植物促生菌在重金属生物修复中的作用机制及应用

重金属污染是导致生态和环境退化的主要因素之一.土壤重金属污染会降低土壤质量、农作物产量和品质,甚至威胁人类健康.因此,优化土壤重金属污染治理措施,对于农业高产优质可持续具有重要意义.诸多国内外学者在重金属污染植物修复方面开展了大量研究,但由于受土壤和气候环境条件的影响,其修复效率受到制约.微生物与植物的协同修复被认为是环境胁迫条件下提高重金属污染修复效率的一种有效手段.耐重金属的植物促生细菌（PGPB）不仅可以促进植物生长,提高对生物胁迫（如病原菌）和非生物胁迫（如干旱、高盐、极端温度和重金属等）的抗性,还可以改变土壤中重金属的生物利用度和毒性,从而提高植物对重金属的修复效率.系统地梳理了耐重金属的PGPB在促进植物生长,增强植物抗逆性和影响重金属生物利用度方面的作用机制,并进一步综述了近年来国内外关于PGPB在生态修复中的应用和研究进展.     

基于生物有效性的重金属单一及联合毒性研究进展

水环境中的重金属受到水化学性质的影响产生形态变化,导致其对水生生物的生物有效性和毒性的改变。生物配体模型(BLM)考虑了水化学性质对金属的水生生物毒性的影响,可用来预测重金属对水生生物的毒性效应。毒性是金属与生物配体的平衡常数和生物膜上被金属络合的配体位点数量的函数。毒性效应被定义为金属在生物配体上的富集达到或超过一个临界阈值浓度。重点论述了水化学性质对重金属生物有效性的影响、重金属联合毒性评价的研究现状,并对存在的问题进行探讨。     

重金属对水生生物的毒性效应机制研究进展

随着我国经济的快速增长和人民生活水平的日益提高,由此产生的环境污染问题也日益突出,其中水体重金属污染由于其具有危害大、分布广、持续长等特点而备受社会各界的广泛关注。重金属污染物通过干、湿沉降等各种途径随着生活污水和工业废水等进入水体,不仅对水生生物造成极大影响,还严重威胁人类的身体健康。综述了水体重金属的污染现状,以及水体重金属对水生生物的生态毒性效应及其机制,并展望了重金属对水生生物生态毒性效应的未来研究重点和方向,为重金属对水生生物的生态毒性效应进一步研究和水体重金属污染的环境治理提供参考,同时可为重金属的水质基准和风险评估研究提供重要理论依据。     

土壤重金属污染治理技术研究

土壤重金属污染指的是土壤中重金属含量超标,导致土壤受到一定程度的破坏。重金属元素具有较强的生物毒性和生态毒性,重金属污染不仅会对植物、微生物等产生影响,还会对动物以及人类的健康造成威胁。因此,土壤重金属污染防治技术是我国土壤管理与污染控制的重要研究方向。本文主要对重金属污染土壤修复治理现状进行分析,并提出相应的解决对策。     

氧化石墨烯的水环境行为及其生物毒性

氧化石墨烯是一类石墨烯衍生物,性质独特,应用广泛,生产量急剧增加,其环境风险日益引起关注.氧化石墨烯具有高亲水性和表面活性,在水中易分散,易随水流发生迁移转化,可能对水环境和水生生物造成不利影响.因此,明确氧化石墨烯的水环境行为及其生态效应,对于正确理解和评估其环境风险,合理规划其使用和回收具有重要意义.目前,该领域的研究涵盖了氧化石墨烯在水环境中的分散/团聚、吸附、还原、降解、沉积等行为,及对微生物、浮游动物、藻类和鱼类等水生生物的毒性表现.本文综述了相关研究成果,分析了当前研究面临的挑战并展望其研究前景.     

镍的环境生物地球化学与毒性效应研究进展

目前镍的毒性评价大多基于单一指标和室内控制实验研究,如何综合考虑镍在水环境中的形态及天然复合水化学条件的影响,进而准确预测水体中镍的生物毒性是水质基准及生态风险评估领域的难题.本研究结合国内外最新研究进展,对镍的来源、形态、生物有效性、毒性机理、水质基准和标准及污水处理工艺等进行归纳总结.重点围绕镍的环境行为和毒性效应展开,剖析了水化学因子对镍生物有效性的影响,概述了镍对不同营养级水生生物的毒性表现,总结出镍对淡水水生生物的六大毒性作用机理,展望镍的生物有效性对毒性效应的影响趋势,对我国镍的淡水水生生物水质基准的制定具有重要意义.     

太湖西岸河网沉积物中重金属污染特征及风险评价

为研究太湖西岸河网沉积物中重金属污染特征及风险,调查了丰-平-枯3个水期19个点位8种重金属的含量,结果表明,沉积物中重金属浓度顺序为ZnCrCuPbNiAsCdHg,其中Cd、Cu、Zn、Pb、Ni明显高于其环境背景值,除As外,其余7种重金属平水期含量高于丰水和枯水期.地累积指数(I_(geo))和潜在生态指数(RI)评价表明,研究区沉积物中Cd属于中等污染程度和中等生态风险,Cd对RI贡献率为35%,重金属生物毒性不利影响评价值(mP EC-Q)范围为0.12~0.76,平均值0.30,表明研究区发生生物毒性不利影响的可能性为15%~29%,工业与生活混合区点位S2从污染程度、生态风险、生物毒性不利影响和主成分评价的污染及风险均最大,表现出多种重金属的协同污染,这与其周围污染排放特征一致,为该区域河流沉积物中重金属污染控制提供依据.     

新疆地表水体重金属生态风险评估

系统分析新疆主要地表水体中重金属暴露特征,并基于可利用的毒性数据,采用安全阈值法（MOS₁₀）评价了水体中6种典型重金属对水生生物的生态风险.结果表明：新疆地表水重金属暴露浓度平均顺序为Ni > Zn > Cu > Cr > Cd >Pb,均值都未超过世界卫生组织（WHO）饮用水健康标准.重金属生态风险评价结果表明,短期暴露下,6种重金属的MOS₁₀均大于1,Cr、Cd、Cu、Pb、Ni和Zn暴露浓度超过影响10%的水生生物的概率分别为9.95%、9.40%、9.40%、1.72%、6.08%和0,说明6种重金属对水生生物的短期生态风险较小;长期暴露下,Zn的MOS₁₀大于1,Cr、Cd、Cu、Pb和Ni的MOS₁₀均小于1,Cr、Cd、Cu、Pb、Ni和Zn暴露浓度超过影响10%的水生生物的概率分别为15.40%、12.01%、24.80%、15.70%、98.25%和0,说明Zn的生态风险较低,Cr、Cd、Cu、Pb和Ni对水生生物具有长期潜在的生态风险,且6种重金属对水生生物的生态风险大小依次为Ni > Cu > Pb > Cr > Cd > Zn.     

中国生态毒理学研究现状

从陆生生态毒理与水生生态毒理两方面综述了我国生态毒理学在近年取得的研究成果。陆生生态毒理包括大气污染物、重金属和有毒有机物对植物影响的生态毒理效应研究及陆生动物生态毒理学研究;水生生态毒理包括化学物质对浮游类生物和鱼虾类生物的生态毒理效应研究及逆境物理因素对水生生物影响的毒理研究。      

生长调节物质在重金属污染植物中的应用研究进展

植物生长调节物质参与多种植物响应生物和非生物胁迫的调控。外源植物生长调节物质的应用有助于缓解植物重金属毒性,增强植物的重金属抗性,提高植物对重金属的提取能力。该文简述了重金属对植物的毒性,综述了植物生长调节物质对重金属毒害植物的毒性缓解及抗性增强的作用以及植物生长调剂物质在植物提取重金属过程中的作用及应用研究进展。提出了生长调节物质在农业生产以及重金属植物修复中的应用潜力及今后的研究和发展方向,旨在为中国重金属污染地区农业生产及植物修复的发展提供参考。     

南方丘陵区河流表层沉积物重金属污染评价

采样分析南方丘陵山区瓯江、钱塘江、闽江、九龙江沉积物中重金属含量,并对其来源及生态风险进行研究.结果显示,沉积物中Mn、Zn、As、Cd、Pb、V在九龙江有较高浓度,Ni、Cu在钱塘江浓度最高,Cr、Sb在瓯江浓度最高,而Al、Co和V的最高浓度分布在闽江.但重金属含量空间差异不显著.SQGs、Igeo和EF评价显示,Cd在研究区沉积物中污染最为严重,呈中度至重度污染,其次是Mn、Zn、Pb,其在研究区部分地区存在轻度污染,其他重金属处于无污染状态.RI评价显示,研究区河流沉积物存在极高重金属潜在生态风险,尤其是Cd.相关分析和PCA分析显示,Zn、As、Cd、Pb来自于自然过程、矿业开采及农业生产过程,Cr、Ni、Sb来自于工业生产过程产生废水,Al、Co和V来自于自然过程,而Cu则来源于混合源.pH值、TP、TN和LOI是影响水体中重金属含量的重要因子.本研究为河流生态系统的健康和保护提供重要依据.     

镉的淡水水生生物水质基准研究

镉是一种有毒重金属,具有高毒性、难降解和易残留等特点,会对水生生物及水生态系统产生有害影响.为有效控制镉给水生生物带来的不利影响,亟需开展镉的水生生物基准研究,为水质标准的制订提供依据. 以我国淡水生态系统及其生物区系为保护对象,结合大量国内外文献报道的镉对我国淡水生物区系中代表物种的毒理学数据,运用评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法等当前国际上广泛使用的基准推导方法,研究我国淡水中镉的基准值及其推导过程. 结果表明:评价因子法得出的基准值为单值,其值为0.15 μg/L;毒性百分数排序法得出的基准值包括基准最大浓度和基准连续浓度,二者分别为7.30和0.12 μg/L;物种敏感度分布法得出的基准值分为短期危险浓度和长期危险浓度,二者分别为32.50和0.46 μg/L. 比较了3种方法的优缺点,以及与国内外已有研究基准值之间的差异及形成原因,分析了影响镉的水生生物基准的关键因素.      

淡水沉积物中重金属生物有效性的研究进展

淡水重金属污染已成为全球关注的热点环境问题之一。沉积物作为重金属的重要储库与污染内源,可对水环境质量及水生态系统产生严重危害。生物有效性是评价重金属生物可利用性及其毒性效应的关键指标,研究淡水沉积物中重金属的生物有效性与调控机制,有助于阐明重金属的污染机理及其生态环境效应,可为重金属的污染防治提供科技支撑。本文回溯了沉积物重金属生物有效性的定义内涵、发展历史,重点介绍了重金属生物有效性评价的主要方法、适用性及其优缺点,归纳了影响重金属生物有效性的主要因素与内在机制,概述了目前国内外典型河流、湖泊和水库等淡水水体沉积物中相关研究的最新进展。本文进一步指出,在今后研究中亟需整合现有分析方法,形成统一的沉积物重金属生物有效性评价指标与方法体系,并开展权威实验室比对研究。同时,应考虑不同淡水生态系统的区域差异性,采用生物监测方法与原位被动采样技术相结合,将生物配位体模型纳入重金属的生态毒理效应研究中。最终,依据不同淡水环境的特性,尽快建立相应的沉积物重金属质量基准,加强重金属环境污染的科学管理。     

Bioaccumulation and depuration of chromium in the selected organs and whole body tissues of freshwater fish Cirrhinus mrigala individually and in binary solutions with nickel

Contamination of aquatic ecosystems with heavy metals has been receiving increased worldwide attention due to their harmful e ects on human health and other organisms in the environment. Most of the studies dealing with toxic e ects of metals deal with single metal species, while the aquatic organisms are typically exposed to mixtures of metals. Hence, in order to provide data supporting the usefulness of freshwater fish as indicators of heavy metal pollution, it has been proposed in the present study to investigate the bioaccumulation and depuration of chromium in the selected organs of freshwater fingerlings Cirrhinus mrigala, individually and in binary solutions with nickel. The results show that the kidney is a target organ for chromium accumulation, which implies that it is also the “critical” organ for toxic symptoms. The results further show that accumulation of nickel in all the tissues of C. mrigala is higher than that of chromium. In addition, the metal accumulations of the binary mixtures of chromium and nickel are substantially higher than those of the individual metals, indicating synergistic interactions between the two metals. Theoretically the simplest explanation for an additive joint action of toxicants in a mixture is that they act in a qualitatively similar way. The observed data suggest that C. mrigala could be suitable monitoring organisms to study the bioavailability of water-bound metals in freshwater habitats.     

太湖和辽河沉积物重金属质量基准及生态风险评估

以太湖、辽河的表层沉积物为研究对象,运用相平衡分配法（EqP）初步探讨了两流域沉积物中4种重金属（Cd,Cu,Pb,Zn）的沉积物质量基准（C_SQC）推荐值,并对两流域沉积物中的重金属进行了生态风险评估. 根据美国国家环境保护局（US EPA）基于水生生物对重金属的最终慢性毒理水平的淡水水质基准,制定了太湖及辽河4种重金属（Cd,Cu,Pb和Zn）的沉积物质量基准推荐值分别为6.42,55.3,20.6和201.5 mg/kg及5.42,52.8,18.9和177.7 mg/kg. 通过与不同国家及地区制定的C_SQC值进行比较,推算出4种重金属的C_SQC值大都接近所有数据的中间值. 从沉积物固相和间隙水相2个不同的角度对沉积物中重金属进行的生态风险评估表明,两流域的大部分区域同步可提取重金属（SEM）与酸可挥发性硫化物（AVS）含量的差值大于0,而_i［C_Ti］/［C_SQC,i］值与_i［C_IW,i］/［CCC_i］值均大于1,说明在整体上两流域沉积物中的重金属存一定的生态风险. 由于未考虑各金属元素之间的拮抗或协同等作用以及底栖生物敏感性的问题,所使用的生态风险方法在评价生态风险方面可能会相对有所偏差.      

水生植物对淡水生态系统温室气体排放的影响研究进展

淡水生态系统温室气体(CO_2、CH_4、N_2O)排放是全球气候变化背景下的研究热点。水生植物作为淡水生态系统重要的组成部分,对水体生源要素的生物地球化学循环过程具有重要影响,进而影响水体温室气体产生与排放。本研究基于目前水生植物与水体温室气体排放关系的研究,探讨了水生植物对淡水生态系统温室气体排放动力学过程的影响,提出水生植物分布区可能是温室气体排放热点;水生植物种类、生活型的多样性增加了水体温室气体排放的变异性和不确定性,对监测和估算方法的准确性产生一定影响;进一步总结了水生植物对淡水生态系统温室气体排放的影响机制:1)机械作用,包括气体传输通道作用和浮叶植物的滞留作用; 2)水生植物光合/呼吸作用参与水体碳循环,同时水生植物凋落物分解为水体代谢提供新鲜碳、氮源,提高温室气体产生速率; 3)改变根际厌氧环境,影响根际CH_4和N_2O产生与排放; 4)水生植物群落改变水体生态因子分配格局,影响水体异养代谢等。基于当前研究现状,本文提出要进一步开展不同尺度或不同生境条件下水生植物种类、生活型和生长代谢等对水体温室气体排放动力学的影响研究,并从水生植物群落尺度构建温室气体排放动力学模型,优化监测方法与估算模型,为推进我国淡水生态系统温室气体排放研究提供理论基础。     

Bioindikatoren für erhöhte Metallgehalte in Fließgewässern

Lawful arguments of food research require an information of the concentrations of heavy metals in fishes. Whereas for the control of emissions and of river pollution the analysis on heavy metals in excellent indicator organisms — as specific submerged water plants or fish food (zoobenthic) organisms — is generally more sensitive and therefore more suitable. With analytical results there is no successive accumulation of metals in the aquatic food chain — that means no biomagnification — determinable. By the analysis of some bioindicators the degree of the environmental load due to heavy metals can be estimated. With this ecological method we are able to detect the emissions' locality and their producers.     

淡水环境中微塑料与重金属的“木马效应”研究进展

微塑料(尺寸<5 mm的塑料)作为全球备受关注的新兴污染物,广泛存在于淡水环境中.微塑料易迁移,难降解,且比表面积大,对重金属等多种污染物有富集作用,大大增加了其对环境和生态的潜在危害.因此,本文首先定义微塑料在淡水环境中携带重金属并共同迁移的特殊环境行为为“木马效应”.随后,从淡水环境中微塑料的来源与分布、微塑料对重金属的富集作用、微塑料与重金属木马效应对其共同迁移行为的影响以及微塑料和重金属木马效应的生物影响这4个方面对淡水环境中微塑料与重金属的木马效应及其作用机制进行了总结和阐述.结果表明,作为面源广的污染物,微塑料广泛存在于淡水环境中;淡水环境中微塑料对重金属存在吸附行为,不同环境下对单一重金属吸附程度不同,主要受微塑料、金属和环境等因素共同影响,在多种重金属离子存在时会有竞争吸附;微塑料与重金属的木马效应会影响其共迁移行为;淡水环境中微塑料与重金属的木马效应,往往加剧了其对水生生物的毒性.通过全面了解淡水环境中微塑料与重金属的木马效应及其作用机制,可有效降低微塑料与重金属在淡水环境中的生态风险和对人类健康的影响提供借鉴.     

The biotic ligand model: a model of the acute toxicity of metals to aquatic life

The United States Environmental Protection Agency (USEPA) has established nationally applicable water quality criteria (WQC) for metals that are designed to be protective of aquatic life. However, in some instances these criteria may be over-protective as a result of natural, site-specific differences in water quality characteristics. These differences affect metal speciation and bioavailability, fundamental considerations in assessing toxicity. Laboratory studies completed during recent years have advanced the current understanding of metal chemistry in aquatic systems, including the formation of organic and inorganic metal complexes and sorption to particulate organic matter. Parallel investigations have led to an improved understanding of the physiological basis of why metals are toxic to aquatic organisms. These studies have, in combination, led to an improved understanding of how site-specific water chemistry affects bioavailability, and how metals exert toxicity at the organism site of action, at the biotic ligand in the context of the model to be described. The biotic ligand model provides a quantitative framework for assessing metal toxicity over a range of hardness, pH and dissolved organic carbon (DOC) levels. The chemical equilibrium sub-model incorporates metal-biotic ligand interactions to compute metal accumulation at the site of action (e.g., the gill of a fish) as a function of water quality. The toxicity sub-model uses this computed accumulation level as the basis for successfully predicting observed variations in toxicity associated with changes in water quality. The results highlight the potential utility of this approach to provide an alternative means of developing site-specific permit limits and WQC. The ability of the model framework to quantitatively assess the effects of hardness, pH and DOC on toxicity, in comparison to current WQC for metals that typically vary with hardness alone, is a significant advance in understanding how site-specific conditions affect the toxicity of metals.