长江流域城市水污染治理成效的系统评估与解析

如何实现人类社会经济的可持续发展是本世纪的重大挑战之一。近几十年来,中国经济实力大幅提升,国际影响力显著增强。然而,经济社会高速发展可能会给生态环境造成诸多不利影响,其中之一就是人类活动污水排放总量的快速增长。长江经济带作为中国高质量发展的重点区域,科学评估和揭示沿江城市群污水治理成效及影响因素至关重要。本研究核算了2007-2017年间长江流域主要污染物的浓度变化趋势,利用数据驱动型技术对影响污染物通量变化的关键因子及其贡献开展了系统解耦和量化分析,揭示了污染物排放强度的时空异质性,解析了沿江城镇污水系统发展对污染物通量削减的作用效果。研究发现,长江流域水污染治理成效总体向好,长江经济带国内生产总值和沿江人类活动污水排放强度之间的强耦合在2013年之后呈现脱钩趋势,这主要得益于城镇排水和污水厂基础设施建设的快速发展。研究提出,长江流域城镇污水治理如何实现以水载资源再生利用为导引的“绿色零碳模式”转变,对于全面改善长江流域的水环境质量具有关键作用,同时也能为区域生态环境保护与经济高质量发展提供有益启示和借鉴。

基于同位素示踪和分子生物学技术对潮白河沉积物中氮还原功能特征的研究

沉积物氮还原功能对于调控和管理河流氮负荷具有重要作用.本研究选取潮白河不同区域河段表层沉积物作为研究对象,采用^(15)N同位素示踪技术、16S rRNA扩增子测序和实时荧光定量PCR(qPCR)技术,研究了潮白河沉积物中氮还原过程(反硝化、厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,anammox)和DNRA过程(dissimilatory nitrate reduction to ammonium,异化硝酸盐还原为铵))速率特征、相关功能基因丰度和微生物群落结构特征.结果表明:潮白河沉积物潜在反硝化、anammox、DNRA和N_(2)O释放速率分别为(25.82±0.98)~(142.32±17.06)、(0.58±0.10)~(4.51±0.78)、(2.91±0.46)~(19.59±4.15)和(-1.09±0.17)~(3.30±0.57)nmol·g^(-1)·h^(-1)(以N计,下同).沉积物氮还原以反硝化过程为主(贡献率71.86%~91.65%),DNRA也有较高的贡献率(7.03%~25.32%),anammox过程贡献较小.相关分析表明,氮还原相关功能基因丰度与潮白河沉积物氮还原过程速率存在显著正相关关系,微生物群落中α-变形菌纲、硝基螺旋菌纲、疣微菌纲、脱硫杆菌门、硬壁菌门丰度与沉积物氮还原过程速率存在显著的相关关系.

磺胺甲恶唑暴露对沉积物中微生物组成及氮转化功能的影响研究

随着抗生素在长江流域的广泛使用,抗生素污染日渐加剧.抗生素的普遍存在可能对生态系统带来危害,环境选择压力对流域环境微生物的群落结构和功能具有潜在影响.本研究选择磺胺甲恶唑(SMX)为典型抗生素,以崇明岛东滩沉积物为研究对象,通过不同浓度水平抗生素长期(60 d)暴露的模拟实验,结合高通量测序与同位素示踪技术,探究了不同温度下抗生素暴露对河口水体和沉积物中微生物群落结构和氮转化过程的影响机制.潜在的氮转化速率定量测试结果表明,SMX在0.5~5μg·L^(-1)的浓度范围内,对河口沉积物中氮转化过程有显著影响,SMX的长期暴露(30~45 d)会显著抑制反硝化和厌氧氨氧化(anammox)过程;进一步延长暴露时间(60 d),SMX的抑制效果减弱.此外,低温(15℃)下反硝化和anammox对SMX的负响应更显著;同等浓度SMX暴露条件下,低温组中(15℃)SMX暴露组与对照组潜在的反硝化/anammox速率差比高温组(25℃)高14%~18%/2%~10%.30 d时,SMX暴露组沉积物中特有物种数量比对照组高17%;线性混合模型结果显示,温度对变形菌门影响更加明显,而SMX则对绿弯菌门有显著负效应.本研究有助于厘清痕量抗生素长期暴露对长江河口地区氮转化的影响机制,并为流域抗生素控制提供技术支撑.