白洋淀优势水生植物中喹诺酮类抗生素的生物富集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）对白洋淀水体和水生植物中喹诺酮类（Quinolones,QNs）抗生素进行检测,并探究QNs在水生植物的生物富集特征及其与环境因子的相关性.研究结果表明：①在水生植物中,氧氟沙星（Ofloxacin,OFL）和氟甲喹（Flumequine,FLU）的检出率最高（Freq=100%）,其次为马波沙星（Ciprofloxacin,CIP）和氟罗沙星（Fleroxacin,FLE）（Freq≥50%）,其余QNs检出率小于40%（Freq≤40%）;水生植物中∑QNs浓度为34.6~290.9 ng·g^-1,其中FLU和OFL平均浓度最高;②在白洋淀水体中,∑QNs浓度为0.738~2004.000 ng·L^-1,其中FLU平均浓度最高（168.0 ng·L^-1）;③QNs在水生植物中的生物富集系数（Bioconcentration factors,BCF）（L·kg^-1）为170.1（BCF_ORB）~2 836.0 L·kg^-1（BCF_FLU）,这表明QNs在水生植物中的生物富集能力较高;④检出率较高的FLU、OFL、FLE的营养放大因子（Trophic magnification factors,TMF）为0.712（TMF_QNs）~3.646（TMF_FLE）,其中OFL呈营养放大,而FLU、FLE呈营养稀释;⑤相关性分析结果表明ENR、MAR、OFL和ORB的BCF与水深（WD）、温度（T）、透明度（SD）、溶解氧（DO）和沉积物总有机碳（TOCs）呈显著正相关;而与化学需氧量（COD）、总磷（TP）、总氮（TN）、NO₃-N、PO₄^3-、沉积物总碳（TCs）、沉积物总氮（TNs）和NH₃-Ns呈显著负相关;TMF_FLU和TMF_FLE与TP、TN、NO₃-N、NH₃-Ns呈显著负相关,这表明生活污水和养殖废水对QNs的贡献最大.本研究结果将为提高水生植物对抗生素的修复效果,以及白洋淀生态修复和风险管控提供理论依据和数据支撑.     

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.     

石家庄市水环境中喹诺酮类抗生素的空间分布特征与环境风险评估

随着社会经济的发展,大量含有抗生素的废水未经有效处理排放到水环境中,加剧了城市水环境中抗生素的污染.本研究以石家庄市地表水和地下水为研究对象,采用超高效液相色谱串联质谱法(HPLC-MS)分析了石家庄水环境中喹诺酮类(Quinolones,QNs)抗生素的空间分布特征,并采用风险熵值法(RQ)评估了石家庄市水环境中QNs的生态风险和健康风险.结果表明:1在石家庄市河流和水库中,QNs抗生素的浓度分别为98.43~4398.00 ng·L^-1和9.99~49.24 ng·L^-1,恩诺沙星(Enrofloxacin,ENR)和依诺沙星(Enoxacin,ENO)分别是河流和水库中主要的QNs抗生素;2在石家庄市地下水中,QNs抗生素的浓度为3.45~15.41 ng·L^-1;3相关分析结果表明,在地表水中氧氟沙星(Ofloxacin,OFL)、诺氟沙星(Norfloxacin,NOR)、恩诺沙星(Enrofloxacin,ENR)、双氟沙星(Difloxacin,DIF)、沙氟沙星(Sarafloxacin,SAR)、恶喹酸(Oxolinic Acid,OXO)和氟甲喹(Flumequine,FLU)与温度(T)和总溶解性固体颗粒物(TDS)呈显著相关(p<0.01),而ENO与pH显著相关(p<0.01);在地下水中吡哌酸(Pipemidic Acid,PIP)和马波沙星(Marbofloxacin,MAR)与T显著相关;4地表水中QNs与地下水中QNs的相关性不显著,表明石家庄市地下水中QNs的主要来源不是地表水;5生态风险结果表明,石家庄市地表水中QNs总体处于高风险水平,而地下水QNs整体处于中低风险水平;6人体健康风险结果表明,石家庄市水环境中QNs抗生素的健康风险较低.总体来说,石家庄市水环境中QNs污染在地表水中更为严峻,而石家庄地表水中QNs浓度最高的区域为汪洋沟.     

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...     

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.     

白洋淀沉积物氨氮释放通量研究

白洋淀沼泽化趋势不断加重,本文分析了沉积物氨氮释放风险与水质效应,评估沉积物中氨氮交换通量对上覆水体水质产生的重要影响.结果表明:白洋淀淀区表层水氨氮(NH_4~+-N)平均浓度在0.0~0.49 mg·L~(-1)之间,硝氮(NO_3~--N)平均浓度维持在0.09~0.20 mg·L~(-1),总氮(TN)浓度范围为1.40~4.52 mg·L~(-1),淀区水质在V类水平和劣V类水平.沉积物NH_4~+-N的平均含量在61.1~160.6 mg·kg~(-1),NO_3~--N含量整体平均值较低,范围在4.3~9.0 mg·kg~(-1),TN含量平均值在1555~4400 mg·kg~(-1)之间.整个白洋淀淀区表层沉积物孔隙水中NH_4~+-N浓度明显高于上覆水浓度,NH_4~+-N存在从沉积物向上覆水释放的风险.淀区沉积物-水界面潜在NH_4~+-N扩散通量范围为-9.3~38.3 mg·m~(-2)·d~(-1),NH_4~+-N潜在内源释放风险非常高.烧车淀区、南刘庄区、圈头区的潜在NH_4~+-N平均释放通量达到10.0 mg·m~(-2)·d~(-1)以上.为了避免白洋淀沼泽化过程加快,水质氮污染需要采取相应措施进行有效控制,而控制沉积物NH_4~+-N的内源释放是其中的关键环节.     

白洋淀水体富营养化和沉积物污染时空变化特征

雄安新区成立以后,在白洋淀流域实施了一系列污染综合整治措施.为评估白洋淀污染状况并识别主要污染来源,本文在淀内采集了30个水体样品和29个沉积物样品,分析了水体中的COD、TP、TN、NH~+_4-N和Chla这5项指标和沉积物中TN、TP和重金属(Cd、Zn、Cu、Pb、Ni、As和Cr),结合历史监测数据分析了白洋淀污染时空分布特征及其影响因子.结果表明, 2019年白洋淀淀内水体整体处于富营养化状态, 30个采样点中"轻度富营养化"点位8个,"中度富营养化"16个,"重度富营养化"6个,与1991～2017年相比,淀区北部地区多数点位的营养程度明显下降,污染整治措施基本上遏制了水体污染加重趋势.沉积物营养盐污染依然严重,TN含量在1 483.7～14 234.1 mg·kg~(-1)之间,平均值为5 054.9 mg·kg~(-1),变异系数高达46.5%,TP含量在360.3～1 964.4 mg·kg~(-1)之间,平均值为925.4 mg·kg~(-1),变异系数为25.7%.重金属地累积指数计算表明沉积物中I_(geo)平均值均小于1,属于清洁或轻度污染,主要污染物为Cd、Zn和Cu.重金属生态风险除部分点位(L3、L21、L28和L29)处于重度和严重生态风险等级外,淀区整体处于中等风险水平.整体上,白洋淀水体污染区域正在从北部向南部转移,主要影响因素从外源污染向淀中村和沉积物污染引起的内源污染转变.     

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.     

喹诺酮类抗生素在城市典型水环境中的分配系数及其主要环境影响因子

沉积物作为抗生素在水环境中的主要赋存介质,越来越多的研究关注抗生素在水体-沉积物中的分配行为;但此前研究多基于实验室模拟,而在自然水环境中抗生素的分配行为及其与环境因子相关性研究则较少关注.鉴于此,以石家庄市地表水和沉积物为研究对象,采用超高效液相色谱串联质谱法（HPLC-MS）分析石家庄水环境中喹诺酮类（QNs）抗生素的时空分布特征,计算其在水和沉积物中的分配系数,并确定自然水环境中分配系数的主要环境影响因子.结果表明：①在石家庄市水体和沉积物中QNs含量分别为8.0~4.4×10³ ng·L^-1和16~2.2×10³ ng·g^-1,其中恩诺沙星（ENR）和氧氟沙星（OFL）分别是水体和沉积物中主要的QNs抗生素;②石家庄市水体中QNs总含量呈现12月（1.0×10⁴ ng·L^-1）大于4月（5.5×10³ ng·L^-1）的趋势,沉积物中QNs亦呈现12月（7.8×10³ ng·g^-1）大于4月的趋势（6.2×10³ ng·g^-1）;③石家庄市水环境中QNs抗生素的分配系数变化范围为34~2.9×10⁵ L·kg^-1,且呈现12月大于4月的趋势;④相关性分析结果表明,总氮（TN）、硝氮（NO₃^--N）、亚硝氮（NO₂^--N）和氨氮（NH₄⁺-N）与大部分QNs［OFL、诺氟沙星（NOR）、ENR、双氟沙星（DIF）和喹酸（OXO）］分配系数显著相关,温度（T）、总有机碳（TOC）和总溶解性固体颗粒物（TDS）与个别QNs［马波沙星（MAR）和DIF］分配系数显著相关.因此,水体富营养化水平会影响抗生素在水体-沉积物中的分配行为.     

白洋淀典型持久性有机污染物污染特征与风险评估

对白洋淀表层水体和表层沉积物中多环芳烃(PAHs)、有机氯农药(OCPs)和多溴联苯醚(PBDEs)三类典型持久性有机污染物(POPs)的污染特征进行综合调查和分析。结果表明:(1)白洋淀水体中PAHs、OCPs和PBDEs浓度范围分别是71.32~228.27、2.62~6.13和0~6.5 ng·L-1;沉积物中PAHs、OCPs和PBDEs含量范围分别是163.20~861.43ng·g-1、2.25~6.07ng·g-1和230.96~1224.13pg·g-1。与历史数据相比,白洋淀沉积物PAHs和OCPs含量均有明显下降;与国内外湖泊相比,白洋淀沉积物中PBDEs含量处于较低水平。(2)水体和沉积物PAHs污染来自于油类排放和木材、煤炭燃烧的共同作用;白洋淀水体和沉积物中OCPs组成均以HCHs为主(93.76%,63.10%),水体中HCHs主要来源于工业HCHs的降解,部分地区来源于大气的远距离传输和林丹的使用,DDTs则主要来源于历史残留。沉积物中HCHs主要来源于新的林丹的使用,也有少量工业HCHs的输入,DDTs则以历史残留为主,可能部分地区存在新的DDTs输入;白洋淀水体中PBDEs组成以BD1E-2为主(65.80%),可能主要来源于大气远距离传输和高溴代联苯醚的降解,沉积物中PBDEs组成以BDE-209为主(63.82%),主要来源为商用的十溴联苯醚。(3)生态风险评价结果表明,白洋淀尚无明显生态风险,但部分采样点存在生态风险的可能性,应加强监控。     

森林与径流关系——一致性和复杂性

@论文综述国外近一个世纪以来在配对集水区研究方面所取得的结论,从水的自然属性出发,从森林变化对径流(年径流量、洪峰与枯水径流)的影响,径流响应的干扰临界值及水文恢复各方面探讨森林变化与径流关系的一致性与复杂性。森林变化与径流关系的一致性主要表现在由较长时间尺度表达的年径流量上。绝大多数的配对集水区的试验研究表明,采伐森林就会增加年径流量,而在荒地上造林就会减少年径流量。而由较短时间尺度表达的洪峰径流与枯水流量则呈现较大的复杂性和难预估性。综述表明,对径流特别是洪峰与枯水径流的定义及分析方法的不同也是造成森林与径流关系复杂性的重要原因。森林与径流关系的复杂性要求人们在研究及应用其关系时就必须有系统观,必须考虑植被、径流与其它过程(土壤变化、气候变化等)的相互作用。论文还认为尽管配对集水区试验作为一种研究方法为研究者提供了许多可靠的结论,但由于许多研究者只把集水区看作是“黑箱”Q从而对认识森林与径流关系的复杂性有一定的局限性。未来的研究应把配对集水区的试验与其它对过程的研究技术(同位素、GIS等技术)结合起来。     

科技与可持续发展

科学技术对生产力发展的巨大作用。不仅表现在它对生产力3个要素的渗透性影响。而且表现在它促进生产力结构的优化和系统功能的发挥，但经济发展会带来资源破坏和环境污染等负面影响。应在发挥科技作为第一生产力作用的同时，遏制其带来的负面影响，以促进可持续发展。     

Homology and phylogeny and their automated inference

The analysis of the ever-increasing amount of biological and biomedical data can be pushed forward by comparing the data within and among species. For example, an integrative analysis of data from the genome sequencing projects for various species traces the evolution of the genomes and identifies conserved and innovative parts. Here, I review the foundations and advantages of this "historical" approach and evaluate recent attempts at automating such analyses. Biological data is comparable if a common origin exists (homology), as is the case for members of a gene family originating via duplication of an ancestral gene. If the family has relatives in other species, we can assume that the ancestral gene was present in the ancestral species from which all the other species evolved. In particular, describing the relationships among the duplicated biological sequences found in the various species is often possible by a phylogeny, which is more informative than homology statements. Detecting and elaborating on common origins may answer how certain biological sequences developed, and predict what sequences are in a particular species and what their function is. Such knowledge transfer from sequences in one species to the homologous sequences of the other is based on the principle of 'my closest relative looks and behaves like I do', often referred to as 'guilt by association'. To enable knowledge transfer on a large scale, several automated 'phylogenomics pipelines' have been developed in recent years, and seven of these will be described and compared. Overall, the examples in this review demonstrate that homology and phylogeny analyses, done on a large (and automated) scale, can give insights into function in biology and biomedicine.     

真菌和细菌对染料的吸附脱色及再生能力的研究

进行了真菌和细菌共培养对染料的吸附脱色和吸附脱色能力再生的研究。结果表明，青霉菌G－1首先对偶氮染料S－119、蒽醌染料艳紫KN－B（C．I．Reactive violet 22）水溶液中染料进行快速吸附去除，菌丝对同种染料的吸附速度随菌丝培养液中葡萄糖浓度的增加而加快，吸附染料的G－1菌丝在与细菌的共培养中完成对染料的脱色降解，脱色速度受培养液中葡萄和氮源浓度影响较大，从吸附速率和完全脱色时间综合评价，以葡萄糖浓度为5g/L、酒石酸铵为20mmol/L的培养基中培养的菌丝对染料的吸附脱色效果最好，吸附在菌丝上的艳紫KN－B脱色后菌丝吸附脱色能力得到再生，菌丝对100mg/L的艳紫KN－B染料水溶液可重复处理4次。青霉菌G－1对酸性染料废水处理3h，色度去除率为75．9％，吸附染料的菌丝在与细菌共培养中完成对染料的脱色，对试验所用染料废水，菌丝的处理能力获得1次再生。