不同作物根系多环芳烃吸收特征差异的比较研究

为选育不/少或超量吸收多环芳烃(PAHs)的植物品种进而进行农产品的安全生产和PAHs污染环境的植物修复,以菲为PAHs的代表物,比较了水培条件下3种常见农作物(大豆、小麦、胡萝卜)根系吸收菲的动力学特征差异.结果表明,3种作物根系对水培液中的菲有明显的吸收和累积作用,且菲的吸收量随时间延长而增加,整个吸收过程可分为快速吸收和慢速吸收2个阶段;3种作物根系菲吸收能力的大小为大豆>胡萝卜>小麦;作物根系吸收菲量与吸收时间的关系可以用Elovich方程拟合,大豆、胡萝卜和小麦根系菲吸收速率常数分别为4.31、4.10和2.84 mg.(kg.h)-1;作物根系菲吸收的动力学曲线可用米氏方程表征,大豆、胡萝卜和小麦根系菲的Km值分别为0.117、0.124和0.540 mg.L-1;根系菲吸收会导致营养液pH升高,pH升高的趋势和吸收速率常数k与Km值相对应,且与3种作物根系吸收能力的大小一致.因此可用根系吸收速率常数k、米氏常数Km值和水培液pH的变化表征作物根系吸收PAHs的能力差异,且从受影响因素的多寡角度考虑,吸收速率常数k和米氏常数Km较pH变化更适合.     

大豆和小麦根系对菲的吸持作用及其生物有效性

不同作物根系对多环芳烃(PAHs)的吸持作用及其生物有效性研究有助于深入揭示PAHs在生态系统中的环境行为和科学评估PAHs的生态风险.然而,不同作物根系吸持PAHs的差异性及其生物有效性鲜有报道.为此,本研究以菲作为PAHs的代表,探究了不同条件下大豆和小麦根系对菲的吸持/解吸及其吸持菲的有效性.结果表明,根系菲吸持随时间的变化表现为:活体根处理先增加再降低而后趋于平衡,这与活体根系存在菲转运延迟有关;灭活根和烘干根处理则先增加而后趋于平衡.根系的比表面积越大,脂肪含量越高,菲的吸持速率越快.不同菲浓度条件下,各处理根系菲的吸持量均随平衡浓度的增加而增大,Henry吸附等温式拟合R2均大于0.973,灭活根和烘干根用Freundlich吸附等温式拟合效果更好,小麦根系的Langmuir吸附等温式拟合效果优于大豆根系,说明分配作用和表面吸附共同控制作物根系菲的吸持,而活体根系与菲存在特殊的键合作用,其拟合效果较差.脂肪含量越高、含水率越高、膜的通透性越大,根系的吸持容量也越大.吸持在根系上的菲的解吸率的大小顺序为活体根烘干根灭活根;大豆各处理根系小于相应的小麦根系.不同根系吸持菲的生物有效性与解吸结果一致,因此可以用解吸率评价其生物有效性.研究结果可为作物根系吸持PAHs的当季和后茬作物有效性评估提供依据.     

小麦根系吸收萘、菲、芘的动力学特征

研究植物根系吸收多环芳烃的动力学特征对控制其进入食物链、保障农产品安全有重要意义.因此,本文采用水培方法,研究了小麦根系对萘、菲、芘吸收的动力学机制.结果表明,小麦根系对水培环境中的萘、菲和芘均有明显的吸收和累积作用,且吸收量均随时间延长而增加,整个吸收过程可分为快速吸收和慢速吸收两个阶段.小麦根系对萘、菲和芘的吸收速率快慢表现为芘＞菲＞萘,且萘、菲、芘吸收的动力学曲线可用米氏方程表征,相应的Km值分别为759.30、12.89和3.59μmol·L-1,即小麦对萘、菲、芘的亲和力大小为芘＞菲＞萘,结果与其Kow值大小顺序一致.小麦根系吸收萘、菲、芘均会导致营养液pH值升高,吸收单个萘、菲、芘分子产生的pH升高幅度表现为芘＞菲＞萘.上述结果显示,萘、芘的根系吸收特征与菲相似.     

几种多环芳烃的植物吸收作用及其对根系分泌物的影响

采用水培试验方法,以多年生黑麦草(Lolium multiflorum Lam.)为供试植物,研究了芘、菲、苊和萘的植物吸收作用及其对根系分泌物的影响.结果表明,黑麦草能明显吸收富集多环芳烃(PAHs);随培养液中PAHs浓度的升高,其在黑麦草根和茎叶中的含量增大,且根的PAHs含量、富集系数要远大于茎叶.芘、菲、苊、萘污染胁迫下,黑麦草根系分泌物中可溶性有机碳、草酸和可溶性总糖的含量均高于无污染对照.供试污染浓度范围内,随着培养液中菲、苊、萘浓度提高,可溶性有机碳、草酸及可溶性总糖的分泌量增大;但在芘胁迫下,与污染对照相比,分泌量的增加幅度随着芘浓度的升高则呈先增大后减小的趋势.在较低污染强度下,供试PAHs对根系分泌物的促分泌效应由强到弱依次为芘、菲、苊和萘.4种PAHs对可溶性糖类的促分泌作用最强,其分泌量的增加幅度明显大于可溶性有机碳和草酸.     

提取时间对提取原煤中多环芳烃的影响

以淮北煤田气肥煤和夹矸样品为研究对象,以CH₂Cl₂为溶剂,采用超声提取法(提取时间为10,20和30 min)和索氏提取法(提取时间为24,48和72 h)提取其中可抽提有机物,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定提取液中美国环境保护局(USEPA)优控多环芳烃(PAHs)含量,来对比不同抽提时间对提取原煤中PAHs含量和分布特征的影响,为优化原煤中PAHs的提取条件提供理论依据.研究表明:淮北煤田样品中可抽提USEPA优控PAHs以菲为主,其含量占16种PAHs总量的40.0%～65.5%;夹矸样品中可抽提PAHs含量并不因其有机质含量低而明显低于原煤样品,夹矸中PAHs的迁移特征需引起关注.在实验条件下,提取原煤中PAHs,超声提取时间应选取30 min,索氏提取时间法应选取24 h.      

多环芳烃在冬小麦体内的吸收与转运及富集研究进展

多年来以煤炭为主的能源消费结构和经济社会持续发展,导致我国PAHs(多环芳烃)排放量居高不下,直接造成土壤和大气PAHs严重污染.为了探明PAHs在冬小麦体内的积累过程和调控机制,在系统分析PAHs在冬小麦体内的吸收、转运和富集的基础上,重点阐述了冬小麦PAHs根系吸收和叶面吸收影响因素方面的最新研究进展.研究发现:① 小麦根系对PAHs的吸收包括主动吸收和被动吸收两种方式,其中主动吸收是一个载体协助、消耗能量、PAHs与H+共运的过程;被动吸收除了在高等植物中普遍存在的简单扩散外,水-甘油通道也参与了该过程. ② PAHs通过气态、颗粒态沉降到小麦叶面角质层或直接通过气孔进入叶片. ③ 影响PAHs根系和叶面吸收的主要因素包括PAHs理化性质、植物生理状况、环境因素等. ④ 小麦根系吸收的PAHs可以向地上部转运,并且与辛醇-水分配系数(K_OW)、蒸腾速率、土壤中氮的形态和浓度有关.主要问题:① 对于小麦叶片吸收的PAHs向基运输机理有待进一步研究. ② 农田生态系统中冬小麦往往遭受土壤及大气双重污染,根系吸收及叶面吸收分别对其体内积累PAHs的贡献尚不清楚.因此,需关注韧皮部、木质部在PAHs转运中所起的作用;利用同位素示踪、双光子激发显微镜等先进技术观察和跟踪PAHs如何进入小麦以及在小麦叶中的转移和分布,阐明PAHs叶面吸收的微观机理;注重大田试验研究,为揭示冬小麦对PAHs的吸收、积累及调控机理,同时也为有机污染地区生产安全农产品提供重要依据.      

化学提取法表征污染土壤中PAHs老化规律和蚯蚓富集特征

以添加3种典型多环芳烃(菲、芘、苯并[a]芘)的模拟污染土壤(黄壤和红壤)为对象,研究了PAHs的4种化学提取量即:ASE耗竭性提取总量、Tenax-TA树脂提取量、羟丙基-β-环糊精(HPCD)提取量和正丁醇提取量随老化时间的变化规律.结果表明,在0~60 d老化时间范围内,PAHs耗竭性提取总量在前30 d随时间的延长而降低,后30 d降低趋势不明显,含量基本稳定;PAHs的Tenax、HPCD、正丁醇提取量在0~60 d老化时间范围内,随老化时间的延长而持续降低.实验进一步研究了PAHs的蚯蚓蓄积量(赤子爱胜蚓Eisenia fetida)与4种化学法提取量的相关关系.结果显示,ASE耗竭性提取总量高估了土壤中PAHs的存在风险,并且与蚯蚓富集量没有显著的相关性(R~2为0.44~0.56),因此不能用耗竭性提取总量来评估污染土壤PAHs的生物有效性;而3种非耗竭性提取量与蚯蚓富集量呈现出较好的线性关系,其中HPCD提取法(R~2为0.94~0.99)较Tenax提取(R~2为0.62~0.87)和正丁醇提取(R~2为0.69~0.94)更优.表明可以将HPCD提取法作为预测污染土壤中PAHs生物有效性的一种较为理想的方法.     

小麦/苜蓿套作条件下菲污染土壤理化性质的动态变化

土壤理化性质是影响污染土壤植物修复效果和修复后土壤适耕性的重要因素.以菲为多环芳烃(PAHs)代表物,采用植物土培和室内分析试验探讨了菲污染土壤小麦/苜蓿套作修复过程中土壤理化性质的动态变化.结果表明,种植植物明显提高了菲污染土壤pH,最大升高幅度可达0.61;相同菲污染水平条件下,套作处理土壤pH与单作处理差异不显著...     

镉对小麦叶片DNA伤害的彗星实验研究

为了建立植物基因毒性的研究方法 ,以小麦为对象 ,进行了植物彗星实验方法的研究 .以 0 1mg·L- 1 的Cd2 + 溶液处理小麦叶片后 ,采用机械方法分离细胞核 ,制备玻片后变性 0 ,5 ,15 ,3 0min ,在 10 0 ,2 0 0 ,3 0 0mA下电泳 5 ,15 ,3 0min .实验结果表明 ,采用机械分离的方法可以获得大量的、能够进行彗星实验的细胞核 ,增加DNA的变性时间、电泳电流大小和电泳时间可以增加DNA片段在电场中的迁移 ,提高实验的灵敏度 ,但变性时间和电泳时间过长增加了对照处理DNA片段的迁移 .因此 ,本实验提出了小麦叶片彗星实验的最佳条件是DNA变性 15min ,3 0 0mA下电泳 15min ,并在该条件下研究了重金属镉对小麦的基因损伤 .结果表明 ,重金属镉能引起小麦基因的损伤 ,并随镉浓度的增加伤害程度加大     

扎龙湿地沉积物垂向剖面中多环芳烃分布特征

对扎龙湿地核心区沉积物分层取样,以正己烷/二氯甲烷为提取剂,用超声波方法提取沉积物中16种优控PAHs,采用GC/MS法定量分析w(PAHs). 结果表明,扎龙湿地剖面沉积物中2环和3环PAHs占PAHs总量的86%以上,4环以上的PAHs所占比例较小. 在各层沉积物中含量较高的萘、菲、芴及PAHs总量随深度的增加而减小,沉积物表层0～10 cm内的w(PAHs)最高,达396.61 ng/g. 表层沉积物中含量较高的PAHs为萘>菲>芴>荧蒽>芘>二氢苊>苊烯>. w(PAHs)与沉积物中w(TOC)呈正相关关系,相关系数为0.9347. 从扎龙湿地的低环PAHs污染特征以及同周边地区大气颗粒物中的PAHs对照分析表明,扎龙湿地沉积物中的PAHs主要来源于石油类污染.      

土壤中芘、菲、萘、苯对小麦的生态毒性影响

采用生物培养和物理化学试验,研究了芘、菲、萘、苯对土壤中小麦的生态毒性.结果表明,芘对小麦根毒害的敏感区间浓度为0～300mg/kg;土壤中芘的50%小麦根伸长抑制率浓度为500mg/kg.PAHs的生态毒性与其溶解度和结构有关,且随着溶解度的增大和苯环数目的减少而增加.PAHs会降低土壤的土水势,土水势降低的程度随着PAHs溶解度的增大而增大.     

河北邯郸钢铁冶炼区周边麦田土和小麦籽粒的多环芳烃含量及其组分谱特征

在大型邯郸钢铁公司周边不同样区的麦田成对采集表层土壤和成熟的小麦籽粒样品,检测US EPA优控的16种母体多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的浓度和组分谱,确定当地麦田表土PAHs的空间分布特征、与总有机碳TOC分数的相关性.由此,初步开展PAHs源解析,并简单探讨小麦籽粒PAHs与表土PAHs的关联性.结果表明,麦田表土总PAHs平均中位数含量为398.9 ng·g-1(范围123.4~1 626.4 ng·g-1),根据丹麦的土壤质量标准,所有表土样品中PAHs总含量超过限值占18%,而苯并[a]芘含量超过限值的样品占总数的10%.表土PAHs组分谱以中、高环组分为主体.利用同分异构体特征比值进行初步源解析,显示煤与生物质燃烧和交通燃油(尾气)是当地PAHs主要混合排放源.各样区麦田表土TOC分数与PAHs总含量、与不同环数组分含量都呈现类似的显著正相关.邯郸钢铁公司周边麦田小麦籽粒的总PAHs平均中位数含量为27.0 ng·g-1(范围19.0~34.0 ng·g-1),PAHs含量较低且未超过欧盟与国内的相关食品卫生标准.小麦籽粒中优势低环组分占总体的84%,其组分谱分布与麦田表土有所不同,显示小麦籽粒的PAHs除去根部吸收、传输外,还存在大气干湿沉降通过叶表(气孔)进入小麦体内等其它输入途径.     

危险废物焚烧厂环境污染控制与风险管理水平评价指标体系研究与应用

采用德尔菲法、层次分析法和五分制综合评分法,构建了危险废物焚烧厂环境污染控制与风险管理水平评价指标体系。从选址、技术和管理的角度,制定了31个评价指标,并归纳为8个准则层指标群,通过计算权重和对评价指标的赋分,实现对危险废物焚烧厂环境污染控制与风险管理水平的量化评价。应用结果表明:华南某市两家危险废物焚烧厂的环境污染控制与风险管理水平分值分别为3.34和4.38,分别处于良好和先进的水平。     

水溶性有机物对植物吸收菲的影响及其机制研究

水培小麦试验研究了水溶性有机物(DOM)对植物吸收多环芳烃(菲)的影响,并对其机制进行了初步探讨.结果表明:菲抑制了植物的生长,抑制率达到18.01%,DOM可加剧菲对植物生长的抑制作用,使生长抑制率升至24.38%;植物可吸收和富集水培液中的菲,而DOM能明显地促进植物对菲的吸收和富集作用,使得其根部浓缩系数高达37.63 L·kg^-1,同时DOM还能促进根部吸收的菲向地上部转运;植物在吸收菲的同时,使得营养介质的pH显著升高,DOM与菲存在显著的协同交互作用,可使介质pH值的升高     

水稻根系中多环芳烃的动态变化

水稻根系的多环芳烃浓度随着水稻的生长不断变化,呈现出初期逐渐升高,到成熟期趋于稳定的一般趋势.幼穗期、乳熟期、蜡熟期、完熟期和枯熟期水稻根系的多环芳烃总含量(PAH15)平均分别为464、969、592、1075 ng·g-1和1059ng·g-1,并主要由3环化合物组成.根系的脂含量、比表面和生物量等指标对根系多环芳烃的变化起到了一定影响.其中,脂含量和比表面的影响比生物量的影响更为显著.随着水稻的成熟,水稻土多环芳烃含量逐渐降低,而5、6环化合物的比例逐渐增加.水稻根系和水稻土中的多环芳烃含量之间存在明显的负相关关系.     

城镇餐饮泔水离心脱水试验研究

简要介绍了城市餐饮泔水的来源、基本特征及目前主要处理技术方法,提出了餐饮泔水无害资源化新工艺。对提出的工艺中泔水离心脱水工序进行了试验研究,并得出最佳离心参数:时间5min、转速3200rmin。     

DGT和传统化学法比较研究复合污染土壤中Cd的生物有效性

以小麦和玉米2种陆生植物为金属吸收材料,利用盆栽试验比较研究了新型DGT(diffusive gradients in thin films,薄膜扩散梯度技术)法与5种传统化学法评价土壤中Zn复合存在下Cd的生物有效性. 结果显示:①土壤中w(Cd)为4 mg/kg时明显抑制了2种植物的生长,与对照组相比,小麦的地上部和根系生物量分别降低了26.2%和23.4%,玉米的分别降低了23.5%和30.9%. ②Zn的添加能够减轻Cd对植物的毒害,并促进植物生长;Cd污染土壤中Zn的复合存在会抑制2种植物对Cd的吸收,并随w(Zn)的增加其抑制作用更加明显;DGT法、土壤溶液法测定的土壤溶液中ρ(Cd)和4种化学提取法(HAc、EDTA、CaCl₂和NaAc)测定的土壤中w(有效态Cd)均随w(Zn)的增加而明显降低. ③Pearson相关分析显示,2种植物体内w(Cd)与6种方法表征的土壤中w(有效态Cd)均呈显著正相关(R>0.900,P<0.01),但植物体内w(Cd)与DGT和土壤溶液法测定的土壤溶液中ρ(Cd)的R(>0.940)大于其他4种化学提取法. 可见,对于评价Cd-Zn复合污染土壤中Cd的生物有效性而言,DGT与土壤溶液法均优于传统的化学提取法.