石家庄市土壤中喹诺酮类抗生素空间分布特征及其与微生物群落相关性

微生物群落作为土壤生态系统重要组分,长期低含量抗生素干扰会影响土壤中微生物群落结构及其功能.选取石家庄市为研究区,在2020年9月采集12个样点的表层土壤（0~25 cm）,并根据空间方位将其划分为4个区（S1、S2、S3和S4）;运用超高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS/MS）方法测定土壤中典型抗生素——喹诺酮类（quinolones,QNs）含量,明晰QNs在土壤中的空间分布特征,同时利用16S rRNA高通量测序技术对土壤中微生物群落结构及功能进行研究,识别其主要环境影响因子.结果表明：①4个区域的QNs总含量平均值由大到小依次为：S3（313.5 μg·kg^-1）>S4（65.54 μg·kg^-1）>S1（46.19 μg·kg^-1）>S2（12.63 μg·kg^-1）.其中诺氟沙星（NOR）含量最高（平均值为91.99 μg·kg^-1）,而喹草酸（OXO）含量最低（平均值为0.4486 μg·kg^-1）;②土壤颗粒以粉粒（2~50 μm）占比最高（66.7%~93.2%）,而黏粒（小于2 μm）占比最低（2.50%~9.10%）;土壤中总磷（TP）和氨氮（NH₄⁺-N）无显著空间差异,而硝氮（NO₃^--N）、亚硝氮（NO₂^--N）和土壤粒径呈现显著空间差异;③6种,优势菌属有5种,其中放线菌门（18.3%~34.6%）和变形菌门（13.6%~34.1%）为主要优势菌门,Arthrobacter（3.24%~8.61%）和Nitrososphaeraceae（2.93%~9.46%）为主要优势菌属;α多样性分析结果表明,Shannon值在S2区最高（6.48）,而在S3区最低（5.89）;④相关性结果表明,QNs和土壤理化参数均会显著改变微生物群落的结构组成,OXO、NO₃^--N和土壤粒径会影响微生物群落多样性,而FLU、NH₄⁺-N和NO₂^--N和土壤粒径会对微生物群落的功能产生影响.因此,需进一步加强石家庄市土壤环境中抗生素的风险管控.     

喹诺酮类抗生素在城市典型水环境中的分配系数及其主要环境影响因子

沉积物作为抗生素在水环境中的主要赋存介质,越来越多的研究关注抗生素在水体-沉积物中的分配行为;但此前研究多基于实验室模拟,而在自然水环境中抗生素的分配行为及其与环境因子相关性研究则较少关注.鉴于此,以石家庄市地表水和沉积物为研究对象,采用超高效液相色谱串联质谱法（HPLC-MS）分析石家庄水环境中喹诺酮类（QNs）抗生素的时空分布特征,计算其在水和沉积物中的分配系数,并确定自然水环境中分配系数的主要环境影响因子.结果表明：①在石家庄市水体和沉积物中QNs含量分别为8.0~4.4×10³ ng·L^-1和16~2.2×10³ ng·g^-1,其中恩诺沙星（ENR）和氧氟沙星（OFL）分别是水体和沉积物中主要的QNs抗生素;②石家庄市水体中QNs总含量呈现12月（1.0×10⁴ ng·L^-1）大于4月（5.5×10³ ng·L^-1）的趋势,沉积物中QNs亦呈现12月（7.8×10³ ng·g^-1）大于4月的趋势（6.2×10³ ng·g^-1）;③石家庄市水环境中QNs抗生素的分配系数变化范围为34~2.9×10⁵ L·kg^-1,且呈现12月大于4月的趋势;④相关性分析结果表明,总氮（TN）、硝氮（NO₃^--N）、亚硝氮（NO₂^--N）和氨氮（NH₄⁺-N）与大部分QNs［OFL、诺氟沙星（NOR）、ENR、双氟沙星（DIF）和喹酸（OXO）］分配系数显著相关,温度（T）、总有机碳（TOC）和总溶解性固体颗粒物（TDS）与个别QNs［马波沙星（MAR）和DIF］分配系数显著相关.因此,水体富营养化水平会影响抗生素在水体-沉积物中的分配行为.     

白洋淀喹诺酮类抗生素与微生物群落结构和多样性相关性研究

微生物作为水生态系统中的重要组成部分,其对水环境的能量流动和物质循环等具有重要作用,为研究富营养化湖泊中喹诺酮类抗生素(Quinolones,QNs)对微生物群落结构和微生物多样性的影响,本研究选取白洋淀为研究区,建立了QNs与微生物群落的相关性.结果表明,已测的QNs均有不同程度检出,其中,氟甲喹(Flumequine,FLU)和恶喹草酸(Oxolinic Acid,OXO)检出率较高;就空间分布而言,水体中QNs最大值出现在采蒲台区(433.52 ng·L~(-1)),最小值出现在枣林庄和烧车淀区(20.51 ng·L~(-1));沉积物中QNs最大值出现在端村区(372.72 ng·g~(-1)),最小值出现在藻苲淀区(20.29 ng·g~(-1)).高通量测序结果表明,白洋淀沉积物微生物群落的优势种群为变形菌门和绿弯菌门,平均含量分别为38.62%和19.85%;变形菌门和绿弯菌门占所有微生物的比例在端村区最高(62.31%),藻苲淀区最低(54.62%).多样性指数分析结果表明,枣林庄和烧车淀区和藻苲淀区的微生物多样性指数(Chao1指数、Shannon指数和Simpsoneven指数)最高,而端村区最低.研究表明,受抗生素污染严重的区域通常会使微生物群落丰度下降,与本研究结果基本相符,说明微生物多样性受抗生素污染影响,对研究QNs污染的治理具有重要意义,为未来解决污染问题提供了良好的基础.     

人为干扰条件下白洋淀底栖动物群落变化及其主要环境影响因子分析

底栖动物对维持和稳定湖泊生态系统结构与功能具有重要作用.为了探明长期强人为干扰条件下底栖动物群落结构特征及其主要环境影响因子,本研究分别于2009年和2018年的4月和8月采集和分析了白洋淀8个区水体、沉积物和底栖动物样品.根据人为干扰程度的不同,将白洋淀分为重度干扰区（HD）、中度干扰区（MD）和轻度干扰区（LD）,同时分析了3类生境的理化参数和底栖动物群落结构与多样性指数.研究结果表明：1就水体和沉积物理化参数而言,总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH₄⁺）、硝酸盐（NO₃^-）、磷酸盐（PO₄^3-）和沉积物总氮（TNs）、总磷（TPs）等理化参数在重度干扰区呈最高值;2就底栖动物群落组成而言,在重度干扰区底栖动物群落物种丰度、生物量、密度均最低,且优势种大多以水生昆虫为主;3就底栖动物群落多样性指数而言,2009年,白洋淀底栖动物群落Margalef丰富度指数D值（0.84）和Shannon-Wiener多样性指数H''值（1.13）均在中度干扰区最高,而Pielou均匀度指数J值（0.53）在轻度干扰区最高,这些指数均与沉积物总氮（TNs）呈显著负相关;2018年,D值（2.02）和H''值（2.21）在轻度干扰区中最高,而J值（0.84）在重度干扰区中最高,D值和H''值与水深（Water depth,WD）呈正相关关系,而与硝酸盐（NO₃^-）和总磷（TP）等呈负相关关系;4RDA分析结果表明,白洋淀底栖动物群落组成的主要环境影响因子在2009年为WD和pH,而在2018年为沉积物中总磷（TPs）.2009-2018年,白洋淀底栖动物群落（主要影响因子从WD和pH变为沉积物总磷）和多样性指数（主要影响因子从TNs变为WD、TN、TP、NO₃^-、TNs等）的主要环境影响因子发生了显著变化.因此,针对主要环境影响因子的时间变化,在不同时期底栖动物群落的恢复需采取不同措施,本研究结果可为白洋淀生态修复提供理论和数据基础.     

石家庄市水环境中喹诺酮类抗生素的空间分布特征与环境风险评估

随着社会经济的发展,大量含有抗生素的废水未经有效处理排放到水环境中,加剧了城市水环境中抗生素的污染.本研究以石家庄市地表水和地下水为研究对象,采用超高效液相色谱串联质谱法(HPLC-MS)分析了石家庄水环境中喹诺酮类(Quinolones,QNs)抗生素的空间分布特征,并采用风险熵值法(RQ)评估了石家庄市水环境中QNs的生态风险和健康风险.结果表明:1在石家庄市河流和水库中,QNs抗生素的浓度分别为98.43~4398.00 ng·L^-1和9.99~49.24 ng·L^-1,恩诺沙星(Enrofloxacin,ENR)和依诺沙星(Enoxacin,ENO)分别是河流和水库中主要的QNs抗生素;2在石家庄市地下水中,QNs抗生素的浓度为3.45~15.41 ng·L^-1;3相关分析结果表明,在地表水中氧氟沙星(Ofloxacin,OFL)、诺氟沙星(Norfloxacin,NOR)、恩诺沙星(Enrofloxacin,ENR)、双氟沙星(Difloxacin,DIF)、沙氟沙星(Sarafloxacin,SAR)、恶喹酸(Oxolinic Acid,OXO)和氟甲喹(Flumequine,FLU)与温度(T)和总溶解性固体颗粒物(TDS)呈显著相关(p<0.01),而ENO与pH显著相关(p<0.01);在地下水中吡哌酸(Pipemidic Acid,PIP)和马波沙星(Marbofloxacin,MAR)与T显著相关;4地表水中QNs与地下水中QNs的相关性不显著,表明石家庄市地下水中QNs的主要来源不是地表水;5生态风险结果表明,石家庄市地表水中QNs总体处于高风险水平,而地下水QNs整体处于中低风险水平;6人体健康风险结果表明,石家庄市水环境中QNs抗生素的健康风险较低.总体来说,石家庄市水环境中QNs污染在地表水中更为严峻,而石家庄地表水中QNs浓度最高的区域为汪洋沟.     

白洋淀优势水生植物中喹诺酮类抗生素的生物富集特征及其与环境因子相关性研究

利用超高效液相色谱串联质谱法（HPLC-MS）对白洋淀水体和水生植物中喹诺酮类（Quinolones,QNs）抗生素进行检测,并探究QNs在水生植物的生物富集特征及其与环境因子的相关性.研究结果表明：①在水生植物中,氧氟沙星（Ofloxacin,OFL）和氟甲喹（Flumequine,FLU）的检出率最高（Freq=100%）,其次为马波沙星（Ciprofloxacin,CIP）和氟罗沙星（Fleroxacin,FLE）（Freq≥50%）,其余QNs检出率小于40%（Freq≤40%）;水生植物中∑QNs浓度为34.6~290.9 ng·g^-1,其中FLU和OFL平均浓度最高;②在白洋淀水体中,∑QNs浓度为0.738~2004.000 ng·L^-1,其中FLU平均浓度最高（168.0 ng·L^-1）;③QNs在水生植物中的生物富集系数（Bioconcentration factors,BCF）（L·kg^-1）为170.1（BCF_ORB）~2 836.0 L·kg^-1（BCF_FLU）,这表明QNs在水生植物中的生物富集能力较高;④检出率较高的FLU、OFL、FLE的营养放大因子（Trophic magnification factors,TMF）为0.712（TMF_QNs）~3.646（TMF_FLE）,其中OFL呈营养放大,而FLU、FLE呈营养稀释;⑤相关性分析结果表明ENR、MAR、OFL和ORB的BCF与水深（WD）、温度（T）、透明度（SD）、溶解氧（DO）和沉积物总有机碳（TOCs）呈显著正相关;而与化学需氧量（COD）、总磷（TP）、总氮（TN）、NO₃-N、PO₄^3-、沉积物总碳（TCs）、沉积物总氮（TNs）和NH₃-Ns呈显著负相关;TMF_FLU和TMF_FLE与TP、TN、NO₃-N、NH₃-Ns呈显著负相关,这表明生活污水和养殖废水对QNs的贡献最大.本研究结果将为提高水生植物对抗生素的修复效果,以及白洋淀生态修复和风险管控提供理论依据和数据支撑.     

白洋淀优势鱼类中喹诺酮类抗生素的生物累积特征及其与环境因子相关性

喹诺酮类抗生素（quinolone antibiotics,QNs）易富集于水生生物中,近年来在我国湖泊中广泛检出,且其生物富集系数和营养传递行为具有明显的时空异质性.本研究选取白洋淀9种优势鱼类为研究对象,分析14种QNs的生物累积特征及其与环境因子的相关性,评估了QNs健康风险.结果表明,白洋淀水体中∑QNs质量浓度范围为0.7400~1590 ng·L^-1,其中氟甲喹（flumequine,FLU）、喹酸（oxolinic acid,OXO）和氧氟沙星（ofloxacin,OFL）检出率较高,FLU平均质量浓度最高;鱼类体内∑QNs含量范围为17.1~146 ng·g^-1,其中环丙沙星（ciprofloxacin,CIP）和FLU平均含量较高.生物累积系数（bioaccumulation factors,BAF）范围（L·kg^-1）为96.2（BAF_MAR）~489（BAF_CIP）,表明QNs在鱼类中的生物累积能力较低.5种检出率较高的QNs［恩诺沙星（enrofloxacin,ENR）、FLU、马波沙星（marbofloxacin,MAR）、诺氟沙星（norfloxacin,NOR）和OFL］的营养放大因子（trophic magnification factors,TMF）范围为0.714（TMF_MAR）~1.33（TMF_ENR）,其中ENR呈营养放大,FLU、MAR和QNs呈营养稀释.理化参数与BAF和TMF相关性分析结果表明,pH、T、SD、DO、COD、TP、TN、NH₄⁺-N、NO₃^--N和PO₄^3--P与BAF和TMF相关性较为显著.健康风险评估结果表明,CIP的危害系数（hazard quotient,HQ,0.0040~0.026）显著高于其它QNs（≤0.0050）,危害指数（hazard index,HI）范围为0.0010~0.035,具有高健康风险.因此,应制定更为严格的抗生素排放标准,减少湖泊外源有机质和营养物质输入,以减少污染物在鱼类体内的生物累积,降低抗生素污染水平和健康风险.     

白洋淀喹诺酮类抗生素在底栖动物中的生物富集特征

利用超高效液相色谱串联质谱法（HPLC-MS）对白洋淀水体、沉积物以及7种底栖动物中喹诺酮类抗生素（QNs）进行检测,并探究QNs在底栖动物中的生物富集特征及其与环境因子的相关性.结果表明：在白洋淀水体中,ΣQNs浓度为0.7380~2004ng/L,其中氟甲喹（FLU）平均浓度最高（168.0ng/L）,而在底栖动物中,氧氟沙星（OFL）和诺氟沙星（NOR）的检出率最高（Freq=100%）,其次为FLU和恩诺沙星（ENR）（Freq³50%）,其余QNs检出率小于40%（Freq￡40%）,底栖动物中ΣQNs浓度为23.70~289.4ng/g,其中FLU （29.43ng/g）和环丙沙星CIP （40.38ng/g）平均浓度最高;QNs在底栖动物中的生物富集系数（BCF）为219.6（BCF_MAR）~1754L/kg （BCF_ENR）,这表明QNs在底栖动物中的生物富集能力较高;检出率较高的OFL、恩诺沙星（ENR）和NOR的营养放大因子（TMF）为0.1299（TMF_FLU）~6.426（TMF_ENR）,其中NOR、ENR呈营养放大,而FLU、OFL呈营养稀释;相关性分析结果表明ENR、CIP、FLU和ORB的BCF与水深（WD）、温度（T）、透明度（SD）、溶解氧（DO）和沉积物总有机碳（TOCs）呈显著正相关,而与化学需氧量（COD）、总磷（TP）、总氮（TN）、NO₃^--N、PO₄^3-、沉积物总碳（TCs）、沉积物总氮（TNs）和NH₃-Ns呈显著负相关;TMF_OFL与WD、T、SD、DO和TOCs呈显著负相关,与COD、TP、TN、NO₃^--N、PO₄^3-、TCs、TNs和NH₃-Ns呈显著正相关.这表明生活污水和养殖废水对QNs的贡献最大.     

石家庄地下水中喹诺酮类抗生素生态风险及其与环境因子的相关性

国内外地下水抗生素的研究主要集中于抗生素的污染特征,而较少关注地下水中抗生素的生态风险及其与环境因子的相关性.鉴于此,选取石家庄市地下水环境为研究对象,应用超高效液相色谱串联质谱法（HPLC-MS）分析地下水中典型抗生素——喹诺酮类（QNs）浓度,研究QNs抗生素的生态风险,并建立QNs浓度与典型环境因子的相关性.结果表明：①石家庄地下水中QNs抗生素以环丙沙星（CIP）、依诺沙星（ENO）和氟甲喹（FLU）为主,其检出率分别为75.0%、80.0%和100%;②QNs抗生素浓度范围为3.02~98.5 ng·L^-1;就空间分布而言,QNs浓度在S4处最高（98.5 ng·L^-1）,而在S19处最低（3.02 ng·L^-1）;③相关性分析结果表明,温度（T）、化学需氧量（COD）、总溶解固体（TDS）、菌落总数（BCTC）和pH与QNs相关性显著（P<0.01或P<0.05）;④就生态风险的空间分布特征而言,S4为高风险区,其余各点为中低风险区;就QNs抗生素种类而言,除CIP处于中高风险水平,其余QNs处于中低风险水平.鉴于此,为了保障石家庄地下水环境安全,需进一步加强地下水中抗生素的风险管控.     

高通量测序研究松茸菌柄土壤细菌群落结构

为了解松茸-菌柄根际微生物互作关系,采用Illumina Hiseq 2500平台高通量测序方法,研究松茸菌柄附着土壤的细菌群落结构,分析微生物因素对松茸的形成和生长的影响.通过高通量测序共获得了6 730条质控序列,这些序列按照97%的相似度被分为928个操作分类单元(Operational taxonomic units,OTUs),这些OTUs又被分为22个细菌门、2个古细菌门、62个细菌纲、4个古细菌纲、90个细菌目、6个古细菌目、162个细菌科、7个古细菌科、275个细菌属、8个古细菌属.在门的水平,变形菌门(Proteobacteria)在所有样品中均占主导,且在松茸菌柄土壤样品中高于对照样品;从纲的水平来看,β-变形菌门(Beta-proteobacteria)占主导,且在松茸菌柄土壤样品中高于对照样品;从属的水平看,伯克氏菌属(Burkholderia)隶属于变形菌门,在松茸土壤样品中的丰度显著高于对照,表明变形菌门对松茸的生长可能具有积极贡献,尤其是伯克氏菌属.此外,一些菌可能对松茸的生长具有消极贡献,如Unknown-Ellin 60等.本研究表明,细菌可能参与了松茸的生长和子实体的形成,但与细菌的丰富度不成正相关,这对松茸的人工种植将具有重要理论指导意义.