典型城市不同河流沉积物中抗生素抗性基因的时空分布特征:以石家庄为例

河流是抗生素抗性基因（ARGs）的重要储库.然而,目前有关河流中ARGs的研究多集中在其时空分布,而较少对同一区域城市和农村河流中ARGs的种类和丰度进行比较.鉴于此,以石家庄市不同河流为例,分别在2020年12月和2021年4月,选取了2条农村河流和3条城市河流,布设了15个采样点,采集了各个样点的沉积物,运用宏基因组测序技术分析了各样点沉积物中ARGs的种类和丰度,比较了城市和农村河流沉积物中ARGs的时空差异.结果表明:①在城市和农村河流中分别检出162种（4 776 ±4 452,丰度,下同）和79种ARGs（1 043 ±632）,ARGs种类和丰度均呈城市 > 农村的趋势;②在城市河流中磺胺类（SAs,27 %）、氨基糖苷类（AGs,26 %）和多药类（MDs,15 %） ARGs的相对丰度最高;而在农村河流中MDs类ARGs的相对丰度最高（65 %）,且城市河流中ARGs的复杂程度高于农村河流.③城市河流中SAs、AGs、MDs、四环素类（TCs）、利胆醇类（PNs）、大环内酯类（MLS）、β-内酰胺类（β-lactams）和二氨基嘧啶类（DAPs）ARGs间呈显著正相关（P < 0.01）,而糖肽类（GPs）ARGs与各类ARGs呈显著负相关（P < 0.05和P < 0.01）;而在农村河流中MDs和SAs类ARGs呈显著正相关（P < 0.05）,氨基香豆素类（ACs）ARGs与肽类（PTs）、利福霉素类（RMs）和磷霉素类（FMs）ARGs呈显著负相关（P < 0.05和P < 0.01）;④在时间分布上,城市河流12月和4月分别检出162种（4 776 ±4 452）和148种（5 673 ±5 626）ARGs;而农村河流12月和4月分别检出79种（1 043 ±632）和46种（467 ±183）ARGs;⑤RDA分析结果表明,城市和农村河流中的ARGs均呈时间分布差异;相关分析表明城市河流主要与工业企业数量显著相关,而农村河流则主要与牧业产值显著相关.总体而言,通过比较城市和农村河流中ARGs的时空异质性,识别其主要社会影响因子,可为后续河流中ARGs风险管控提供数据支撑.     

不同流速下零价铁调控污水管道节点硫转化的影响

研究了不同污水流速下,各粒径零价铁(ZVI)对实际污水中硫化物(S~(2-))和硫化氢(H_2S)浓度以及pH值的影响,并考察了不同污水流速下各粒径ZVI的损失量和消耗量.结果表明,当污水流速为0.2 m·s~(-1)和0.6 m·s~(-1)时,ZVI粒径越小,S~(2-)和H_2S的去除效果越好,其中R3-ZVI对S~(2-)和H_2S的控制效果最好,但其损失量和消耗量最高且pH偏高(分别为8.5和8.3),而R2-ZVI对S~(2-)和H_2S的控制效果与R3-ZVI接近且pH适中(分别为8.1和8.0),当污水流速提高至1.2 m·s~(-1)时,R2-ZVI对S~(2-)和H_2S的控制效果最好且pH值适中(7.9),而R3-ZVI的损失量和消耗量因受水流速度影响而显著增加,从而导致其对S~(2-)和H_2S的控制效果降低,综合考虑,采用R2-ZVI控制污水中的S~(2-)和H_2S产生更经济有效.     

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...     

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。     

热碱-分步酶水解-厌氧消化工艺处理秸秆畜粪混合物料及其甲烷高值化条件

为获得秸秆畜粪混合物料在厌氧消化过程中的甲烷高值化产出,提出了一种新型"热碱-分步酶水解-厌氧消化"组合工艺.以玉米秸秆和牛粪混合物料作为实验对象,考察物料中纤维素、半纤维素、蛋白质获得高溶出效率的热碱预处理条件;分步投加纤维素酶和蛋白酶的剂量及水解时间;热碱预处理后的混合浆液和热碱-酶水解后的混合水解液厌氧消化甲烷产率及产气周期.结果表明,在80℃和0. 5%Na OH碱用量条件下,纤维素、半纤维素和蛋白质的溶出效率(%TS)最高,与未预处理相比(对照组),分别提高24. 84%、12. 24%和8. 92%;分步酶水解的过程和条件为:先投加80 U·g-1的纤维素酶水解18 h,再投加20 U·g-1的蛋白酶水解4 h,纤维素和蛋白质的水解效率可分别达到74. 08%和74. 01%,获得的水解液中糖类提高12～32倍;在厌氧消化阶段,热碱-酶水解后的水解液甲烷产量最高值可达750 m L·h-1,产气周期50 h,相比于热碱预处理后的底物消化(对照组),产甲烷效率提高了约14倍,产气周期缩短了约17 d.热碱-酶水解预处理能有效地解除混合物料厌氧消化过程的水解限速,研究结果可以为开发高效的农业废弃物能源高值化利用技术提供参考依据.     

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.     

白洋淀典型抗生素的源解析及其特定源风险评估

目前我国湖泊中抗生素污染形势严峻,研究多集中于抗生素的时空分布与风险评价等,而有关源解析的研究则较少.鉴于此,选取白洋淀为研究区,探究典型抗生素的污染来源及其特定源风险.运用高效液相色谱串联质谱法（HPLC-MS）测定样品中的四环素类（TCs）、磺胺类（SAs）和喹诺酮类（QNs）抗生素,并运用正定矩阵因子分解（PMF）模型和风险商值法（RQ）相结合的方法对典型抗生素进行源解析和特定源风险评估.结果表明：①水体和沉积物中抗生素含量范围分别为ND~2635 ng ·L^-1和ND~259.8 ng ·g^-1;②就水体中抗生素浓度的空间分布而言,QNs呈"西高东低",SAs呈"中部高、南北低",TCs呈"中部低、南北高"的分布特征;就沉积物中抗生素含量的空间分布而言,QNs呈"中部高,东西低",而SAs和TCs均呈"西高东低"的分布特征;③就抗生素的来源而言,水产养殖（33.2%）占比最高,其次为污水处理厂（29.2%）、畜禽养殖（18.9%）和生活污水（18.7%）;④就生态风险而言,恩诺沙星（ENR）和氟甲喹（FLU）处于中高风险水平;⑤就特定源风险的空间分布而言,除S1处水产养殖处于高风险水平,其余样点各源均处于中低风险水平;就源的种类而言,水产养殖处于中高风险水平,其余各源均处于中低风险水平.因此,针对白洋淀抗生素的主要来源及其特定源风险等级,需采取更为精准科学的抗生素风险管控.     

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.