典型城郊土地利用格局对水体抗生素的影响研究

阐明城郊地区土地利用格局对水环境中抗生素的影响,对维持城乡共生体水土安全和保障人居环境健康有重要意义.本研究基于典型城郊流域的定位监测,比较了不同等级子流域水体抗生素的组成、浓度和分布特征,探讨了土地利用格局对水体抗生素的影响.结果表明,研究区水体中抗生素浓度为1.126~54.236 ng·L^-1,不同等级子流域水体抗生素的种类和浓度有较大的差异.子流域土地利用结构与水体抗生素的种类和浓度密切相关,由主坐标分析（PCoA）可知,具有相似土地利用结构的子流域水体抗生素组成和浓度具有相似性.相关分析表明,子流域中城镇、农田和林地的面积比例与水体中四环素类抗生素（TCs）的浓度密切相关,而园地面积比例与水体中磺胺类抗生素（SAs）的浓度关系密切.耦合景观格局分析表明,水体抗生素总浓度与香农多样性指数（SHDI）和蔓延度指数（CONTAG）呈显著相关性（p<0.05）;四环素类抗生素与边界密度（ED）、香农多样性指数、均匀度指数（SHEI）、蔓延度指数和聚集度指数（AI）呈显著相关性（p<0.05）.通过构建逐步回归模型进一步表明,水体抗生素的浓度与园地、林地面积和香农多样性指数关系密切.研究结果表明受人类活动干扰程度大、景观破碎化较为严重的区域水体抗生素的浓度较高.     

长三角典型城郊流域生物可降解性有机质的分布及影响因素

快速城镇化改变了流域水体中碳的生物地球化学循环过程,生物可利用性的溶解性有机质组分是其中最为关键的一环,辨识生物可降解性有机质(BDOM)的时空分布特征及其影响因素对流域水质管控具有重要意义和应用价值.以长三角地区典型城郊流域樟溪为研究对象,根据流域地形特征、土地利用及人类活动强度布设监测点位,于2019年分别在雨季和旱季采样,利用三维荧光平行因子(EEM-PARAFAC)方法结合源汇景观模型研究流域水体BDOM的时空分布特征.结果表明,流域中生物可降解性有机碳浓度范围在0.57～6.80 mg·L^-1,且具有较高的时空异质性,人类活动强度较高的区域水体中BDOM的浓度也相对较高,且雨季显著高于旱季.EEM-PARAFAC分析结果表明,流域BDOM主要包括陆源腐殖质(C1)和类蛋白质类(C2)这2种荧光组分.流域BDOM及其陆源腐殖质荧光组分主要受土地利用和人类活动的影响,其浓度与农业及城镇用地比例和源汇景观负荷比(LWLI)关系密切,表明城镇化过程中人类活动是影响BDOM分布的重要因素.     

基于"源""汇"景观格局指数的海河流域总氮流失评价

土地利用类型及其格局能够影响非点源污染时空特征,而景观格局分析方法是评价非点源污染的重要技术手段,但是传统的景观格局指数较少考虑景观之间的位置关系,导致生态意义不明确.＂源＂＂汇＂景观格局理论中的＂源景观＂和＂汇景观＂指的是促进和阻碍非点源污染发生的景观类型.通过收集海河流域2009年夏季26个子流域的总氮浓度数据,并结合1∶25万DEM和1∶10万土地利用图,构建了融合景观类型、面积、空间位置等信息在内的源汇景观格局指数,发现源汇景观格局指数与总氮浓度有很好的相关性,在燕山山区、太行山区和下游平原区的相关系数分别为0.86、0.67和0.65.结果表明,源汇景观格局指数能够很大程度上反映总氮的空间变异特征,可以为其它流域的非点源污染评价提供参考,也有可能作为输入参数提高现有水质模型的模拟精度.     

长三角典型城郊不同土地利用土壤抗生素组成及分布特征

阐明不同土地利用条件下土壤抗生素的组成及其分布特征对于正确客观认识抗生素的空间扩散迁移过程具有重要意义.本研究选取长三角典型城郊地区宁波樟溪流域,在流域内根据土地利用、地形特征等布设样点采集0~40 cm深度土壤样品,利用固相萃取和HPLC-MS/MS测定土壤中抗生素含量,研究不同土地利用类型中土壤抗生素的组成及其含量,以及土壤抗生素在城郊地区的空间分布特征,并对其来源和影响因素进行了初步探讨.研究结果表明,流域内土壤抗生素分布具有较大的空间差异性,抗生素含量范围为0.05~395.55μg·kg~(-1).不同土地利用类型土壤中抗生素含量与组成差异较大,农田土壤抗生素含量范围0.35~395.55μg·kg~(-1),主要成分为四环素类(TCs),约占81.45%;林地土壤抗生素含量显著低于农田,含量范围为0.07~3.65μg·kg~(-1),主要成分为喹诺酮类(QNs),约占70.04%;园地土壤抗生素含量与组成介于两者之间,主要包括TCs(67.63%)和QNs(29.55%),含量范围为0.05~26.43μg·kg~(-1),显著低于农田,但与林地之间没有显著差异.本研究选用距城镇距离、距道路距离、海拔以及土壤C/N来表征人类活动的影响,数据分析表明土壤抗生素含量随4个指标的增加而降低,同时Spearman相关分析表明选取的4个指标均对土壤抗生素总含量具有显著的负影响(P0.01).研究结果表明典型城郊土壤抗生素污染主要受土地利用的影响,其含量则随人类活动强度的减弱而降低.     

密云水库上游流域非点源氮流失特征研究

利用密云水库上游流域2001年、2004年地表水质监测数据,从流域土地利用和景观格局特征出发,分析了非点源氮流失的时空差异以及影响因素。结果表明:雨季中水体中氮污染物的浓度明显高于雨季后的浓度,硝态氮(NO3--N)是是氮在地表水环境的主要存在形式,而且与总氮(TN)呈很好的线性关系;村庄、农地等人类活动比较剧烈的流域,氮的季节变异较大;而在有稳定水源或径流季节变异较小的流域,氮的季节变异较小;不同的景观分布格局也对氮的流失产生影响,源景观更靠近监测点氮污染物浓度要高于汇景观更靠近监测点的氮污染物浓度;在坡度较大的东北和西北地区,(TN)和(NO3--N)的浓度要明显大于坡度较小的库北地区。     

中田河流域景观异质性对水体总氮浓度影响研究

土地利用变化使输移至河流的营养盐负荷发生变化从而导致地表水水质变化.研究景观异质性对营养负荷的影响程度对改善水质的最佳管理措施至关重要.本研究从2013年1~12月,对中田河流域干支流水系20个监测点的地表水总氮浓度进行了周年定点监测,考虑到流域单元的嵌套关系,选择7个土地利用结构和13个景观格局指数,探讨了景观异质性对中田河流域水体总氮浓度的影响.研究表明:1建设用地和草地对总氮浓度有重大影响,表现为建设用地会恶化水质,而草地可以改善水质;2景观斑块-形状指数、景观斑块-面积指数和建设用地是景观尺度上影响流域总氮浓度的主要因素;3回归分析进一步显示建设用地和景观斑块-面积指数对总氮浓度的贡献分别是67.31%和32.69%.     

草海湿地小流域土地利用与景观格局对氮、磷输出的影响

识别主要污染物和污染源对草海湿地生态系统的保护与管理具有重要的现实意义.基于2012年5—10月6个小流域的水质观测数据、土地利用结构与景观格局指数,研究了草海湿地入湖小流域氮、磷输出的时空变化规律及其与景观格局的关系,以期为草海湿地综合治理提供参考.结果表明,草海湿地北面建设用地面积比例呈西北、东南方向逐渐降低和景观破碎度逐渐减小的趋势,具有明显的城市-城郊-农村的景观格局梯度,景观格局影响流域水质.多元统计分析表明,小流域氮磷输出受景观组成属性和空间属性综合影响,城镇建设用地百分比与TN、TP和COD呈显著正相关关系(r分别为0.995、0.978和0.996,p0.01),景观破碎度(CONTAG、ED、MPS)和多样性(SHDI)与水质(TN、TP、COD)具有显著的相关关系,CCA的第一排序轴解释了建设用地面积比例、景观指数与水质指标相关性的96.0%.可见,威宁城镇化快速发展威胁了草海湿地生态安全,需进行草海周边城镇化进程的调整和控制.     

潮河流域景观格局与非点源污染负荷关系研究

以密云水库上游潮河流域为研究区,在HSPF模型模拟的基础上,利用CCA排序和路径分析等多种统计分析方法,分析不同水平景观格局与非点源污染过程的相关关系,确定各景观指数对非点源污染的影响和贡献程度.结果表明:潮河流域景观格局与非点源污染过程的关系密切,二者的关系与空间尺度也有着紧密的关联.景观格局指数能累积解释55％的流域非点源污染负荷变化,土地利用面积比例的影响要大于景观格局指数,耕地是污染负荷的主要贡献源,而林地和草地较能有效控制污染物的输出.污染负荷受景观的破碎化、多样性和蔓延度的影响较大,流域内的景观越破碎、类型越丰富,斑块分布越零散,污染物的输出也就越多.斑块类型水平上,影响污染物负荷的指标因景观类型不同而异,其中,斑块密度(PD)和边缘密度(ED)是影响流域非点源污染负荷的共性指标.路径分析的结果表明,边缘密度(ED)、香农多样性指数(SHDI)、聚集度指数(AI)和蔓延度指数(CONTAG)是影响流域非点源污染负荷输出的主要景观格局变量,其中,香农多样性指数对TN、TP负荷的解释能力最大.较少的人类活动干扰和斑块类型的团聚分布能减少污染物输出的风险.     

城市化下景观格局对河流水质变化的空间尺度效应分析

研究不同空间尺度上景观组成与结构变量对城市河流水质的影响程度和机制对于流域生态保护具有重要意义.以汉江流域襄阳城区段8个水质监测断面为中心,利用GIS软件以河流为对象生成8种空间尺度的缓冲区域,采用景观格局指数、冗余分析等方法与模型,识别景观格局对河流水质影响最有效的河岸带空间尺度,以及其与水质的相互关系.结果表明:①总体上农用地和城市用地的面积占比随缓冲区宽度上升而增加,而其他景观类型呈相反的变化特征.②景观格局在不同宽度缓冲区内对河流水质的影响具有空间尺度性,在300 m宽度解释能力最大,达到了78.5%.③景观组成变量中仅园地的面积比例(PLAND_(GAR))在400 m宽度上与水质指标存在相关关系.④影响水质变化的主要景观类型在小尺度上是城市用地,相对较大尺度上是林业用地,并且城市用地和林业用地的斑块密度(PD_(URB)和PD_(FOR))对河流水质的负面影响最为显著.结果反映了300 m宽度是景观格局对水质变化的最佳临界区,景观组成变量对水质的影响程度小于景观结构变量.同时,不同景观类型对水质的影响机制也具有差异性,林业用地分布越密集、面积越大对进入水体的污染物净化作用越明显,而分散分布的城市区域对水质退化的作用显著.园地和草地因种植方式的差异对水质变化有一定的影响;而农业用地与水质之间没有发现显著的相关性.研究结果可以从宏观尺度上为流域水环境保护、景观优化与管理提供科学依据.     

景观格局对河流水质影响的尺度效应Meta分析

景观格局决定了陆域污染物的源汇过程,是影响河流水质状况的关键因素.由于尺度效应,不同尺度下景观格局与河流水质关系的研究结果不尽相同.然而,景观格局对河流水质影响的尺度效应问题尚缺乏系统研究.收集了国内外4 041条研究数据,采用Meta分析法定量分析了不同尺度下景观格局对河流水质的作用特征,识别了影响河流水质的关键时间和空间尺度以及景观指数.结果表明,相对于降水事件、平水期和年际尺度,丰水期下景观格局对河流水质的影响最大;相对于流域尺度,缓冲区尺度的景观格局对河流水质的影响更大;丰水期-缓冲区尺度是景观格局影响河流水质的关键时空耦合尺度.与耕地、水域、草地以及流域整体景观相比,林地和城镇用地的景观格局对河流水质的影响更大;破碎度是影响河流水质最重要的景观格局因子.在河流水质治理中,应重点考虑缓冲区的景观配置,增加缓冲区林地面积、减少林地和水域的斑块密度和减少城镇用地的面积占比和聚集度,以有效保护河流水质.     

辽河流域地表水中典型抗生素污染特征及生态风险评估

利用固相萃取和高效液相色谱-质谱相串联法检测分析辽河流域地表水中5类典型抗生素的污染特征并评估其生态风险.结果表明,辽河流域地表水中抗生素平均浓度大环内酯类最高201.88 ng·L~(-1);其次是喹诺酮类124.27 ng·L~(-1),甲氧苄氨嘧啶113.40 ng·L~(-1),磺胺类93.93 ng·L~(-1),四环素类最低仅为24.37 ng·L~(-1);大辽河水系抗生素污染水平要高于辽河水系;来源解析结果显示人用抗生素所占比例最高为49.1%.抗生素甲氧苄胺嘧啶和脱水红霉素生态风险较高,新民市、沈阳市和鞍山市为流域内抗生素的高风险区域,风险评估结果表明辽河流域地表水已存在一定的生态风险,应引起足够的重视并控制其危害.     

赤水河流域水体抗生素污染特征及风险评价

为了初步探究贵州赤水河流域地表水的抗生素浓度分布特征及潜在生态风险,利用固相萃取-液相色谱串联质谱法(SPE-LC-MS)对地表水样品中21种抗生素进行检测分析.结果表明,赤水河地表水共检出12种抗生素,总浓度水平为ND～1 166.97 ng·L-1,氧氟沙星、甲氧苄啶和磺胺嘧啶的检出率均为100％.平均检出浓度最高...     

太湖表层水体典型抗生素时空分布和生态风险评价

采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱法对太湖表层水体4类抗生素（磺胺类、喹诺酮类、四环素类和大环内酯类）进行为期1 a的逐月监测,并评估其潜在生态风险.全年18种抗生素在太湖水体中均有不同程度检出,磺胺甲唑、磺胺噻唑、磺胺甲嘧啶、磺胺间甲氧嘧啶和甲氧苄氨嘧啶等5种磺胺类抗生素的检出率均高于50%;喹诺酮类抗生素检出浓度较高,其中,环丙沙星的平均浓度和中位浓度分别为13.0 ng·L^-1和13.5 ng·L^-1.太湖抗生素污染具有明显的月际差异,月平均浓度范围7.3~33.5 ng·L^-1,6~10月抗生素浓度水平较低,2~5月和11月检出浓度较高.太湖水体抗生素在20个监测点位的空间差异小,平均浓度范围13.0~41.3 ng·L^-1.全年太湖抗生素对藻类的中高风险比例达57.5%,其中4月和11月的生态风险较严重,喹诺酮类抗生素可能是主要风险因子,应引起管理部门足够重视.     

华东地区某水源水中13种磺胺类抗生素的分布特征及人体健康风险评价

饮用水源水中残留微量抗生素对人体健康的潜在威胁日益引起广泛关注.采用固相萃取、高效液相串联质谱方法分析了13种磺胺类抗生素在华东地区某水源水中的分布特征.结果表明,13种磺胺类抗生素在水源水中均有不同程度检出,总浓度为10.5~238.5 ng·L~(-1).其中磺胺甲唑(SMX)和磺胺(SAM)的检出频率为100%,检出浓度分别高达107.0 ng·L~(-1)和43.1 ng·L~(-1).水源地入水口磺胺类抗生素污染水平高于出水口,SMX在水源地不同位置浓度变化不明显.磺胺类抗生素呈现季节变化特征,冬季和春季浓度为110.8~117.9 ng·L~(-1),是夏、秋季浓度的3.6~3.8倍.基于风险熵的方法评价水源水中残留的磺胺类抗生素对不同年龄段人群的健康风险,结果显示磺胺类抗生素风险值均远小于1,甲氧苄啶(TMP)对0~3个月的婴儿健康风险最大(0.001).该水源水中磺胺类抗生素对人体健康尚不构成直接威胁,但长期和综合风险值得关注.     

天津供水系统中抗生素分布变化特征与健康风险评价

通过采用固相萃取富集法和液相色谱质谱联用技术对天津市供水系统中净水厂和管网中的6类10种抗生素浓度水平进行了分析,研究了抗生素在各处理工艺单元后的变化特征,以及在管网中的分布迁移规律,并进行了健康风险评价.对不同处理工艺的A、B两水厂中抗生素的检测结果显示:采用传统处理工艺的A水厂出水中抗生素的质量浓度范围为0.96~126.43 ng·L~(-1),总去除率为-46.47%~45.10%,混凝工艺对抗生素物质的去除起主要作用;具有深度处理工艺的B水厂出水中抗生素的浓度为ND~72.27 ng·L~(-1),其中罗红霉素未检出,抗生素的去除效率为40.25%~70.33%,明显优于A水厂,紫外+氯消毒工艺对抗生素的去除最为明显.给水管网中抗生素浓度分析结果表明:10种抗生素中除罗红霉素检出率为75.0%外,其余均为100.0%.抗生素浓度范围为ND~348.99 ng·L~(-1),浓度随管段的延伸而逐渐降低,其衰减符合一级反应动力学模型.基于蒙特卡洛法对饮用水中抗生素的致癌风险和非致癌风险进行了评估,结果表明均处于可接受风险水平.     

三峡库区典型农田小流域水体汞的时空分布特征

以三峡库区典型农田小流域——重庆涪陵王家沟为对象,分别于2012年11月~2013年9月对流域内不同类型水体总汞(THg)和总甲基汞(TMeHg)含量进行为期1 a的监测,探讨汞在农田流域水体中的时空分布特征.结果表明,流域内水体THg、TMeHg浓度范围分别为1.12~64.04 ng·L-1、0(未检出)~4.24 ng·L-1,均值分别为(13.54±10.55)ng·L-1、(0.22±0.42)ng·L-1,各类型水体THg均以颗粒态为主,雨水和池塘水TMeHg以颗粒态为主,井水和沟渠水则相反.在空间分布上,THg表现为雨水最高,池塘次之,井水最低,W2井相较于其他井THg浓度最高,各沟渠点水体THg浓度差异不大;TMeHg表现为沟渠水最高,池塘次之,井水最低,井水TMeHg浓度下游大于上游,各沟渠点水体TMeHg浓度差异大,甲基化率为沟渠水>池塘水>井水>雨水.在时间变化上,各类型水体THg浓度均表现为冷季高于暖季,TMeHg浓度则因水体类型而异.综合分析发现雨水是流域内汞的重要来源;农田流域颗粒物的迁移是汞、甲基汞迁移的主要途径,地表径流是影响流域对水库汞负荷贡献量的重要因素.