氟喹诺酮类抗生素环境行为及其生态毒理研究进展

氟喹诺酮类抗生素(FQs)是治疗人和动物细菌性感染的高效广谱抗菌药,随着氟喹诺酮类抗生素在禽畜养殖业的广泛使用,由此引起的环境污染受到人们的关注。本文综述了氟喹诺酮类抗生素在水体、土壤/沉积物中的污染现状、吸附降解环境行为及其生态毒理研究进展。FQs抗生素的环境行为和风险应从环境多介质层面进行评估,同时应加强对生态毒性机理以及与其他环境污染物的联合毒性效应的研究。     

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。     

微塑料与污染物相互作用的研究进展

微塑料广泛存在于环境中,其比表面积大、吸附性强,可吸附环境中的重金属、有机物、微生物等污染物,并改变它们在环境中的归趋;同时,这些污染物也会影响微塑料的性质及其在环境中的吸附、迁移、降解等行为,进而对生态环境产生潜在风险.开展微塑料与污染物的相互作用研究是进行微塑料环境风险评价的基础.当前相关研究多集中于微塑料的分布及其对不同污染物的吸附作用等方面,而污染物对微塑料性质的影响研究及吸附后它们性质变化的研究相对较少.据此本文总结了微塑料在环境中的分布情况;以吸附为例,梳理了相互作用过程的影响因素和机理;综述了微塑料与污染物相互作用的研究现状;最后基于此展望日后的研究方向,以期对未来微塑料的相关研究提供参考和帮助.     

Antibiotic resistance genes in manure-amended paddy soils across eastern China: Occurrence and influencing factors

• Manure fertilization resulted in antibiotic residues and increased metal contents. • The tet and sul genes were significantly enhanced with manure fertilization. • Soil physicochemical properties contributed to 12% of the variations in ARGs. • Soil metals and antibiotics co-select for ARGs. Pig manure, rich in antibiotics and metals, is widely applied in paddy fields as a soil conditioner, triggering the proliferation of antibiotic resistance genes (ARGs) in soil. However, comprehensive studies on the effects of manure fertilization on the abundance of ARGs and their influencing factors are still insufficient. Here, pig manure and manure-amended and inorganic-amended soils were collected from 11 rice-cropping regions in eastern China, and the accumulation of antibiotics, metals, and ARGs was assessed simultaneously. The results showed that manure fertilization led to antibiotic residues and increased the metal content (i.e., Zn, Cu, Ni, and Cr). Tetracycline and sulfonamide resistance genes (tetM, tetO, sul1, and sul2) were also significantly enhanced with manure fertilization. According to variance partitioning analysis, the most important factors that individually influenced ARGs were soil physicochemical properties, accounting for 12% of the variation. Significant correlations between soil nutrients and ARGs indicated that manure application enhanced the growth of resistant microorganisms by supplying more nutrients. Metals and antibiotics contributed 9% and 5% to the variations in ARGs, respectively. Their co-occurrence also increased the enrichment of ARGs, as their interactions accounted for 2% of the variation in ARGs. Interestingly, Cu was significantly related to most ARGs in the soil (r = 0.26–0.52, p<0.05). Sulfapyridine was significantly related to sul2, and tetracycline resistance genes were positively related to doxycycline. This study highlighted the risks of antibiotic and ARG accumulation with manure fertilization and shed light on the essential influencing factors of ARGs in paddy soils.     

Effects of organic matter on the specific adsorption of heavy metals by soil

The adsorption of heavy metals on soil from the Neihu Landfill Site in Taipei City was investigated in order to assess the groundwater pollution problems. The effects of soil organic matter and the behaviors of organic complexing ligands like EDTA and humic acid to the overall adsorption process were studied and discussed. For explaining the results, the pH value of soil system and the properties of the soil/aqueous interface were chosen as two significant and interacted factors for discussion. The concept of the specific adsorption mechanism was also demonstrated and discussed. The results showed that the complexing ligands existing in soil liquid phase have more influences than natural organic matter does. The competitive sequences of different organic matter contents indicated that organic functional sites preferentially bind with Cu and Cd. The presence of EDTA and humic acid which formed ligandlike complexes will reduce Cd adsorption efficiency. These effects will induce mobility and the fate of heavy metals in soils, such as bioavailability.     

植被恢复的生态效应研究进展

植被在水土保持、水源涵养及生态系统的固碳过程中起着重要的作用。植被恢复是指运用生态学原理,通过保护现有植被、封山育林或营造人工林、灌、草植被,修复或重建被毁坏或被破坏的森林和其他自然生态系统,恢复其生物多样性及其生态系统功能。目前,植被的自然及人工恢复是改善脆弱生态系统及退化生态系统生态环境现状最有效的措施。植被在恢复过程中对地上植被生态系统,物种多样性的恢复有着重要影响,同时通过凋落物及根系的输入,可以有效改善地下生态系统,增加土壤的养分含量、改善土壤的物理结构、增加土壤生物的生物量及活性。文章以地上及地下生态系统为出发点,综述了植被恢复过程中自然及人工恢复过程中不同的植被类型、不同的恢复时间下植物物种组成和多样性、土壤理化性质及土壤微生物群落的变化。植被的自然及人工恢复在一定程度上均能增加植物物种的多样性,随着恢复年限的增加物种的组成发生改变且多样性呈增加趋势,但一些特殊环境下不当的人工恢复可造成植被演替向退化方向发展,降低生物多样性。不同的植被类型由于其生长方式的不同对土壤理化性质和土壤微生物的影响存在差异,随着恢复年限的增长,土壤理化指标及微生物学指标呈现先增加而后趋于平稳的状态。针对已有的研究进展,提出在未来的研究过程中,一方面应该增加更多的对比研究,对不同环境下,不同的恢复物种,不同的恢复方式进行更深入地探讨;另外一方面应增加不同尺度的研究,现有的研究多集中在样地尺度,未来应在更大尺度上进行分析;再者,地上及地下生态系统之间的相互关系及影响机理一直是土壤学科研究的热点,植被恢复过程中应增加更多该方面的机理研究。     

环丙沙星在亚高山草甸不同深度土壤上的吸附及其影响因素

兽用抗菌药物环丙沙星(CIP,ciprofloxacin)的大量使用引发了人们的广泛关注.文章研究了CIP在亚高山草甸土剖面土壤上的吸附动力学、吸附热力学和pH、有机质含量、阳离子交换量等因素对吸附的影响,以揭示CIP在亚高山草甸土上的吸附机制,为CIP的生态风险评价提供一定的依据.结果表明,CIP在亚高山草甸土上的吸附过程符合准二级动力学模型,并分为快吸附和慢吸附阶段,快吸附为0—6 h,慢吸附为6—48 h.CIP在供试土壤中的吸附等温线均能被Freundlich方程及线性方程很好的拟合,且|ΔH^θ|小于40 kJ·mol^-1,说明其吸附过程以物理吸附为主.其吸附等温线符合L-型,表明在CIP浓度较低时,草甸土与CIP分子间作用力较强,而浓度增大至一定程度时,溶剂分子与CIP分子间作用力占主导地位,吸附减弱.剖面土壤上CIP的吸附量随温度升高和土壤深度增加下降,这与有机质含量、阳离子交换量、黏粒含量以及pH有关.实验表明,在pH=5时,其吸附量最高.pH值在3—5时,吸附量随pH升高而升高,而在pH>5时,吸附量随pH升高而降低.表明阳离子交换为其吸附机制之一.     

敌敌畏在颗粒物上吸附的支配因素

研究了敌敌畏在颗粒物(呼和浩特土壤和黄河水体沉积物)上的吸附行为,探讨了颗粒物性质如有机质含量、粘粒含量、阳离子交换量(CEC)、pH值和离子强度等因素对吸附的影响。结果表明:敌敌畏在2种颗粒物上的吸附过程均符合一级动力学规律,可用Freundlich等温式描述,吸附常数Kd为5. 822 0和11. 738 8;颗粒物性质与吸附常数的相关分析发现:支配敌敌畏在颗粒物上吸附的主要因素是有机质含量、pH值和离子强度,随着pH值的增加和离子强度的降低,敌敌畏在2种颗粒物上的吸附量增大。     

典型环境内分泌干扰物的来源、环境分布和主要环境过程

内分泌干扰物(EDCs)作为一种新兴污染物,具有憎水性、低剂量效应和半衰期长等特征,在全球的土壤/沉积物中已被广泛检测到,并发现已给环境带来了严重的威胁。本文重点综合评述了近10年来土壤/沉积物中EDCs的来源、浓度水平、空间分布及吸附特性的研究。结果发现,EDCs来源涉及农业、工业和生活等多个方面;空间分布上,一般呈近海地区沉积物中EDCs浓度水平较河流底泥及土壤低,而高度工业化、城市化地区土壤/沉积物中EDCs浓度亦较高;EDCs的吸附受土壤/沉积物理化性质、EDCs自身性质和环境条件的共同影响,一般土壤有机质的含量和成熟度、土壤颗粒的比表面积与其吸附能力呈正相关,黏土矿物类型对EDCs的吸附也有重要的影响;EDCs的吸附能力与其自身的疏水性和结构特征有关;温度升高和溶液p H值增加都不利于EDCs的吸附,而溶液离子强度的增加对其吸附起着促进作用。土壤/沉积物对EDCs的吸附是一个复杂的过程,因此对其吸附特性需要进一步的探讨。     

畜禽养殖排放的雌激素对周边水体环境的影响

环境雌激素是一大类化学物质,它们能够干扰生物体内激素的合成、分泌、转运、活性等,或与生物体内激素结构相似而发挥激素作用,对生物体的生长、繁殖及行为产生不利影响。环境雌激素包括天然雌激素及人工合成类雌激素。随着国内畜禽养殖的规模与数量的不断扩大,养殖场成为了一个很大的环境雌激素的产生源,其环境风险应得到相应的重视。目前对畜禽养殖过程中环境雌激素的产生量以及雌激素进入环境后的迁移转化行为已有很多的研究,包括野外的调查与实验室内机理研究。畜禽养殖过程产生的大量雌激素进入环境后能够被土壤吸附及微生物降解。室内的静态平衡吸附实验、土柱迁移试验及降解研究均表明雌激素进入环境后绝大部分迅速被吸附到土壤颗粒或悬浮胶体、沉积物颗粒上,同时发生转化与生物降解,由此推断其对周边环境中的雌激素贡献很小。然而,野外调查结果却表明实际情况下雌激素的迁移性高于理论期望值。因此,畜禽养殖对周边环境中雌激素的贡献量的大小尚未明确。本论文综述了畜禽养殖过程中环境雌激素的排放情况,结合国内外的调查研究,阐述了畜禽养殖产生的环境雌激素在土壤及水体中的迁移与降解行为,探讨了影响准确评估畜禽养殖排泄物对周边水体中雌激素贡献大小的因子,并提出了今后应开展原位吸附与迁移的实验,重点考虑天然有机质及抗生素等共存物质对雌激素环境行为的影响,建立综合模型来估算不同时期养殖场对周围水环境雌激素的贡献量的建议。     

土壤环境中四环素类抗生素残留及抗性基因污染的研究进展(Tetracycline Residues and Tetracycline Resistance Gene Pollution in Soil: A Review)

近年来,致病菌耐药性的增加和扩散已成为全世界关注的热点问题,而人类医疗和畜禽养殖业抗生素的滥用正不断加剧这一问题.众多研究表明土壤环境作为一个巨大的抗性基因储存库,在抗性微生物和抗性基因的传播中起重要的作用,具有潜在的生态与健康风险.在总结国内外最新研究基础上,对土壤环境中典型抗生素-四环素类抗生素的主要污染源以及其在土壤中的基本环境行为等进行了分析,并探讨了土壤中四环素类抗性基因的来源、迁移和扩散及分子检测手段等问题.我国作为抗生素的生产和消费大国,抗生素污染问题较其他国家更为严重,而国内相关研究才刚刚起步,迫切需要开展有关环境中抗生素和抗生素抗性基因污染的系统研究.     

有机磷酸酯阻燃剂的环境暴露与迁移转化研究进展

有机磷酸酯(organophosphate esters,OPEs)是目前被广泛使用的阻燃剂添加成份,其具有神经、生殖、基因等生物毒性,且具有致癌性。作为新一类污染物,有机磷酸酯在环境中越来越多的释放引起了环境研究者的关注。文章综述了OPEs在水体、土壤、空气和生物体中的暴露浓度,并介绍了OPEs在环境中的各种迁移转化途径。目前针对OPEs的环境暴露研究仍十分有限,需要更全面调查其在多环境介质中的暴露状况以综合评价其生态风险。OPEs的多种迁移途径已得到证实,但相关物理化学转化和生物转化机制研究尚不完整。最后对OPEs的进一步研究提出了展望,以期促进我国OPEs的生态风险研究。     

海洋硅藻细胞表面物理化学特性对镉累积的影响

硅藻是海洋生态系统中主要的初级生产者,在全球碳循环中扮演重要角色。硅藻在镉(Cd)的生物地球化学循环中同样发挥了关键的作用。营养盐、盐度、pH、光照、温度等因子可改变Cd在硅藻中的累积,但其关键过程尚未清楚。借助多功能原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、非损伤微测(NMT)等先进表征手段,可定量研究硅藻细胞的表面物理化学特性。本综述讨论环境因子对细胞表面粗糙度的影响,探索粗糙度-表面功能基团-电势之间的联系,从微观层次揭示硅藻细胞与Cd之间的相互作用,诠释硅藻吸附金属Cd的过程。     

纳米银的迁移转化对环境微生物毒性的影响

纳米银(AgNPs)因其优越的抗菌、导电、催化等性能,被广泛应用于工业领域和日常生活中,成为当前产量和用量最高的纳米材料之一。但纳米银产品在生产、运输、洗涤、侵蚀、废弃的过程中,不可避免地会被释放到自然环境中。在复杂环境因素影响下,纳米银本身的赋存状态发生转化,并对生态环境构成严重威胁。因此,探究纳米银在环境中的迁移转化过程及其对生态环境的潜在风险成为相关领域的研究热点。针对纳米银研究现状中存在的不足,综述了天然有机质、pH值、溶解氧、离子强度、光照等环境因素对纳米银迁移转化行为以及其对微生物毒性效应的影响,并进一步深入探讨了纳米银的毒理机制,旨在为纳米银的环境行为特征研究以及风险评估提供理论基础。     

兽药抗生素对生态环境的混合毒性研究进展

抗生素是环境中普遍存在的污染物,畜牧水产养殖是其主要来源之一.环境中可能同时存在多种抗生素残留,因此单一药物的毒性评价难以反映抗生素对生态环境的影响,应探究其混合物的毒性效应.本文在总结大量文献的基础上,介绍了兽用抗生素的残留现状,总结了兽用抗生素对生态环境的混合毒性研究进展,讨论了兽用抗生素残留对土壤生物和水生生物的生态毒性效应,最后对兽用抗生素的环境混合毒性研究进行了展望.     

Controlling microbiological interfacial behaviors of hydrophobic organic compounds by surfactants in biodegradation process

Bioremediation of hydrophobic organic compounds （HOCs） contanlinated soils involves several physicochemical and microbiological interracial processes among the soil-water-microorganism interfaces. The participation of surfactants facilitates the mass transport of HOCs in both the physicochemical and microbiological interfaces by reducing the interfacial tension. The effects and underlying mechanisms of surfactants on the physi-cochemical desorption of soil-sorbed HOCs have been widely studied. This paper reviewed the progress made in understanding the effects of surfactant on microbiological interlhcial transport of HOCs and the underlying mechanisms, which is vital for a better understanding and control of the mass transfer of HOCs in the biodegradation process. In summary, surfactants affect the microbiological interfacial behaviors of HOCs during three consecutive processes： the soil solution-microorganism sorption, the transmembrane process, and the intracellular metabolism. Surfactant could promote cell sorption of HOCs depending on the compatibility of surfactant hydrophile hydrophilic balance （HLB） with cell surface properties; while the dose ratio between surfactant and biologic mass （membrane lipids） determined the transmembrane processes. Although surfactants cannot easily directly affect the intracellular enzymatic metabolism of HOCs due to the steric hindrace, the presence of surfactants can indirectly enhanced the metabolism by increasing the substrate concentrations.     

重金属对药物和个人护理品在土壤/沉积物中吸附的影响机制:现状与展望

药物和个人护理品简称(PPCPs)是一类具有潜在累积效果的环境污染物,其广泛分布于水体与土壤环境中.在土壤/沉积物中,PPCPs将发生一系列的物理、化学和生物作用,其中吸附是PPCPs在土壤/沉积物中极为关键的环境行为,将影响PPCPs在环境中的迁移转化及其对生物体的危害程度.重金属作为一类常见的无机污染物,它们的存在会影响PPCPs在土壤/沉积物表面的吸附行为,对土壤/沉积物吸附PPCPs的吸附效果造成不同影响.本文归纳总结了重金属存在时,PPCPs在土壤/沉积物中的吸附机理,综合探讨了PPCPs官能团组成、重金属离子类型、pH、离子强度和有机质等因素对PPCPs吸附的影响,并针对以往研究存在的问题进行了展望.     

土壤中铅的吸附-解吸行为研究进展

铅是重要的土壤重金属污染元素之一，了解铅在土壤中的物理化学行为，有利于预防和修复土壤的铅污染。土壤中铅的吸附-解吸行为，依吸附机理的不同，分为专性吸附和非专性吸附。土壤铅吸附的机理还存在不同的观点，如水解吸附／非水解吸附机理，单分子吸附／双分子吸附机理等。影响土壤中铅吸附-解吸行为的主要因素，有土壤矿物组成、土壤有机质、pH、温度、竞争离子等。文章最后对描述土壤铅吸附过程的主要数学方程(Langmuir方程、Freundlich方程和Temkin方程)作了论述。     

环境中植酸的分布、形态及界面反应行为

肌-肌醇六磷酸(myo-inositol-1,2,3,4,5,6-hexakisphosphate,IHP,myo-IP6)简称植酸(Phytic acid或phytate),是大多数土壤中最为丰富的有机磷,它在环境中的界面反应影响着磷素的迁移、循环、转化、生物有效性以及环境效应.本文简要总结了环境中植酸的分布与形态,并综述了其界面反应,包括铁铝氧化物、粘土矿物、碳酸钙等对植酸的吸附解吸,多价阳离子与植酸的络合反应以及沉淀作用.土壤矿物对植酸的吸附影响其转化和生物有效性,矿物对植酸磷的吸附量一般远高于正磷酸盐.其中,弱晶质铁铝(氢)氧化物对植酸的吸附能力一般较晶形铁铝(氢)氧化物大很多.同时,分析了矿物类型、介质pH、温度、共存离子等环境条件对植酸界面反应的影响,植酸吸附对矿物表面电荷性质、颗粒大小和分散稳定性等的作用,以及植酸在金属污染土壤修复中的应用前景.最后讨论了环境中植酸的主要研究热点和方向.     

纳米金属氧化物对土壤酶活性的影响研究进展

纳米金属氧化物的大量生产和广泛应用使其不可避免地进入环境中,土壤是其释放到环境中主要的汇。纳米颗粒由于尺寸效应,具有许多独特的物理化学性质,其进入环境后潜在的生态和健康风险问题日益受到研究者的关注。土壤酶是土壤生物化学过程的主要参与者,也是生态系统物质循环和能量流动过程中最活跃的生物活性物质。土壤酶活性的变化能反映土壤中生化反应的情况,可作为评价土壤中纳米材料污染状况的生物学指标。本文较系统地回顾和总结了纳米金属氧化物对土壤酶活性的影响及可能的影响途径,探讨了纳米金属氧化物作用于土壤酶的主要影响途径,并展望了未来研究主要发展方向。