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不同水文情景下白洋淀水体好氧反硝化菌群对水质因子的动态响应

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环境科学 2024年第6期45卷 3627-3637页

作者：孟佳靖张甜娜陈哲周石磊底怡玲武辰彬王晨光张家丰崔建升河北科技大学环境科学与工程学院河北省污染防治生物技术实验室石家庄050018

为探究不同水文情景下白洋淀水体好氧反硝化菌群的演变规律和驱动机制,基于水质调查和高通量测序技术,进行了水体水质因子分析、好氧反硝化菌群α多样性分析、物种组成和网络分析.结果表明,白洋淀水体呈弱碱性,丰水期水体T最高,DO最低,... 详细信息

为探究不同水文情景下白洋淀水体好氧反硝化菌群的演变规律和驱动机制,基于水质调查和高通量测序技术,进行了水体水质因子分析、好氧反硝化菌群α多样性分析、物种组成和网络分析.结果表明,白洋淀水体呈弱碱性,丰水期水体T最高,DO最低,冰封期T最低,DO最高.白洋淀水体在枯水期、丰水期、平水期和冰封期下NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(-)-N、NO_(3)^(-)-N、TN、高锰酸盐指数、Fe和Mn之间均存在显著差异(P0.05).不同水文情景下水体中最大的细菌门类为Proteobacteria,相对丰度较高的属为Magnetospirillum、Aeromonas、Pseudomonas、Azospirillum和Bradyrhizobium.此外,好氧反硝化菌群的α多样性均存在显著差异(P<0.001),冰封期菌群丰富度最高,枯水期和冰封期菌群的多样性和均匀度最高.经RDA、Mantel分析,菌群的水质驱动因子在不同水文情景下有所差异,枯水期菌群的水质驱动因子为p H、NO_(3)^(-)-N、NO_(2)^(-)-N和高锰酸盐指数,丰水期菌群的驱动因子为p H、T、DO、NO_(2)^(-)-N和TP,平水期的驱动因子为NO_(2)^(-)-N、Fe和高锰酸盐指数,冰封期菌群的驱动因子为NO_(3)^(-)-N和NO_(2)^(-)-N.网络分析表明与水质驱动因子相关的物种存在时间差异,枯水期与水质驱动因子相关的属为Magnetospirillum、Aeromonas和Azoarcus,与丰水期相关的属为Magnetospirillum、Pseudomonas和Aeromonas,与平水期相关的属为Magnetospirillum、Pseudomonas和Limnohabitans,与冰封期相关的属为Magnetospirillum、Azoarcus和Pseudomonas.不同水文情景关键水质因子(主要是T、DO、NO_(3)^(-)-N和高锰酸盐指数)与好氧反硝化菌群之间的关联关系,随着时间演变也在逐渐发生变化.综上,通过对不同水文情景下白洋淀水体好氧反硝化菌群演变特征及环境因子驱动机制进行研究,可为认识天然环境中好氧反硝化菌群演变机制提供依据.

关键词：好氧反硝化白洋淀水文情景网络分析水质因子

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多级串联膜电容去离子装置的脱盐性能

环境工程学报 2024年第1期18卷 63-70页

作者：陈瑞程谷佳蓉余铭浩马俊俊牛建瑞李耘科刘春河北科技大学环境科学与工程学院河北省污染防治生物技术实验室

膜电容去离子(membrane capacitive deionization,MCDI)技术具有的装置简单、易操作、易再生、成本低,无污染、节能等优势,使其成为一种新型的脱盐技术。为了提升MCDI的脱盐性能,将多个装置的进水串联,对每个装置单独加电来探究脱盐率,... 详细信息

膜电容去离子(membrane capacitive deionization,MCDI)技术具有的装置简单、易操作、易再生、成本低,无污染、节能等优势,使其成为一种新型的脱盐技术。为了提升MCDI的脱盐性能,将多个装置的进水串联,对每个装置单独加电来探究脱盐率,平均脱盐速率、单位能量脱盐量等指标对多级串联的影响。结果表明,在进水盐质量浓度、水力停留时间、电压等不同操作条件下,二、三级MCDI串联脱盐率都提高了约2、3倍,三级串联较二级串联的脱盐速率提升较小,但具有更高的能耗。综合比较,二级MCDI串联的脱盐性能更优,并获得了最佳的操作条件为1.5 g·L^(-1),0.375 min,1.2 V。在连续脱盐过程中,多级串联能够连续稳定的去除盐离子,并且具有较高的吸附容量,表明了连续脱盐的可行性。研究结果对多级MCDI脱盐工程化应用具有指导意义。

关键词：膜电容去离子多级串联脱盐性能参数优化连续脱盐

改性碳毡电极构建杂化膜电容去离子去除阴离子型染料的性能及机理

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环境化学 2024年

作者：谷佳蓉陈瑞程杨晨旭马俊俊牛建瑞李耘科刘春河北省污染防治生物技术实验室河北科技大学环境科学与工程学院

根据染料不过膜的特点，构建了新型杂化半膜膜电容去离子（MCDI）装置，首次利用MCDI对阴离子型染料进行去除.将铁氧化物以不同铁碳质量比掺杂在碳毡(CF)中制备复合电极，通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱... 详细信息

根据染料不过膜的特点，构建了新型杂化半膜膜电容去离子（MCDI）装置，首次利用MCDI对阴离子型染料进行去除.将铁氧化物以不同铁碳质量比掺杂在碳毡(CF)中制备复合电极，通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）等多重手段表征电极材料的形貌、结构和化学组成等，表明铁氧化物的成功掺杂.并根据循环伏安（CV）和电化学阻抗谱（EIS）证明铁氧化物掺杂比例为25%的改性材料CF-Fe(25%)具有最优的电化学性能.对比CFs对阴离子型染料刚果红（congo red,CR）的去除效果，并探究电压、染料浓度和pH等参数对CR去除性能的影响，验证最佳条件下对其他阴离子型染料的去除效果.结合自由基捕获实验阐述MCDI对阴离子型染料的降解机理.得到在1.2 V电压，流速3 mL·min-1下，pH 7的进水环境中，对100 mg·L-1的CR、新胭脂红染料（new carmine, NC）和日落黄染料（sunset yellow FCF, SY FCF）在15 min内分别达到66.3%、61.6%和60.7%的去除率，且酸性环境有利于染料的去除.新型杂化半膜MCDI装置可直接将离子型染料富集，后经阳极产生的高活性自由基（·OH）氧化降解、去除，铁氧化物的掺杂可增加电极反应活性位点，利于染料的吸附，并促进·OH的生成.·OH是降解染料的主要作用力.该方法去除效率高，同时避免了膜污染，为MCDI去除阴离子型染料方面提供科学依据.

关键词：杂化膜电容去离子复合电极材料碳毡铁氧化物阴离子型染料

石家庄城市和郊区河流沉积物可移动遗传元件时空差异与影响因素

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环境科学 2024年

作者：陈昊达高赛王琳静赵波卢梦淇宋圆梦崔建升张璐璐河北科技大学环境科学与工程学院河北省污染防治生物技术实验室

随着抗生素在医疗和农业中的广泛使用，环境中抗生素抗性基因(ARGs)的扩散已严重威胁生态平衡和人类健康，特别是其在促进多重抗药性病原体的兴起中所起的作用。河流环境作为ARGs和与之紧密相关的可移动遗传元件(MGEs)的主要传播途径，... 详细信息

随着抗生素在医疗和农业中的广泛使用，环境中抗生素抗性基因(ARGs)的扩散已严重威胁生态平衡和人类健康，特别是其在促进多重抗药性病原体的兴起中所起的作用。河流环境作为ARGs和与之紧密相关的可移动遗传元件(MGEs)的主要传播途径，其研究意义重大。MGEs通过促进ARGs在细菌群体中的水平转移，加剧了抗性基因的扩散。尽管已有研究探讨了MGEs与ARGs之间的相互作用，但关于河流中MGEs的时空分布差异及其驱动因素的研究仍相对不足。因此，选取石家庄内2条郊区河流(共6个采样点)和3条城市河流(共9个采样点)作为研究对象，于2020年12月及2021年4月分别采集沉积物样本。通过运用宏基因组测序技术，本研究深入比较和分析了城市与郊区河流沉积物中MGEs的时空分布特征及其影响因素。结果表明：①12月在城市和郊区河流中分别检出1738种(60572 RPKM)和1604种MGEs(26916 RPKM)；4月在城市和郊区河流中分别检出1790种(74354 RPKM)和1631种MGEs(32062 RPKM)；②城市河流MGEs种类和丰度>郊区河流MGEs种类和丰度，4月MGEs种类和丰度>12月MGEs种类和丰度；③在石家庄城市和郊区河流沉积物中ISPa38、IS26和tnpA是河流间差异最显著的典型MGEs；④PCoA和NMDS分析显示城市和郊区河流中MGEs均存在显著时空差异；⑤相关分析和共现结果表明，城市河流中MGEs丰度主要与抗生素浓度、工业企业、污水处理厂、总人口、畜牧业和水产养殖呈现显著正相关；郊区河流中MGEs丰度主要与抗生素浓度、畜牧业、水产养殖和总人口呈现显著正相关。总体而言，通过比较城市和郊区河流中MGEs的时空异质性，识别城市和郊区河流中MGEs的主要驱动因素，可为后续不同河流中抗生素抗性风险管控提供数据支撑。

关键词：可移动遗传元件(MGEs) 时空分布宏基因组城市河流郊区河流社会经济因子

基于成像和质谱的流式细胞术在医学诊断中的应用进展

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分析试验室 2024年第6期43卷 914-924页

作者：杨瑞张纪媛于玉洁张顺心王合宇刘大喜田亮崔建升河北科技大学环境科学与工程学院石家庄050018 河北省污染防治生物技术实验室石家庄050018

人体内部分细胞的种类变化和生理状态是人体健康的重要指标,对细胞进行生化分析是医学诊断的重要手段。基于成像和质谱的流式细胞术,在细胞分析上具有高通量、特异性强的优点,能够表征人体血液或组织样本中特定的细胞类型和形态特征,从... 详细信息

人体内部分细胞的种类变化和生理状态是人体健康的重要指标,对细胞进行生化分析是医学诊断的重要手段。基于成像和质谱的流式细胞术,在细胞分析上具有高通量、特异性强的优点,能够表征人体血液或组织样本中特定的细胞类型和形态特征,从而实现疾病的诊断。本文综述了成像流式细胞术(IFC)、质谱流式细胞术(CyTOF)和成像质谱细胞术(IMC)在肿瘤学、免疫学、血液学等医学领域中最新的应用进展。

关键词：流式细胞术细胞分析生物标志物检测医学诊断

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全细胞生物传感器用于检测农药的研究进展

分析试验室 2024年第3期43卷 443-454页

作者：杨瑞张纪媛唐博刘大喜马小龙崔建升河北科技大学环境科学与工程学院石家庄050018 河北省污染防治生物技术实验室石家庄050018

农药残留以多种形式存在于自然环境中,并通过迁移、生物积累等方式对各种环境基质和人类健康造成不利影响。全细胞生物传感器(WCBs)是一种新型的污染物分析装置,因其操作简便、低成本、高灵敏度和选择性好被广泛应用于环境监测领域。本... 详细信息

农药残留以多种形式存在于自然环境中,并通过迁移、生物积累等方式对各种环境基质和人类健康造成不利影响。全细胞生物传感器(WCBs)是一种新型的污染物分析装置,因其操作简便、低成本、高灵敏度和选择性好被广泛应用于环境监测领域。本文综述了近年来基于藻类、细菌和真菌的全细胞生物传感器在检测环境中各类农药的应用进展,并展望了全细胞生物传感器未来的研究重点和发展趋势。

关键词：农药残留全细胞生物传感器光学测量电信号测量综述

白洋淀夏季汛期入淀河流水体溶解性有机物的光谱特征及来源

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环境科学 2024年第5期45卷 2640-2650页

作者：孟佳靖窦红陈哲周石磊底怡玲武辰彬王晨光张家丰崔建升河北科技大学环境科学与工程学院河北省污染防治生物技术实验室石家庄050018 石家庄市环境监控中心石家庄050018

溶解性有机物(DOM)是全球最大的有机碳储存库,在天然水体的生物地球化学循环中起着至关重要的作用.河流是连接源头与受纳水体的过渡区,是进行DOM交换的关键环节.因此,运用紫外-可见光谱技术(UV-vis)和三维荧光光谱技术(EEMs)结合平行因... 详细信息

溶解性有机物(DOM)是全球最大的有机碳储存库,在天然水体的生物地球化学循环中起着至关重要的作用.河流是连接源头与受纳水体的过渡区,是进行DOM交换的关键环节.因此,运用紫外-可见光谱技术(UV-vis)和三维荧光光谱技术(EEMs)结合平行因子分析法(PARAFAC),分析了夏季汛期白洋淀流域府河、小白河、白沟引河和瀑河水体中溶解性有机物的光谱特征及其来源.结果表明,府河和小白河水体的a245和a355显著高于白沟引河和瀑河;E2/E3显示入淀河流水体DOM相对分子质量大小为:瀑河>白沟引河>府河>小白河.三维荧光通过PARAFAC共解析出3种组分,分别为类酪氨酸(C1)、陆源类腐殖质(C2)和类色氨酸(C3);各荧光组分间不存在差异(P>0.05),C2和C3组分在不同入淀河流间存在差异(P<0.05);易降解类蛋白质组分(C1+C3)占比高于类腐殖质组分C2.各入淀河流自生源指数BIX都大于1,腐殖化指数HIX都小于4,表明入淀河流水体自生源特征明显,腐殖化程度较弱;府河水体具有最高的FI指数(1.96±0.25)和最低的HIX指数(0.46±0.08),且沿入淀河流方向自生源特征逐渐加强,表明府河水体呈现更高的内源特征.经入淀河流水体DOM的荧光组分与特征参数相关性分析得出,府河水体与小白河水体相关性呈现相似关系,白沟引河水体与瀑河水体呈现相似关系;各入淀河流水体DOM的荧光组分与水质参数的相关性呈现明显差异,并且与水体氮、磷关联较强;经多元线性回归分析,各入淀河流在C1组分之间不存在显著差异,在C2组分和C3组分之间存在显著差异.综上所述,通过对夏季汛期入淀河流水体的DOM光谱特征及来源的研究,进一步认识了白洋淀入淀河流的碳循环过程.

关键词：白洋淀入淀河流溶解性有机物(DOM) 紫外-可见光谱(UV-vis) 三维荧光光谱(EEMs)

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河北省农田碳排放影响因素及脱钩分析

农业资源与环境学报 2024年

作者：王嘉玮李双江陈艺璇李含墨张美娟刘昱锋周颖佳河北科技大学环境科学与工程学院河北省污染防治生物技术重点实验室

为分析河北省农田碳排放时空特征、影响因素及脱钩效应，本研究采用排放系数法测算2010—2021年河北省农田碳排放，基于LMDI模型分析其影响因素，基于Tapio脱钩模型分析其与农业产值间的关系。结果表明：河北省农田碳排放以2014年为转... 详细信息

为分析河北省农田碳排放时空特征、影响因素及脱钩效应，本研究采用排放系数法测算2010—2021年河北省农田碳排放，基于LMDI模型分析其影响因素，基于Tapio脱钩模型分析其与农业产值间的关系。结果表明：河北省农田碳排放以2014年为转折点，呈先波动上升后下降的趋势，2010年排放量(以CO2计，下同)为2818.16万t，2014年达到峰值2855.36万t，2021年下降为1995.82万t；单位产值碳排放整体呈波动下降趋势，从2010年的1.39 t·万元-1到2021年的0.56t·万元-1，年均降低7.93%；农田碳排放呈“南部高、北部低”的格局，单位产值碳排放呈“东南高、西北低”的格局。农业生产效率、农业产业结构及城镇化水平对河北省农田生态系统碳排放有抑制作用，农业生产效率是主要抑制因素，年均减排贡献量为205.52万t；地区经济发展水平及农村总人口对碳排放有促进作用，地区经济发展水平是关键促进因素，年均排放贡献量为141.40万t。河北省农田碳排放与农业产值的脱钩状态主要以弱脱钩、弱负脱钩和强脱钩为主，以2017年为转折点，脱钩状态先变差后改善。研究表明，河北省应根据各地区具体情况制订差别化的农田碳排放管控措施，推动农业低碳发展和良性增长。

关键词：农田碳排放时空特征 LMDI分解模型脱钩分析

基于密度泛函理论的微气泡臭氧化诺氟沙星降解途径与毒性评估

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环境化学 2024年

作者：张静于倩丁亮亮刘春闫晨旭牛建瑞张瑞娜河北科技大学环境科学与工程学院河北省污染防治生物技术重点实验室

诺氟沙星(Norfloxacin,NOF)为第三代喹诺酮类抗菌药被广泛应用，易在环境中积累，威胁人类健康和环境安全.本研究采用Gaussian与Toxicity Estimation Software Tool(T.E.S.T.)软件预测在微气泡臭氧化(MB/O3)体系中NOF的降解途径与降解... 详细信息

诺氟沙星(Norfloxacin,NOF)为第三代喹诺酮类抗菌药被广泛应用，易在环境中积累，威胁人类健康和环境安全.本研究采用Gaussian与Toxicity Estimation Software Tool(T.E.S.T.)软件预测在微气泡臭氧化(MB/O3)体系中NOF的降解途径与降解产物的生态毒性.结果表明，MB/O3体系中的羟基自由基等活性氧物质易对NOF分子结构上键级较小、平均局部离子化能较低以及简缩Fukui函数较高的反应位点进行攻击；液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)分析结果结合模型计算推测，MB/O3处理NOF降解途径包括：脱氟反应、哌嗪环转化、羟基取代反应和喹诺酮环氧化；利用T.E.S.T.软件评估NOF及降解产物的毒性，发现NOF对口服大鼠、胖头鱼、水蚤均存在负面影响，具有发育毒性，无致突变性，且降解过程中可能会产生比NOF毒性大的产物.本研究采用模型预测NOF降解途径与生态毒性的方法便捷有效，可为MB/O3体系降解复杂有机分子的降解途径和生态毒性研究提供理论依据.

关键词：诺氟沙星 Gaussian T.E.S.T. 降解途径生态毒性