白洋淀喹诺酮类抗生素污染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)对白洋淀水体和沉积物中喹诺酮类(Quinolones,QNs)抗生素进行检测,并研究其生态风险空间分异特征,探究其与环境因子的相关性.结果表明:①白洋淀氧氟沙星(Ofloxacin,OFL)和氟甲喹(Flumequine,FLU)的检出率最高(100%),其次为马波沙星(Marbofloxacin,MAR)和氟罗沙星(Fleroxacin,FLE)(≥60%),其余QNs的检出率较低(≤35%);②白洋淀水体和沉积物中QNs抗生素浓度范围分别为153.39～1550.07 ng·L~(-1)和10.22～381.85 ng·g~(-1),水体中QNs在S1处浓度最高,S4处最低,沉积物中QNs在S2处浓度最高;③相关性分析结果表明,水体透明度(Secchi depth,SD)、总氮(Total nitrogen,TN)、总磷(Total phosphorus,TP)、硝氮(Nitrate nitrogen,NO~-_3-N)、沉积物氨氮(Ammonia nitrogen,NH_3-Ns)和沉积物总氮(TNs)与QNs相关性显著,其中,SD、TP和NH_3-Ns与部分QNs(MAR、恩诺沙星(Enrofloxacin,ENR)和FLE)显著相关(p0.01),表明生活污水和养殖废水对QNs的贡献较大;④生态风险评价结果表明,白洋淀QNs总体处于中低风险水平,其中,ENR处于中高风险水平,其余QNs处于低风险水平;就空间分布而言,除S1和S9为高风险区外,其余各点为中低风险区.     

白洋淀底栖藻类与多环芳烃生态风险相关性研究——基于综合生物反应指数法

湖泊富营养化与有机污染物的交互作用是当前国内外研究热点,为了建立富营养化湖泊中多环芳烃(PAHs)生态效应与底栖藻类群落之间的相关关系。本研究以白洋淀为研究区,选取8个国控样点作为采样点,依据人为干扰程度不同将8个采样点划分为3种生境:生境1(S1和S2)主要遭受上游府河废水排放影响;生境2(S3、S6和S8)主要遭受水产养殖和生活污水的影响;生境3(S4、S5和S7)遭受人为干扰较小。分别在2009年4月、8月和11月收集了底栖藻类样品,并测定了白洋淀中15种PAHs。运用RQ_((NC))和RQ_((MPC))等改进风险熵值(RQ)方法计算PAHs生态风险。研究结果表明:(1)底栖藻类群落指标AD、Chl a、Chl b/a、CHL、CYA、APA、GLU、LEU、PSC和AFDW的值在11月最高,其次是8月和4月;就空间分布而言,这些指标值在生境1中最高,其次是生境2和生境3;而Chl c/a和BAC值在8月最高,其次是11月和4月,从空间分布特征而言,这些指标值在生境3最高;(2)相关分析结果表明,Chl a、Chl b/a、CHL、CYA、APA、GLU、LEU、PSC和AFDW的指标与PAHs污染物浓度呈显著正相关,而Chl c/a和BAC指标与污染物PAHs浓度呈显著负相关;(3)就空间分异特征而言,生境1中的ΣPAHs浓度最高,就季节变化而言,PAHs的浓度从4月到8月逐渐增加,而从8月到11月逐渐下降。各类PAHs表现出与ΣPAHs相同的时空变化特征;(4)IBR与RQ_(ΣPAHs(NCs))呈正相关关系(r=0.827,P0.01);除RQAcy(NCs)外,其他种类PAHs生态风险均与IBR呈相正相关关系(r=0.699~0.899),其中RQ_(BaP(NCs))与IBR显著正相关(r=0.899,P0.01)。此外,除沉积物TP外,IBR与TSI、水中TN、水中TP和沉积物TN也呈显著正相关(r=0.722~0.862)。因此,在富营养化湖泊中应考虑运用底栖藻类IBR生态监测PAHs污染水平。     

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.     

白洋淀典型抗生素与底栖藻类群落指标相关性研究

底栖藻类作为湖泊中主要的生产者,其对抗生素较为敏感,目前有关喹诺酮类抗生素(quinolones, QNs)与底栖藻类群落的相关性研究较为缺乏,因此本研究选取白洋淀为研究区,利用超高效液相色谱串联质谱法(HPLC-MS/MS)检测水体QNs浓度,并分析底栖藻类群落结构和功能指标,利用商值法(RQ)计算QNs的生态风险值,建立QNs生态风险与底栖藻类群落指标的相关性。研究结果如下。(1)白洋淀QNs浓度存在明显时空差异。就空间分布而言,QNs的最高浓度出现在生境1(1 309.80ng·L~(-1));就时间变化而言,4月QNs浓度最高;就QNs种类而言,氟甲喹(flumequine, FLU)浓度最高(1 054.38 ng·L~(-1));(2)就藻类群落指标的空间分布而言,除藻密度(AD)、叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、叶绿素b/a(Chl b/a)、绿藻比例(CHL)、蓝藻比例(CYA)、碱性磷酸酶(APA)、β-葡萄糖苷酶(GLU)、亮氨酸氨基肽酶(LEU)和无灰干重(AFDW)等指标最大值出现在生境2外,其他指标最大值出现在生境3;就时间分布而言,大部分底栖藻类群落指标11月值高于4月和8月;(3)除FLU的生态风险处于中等水平外,其余QNs生态风险较低;其中,8月生境2的生态风险值最高(RQ最大值为0.9446);(4) AD、Chl a、Chl b、叶绿素c(Chl c)、Chl b/a与RQ_(CIP)和RQ_(FLU)呈显著相关,其中Chl a与RQ_(FLU)的相关性显著(r=0.827,P<0.01)。结果表明,底栖藻类结构指标与QNs风险值相关性较为显著,因此,可考虑筛选较为敏感的底栖藻类群落结构指标,为富营养化湖泊生态监测方法研究提供理论基础及相关数据支撑。     

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.