石家庄市水环境中喹诺酮类抗生素时空分布特征及微生物群落相关性研究

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本研究分别于2020年和2021年采集石家庄市地下水、地表水和沉积物样品,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)抗生素的时空分布特征,构建QNs与理化因子相关性,采用风险熵值模型计算石家庄市水环境中QNs抗生素的风险水平,分析石家庄市沉积物中微生物群落组成,建立微生物群落与社会经济因子和环境因子的相关性。研究结果表明:1)石家庄市地下水理化因子在各地区存在显著差异,其中中部地区的溶解性固体总量(total dissolved solids,TDS)和化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)呈现较高水平,地表水理化因子中总有机碳(total organic carbon,TOC)和TDS在汪洋沟中呈现较高水平,其余因子均在洨河呈现较高水平。而主要社会经济因子(人口、工业和畜牧业)呈现出河流区域大于水库区域的趋势。2)石家庄市地下水、地表水和沉积物中QNs浓度范围分别为1.866~23.60ng·L-1、8.022~4397 ng·L-1和16.39~2151 ng·g-1;中部地区地下水中QNs浓度最高,为105.3 ng·L-1,而在地表水和沉积物中,QNs浓度最大值均出现在汪洋沟中。3)相关性分析结果表明,地下水中恩诺沙星(enrofloxacin,ENR)与硝氮(nitrate nitrogen,NO3--N)负显著相关,氟甲喹(flumequine,FLU)与COD显著相关,而地表水和沉积物中QNs主要与水温(temperature,T)、TDS、TOC、总氮(total nitrogen,TN)、硝氮(nitrate nitrogen,NO3--N)、亚硝氮(nitrite nitrogen,NO2--N)和氨氮(ammonia nitrogen,NH4+-N)显著相关。4)人体健康风险熵值表明,石家庄市水环境中QNs抗生素的健康风险较低,处于低风险水平;生态风险熵值表明,石家庄市地表水中QNs总体处于高风险水平,而地下水中QNs处于中低风险水平。5)2020年12月沉积物微生物群落研究结果表明,变形菌(Proteobacteria)和放线菌(Actinobacteria)为石家庄市水环境中主要的微生物群落,相关性分析结果表明,石家庄市水环境中微生物群落结构主要受环境因子(QNs)的影响。
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