善饲料结构,可直接或间接减少农场水平温室气体排放。     

种植蔬菜地与裸地氧化亚氮排放差异比较研究

采用大型原状土柱试验研究了种植蔬菜地与未种植蔬菜裸地土壤氧化亚氮（N2O）排放的差异。试验结果表明,施肥但未种植蔬菜的裸地土壤N2O排放量远大于种植蔬菜地的土壤N2O排放量,裸地土壤N2O平均排放通量为193μg.m-2.h-1,而种植蔬菜后土壤N2O平均排放通量减少至60μg.m-2.h-1;相应地,裸地的N2O排放总量也要远高于种植蔬菜地的N2O排放总量。同时,低施氮量（N1,500 kg.hm-2）下裸地的N2O排放量要比高施氮量（N2,750 kg.hm-2）且种植蔬菜时裸地的N2O排放量大,如2007年10月至2008年9月试验期间,N1处理下裸地总N2O-N排放量为9.54 kg.hm-2,而N2处理（种植蔬菜）下总N2O-N排放量仅为4.21 kg.hm-2。此外,未种植蔬菜时裸地土壤N2O排放系数远大于种植蔬菜时,如N1种植蔬菜时为0.39%,但未种植蔬菜的裸地土壤排放系数为1.76%。研究说明种植作物与否对土壤N2O排放有重要影响,因此在估算农田土壤N2O排放温室气体量时,需考虑裸地的贡献能力。     

汾河流域水系和表层沉积物中多环芳烃的空间变化规律及其生态风险研究

本研究在汾河流域上、中、下游及其部分支流布设29个采样点,对其水体和表层沉积物多环芳烃(PAHs)的空间分布规律及生态风险进行了分析和讨论。结果表明,汾河流域水相中丰水期PAHs总量浓度范围是0.530~16.002μg·L~(-1),平均浓度为(2.738±3.078)μg·L~(-1),枯水期PAHs总量浓度范围是0.588~12.916μg·L~(-1),均值为(2.762±3.132)μg·L~(-1)。就空间分布而言,汾河流域整体呈现上游污染较轻,中下游污染严重的特点。PAHs的组成规律显示,丰水期和枯水期PAHs含量均以低环(2~3环)为主,不同采样期低环PAHs所占比例分别为96.5%和90.4%。与其他15个研究地区水体PAHs含量比较,汾河流域水体中PAHs污染程度的国内外对比处于中等到较高程度的污染。丰水期和枯水期水体中PAHs来源于石油源和植物、木材、煤的燃烧,主要受到流域煤化工、燃煤电厂排放污染物的影响。地表水健康风险评价结果显示,汾河流域丰水期和枯水期分别有13.8%和20.7%的点位存在一定的健康风险。汾河流域沉积相中16种PAHs平均浓度为(3.774±1.987)μg·g-1,其污染主要集中在流域中下游地区。PAHs的组成规律显示,PAHs含量集中在低环(2~3环),约占总量的75%左右。与本研究提到的河流、湖泊及港口沉积物中PAHs含量比较,汾河流域沉积物中PAHs污染程度仍处于中等偏高的污染水平。丰水期沉积相中PAHs以燃烧源和石油源为主,部分来自典型石油类产品的输入。表层沉积物生态风险评价结果显示,对于提出的12种PAHs的生态风险的效应区间低值(ERL值)或效应区间中值(ERM值)以及苯并(b)荧蒽(Bb F)和苯并(k)荧蒽(Bk F)这2类没有最低安全值的PAHs化合物来说,汾河上、中、下游流域均有采样点的PAHs可能存在着对生物的潜在生态风险。通过本研究可全面地了解该流域多环芳烃的空间分布规律及其可能的来源,并且为汾河流域多环芳烃污染的控制和生态风险评价提供科学依据。     

南方红壤侵蚀区生态清洁小流域评价研究——以江西省为例

自试点工程以来,生态清洁小流域建设在中国已实施了10余年时间,许多小流域建设已完成,而且近期的国家水土保持重点建设工程的小流域治理大多要求按照清洁小流域的标准进行设计和实施,然而目前对于生态清洁小流域评价的研究较少。小流域生态清洁评价是了解小流域生态与环境问题的基础,有助于提高小流域治理的针对性和治理效益。在综合生态清洁小流域相关评价方法及各项表征指标的基础上,通过主评指标筛选,建立了包括水环境、土壤、生态、人与社会等四方面14个评价指标的江西省红壤侵蚀区生态清洁小流域的评价指标体系。提出了生态清洁小流域的模糊综合评价方法,将小流域按生态清洁程度分为"好"、"较好"和"差"3个等级,按照确定评价指标权重、构造指标隶属度评价矩阵、基于生态清洁度指数的综合评价的步骤进行评价。以江西省赣县枧田小流域和上犹县园村小流域为例,对评价方法和评价结果进行了分析与说明。随着生态清洁小流域建设的实施,枧田小流域和园村小流域分别由实施前的"差"、"较好"提高到实施后的"好"的状态;在实施后,园村小流域的生态清洁状况(生态清洁度指数0.869)优于枧田小流域(0.847);而在实施前,园村小流域(0.726)进行生态清洁小流域建设的基础条件更好,枧田小流域实施前(0.570)后,生态清洁程度的提高幅度更大。根据评价结果,可以有针对性地提出改进措施和建议。该评价过程可为南方红壤侵蚀区生态清洁小流域建设的效果评价提供依据。     

汾河流域邻苯二甲酸酯的分布特征及生态风险评价

本文以汾河流域作为研究对象,系统研究了水相及沉积物中6种邻苯二甲酸酯(PAEs)的含量、组成和空间分布,同时对汾河流域水体和沉积物中PAEs进行生态风险评价.研究表明,汾河流域丰水期水相中PAEs总量为2.79—206.33μg·L~(-1),平均浓度按DEHP(邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯)DBP(邻苯二甲酸二丁酯)BBP(邻苯二甲酸丁基节基酯)DEP(邻苯二甲酸二乙酯)DMP(邻苯二甲酸二甲酯)DNOP(邻苯二甲酸二正辛酯)的顺序递减.其空间分布结果表现为,干流PAEs浓度低于支流,从上游到下游干流PAEs浓度呈现先升后降的趋势.依据国家地表水环境质量标准(GB3838—2002)对DBP、DEHP标准限值的规定,丰水期有60%的站点超过3μg·L~(-1)和8μg·L~(-1)的限值.丰水期沉积物中PAEs浓度范围为0.064—3.551μg·L~(-1),平均浓度按DEHPDBPDMPDEPBBP的顺序递减,干流PAEs高于支流,中下游PAEs含量高于上游,其中中游的太原段沉积相中PAEs污染相对严重.生态风险评价结果表明,汾河流域水相中PAEs的生态风险大小排序依次为DBPDEHPDEPDMP,DBP和DEHP在大部分采样点存在一定的潜在生态风险,DMP和DEP的生态风险在可接受范围;沉积物PAEs中所有种类的平均含量未超过风险评价的低值(ERL),对生物的潜在危害较小.     

畜禽环境中抗生素的去除及其风险评估

抗生素作为饲料添加剂广泛应用于畜禽养殖业,造成养殖环境抗生素大量蓄积,尤其是在畜禽粪便中,长期的积累不仅污染养殖场内土壤环境,残留的抗生素还会随畜禽粪便进入周边水体及农田环境,威胁农作物及人体健康。目前,国内相关研究主要集中在抗生素的降解工艺及降解规律方面,而对其去除效率的影响因素及风险评价研究相对较少。笔者综述了国内外抗生素的降解转化及去除方式等的研究进展,并概述了抗生素在畜禽环境中的生态风险评估的研究现状,为抗生素的高效去除、风险预估及畜禽粪便资源化安全利用提供理论基础和技术支撑。     

九龙江流域经济发展与河流水质时空关联分析

以闽西南地区的九龙江流域为例,综合采用数理统计、GIS技术和环境库兹涅茨曲线（EKC）方法,对该流域1981—2009年经济发展与河流水质变化进行时空关联分析。结果表明,九龙江流域呈现＂第1产业缓增,第2、3产业产值增加较快＂的总体经济格局,农业污染突出;农业种植面积呈现先增加后减少趋势,流域氮、磷肥平均施用强度呈线性增加趋势;氮、磷肥平均折纯施用量之比从1981年的4∶1下降到2009年的2∶1,引起水化学改变并增加水华发生风险;各县（市、区）污染源结构存在明显差异,河流水质变化和沿程分布与流域社会经济布局有很好的空间相关性;北溪流域畜禽养殖业的过快发展、西溪流域以经济作物为主的农业种植结构和高强度施肥、低效率利用是导致河流水质从20世纪90年代开始富营养化的主要原因;EKC曲线尚未出现明显拐点,若农业污染不能得到有效控制,流域水环境将持续恶化;九龙江水质演变规律是流域社会经济布局、污染源排放强度和方式发生变化的综合作用结果。     

畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属与抗生素分布的影响

采集不同类型的畜禽有机肥及施用后的土壤,测定其重金属浓度,同时利用超声波提取-SPE—LC／MS／MS方法分析土壤中14种抗生素的污染特征,研究长期施用畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属与抗生素分布的影响。结果表明,猪粪、羊粪、鸡粪3种畜禽有机肥中最易造成土壤污染的是猪粪,Cu、Zn和Cd含量分别为197．0、947．0和1．35mg·kg-1。不同土地利用方式下,施用有机肥均使重金属在土壤剖面呈现表聚现象,以设施菜地最为突出,Zn和Cd积累明显,0—20cm土层含量分别为203和0．48mg·kg-1。不同土地利用方式下,14种抗生素的含量与组成在土壤剖面上存在明显分异,随土层深度增加含量迅速下降,但在〉80～100cm土层仍有检出;设施菜地表层土壤抗生素含量为39．5μg·kg-1,积累和残留明显高于林地和果园,特别是四环素类和氟喹诺酮类,含量分别为34．3和4．75μg·kg-1。可见,农田土壤长期大量施用畜禽有机肥可引起重金属和抗生素的复合污染,具潜在生态风险。     

我国养猪业废弃物中四环素类、磺胺类抗生素及相关抗性基因污染研究进展

我国是世界养猪第一大国,生猪饲养量和猪肉产量均位居世界第一。养猪业每年所产生的粪便、废水中含有大量畜用抗生素及其代谢产物,使养猪业废弃物成为环境中重要的抗生素污染源之一,随之产生的抗性基因污染及传播问题也不容忽视。本文结合近年来国内外的研究数据,对我国养猪业废弃物中四环素类、磺胺类抗生素及其相关抗性基因的检测方法、污染状况及影响抗性基因传播的因素进行了分析,并基于控制我国养猪行业抗生素及抗性基因污染的目的,提出了今后的研究重点。     

Impact of population growth and land-use change on water resources and ecosystems of the arid Tarim River Basin in Western China

Time series data on population change, economic development, climate change, water volume and quality and oasis land-use change were collected to study the interactions between these factors in the arid Tarim River Basin, China. The study reveals that precipitation and stream flow in headwater streams increased, but stream flow in the main Tarim River had reduced significantly over the past three decades. This implies that human activity, rather than climate change, dominated the recent environmental changes in the river basin. As a result of population growth and cultivated land expansion in the upper and middle reaches of the river, severe problems of water shortage, water pollution, death of natural vegetation, soil salinization, desertification and sand-dust storms have occurred, particularly in downstream areas of the river basin. These problems have had serious negative effects on the health of local people and sustainable social economic development in the region. Some development strategies are proposed to deal with these problems.     

基于esp基因和JCV标记的MST方法在五大流域典型水源地中的应用

非点源污染目前已经成为影响水体环境的重要污染。微生物源示踪技术(microbial source tracking,MST)是解决非点源污染的一项新技术,它可以确定污染的宿主来源。肠球菌esp基因和多瘤病毒JCV可以作为检测水体中人源粪便污染的分子标记,其灵敏度和特异性都很高。为分析五大流域水源地是否受到人源粪便的污染,对辽河、海河、淮河、长江和黄河五大流域典型水源地水样进行采集和检测,选取人源粪便特异病原微生物肠球菌的esp基因和多瘤病毒JCV建立了相应的MST分子检测方法。结果表明,五大流域的典型水源地采样点均有可能受到了人源粪便的污染,可为当地相关部门提供技术支持和数据参考。     

Multi-scale evaluation of river health in Liao River Basin, China

Previous studies on river health evaluation mainly focused on characterizations at a river-corridor scale and ignored the complex interactions between the river ecosystem and other components of the river basin. Based on the consideration of the interactions among rivers, associated river basin and habitats, an assessment framework with multi-scale indicators was developed. An index system divided among these three scales to characterize the health of river ecosystems in China’s Liao River Basin was established. Set pair analysis was applied to integrate the multi-scale indicators and determine the health classes. The evaluation results indicated that the rivers in the western and eastern zones of the Liao River were classified as sick, and rivers in the main stream of the Liao and Huntai rivers were classified as unhealthy. An excessive level of disturbances, such as large pollution loads and dense construction of water conservation projects within the river basin, were the main causes of the river health deterioration.     

Eco-hydrological modelling in a highly regulated lowland catchment to find measures for improving water quality

Water quality modelling in the meso-scale Rhin catchment in the German federal state Brandenburg was done (1) to answer some specific questions concerning identification of point and diffuse sources of nutrient pollution in the catchment, (2) to assess the influences of possible climate and land use changes on water quantity and quality and (3) to evaluate potential measures to be done in order to achieve a “good ecological status” of the river and its lakes as required by the Water Framework Directive (WFD).The Rhin catchment is a typical highly regulated lowland river basin in Northern Germany. The regulations complicate water quantity and quality modelling in the catchment. The research was done by using the eco-hydrological model SWIM (Soil and Water Integrated Model), which simulates water and nutrient fluxes in soil and vegetation, as well as transport of water and nutrients to and within the river network. The modelling period was from 1981 until 2005. After calibrating the hydrological processes at different gauges within the basin with satisfactory results, water quality (nitrogen and phosphorus) modelling was done taking into account the emissions of different point sources (sewage treatment plants, etc.) and identifying the amount of diffuse pollution caused mainly by agriculture.For suggesting some feasible measures to improve water quality and to reduce diffuse pollution considering possible climate and land use changes, different reasonable scenarios were applied in consultation with the Environmental Agency of Brandenburg (LUA). The study revealed that the amount of water discharge has significant influence on the concentration of nutrients in the river network, and that nitrogen pollution, caused mainly by diffuse sources, could be notably reduced by application of agricultural measures, whereas the pollution by phosphorus could be diminished most effectively by the reduction of point source emissions.     

High salinisation risks in a typical semi-arid river network in northern China

The objective of this study was to investigate the salinisation characteristics of a semi-arid river network in northern China and highlight the influencing factors and risks. The Ziya River Basin, a typical semi-arid river network located in the North China Plain, is studied herein. Overlying water, surface sediment and riparian soil samples were collected in July and December of 2014 in the Ziya River Basin. The results showed that the average concentrations of salt content in the overlying water and surface sediment of 10 rivers in the Ziya River Basin were 1105.64 and 2159.35?mg/L, respectively. High level of salinisation was found in most rivers not only in overlying water, but also in surface sediment. The impact of the salinisation of overlying water on riparian soil diminished with distance away from the shore and had no impact beyond 15 m from the shore. Heavy pollution can contribute greatly to the salinisation of the water column and can cause significant impacts on river sediment and riparian soil. Salinisation in the overlying water affects the sediment and riparian soil, and reveals that the high risk of salinisation in the Ziya River Basin has been underestimated.