Occurrence and distribution of antibiotic resistance genes in the sediments of the East China Sea bays

The coastal area of the East China Sea has experienced rapid urbanization and industrialization in China since 1980 s, resulting in severe pollution of its environments.Antibiotic resistance genes(ARGs) are regarded as a kind of emerging pollutant with potential high risk. The sediment samples were collected from Hangzhou Bay(HB),Xiangshan Bay(XB), and Taizhou Bay(TB) to investigate the spatial occurrence and distribution of 27 ARGs and class I integron–integrase gene(intI1) in the coastal area of the East China Sea. The PCR results showed the frequent presence of 11 ARGs and intI1 in the sediments of the three bays. The qPCR results further showed that sulfonamide resistance was the most prevalent ARG type and antibiotic target replacement and protection were the most important resistance mechanisms in the sediments. Regarding the subtype of ARGs, sulI, tetW, and dfrA13 were the most abundant ARGs, in which sulI was higher in TB(based on both the absolute and relative abundances) and dfrA13 was higher in HB(based on the relative abundances). The network analysis revealed that intI1 had significant correlations with tetC, sulI, sulII, and blaPSE-1. Oil was the key connected factor, which had positive connections with sulI, sulII, and blaPSE-1. In addition, the joint effect of heavy metals and nutrients organic pollutants might be crucial for the fate of ARGs in the coastal sediments.     

挺水植物对城市河流中典型污水印记药物的去除

以AZM（阿奇霉素）、STZ（磺胺噻唑）、IBU（布洛芬）、DCF（双氯芬酸）、PRC（扑热息痛）、ATL（阿替洛尔）、CLF（氯贝酸）、CBM（卡马西平）和CAF（咖啡因）共9种WWMPs（wastewater-marking pharmaceuticals,污水印记药物）为目标物,采用HPLC-MS/MS检测方法,通过室内河流模拟系统,研究3种挺水植物组合（旱伞草+灯芯草、菖蒲+灯芯草、旱伞草+菖蒲）的人工生态系统在不同介质（水相、泥相、水生植物）中WWMPs的变化特性及对常规污染物（如COD_Cr、NH₃-N、TP、TN）的去除效果,并运用物料衡算等手段计算目标物的实际去除率.结果表明:3种挺水植物组合的人工生态系统对4种常规污染物的去除效果较为明显,COD_Cr、NH₃-N、TP、TN去除率范围分别为39.7%~47.8%、88.2%~99.4%、39.1%~58.1%和49.1%~58.5%;与无植物系统相比,挺水植物组合的人工生态系统对水相中药物有明显的去除效果,尤其是对CBM、IBU和DCF,最大去除率均在54.0%以上;旱伞草+菖蒲组合的人工生态系统对水相中CAF、CBM、CLF、DCF、IBU和STZ的去除效果较好,去除率为51.6%~87.7%;3种挺水植物组合的人工生态系统对泥相中WWMPs的去除效果大小依次为菖蒲+灯芯草>旱伞草+菖蒲>旱伞草+灯芯草;不同挺水植物组合的人工生态系统对WWMPs的富集特性不同,9种WWMPs吸收效果大小依次为CBM > CLF > CAF > IBU > DCF > ATL > PRC > AZM > STZ;3种挺水植物组合的人工生态系统对WWMPs的实际总去除率大小依次为菖蒲+灯芯草>旱伞草+菖蒲>旱伞草+灯芯草.研究显示,挺水植物组合的人工生态系统可以有效地去除城市河流中WWMPs及常规污染物,能作为净化水质、改善城市河流水环境的一种有效手段.      

生物质炭对沉积物中有机污染物的吸附固定作用机理

不同来源生物质炭表面和理化性质差别很大,对沉积物中有机污染物的吸附固定不同.以3种不同来源生物质炭（椰壳粉末、草木灰和聊城电厂灰）为研究对象,应用被动采样技术监测治理过程中污染物浓度的变化,揭示生物质炭理化性质及其与吸附固定效果之间的关系.结果表明:①3种生物质炭粒径相差不大,但椰克粉末的BET比表面积比草木灰和聊城电厂灰高2个数量级,孔隙结构发达.②吸附固定沉积物中有机污染物的静态模拟试验结果显示,椰克粉末对3类有机物（多环芳烃、苯系物和酞酸酯）的吸附固定作用均很强,投加10个月,沉积物孔隙水中3类有机物的质量浓度降低92.7%以上,与其属于非极性吸附剂、BET比表面积大、孔隙结构发达有关;草木灰和聊城电厂灰对酞酸酯的吸附固定作用较弱,分别为62.5%和59.6%,与其表面积小、孔隙结构不发达有关.③生物质炭吸附固定沉积物中有机污染物的动力学研究结果显示,草木灰和聊城电厂灰对酞酸酯的吸附固定作用能很快达到平衡,也与其BET比表面积小、孔隙结构不发达相关.研究显示,生物质炭的理化性质（如BET比表面积、孔隙结构等）是影响有机物污染沉积物治理效果的主要因素.      

秋冬交替季节白洋淀沉积物有机质特性研究

为了研究白洋淀沉积物中有机质释放对秋冬交替季节淀区水环境的影响.将白洋淀分为自然保护区、旅游区、村落密集区、淀中村区和出淀口区五部分,在20个代表性采样点采集沉积物样品,采用光谱学方法表征样品中有机质特性,并研究氮、磷的溶解释放特征.结果表明:①在自然保护区、淀中村区和出淀口区,沉积物中有机质的腐殖化和芳香化程度较高,主要为陆源可见光类腐殖酸组分（C1）、海源可见光类腐殖酸组分（C3）和紫外光类腐殖酸组分（C4）;而在旅游区和村落密集区,有机质的腐殖化和芳香化程度较低,主要为类色氨酸组分（C2）,表明这些区域受人为活动影响大.②紫外吸收光谱和荧光光谱参数具有很好的相关性,可用于表征沉积物中有机质特征;类色氨酸组分的荧光强度与沉积物中w（TN）和w（TP）具有良好的正相关关系,显示出同源性特征.③与以类腐殖酸为主要成分的沉积物样品相比,氮、磷更易从以类蛋白为主要成分的沉积物中释放.研究显示,秋冬交替季节白洋淀沉积物中有机质以类蛋白和类腐殖酸为主,且类蛋白具有促进共存氮、磷溶解释放的作用.      

锁磷剂对杭州西湖底泥磷释放的控制效果

为探索杭州西湖高有机质底泥内源磷释放的控制技术,分别于春、夏、冬这3个季节采集西湖8个湖区的原状泥柱,进行室内磷释放过程连续培养,研究锁磷剂Phoslock对底泥磷释放通量的控制效果.结果发现,西湖底泥冬、春季磷释放通量较小,全湖平均分别为0.13 mg·(m~2·d)~(-1)和0.29 mg·(m~2·d)~(-1),而夏季则大幅度增高,全湖平均释放通量为3.29mg·(m~2·d)~(-1),每日全湖释放磷可达23.7 kg(以P计);空间上,磷释放通量受底泥有机质含量控制,底泥有机质污染重的湖区总体上磷释放通量大,而与底泥磷含量及有效态磷含量关系不大;投加630 g·m~(-2)的锁磷剂能够有效控制西湖底泥磷释放,在3个季节所有点位,均能将上覆水磷含量控制在0.010 mg·L~(-1)以下,夏季磷释放通量大的时期,锁磷剂的控磷效果达98%.本研究结果表明,即便对于高有机质含量、"香灰土"特征的西湖沉积物,锁磷剂的控磷效果也比较好.在西湖富营养化治理工程中,可以考虑在局部湖湾投放应用.     

流速对太湖河道底泥泥沙、营养盐释放规律影响实验研究

河湖中的底泥作为二次污染源,影响河道水环境.太湖河口及调水区河流底泥泥沙、营养盐的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.用环形水槽模拟河道的水动力条件的改变,通过实验研究悬浮泥沙、总溶解氮磷(TDN,TDP)和总氮磷(TN,TP)浓度在不同流速条件下在水体中的变化情况,从而掌握底泥泥沙、营养盐在不同流速下的释放特性.本研究按照泥沙的起动标准,把相对应的流速分为"个别动"、"少量动"以及"普遍动"流速,对应不同的泥沙悬浮量以及营养物质的释放量.研究显示高于起动流速下营养盐的动态释放较低于起动流速下的静态释放.泥沙的悬浮量与营养物质的动态释放过程密切相关.TDN、TDP释放量和最终平衡浓度随流速呈对数关系;TN、TP平衡浓度随流速增加呈指数形式增加.整个释放过程为,0~30 min的释放前期为孔隙水释放,营养物质释放量大且速率快;后期为再悬浮颗粒物释放,释放量小且速率减慢,达到平衡之后,营养盐浓度基本稳定.营养物质的空隙水释放与在悬浮颗粒物释放的比例有待进一步的研究.     

泥沙沉降对水体中溶解性有机物光谱学特性的影响

以沈阳市新开河为研究对象,考察了泥沙沉降过程中,沉降时间、泥沙含量、pH、盐度对水体中溶解性有机物(DOM)的含量和光谱学特性的影响.结果表明,泥沙沉降条件下,水体中DOC随泥沙沉降时间的增长而先增大后减小,随泥沙含量的增加而先减小后增大,随pH的增大而增大,随盐度的增大而减小.随着pH的增大,水体中DOM的芳香性增强;随着盐度的增大,水体中DOM的芳香性降低.随着泥沙沉降时间的增长,DOM中各类荧光物质的含量先增加后减少;随着泥沙含量的增加,DOM中类腐殖酸和类富里酸荧光物质的含量增加,而类溶解性微生物代谢产物荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质的含量降低.在泥沙沉降过程中,下层水体中DOC、在波长为254 nm处的紫外吸光度(UV-254),以及DOM中荧光物质含量的变化量高于上层水体.     

基于液相31P核磁共振技术的人工河流沉积物中生物质磷形态特征的研究

利用液相~(31)P核磁共振技术分析了我国北部海河流域典型人工河流滏阳新河沉积物磷形态.结果发现,滏阳新河沉积物中共检测出6类磷化合物:正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷酯(Lipids-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P)、膦酸盐(Phon-P).滏阳新河沉积物中的生物质磷包括膦酸盐(Phon-P,0.11%~1.57%)、磷酸单酯(Mono-P,8.96%~29.58%)、磷酯(Lipids-P,0.28%~2.66%)、DNA磷(DNA-P,0.75%~2.03%)、焦磷酸盐(Pyro-P,0.22%~0.86%),其中,磷酸单酯是生物质磷的主要组成部分.沿艾辛庄闸坝水流方向,磷化合物含量差异明显:闸坝附近TP和生物质磷含量最高,分别为6804.1 mg·kg~(-1)和1709.58 mg·kg~(-1);沿河流流向,TP变化率分别为84.97%、-24.11%、32.84%和-0.11%,生物质磷变化率分别为93.15%、-58.83%、42.65%和18.99%.上覆水中TP和SRP的平均浓度分别为3.0 mg·L~(-1)和2.6 mg·L~(-1),分别超过我国地表水环境质量标准(GB3838-2002)V类水标准(0.4 mg·L~(-1))7.5倍和6.5倍.基于液相~(31)P核磁共振技术,对人工河流水体磷的分布与传输有了全新的认知.因此,本研究可为深入认识磷在典型人工河流沉积物-水体系中的转化提供支持,有助于深入研究典型人工河流磷生物地球化学循环过程,同时为多闸坝人工河流的水流量调度与水生态构建提供数据支持.     

荣成天鹅湖沉积物有机磷的生物有效性及其时空动态

有机磷是沉积物磷的重要组成部分,有机磷经酶水解后可以提供活性磷.研究沉积物有机磷的生物有效性及其变化规律对于深入了解湖泊富营养化形成机制具有重要意义.本研究选取富营养化的海岸泻湖—荣成天鹅湖湿地为研究对象,通过采集表层沉积物,结合酶水解技术分析了有机磷的生物有效性及其时空变化规律.结果表明,天鹅湖沉积物有机磷含量为107.9~161.9 mg·kg~(-1),平均含量为125.3 mg·kg~(-1).其中潜在生物有效性磷即酶水解有机磷含量为21.8~100.3 mg·kg~(-1),平均含量为53.2 mg·kg~(-1),占有机磷含量的26%~56%.有机磷的潜在的生物有效性大小遵循:植酸磷(21.5 mg·kg~(-1))≈二酯磷(20.7 mg·kg~(-1))磷酸单酯磷(14.1 mg·kg~(-1)).酶水解有机磷(包括Monoester-P、Phytic-P)的含量呈夏秋低,冬春高的特点.有机磷空间分布不均衡,有机磷主要分布集北部入河口和南部藻类区域,这和不同方位污染物质的来源、水生动植物的分布和沉积物粒度等差异有关.相关性分析表明,金属氧化物(Al、Fe、Mg、Ca)是有机磷的主要结合介质,金属氧化物含量和形态变化将决定有机磷分解矿化和生物有效性.总之,有机磷的水解是水体活性磷的重要补偿途径,也是维持天鹅湖富营养化的重要机制.在水体磷污染治理过程中应把有机磷纳入评价范畴,应该防止沉积物有机磷的矿化分解.     

流体自控振荡的机理及其对水环境维护的有益功能

从真实流体所具粘滞耗散特性出发,以数学解析法严谨地论证了淹没射流因沿程能量通量渐减,加以其动量通量沿程守恒,故其质量通量必然沿程递增,从而衍生出射流卷吸及附壁效应,于是,在专门设计的腔体中就会发生流控振荡现象.发生流控振荡的腔体的两个出口会交替地输出两股非共面动量通量射束并在其后形成顺流螺旋涡,在绕水平轴旋涡的流场中,重于水的沙粒将获得附加的悬浮功增量,而轻于水的气泡或藻菌团的上浮行动将受阻碍.前者会加大河流的挟沙能力,后者的影响将导致水藻所赖以滋长的光合能量锐减而枯萎,从而改善水质.