Dynamic nano-Ag colloids cytotoxicity to and accumulation by Escherichia coli: Effects of Fe3+, ionic strength and humic acid

Released Ag ions or/and Ag particles are believed to contribute to the cytotoxicity of Ag nanomaterials, and thus, the cytotoxicity and mechanism of Ag nanomaterials should be dynamic in water due to unfixed Ag particle:Ag⁺ ratios. Our recent research found that the cytotoxicity of PVP-Ag nanoparticles is attributable to Ag particles alone in 3 hr bioassays, and shifts to both Ag particles and released Ag⁺ in 48 hr bioassays. Herein, as a continued study, the cytotoxicity and accumulation of 50 and 100 nm Ag colloids in Escherichia coli were determined dynamically. The cytotoxicity and mechanisms of nano-Ag colloids are dynamic throughout exposure and are derived from both Ag ions and particles. Ag accumulation by E. coli is derived mainly from extracellular Ag particles during the initial 12 hr of exposure, and thereafter mainly from intracellular Ag ions. Fe³⁺ accelerates the oxidative dissolution of nano-Ag colloids, which results in decreasing amounts of Ag particles and particle-related toxicity. Na⁺ stabilizes nano-Ag colloids, thereby decreasing the bioavailability of Ag particles and particle-related toxicity. Humic acid (HA) binds Ag⁺ to form Ag⁺-HA, decreasing ion-related toxicity and binding to the E. coli surface, decreasing particle-related toxicity. HA in complex conditions showed a stronger relative contribution to toxicity and accumulation than Na⁺ or Fe³⁺. The results highlighted the cytotoxicity and mechanism of nano-Ag colloids are dynamic and affected by environmental factors, and therefore exposure duration and water chemistry should be seriously considered in environmental and health risk assessments.     

不同浓度锌处理下水稻幼苗对镉的累积效应

为探究锌（Zn）对水稻镉（Cd）累积的影响及其根表铁膜所发挥的作用,选取Cd高累积型水稻品种中9优547（简称"Z547"）和Cd低累积型水稻品种金优402（简称"J402"）,采用温室水培试验,研究0、2、5、10、15和20 μmol/L等6个Zn浓度下水稻幼苗对Cd的累积效应,以及不同浓度Zn处理对根表铁膜生成量的影响.结果表明:①随着c（Zn）的增加,Z547和J402水稻幼苗生物量均呈先增后减的趋势,分别在c（Zn）为2和10 μmol/L时达到最大值.②Z547和J402水稻幼苗中w（Cd）均呈先降后增的趋势,分别在c（Zn）为5和2 μmol/L时达到最小值;当水稻幼苗中w（Cd）达到最小值时,Z547根和地上部中w（Cd）分别为31.65和11.47 mg/kg,J402根和地上部中w（Cd）分别为22.58和14.36 mg/kg.③不同浓度Zn处理下水稻幼苗各部位中w（Cd）均与根表铁膜中w（Mn）、w（Fe）、w（Fe+Mn）呈显著正相关,高铁膜处理水稻幼苗中w（Cd）显著高于低铁膜处理,表明根表铁膜生成量的增加会促进Cd在水稻幼苗中的累积.研究显示,当c（Zn）较低时,c（Zn）的增加会抑制水稻幼苗对Cd的累积;当c（Zn）较高时,c（Zn）的增加会促进水稻幼苗对Cd的累积,而Zn可通过控制根表铁膜的生成来影响水稻幼苗对Cd的累积.      

Metabolomic modulations in a freshwater microbial community exposed to the fungicide azoxystrobin

An effective broad-spectrum fungicide, azoxystrobin (AZ), has been widely detected in aquatic ecosystems, potentially affecting the growth of aquatic microorganisms. In the present study, the eukaryotic alga Monoraphidium sp. and the cyanobacterium Pseudanabaena sp. were exposed to AZ for 7 days. Our results showed that 0.2–0.5 mg/L concentrations of AZ slightly inhibited the growth of Monoraphidium sp. but stimulated Pseudanabaena sp. growth. Meanwhile, AZ treatment effectively increased the secretion of total organic carbon (TOC) in the culture media of the two species, and this phenomenon was also found in a freshwater microcosm experiment (containing the natural microbial community). We attempted to assess the effect of AZ on the function of aquatic microbial communities through metabolomic analysis and further explore the potential risks of this compound. The metabonomic profiles of the microcosm indicated that the most varied metabolites after AZ treatment were related to the citrate cycle (TCA), fatty acid biosynthesis and purine metabolism. We thereby inferred that the microbial community increased extracellular secretions by adjusting metabolic pathways, which might be a stress response to reduce AZ toxicity. Our results provide an important theoretical basis for further study of fungicide stress responses in aquatic microcosm microbial communities, as well as a good start for further explorations of AZ detoxification mechanisms, which will be valuable for the evaluation of AZ environmental risk.     

生态调控后贵州花溪水库浮游植物群落结构的变化特征及影响因素

为了解生态调控后花溪水库浮游植物功能群变化特征与环境因子的关系,基于浮游植物功能群、NMDS（非度量多维尺度分析）、RDA（冗余分析）、Pearson相关性分析方法,于2017年3月-2018年3月逐月对浮游植物群落结构与水环境指标进行采样分析.结果表明:①生态调控前,花溪水库共鉴定浮游植物4门18种,共归类出10个功能群,且功能群H1占绝对优势,其代表藻种为水华束丝藻（Aphanizomenon flosaquae）;生态调控后,共鉴定浮游植物6门66种,共归类出20个功能群,主要优势功能群为B/Lo,其代表藻种为小环藻（Cyclotella sp.）和多甲藻（Peridinium sp.）.②生态调控后,花溪水库优势功能群结构发生了变化,其变化特征为B/Lo（春季）→D/B/Lo/X2/N/P（夏季）→D/B/Lo/N（秋季）→D/MP/B/Lo/W1/W2（冬季）.功能群B的生物量在春季达到峰值（3 056.3 μg/L）,与其对低营养环境有良好的耐受性有关;功能群Lo的生物量在秋季达到峰值（2 900.9 μg/L）,与组成功能群Lo的甲藻特性有关.③RDA结果表明,生态调控前影响浮游植物生长的环境因子为SD（透明度）、ρ（DIN）（DIN为无机氮）;生态调控后影响浮游植物生长的环境因子为WT（水温）、ρ（DO）、ρ（DIN）.研究显示,生态调控后花溪水库功能群结构发生了明显变化,影响功能群变化的主要环境因子为WT和ρ（DO）.      

保定市大气污染特征和潜在输送源分析

保定市是京津冀地区重要城市之一.为了解保定市大气污染物质量浓度特征和潜在输送源,对保定市国控点2017年1月1日-12月31日PM₁₀、PM_2.5、SO₂、NO₂、O₃、CO等常规大气污染物数据进行分析,并利用TrajStat后向轨迹模型进行区域传输研究.结果表明:①ρ（PM₁₀）、ρ（PM_2.5）、ρ（SO₂）、ρ（NO₂）分别为（138±96）（84±66）（29±23）和（50±24）μg/m3,与2016年相比分别下降5.9%、9.1%、25.5%和13.1%;ρ（CO）较2016年下降了14.0%;ρ（O₃）较2016年增长了25.2%.ρ（PM₁₀）、ρ（PM_2.5）、ρ（NO₂）和ρ（O₃）分别超过GB 3095-2012《环境空气质量标准》二级标准限值的0.97、1.40、0.25和0.34倍,ρ（SO₂）和ρ（CO）未超标.②除ρ（O₃）外,其他污染物质量浓度均呈冬季最高、夏季最低的季节性特征,其中,冬季PM_2.5污染最为严重,春季PM_2.5~10（粗颗粒物）污染严重.③空气质量模型源解析结果显示,保定市ρ（PM_2.5）约60.0%~70.0%来自本地污染源排放.后向轨迹结果表明,在外来区域传输影响中,保定市主要受到西北方向气团（占比为21.7%~60.0%）远距离传输和正南方向气团（占比为34.8%~50.5%）近距离传输的影响.④PSCF（潜在源贡献因子分析法）和CWT（浓度权重轨迹分析法）分析表明,除保定市及周边区县本地污染贡献外,位于太行山东麓沿线西南传输通道的邯郸市、邢台市、石家庄市是影响保定市PM_2.5的主要潜在源区.研究显示,PM_2.5为保定市大气中的主要污染物,并呈冬季高、夏季低的变化特征,其主要来自西北远距离输送和南部近距离传输.      

武当山夏季颗粒物数浓度谱分布特征及气团来源影响研究

为研究大气边界层中上层大气颗粒物的数浓度谱分布特征及气团来源的影响,于2018年6月利用3080型SMPS粒径谱仪对武当山14.6~660 nm颗粒物数浓度谱进行观测,分析和探讨了其数浓度谱分布及日变化特征,并结合后向轨迹、潜在源贡献因子法（PSCF）与浓度权重轨迹分析法（CWT）探讨对武当山颗粒物数浓度影响较大的外源输送路径和贡献源区.结果表明:①武当山大气颗粒物主要以爱根模态为主,平均数浓度为2 500个/cm3,积聚模态、核膜态平均数浓度分别为2 265、359个/cm3,3种模态数浓度分别占总数浓度的48.79%、44.21%、7.01%.②在新粒子生成日,核膜态数浓度于10:00开始上升,11:00—17:00的核膜态数浓度相对较高,约2 000个/cm3.新粒子生成日ρ（SO₂）与ρ（O₃）的日变化趋势均与核模态数浓度较为相似,表明SO₂和O₃参与光化学反应后的产物（硫酸及有机物）有利于新粒子的生成与增长.新粒子生成日风速、温度均大于非新粒子生成日,但相对湿度较低.③在东部及局地气团影响下大气颗粒物主要以积聚模态为主,数浓度分别为2 311和2 596个/cm3;核模态、爱根模态数浓度在受西北气团影响时最大,数浓度分别为806和3 078个/cm3.④潜在源区分析表明,影响武当山积聚模态数浓度的主要源区为十堰市本地及襄阳市,二者贡献值在840个/cm3以上.研究显示,武当山颗粒物主要以爱根模态为主,颗粒物数浓度日变化主要受大气边界层发展及山谷风的影响,较高的ρ（SO₂）与ρ（O₃）以及高温、低湿及较大的风速均有利于新粒子的生成,周边城市的区域性传输对武当山颗粒物的影响较大.      

深圳市龙岗区大气颗粒物中多溴联苯醚的污染特征研究

为了解深圳市龙岗区大气颗粒物中多溴联苯醚的污染状况,于2017年1月、4月、8月和11月分别采集龙岗区大气颗粒物样品.利用气相色谱-质谱联用仪（GC/MS）对深圳市龙岗区4个功能区（工业区、商业区、居民区和生态区）的80个大气颗粒物样品进行检测,得到PBDEs（多溴联苯醚）8种单体（BDE-28、BDE-47、BDE-99、BDE-100、BDE-153、BDE-154、BDE-183、BDE-209）的质量浓度,同时研究了大气颗粒物中PBDEs质量浓度的时空分布特征.结果表明:①深圳市龙岗区大气颗粒物中ρ（∑₈PBDEs）（∑₈PBDEs为PBDEs 8种单体的加和）范围为0.07~77.80 pg/m3,ρ（∑₈PBDEs）年均值为（6.86±14.17）pg/m3.ρ（BDE-209）范围为0.01~76.23 pg/m3,年均值为（5.10±13.58）pg/m3,BDE-209为主要污染单体.② 4个功能区的ρ（∑₈PBDEs）平均值大小顺序依次为工业区（13.65 pg/m3）>商业区（7.75 pg/m3）>生态区（3.95 pg/m3）>居民区（2.19 pg/m3）,工业区是环境空气颗粒物中PBDEs的主要污染区.③ ρ（∑₈PBDEs）平均值的季节性变化规律为春季（13.32 pg/m3）>冬季（9.18 pg/m3）>秋季（2.17 pg/m3）>夏季（1.51 pg/m3）,符合深圳市亚热带海洋季风气温和气候对环境空气中颗粒物质量浓度的影响规律.研究显示,深圳市龙岗区大气颗粒物中PBDEs质量浓度处于较高水平,污染严重,建议减少含PBDEs产品的生产、使用和运输等活动,或找到更利于环境安全和人体健康的替代品,降低PBDEs对该地区的污染.      

水稻秸秆生物炭中铜和镉的形态分布及释放特性

由于目前缺乏对生物质原料来源的管控办法,极有可能用产自受污染农田土壤的秸秆制备出具有高重金属含量的生物炭,因此,研究生物炭中重金属的形态分布及其释放特性对于防控生物炭应用产生的环境风险具有重要意义.基于此,分别采集江西省贵溪铜冶炼厂周边九牛岗污染区和中国科学院鹰潭红壤生态实验站清洁区种植的水稻秸秆制备生物炭（分别记为“九牛岗生物炭”和“红壤站生物炭”）,分析两种生物炭中Cu、Cd的含量及其化学形态分布,考察不同固液比及pH对生物炭中Cu、Cd浸出的影响.结果表明:九牛岗生物炭中Cu、Cd的总量（以w计）分别为119.99、3.83 mg/kg,显著高于红壤站生物炭（19.50、0.96 mg/kg）.尽管九牛岗生物炭中w（酸溶态Cu）、w（酸溶态Cd）显著高于红壤站生物炭,但在形态分布上,九牛岗生物炭中Cu、Cd主要为相对稳定态（可氧化态和残渣态）,二者占比分别为80.3%、76.7%,高于红壤站生物炭（二者占比分别为53.2%、48.0%）.高固液比和低pH可有效增加两种生物炭中Cu、Cd的浸出毒性,其中,九牛岗生物炭在固液比为1:20和1:60时,浸出液中ρ（Cu）、ρ（Cd）均超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅱ类标准限值.动力学及累积释放试验表明,两种生物炭中的部分Cu、Cd可在短时间内迅速释放而后逐渐平稳并有上升趋势,且九牛岗生物炭中Cu、Cd释放量显著高于红壤站生物炭.研究显示,来自污染区水稻秸秆生物炭中的Cu、Cd活性显著高于清洁区生物炭,具有更高的环境风险.      

“两山”实践成效评价指标体系构建与测算

将生态环保目标(“绿水青山”)和经济发展目标(“金山银山”)称为“两山”,客观、科学地评价“两山”成效,明晰制约“两山”转化的瓶颈,对于推动“两山”实践进程至关重要.在辨析“绿水青山”与“金山银山”内涵的基础上构建了“两山”实践成效评价指标体系,并以浙江省为例,对浙江省11个城市的“两山”实践成效进行了分析.结果表明:①2008—2017年,综合发展度与“两山”指数均呈波动上升趋势,综合发展程度对“两山”指数产生重要影响,浙江省11个城市间“两山”指数区域性差异明显.②浙江省11个城市间“绿水青山”指数与“金山银山”指数排名基本呈逆向变化特征,丽水市、衢州市等“绿水青山”指数排名靠前,但“金山银山”指数排名靠后.②根据“两山”指数的分布情况,浙江省11个城市可划分为“绿水青山”保护领先型、“金山银山”建设领先型、“两山”建设相对同步型3种类型.研究显示,尽管浙江省“两山”建设已步入第三阶段,但11个城市中“两山”建设差异较大,区域发展不均衡,建议各城市要因地制宜,适时调整政策,推进“两山”实践.      

一株高效嗜碱反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性研究

为了应对日趋严苛的废水TN排放标准要求,试验采用溴百里酚蓝（BTB）培养基,从某煤化工废水处理厂反硝化缺氧池活性污泥中,经多次分离、纯化获得了一株高效兼性厌氧反硝化菌株HK13.通过形态观察及16S rRNA基因序列分析,菌株HK13被鉴定为施氏假单胞菌属（Pseudomonas stutzeri）.在此基础上,利用含硝酸盐模拟废水,探讨了碳源类型、C/N（碳氮比）、初始pH、溶解氧（以不同摇床转速表征不同浓度的溶解氧）和培养温度对菌株HK13反硝化脱氮能力的影响,确定了该菌株的最优生长条件和最大脱氮效率.结果表明:①菌株HK13最适反硝化脱氮条件为以柠檬酸钠碳源,C/N 8,培养温度35℃,初始pH 8~10,摇床转速100 r/min.②初始ρ（NO₃--N）为106.67 mg/L下,反应12 h后菌株HK13对TN的去除率可达92.62%;反应9~12 h时,该菌株的脱氮速率最高,可达20.03 mg/（L·h）,其16 h的脱氮率在98%以上,且无亚硝酸盐积累.③菌株HK13适宜生长的温度和pH范围广泛,分别为20~40℃和7~10.研究显示,菌株HK13具有快速高效的脱氮能力及嗜碱特性,拓宽了生物脱氮工艺对环境条件的适用范围,在废水脱氮领域具有广泛的应用前景.