生物处理镉污染土壤及其酶活性研究

以添加镉的天津农田土壤为对象,分别设定空白处理、添加诺沃肥处理及生物强化处理(添加1株紫外线诱变工程菌和诺沃肥).研究土壤在不同pH、温度和含水率条件下可提取有效态镉(E-Cd)、过氧化氢酶及脲酶活性的变化情况.结果表明,添加诺沃肥处理可以有效降低E-Cd含量.而生物强化处理可进一步促进镉的固定效果;最适合生物修复的环境条件为PH 7.0、温度30℃和土壤含水率50%;添加诺沃肥处理和生物强化处理的土壤中过氧化氢酶和脲酶活性明显高于空白处理,说明生物修复后,土壤酶活性已经恢复,表明这2种处理能改善土壤结构和性能,提高土壤的肥力.     

蚯蚓辅助微生物修复芘污染土壤

通过微宇宙实验,研究了蚯蚓对不同土壤中芘的微生物降解率的影响及蚯蚓对芘的富集率.结果表明,有机质较高土壤中芘的微生物降解率和蚯蚓富集率都低于有机质低的土壤,而老化作用降低了芘的生物有效性.无论在新鲜染毒还是老化的土壤中.蚯蚓均可提高土壤中芘的去除率和微生物降解率.在新鲜染毒的红壤和潮土中,蚯蚓可使芘的去除率由41.78%和27.02%分别提高到89.24%和57.53%,其中分别有51.48%和41.63%是蚯蚓促进的微生物降解作用引起的,37.76%和15.90%归因于蚯蚓富集作用.而在老化的红壤和潮土中,蚯蚓可使芘的去除率由36.53%和20.50%分别提高到91.93%和45.46%,其中分别有54.43%和32.83%是蚯蚓促进的微生物降解作用引起的,37.50%和12.63%归因于蚯蚓富集作用.     

沉积物中Pb和Cd对泥鳅的毒性效应及其基准阈值的验证

为探讨沉积物中AVS(acid volatile sulfide,酸挥发性硫化物)和SEM(simultaneously extracted metals,同时提取金属)对重金属生物有效性和基准验证的影响,以泥鳅为受试生物,以死亡率、鳃部渗血率和体质量变化为测试终点,研究了沉积物和上覆水中重金属Pb、Cd对底栖生物的毒性效应,并对文献中Pb、Cd沉积物基准阈值进行了验证. 结果表明:沉积物中Pb、Cd对泥鳅21 d的LC₅₀(半数致死浓度)分别为391、37.0 mg/kg;上覆水中ρ(Pb2+)和ρ(Cd2+)较低,对生物毒性效应贡献可以忽略. 经验证,Pb和Cd的TEL(threshold effect level,临界效应浓度)和PEL(probable effect level,必然效应浓度)基本符合其所代表的意义,Pb、Cd加标浓度(以w计)低于其对应的TEL时不具有毒性,高于其对应的PEL时具有明显毒性,介于二者之间时毒性不确定. SEM/AVS(物质的量比)和生物死亡率有明显的相关性,当该比值大于1.00时,重金属对泥鳅有明显的毒性效应.      

海河流域沉积物中典型重金属的生态风险评估及验证

沉积物重金属污染及其生态风险评估日益受到关注,而沉积物质量基准是开展生态风险评估的有力工具。本研究通过物种敏感度分布法(species sensitivity distributions, SSD)和急慢性毒性比(acute to chronic ratios, ACR)推导了镍、铜、锌、镉和铅的沉积物质量基准(sediment quality guideline, SQG)。在获得合理的重金属沉积物慢性毒性数据的基础上,采用S-Logistic模型拟合镍、铜、镉和铅的慢性SSD曲线,采用S-Gompertz模型拟合锌的慢性SSD曲线。得到镍、铜、锌、镉和铅沉积物质量基准低值(sediment quality guideline low value, SQGlow)分别为18.6、69.9、107、1.26和38.4 mg·kg~(-1),应用ACRs,得到相应的沉积物质量基准高值(sediment quality guideline high value, SQGhigh)分别为167、226、556、10.1和384 mg·kg~(-1)。与加拿大和澳大利亚重金属沉积物基准值具有一定的可比性。选择花翅摇蚊(Chironomus kiiensis)、伸展摇蚊(Chironomus tentans)和霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)3种底栖生物作为受试生物,验证基准值对海河流域沉积物重金属毒性的预测能力。结果表明,利用SQGs预测沉积物毒性的总准确率为76.2%,3种底栖生物验证准确率从高至低为:花翅摇蚊>伸展摇蚊>霍甫水丝蚓。     

淡水沉积物中重金属对底栖生物毒性及其生物有效性研究

以淡水单孔蚓(Monopylephorous limosus)、伸展摇蚊(Chironomus tentans)为受试生物,以生长抑制率、死亡率、自断率为测试终点,研究了沉积物中5种重金属(Cu、Cd、Ni、Pb、Zn)对底栖生物的毒性效应,探讨了沉积物中酸挥发性硫化物(Acid Volatile Sulfide,AVS)和同时提取金属(Simultaneously Extracted Metals,SEM)与生物毒性之间的关系.结果表明:5种金属加标沉积物对淡水单孔蚓和伸展摇蚊的毒性顺序分别是Cd(LC50281 mg·kg-1)Ni(LC50646 mg·kg-1)Cu(LC50830 mg·kg-1)Pb(LC501040 mg·kg-1)Zn(LC501320 mg·kg-1);Cd(LC5026.3 mg·kg-1)Pb(LC50248 mg·kg-1)≈Cu(LC50256 mg·kg-1)Ni(LC50343 mg·kg-1)Zn(LC501400 mg·kg-1).当SEM/AVS1时,除Cd外其他4种金属对淡水单孔蚓、伸展摇蚊幼虫均表现出较为明显的毒性效应,而且Pb、Ni、Zn对两种生物的毒性效应与SEM/AVS值之间表现出良好的一致性,说明SEM/AVS可以较好的反映沉积物中重金属的生物有效性.     

中国七大水系沉积物中典型重金属生态风险评估

为评价国内水系重金属生态风险,根据2000-2015年国内外文献报道,选择中国七大水系--长江水系、黄河水系、辽河水系、松花江水系、海河水系、淮河水系和珠江水系的沉积物,以Cu、Cd、Pb、Zn、Ni等5种典型重金属为研究目标,对其质量分数及分布特征进行了系统分析;并利用生物效应数据库法对5种重金属的淡水水体沉积物质量基准值--TEL（临界效应浓度）和PEL（可能效应浓度）进行了更新.结果表明:Cu、Cd、Pb、Zn、Ni的新TEL分别为56.2、2.58、47.3、79.9和35.4 mg/kg,新PEL分别为141、19.6、200、461和78.6 mg/kg.七大水系以珠江水系沉积物中Cu、Cd、Pb、Zn、Ni的浓度最高,海河水系和黄河水系次之,而长江水系、辽河水系、松花江水系和淮河水系沉积物中重金属浓度较低.通过比较生物效应数据库法更新的沉积物质量基准值与实际沉积物重金属浓度,评价中国重点水系沉积物生态风险所得结论与国内外研究结果基本一致.研究显示,重金属对中国七大水系沉积物的污染大多处于生态风险较小或风险不确定的水平,其中仅有1.15%~7.60%的采样点重金属生态风险较高;七大水系以珠江水系沉积物生态风险最高,其5种重金属质量分数最高,并且超过各自PEL的采样点占比在4.41%~26.8%之间;其次,海河水系沉积物也存在一定的重金属生态风险,其Cu、Zn和Ni的质量分数较高,超过各自PEL的采样点分别占14.1%、15.2%和14.8%.      

根据SSD推导PFOS沉积物质量基准及其在生态风险评估中的应用

沉积物中蓄积的PFOS（perfluorooctane sulfonate,全氟辛烷磺酸）对水体生态环境具有潜在的危害.为了合理评估沉积物中PFOS的危害,探究了沉积物中PFOS对摇蚊（Chironomus kiiensis）、钩虾（Hyalella azteca）、霍甫水丝蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）等底栖生物的毒性效应;同时,以毒性试验结果和搜集的PFOS相关毒性数据为基础,利用SSD（species sensitivity distributions,物种敏感度分布法）推导PFOS沉积物质量基准;最后,将基准值与从文献中搜集得到的我国七大水系沉积物中w（PFOS）进行比较,以评估PFOS风险.结果表明:①沉积物中PFOS对摇蚊的毒性效应最为显著,其96 h、10 d、21 d毒性试验中LC₅₀分别为0.894、0.770和0.536 μg/g（以干质量计,下同）;10 d毒性试验中w（PFOS）最高值为156.5 μg/g时,钩虾未出现显著死亡,21 d毒性试验中LC₅₀为70.5 μg/g;在w（PFOS）最高值分别为112.4和76.4 μg/g的10和21 d毒性试验中,霍甫水丝蚓均未出现显著死亡.②沉积物中PFOS的CMC_sed（急性基准值）为28.6 μg/g,CCC_sed（慢性基准值）为0.060 μg/g.③我国七大水系96.0%的沉积物中w（PFOS）低于CCC_sed;其余的沉积物中w（PFOS）高于CCC_sed但低于CMC_sed,这些采样点主要分布在黄河中下游和长江下游.研究显示,我国七大水系沉积物中PFOS总体风险较低,但黄河中下游和长江下游沉积物中蓄积的PFOS可能具有潜在的风险,需要给予更多的关注.      

沉积物中重金属Pb和Cd对河蚬的毒性效应研究

以河蚬为受试生物,以存活率、呼吸抑制率为测试终点,研究了沉积物和上覆水中重金属Pb、Cd对底栖生物的毒性效应,并探讨了沉积物中酸挥发性硫化物(acid volatile sulfide,AVS)和同时提取金属(simultaneously extracted metals,SEM)对重金属生物有效性的影响。结果表明,沉积物中Pb、Cd对河蚬致死效应较低,当Pb、Cd浓度分别为400、100 mg獉kg-1,连续暴露21 d时,致死率低于20%;沉积物中Pb、Cd对河蚬14 d的呼吸抑制率EC50分别为519和151 mg獉kg-1;上覆水中Pb和Cd离子浓度较低,对生物毒性效应贡献可以忽略;SEM/AVS值和生物呼吸抑制率有着明显的线性相关性,当SEMPb/AVS1,SEMCd/AVS0.6时,重金属对河蚬有明显的毒性效应。     

pH对沉积物中五氯酚毒性的影响及其质量基准值推导

PCP（pentachlorophenol,五氯酚）是一种可电离有机化合物,pH会影响水体中PCP的毒性.为准确评估沉积物中PCP的生态风险,通过研究不同pH下沉积物中PCP对河蚬（Corbicula fluminea）、泥鳅（Misgurnus anguillicaudatus）、伸展摇蚊（Chironomus riparius）等底栖生物的毒性效应,探讨沉积物中PCP生物毒性与pH的关系.基于毒性试验结果和搜集筛选文献中报道的PCP生物毒性数据,利用物种敏感度分布法推导PCP沉积物质量基准,进而对我国淡水水体沉积物中PCP风险进行评估.结果表明:①沉积物中PCP对底栖生物的毒性均随pH的升高而降低,pH为6.5~8.5时,沉积物中PCP对河蚬、泥鳅、伸展摇蚊的96 h-LC₅₀值分别为2.99~7.64、8.05~8.76、10.50~22.30 μg/g;对泥鳅的30 d-LC₁₀值为0.26~0.80 μg/g,对伸展摇蚊的21 d-EC₁₀值为0.28~0.54 μg/g.②推导获得PCP依赖于pH的沉积物质量基准函数,即CMC_sed（急性基准值）=e0.204pH-2.96、CCC_sed（慢性基准值）=e0.204pH-5.85,当pH为7.0时,CMC_sed、CCC_sed分别为0.217、0.012 μg/g.③我国主要淡水河流、湖泊沉积物中99.0%的采样点w（PCP）低于该研究推导的CCC_sed,仅有1.0%的采样点w（PCP）介于CCC_sed与CMC_sed之间.研究显示,我国主要淡水水体沉积物中PCP总体风险较低,个别地区沉积物中PCP可能存在潜在的生态风险,需要引起重视.      

中国七大水系淡水沉积物中林丹(γ-HCH)的生态风险评估

林丹(γ-HCH)作为曾广泛应用的有机氯农药,自2000年在中国停止生产以来,全国范围内环境介质中仍广泛检出,对生物体及自然环境存在潜在危害。在收集γ-HCH的沉积物毒性数据基础上,通过物种敏感度分布(Species Sensitivity Distributions,SSD)曲线拟合的方法获得其沉积物质量基准。选取7种常用模型进行拟合,通过比较,最终采用S-Logistic模型拟合γ-HCH急性毒性曲线,得到急性基准值CMCsed=0.00530μg·g~(-1);采用S-Gompertz模型拟合γ-HCH慢性毒性曲线,得到慢性基准值CCCsed=0.00106μg·g~(-1)。我国七大水系68.2%的水体沉积物中γ-HCH的残留浓度均低于其CCCsed,说明其风险较低。但是,在海河和辽河流域某些点位的残留超标,需要引起足够的重视。所获得的沉积物基准值对评估沉积物中γ-HCH的生态风险和环境修复具有重要指导意义。