铜、锌对小麦的联合毒性及其预测模型研究

利用溶液培养实验,研究了不同Ca浓度和Cu/Zn配比下,Cu、Zn对小麦的联合毒性;基于毒性单位模型(TU)和生物配体模型(BLM),建立了Cu-Zn对小麦的联合毒性预测模型TUfmix-BLM.结果表明,随着溶液中Ca浓度增加,单一Cu和Zn的毒性均明显减弱.不同Ca浓度、不同Cu/Zn浓度配比下(1∶50、1∶200、1∶800),Cu-Zn联合毒性均表现为加和作用.基于Cu、Zn单一毒性的BLM络合常数,结合TU模型,预测了CuZn对小麦的联合毒性.与单独利用TU模型相比,TUfmix-BLM预测的RMSE从13.06减小到10.01,R2从0.89增加到0.94,表明TUfmix-BLM模型可以很好地预测Cu-Zn的联合毒性.     

基于析因设计的多种重金属对发光菌联合毒性研究

文章采用析因设计的方法,研究沉积物水浸提液掺杂的多种重金属Cu、Cd、Zn、Pb和Ni对发光菌的联合毒性。通过对试验结果进行方差分析和多元线性回归,建立了重金属浓度和发光菌发光抑制率的关系模型:T=97.983Cu+41.111Cd-27.297Zn+129.869Pb+16.715Ni-5 803.639Cu*Cd+2 270.182Cd*Zn-6 411.870Cd*Pb-675.052Cd*Ni-3 108.544Pb*Ni+15 9552.434Cd*Pb*Ni+274 718.434Zn*Pb*Ni。模型分析结果表明:Zn对联合毒性产生负的影响,Cu、Cd、Pb、Ni对联合毒性具有正的贡献;Cd*Zn二元交互作用和Cd*Pb*Ni、Zn*Pb*Ni三元交互作用表现为协同作用,Cu*Cd、Cd*Pb、Cd*Ni、Pb*Ni二元交互作用表现为拮抗作用,而重金属四元和五元交互作用对联合毒性的贡献不显著。上述重金属联合毒性的作用可为沉积物中重金属复合污染控制提供参考。     

Cd-Zn对草鱼(Ctenopharyngodon idellus)的联合毒性及对肝脏超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

以草鱼(Ctenopharyngodon idellus)为实验材料,研究并比较了重金属镉(Cd)与锌(Zn)对草鱼的单一与联合毒性.在此基础上,根据水生毒理联合效应指数相加法原理,利用生物测定计数型机值分析得到毒性单位浓度LC50值进行判断.结果表明,Cd对草鱼的毒性大于Zn.Cd、Zn对草鱼96h的半致死浓度分别为26.87和33.14mg·L-1;Cd与Zn对草鱼的联合毒性在48h为拮抗作用,在96h表现为协同作用.以草鱼肝脏组织超氧化物歧化酶(SOD)活性影响为指标,Cd与Zn的联合作用与Cd、Zn的暴露剂量和暴露时间都有密切关系:草鱼肝脏SOD活性应激反应对低浓度Zn(0.4TU)暴露较敏感,对高浓度Cd(0.8TU)的暴露较敏感,SOD活性能迅速产生应激性升高;48h时Cd与Zn的联合毒性显示为拮抗作用,96h时Cd与Zn的联合毒性显示为协同作用.     

铜、锌和三唑磷对泽蛙蝌蚪的毒性研究

以泽蛙蝌蚪为实验材料,采用联合指数相加法,研究了Cu,Zn和三唑磷对泽蛙蝌蚪的急性毒性及联合毒性效应.结果表明:Cu,Zn和三唑磷对泽蛙蝌蚪的急性毒性顺序为Cu>三唑磷>Zn.Cu对泽蛙蝌蚪24,48和96 h的半致死浓度分别为0.98,0.70和0.43 mg/L;Zn对泽蛙蝌蚪24,48和96 h的半致死浓度分别为60.0,51.0和46.5 mg/L;三唑磷对泽蛙蝌蚪24,48和96 h的半致死浓度分别为5.63,5.47和5.30 mg/L.联合毒性实验结果表明:Cu与Zn的联合毒性为协同作用;Cu与三唑磷的联合毒性为拮抗作用;Zn与三唑磷,Cu与Zn及三唑磷同时共存时的联合毒性,24 h时为拮抗作用,48和96 h时为协同作用.      

Cu~(2+),Al~(3+)和Zn~(2+)对泥鳅的急性毒性和联合毒性研究

采用静水法,研究了Cu2+、Zn2+、Al3+对泥鳅(Misgurnua anguillicaudatus)的急性毒性;根据各种金属48和72 h LC50值,采用联合指数相加法,研究了这3种离子对泥鳅的联合毒性。结果表明,泥鳅暴露在金属离子溶液中24 h后,Zn2+和Al3+对泥鳅的LC50分别是1.497和3.276 mg/L;48、72和96 h后,Cu2+、Zn2+和Al3+对泥鳅的LC50分别为1.054、0.667和0.563 mg/L,1.425、1.387和1.350 mg/L,3.010、2.938和2.856 mg/L。Cu2+、Al3+、Zn2+对泥鳅的安全浓度分别是0.056、0.135和0.286 mg/L。3种金属离子对泥鳅毒性从高到低排序依次为Cu2+Al3+Zn2+。不同金属离子组合间,联合毒性效应有明显差异,泥鳅暴露于Cu2+-Al3+共存48和72 h的联合毒性皆为协同作用;而Al3+-Zn2+共存48和72 h的联合毒性皆为拮抗作用;Cu2+-Zn2+共存时,毒性作用较为复杂,48和72h时分别表现为拮抗和协同作用。     

微塑料与Cd交互作用对小麦种子发芽的生态毒性研究

为探究微塑料、重金属以及二者的交互作用对农作物种子生长特性的影响,选取小麦(Triticum aestivum L)为实验对象,开展土壤中微塑料聚乙烯(mPE)和聚丙烯(mPP)(0,10,50,100,200,500,1000,5000和10000mg/kg)与重金属镉(Cd)(0,1和5mg/kg)单一及复合污染对种子萌发的影响研究.结果表明,在本实验所设定的条件下,单一Cd污染对小麦种子萌发特性的影响表现为“低促高抑”规律,小麦种子的根长与芽长随着Cd浓度提升均呈抑制趋势.在单一微塑料污染条件下,mPE对小麦种子的发芽率基本表现为“低抑中促高抑”的规律,mPP对小麦种子发芽率的影响为“低促高抑”.微塑料和Cd复合污染的实验结果表明,与单一微塑料污染对照组相比,微塑料和Cd复合污染会促进小麦根与芽的生长,相比于mPE,复合污染下的mPP对于小麦根长与芽长的促进程度更大,且浓度范围较广(0~1000mg/kg).在Cd浓度为1mg/kg(Cd1)时mPE复合污染的小麦根长、芽长大于Cd浓度为5mg/kg(Cd5)情况下mPE复合污染的长度.在Cd1条件下mPP复合污染的小麦根长、芽长小于Cd5情况下mPP复合污染的长度,微塑料与Cd的复合污染对于芽的影响大于对根的影响.微塑料-Cd复合效应对小麦种子发芽、根长和芽长的影响总体上表现为促进作用,在一定程度上缓解了单一污染物的毒害作用.     

Hg2+，Ni2+和Cu2+对嗜热四膜虫的急性及联合毒性效应

采用混合毒性指数法,研究了重金属离子Hg2 ,Ni2 和Cu2 对嗜热四膜虫(Tetrahymena thermophila)BF5的急性及联合毒性效应.急性毒性效应研究表明:Hg2 ,Ni2 和Cu2 对嗜热四膜虫的毒性大小为Hg2 >Ni2 >Cu2 ,且3种重金属离子的,IC50值随时间的延长而变小.联合毒性效应研究表明:Hg2 与Cu2 ,Hg2 与Ni2 ,以及Hg2 ,Ni2 和Cu2 三者共存.在毒性比为1:1时,表现为先相加后协同作用;Hg2 与Cu2 在浓度比为1:1时,表现为先拮抗后相加作用;Hg2 与Ni2 在浓度比为1:1时,表现为先拮抗后独立作用;Ni2 与Cu2 在毒性比为1:1时,表现为协同作用.在浓度比为1:I时表现为相加作用;Hg2 ,Ni2 和Cu2 三者共存,在浓度比为1:1时,表现为拮抗作用.     

红壤中Cu、Zn、Pb 污染对蔬菜根伸长的抑制效应

采用盆栽试验,研究红壤中不同浓度Cu(0~400 mg/kg),Zn(0~750 mg/kg)和Pb(0~2000 mg/kg)对小白菜,包菜,萝卜,洋葱,番茄和黄瓜根生长的抑制与毒性效应.结果表明,蔬菜对金属的毒性响敏感程度依次是Cu>Zn>Pb.相同浓度下,Cu、Zn、Pb 对番茄和小白菜的根伸长抑制率最大,对黄瓜和萝卜的根伸长抑制率最小,表明番茄和小白菜对Cu、Zn、Pb 的毒性响应最敏感,黄瓜和萝卜则不敏感.蔬菜根长与土壤Cu有效态含量呈显著或极显著负相关(P<0.05, P<0.01),与土壤Zn 有效态含量或土壤Pb 有效态含量呈极显著负相关(P<0.01),表明土壤中重金属有效态含量是影响蔬菜根伸长的重要因素,重金属对蔬菜生长的抑制响应主要是通过有效态来实现.     

Cu、Zn和表面活性剂LAS、AE对彭泽鲫的复合污染毒性效应

在LAS和AE单一毒物对彭泽鲫的毒性实验的基础上,研究了Cu-LAS、Zn-LAS、Cu-AE、Zn-AE四种组合的复合污染对彭泽鲫的毒性效应。结果表明,LAS的毒性大于AE的毒性;Cu、Zn均能增强表面活性剂的毒性作用,促进作用为Cu〉Zn;Cu对表面活性剂的促进作用表现出一定的规律性,随浓度的升高表面活性剂的毒性增强;但Zn对表面活性剂的毒性影响的规律性仍不明确。     

纳米伊/蒙黏土对水体中重金属的吸附去除效果

为明确纳米伊/蒙黏土(下称伊/蒙黏土)作为修复材料在去除水体重金属方面的应用潜力,研究了伊/蒙黏土对水体中Ni2+、Cu2+和Cd2+的去除效果与吸附规律,并通过小麦水培试验分析伊/蒙黏土降低水体重金属在小麦地上部分的累积和缓解重金属对小麦的毒害效应等效果. 结果表明:伊/蒙黏土可以吸附去除水体中的Ni2+、Cu2+和Cd2+,当水体中ρ(Ni2+)、ρ(Cu2+)和ρ(Cd2+)分别为5、10、2 mg/L时,添加2%(以w计)的伊/蒙黏土对3种重金属的去除率均达到95%以上. 伊/蒙黏土对重金属的吸附等温线符合Langmuir方程,对Ni2+、Cu2+和Cd2+的理论最大吸附量分别为2.13、8.52和1.56 mg/g. 在培养液中添加2%伊/蒙黏土可降低小麦对Ni2+、Cu2+和Cd2+的累积富集,缓解重金属对小麦生长的毒害效应. 研究显示,纳米伊/蒙黏土可有效去除水体中的Ni2+、Cu2+和Cd2+,并缓解其对小麦的毒性,因此其在修复水体重金属污染、恢复水环境生态功能方面具有潜在的应用前景.      

Development and validation of abiotic ligand model for nickel toxicity to wheat (Triticum aestivum)

A terrestrial biotic ligand model (t-BLM) was developed to predict nickel toxicity to wheat (Triticum aestivum) root elongation in hydroponic solutions. The competitive effects of five major cations (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ and H⁺) on Ni toxicity were investigated and Mg²⁺ was found to be a strong competitor, while H²⁺ showed less competing effect. Besides free Ni²⁺, the toxicity induced by the species NiHCO₃⁺ was non-neglect able at pH > 7 because NiHCO₃⁺ occupied a significant fraction of total Ni under such condition. Thus, a t-BLM including Ni²⁺, NiHCO₃⁺, Mg²⁺, and H⁺ could successfully predict the nickel toxicity to wheat root elongation and it performed better prediction than the conventional free ion activity model. In addition, the model was examined with two sets of independent experiments, which contained multiple cations and low-molecular-weight organic acids to mimic the rhizo-sphere condition. The developed t-BLM well predicted nickel toxicity in both experiments since it can account in both complexation and competition effects, suggesting its potential to be used in a complicated matrix like soil solution. This study provides direct evidence that the t-BLM is a reliable method for the risk assessment of nickel in terrestrial system.     

田间土壤外源铜镍在小麦中的累积及其毒害研究

通过湖南祁阳和山东德州的田间试验,研究不同水平外源Cu、Ni在酸性和碱性土壤中经过老化之后对小麦的毒害及其在小麦植株内的累积状况.结果表明,小麦籽粒和秸秆的生物量随着土壤中Cu、Ni添加剂量增加而减少.酸性土壤(祁阳,pH 5.31)和碱性土壤(德州,pH 8.90)中外源Cu的对小麦的10%抑制效应含量(EC10)分别为55.7 mg.kg-1和499.6mg.kg-1,外源Cu、Ni在祁阳田间土壤中的毒性显著高于德州田间土壤.随着土壤重金属添加量的增加,Cu在祁阳小麦籽粒中的含量随土壤Cu添加量的增加而增加,后趋于稳定,Ni在德州小麦籽粒中的含量随土壤Ni添加量的增加呈线性增加;德州小麦籽粒中Cu、Ni含量范围分别为6.07～9.26 mg.kg-1和0.53～31.78 mg.kg-1,祁阳小麦籽粒含量分别为5.24～10.52mg.kg-1和0.16～25.33 mg.kg-1.在试验的2种土壤中,外源Cu没有造成小麦的籽粒含量超标,因此,相比食品安全,农田土壤Cu污染的生态风险应优先考虑.     

湖南东江湖表层沉积物重金属的空间分布、形态及生态风险

为全面了解东江湖重金属污染状况,于2021年9月对表层沉积物重金属含量和形态进行调查研究,对其污染程度和潜在生态风险进行评价.结果表明,ω（Cd）、ω（Pb）、ω（As）、ω（Cu）、ω（Zn）、ω（Ni）和ω（Cr）分别为：0.40~34.1、14.8~1688、6.99~1155、6.89~280、26.2~1739、6.29~55.4和23.3~44.8 mg ·kg^-1;空间分布极不均匀,Cd、Pb、As、Cu和Zn含量最大值均出现在毗邻瑶岗仙钨矿的站位.有效态金属所占比例较高,弱酸可提取态Cd占总量的46.7%~71.5%;可还原态Pb所占比例为46.8%~67.0%;虽然Cu、Zn、Ni和Cr均以残渣态为主要形态,但有效态占比分别为35%~68%、42%~72%、26%~51%和6%~30%.根据地累积指数I_geo,Cd普遍达到中度到重度污染程度,90%站位的Pb处于轻度及以上污染,30%站位的Zn、As和Cu处于轻度污染.潜在生态风险指数E_rⁱ显示,Cd存在较高及以上级别的潜在生态风险,其中80%调查站位的Cd具有极高的潜在生态风险;此外,毗邻瑶岗仙矿区的S7站位的As和Pb存在极高潜在生态风险,Cu存在中等潜在生态风险.综合潜在风险指数RI显示,所有调查站位均存在较高及以上程度的潜在生态风险,50%的调查站位存在极高的潜在生态风险.因此,东江湖表层沉积物存在严重的Cd、Pb、As、Cu和Zn等的复合重金属污染,生物有效性较高,存在很高的潜在生态风险.     

海南岛半干旱区农用地土壤重金属富集因素、健康风险及来源识别

为了解海南岛半干旱区农业土壤中重金属富集因素和污染状况,在感城镇采集1818件表层土壤样品,测定其重金属含量和化学组成.采用相关分析、地累积指数（I_geo）、综合生态风险指数（RI）、危害指数（HI）、致癌风险指数（CR）和正定矩阵因子分析（PMF）开展重金属风险评价和来源识别.结果显示,重金属ω（As）、ω（Cd）、ω（Cr）、ω（Cu）、ω（Hg）、ω（Ni）、ω（Pb）和ω（Zn）的平均值分别为22.7、0.128、33.4、14.5、0.032、9.32、32.5和43.3 mg ·kg^-1,除Zn外,均高于海南岛土壤背景值.相关分析表明,重金属富集与土壤中Fe、Mn、Al和有机质含量密切相关.I_geo结果表明,研究区农业土壤主要受到As的污染,其次为Cd和Cu;RI结果显示,高风险以上的样品占比为29.4%,其中As是潜在生态风险的主要贡献者;健康风险评估结果显示,As、Cr和Ni对儿童存在致癌风险,需要引起注意.基于PMF模型,确定了研究区重金属的4种主要来源,其中Hg主要来自工业排放;As主要来自农业活动;Ni、Cu、Cr和Zn主要来自与成土母质密切相关的自然来源;Pb和Cd主要来自农业活动和机动车尾气的混合源.研究表明PMF模型与相关分析相结合,能够有效识别土壤重金属来源.     

锰矿区雨水径流中重金属含量及污染水平的空间结构特征

运用地统计学方法对湘潭市锰矿红旗矿区雨水径流中重金属含量及污染水平的空间结构特征进行了分析研究.结果表明,锰矿区雨水径流中Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb含量的最大值与最小值之间差异较大,Ni、Cu、Cd、Pb的变异系数在0.7~1.0之间,表现出中等变异性,Mn和Zn的变异系数大于1.0,表现出强变异性.空间结构分析表明,除Cd外,Mn、Ni、Cu、Zn、Pb的拟合效果均比较理想,6种元素的拟合模型的决定系数R2介于0.540~0.895之间,块金值与基台值的比值C0/(C0+C)均小于0.4,具有较强的空间相关性.空间分布图表明,元素Mn、Ni、Cd、Pb的分布较相似,元素Cu和Zn的分布很相似且以某块区域为中心向四周逐步递减.污染指数及其空间分析表明,矿区内大部分区域的雨水径流中存在中度重金属污染,东部沿线区域的存在着严重的重金属污染,仅少量地方不存在重金属污染,重金属污染从低到高的顺序为Zn、Ni、Cu、Pb、Mn、Cd.从环境风险和人体健康的角度来看,应将Cd元素作为需要优先治理和控制的重金属.     

大清河水系河流表层沉积物重金属污染特征

沉积物中重金属污染是影响河流水生态系统健康的重要因素.本文采集大清河水系河流表层沉积物,分析了沉积物粒径分布、沉积物中有机质及6种重金属的含量,并采用富集系数法和生态危害指数法进行了重金属的来源解析和风险评价.结果表明:大清河水系河流表层沉积物粒径分布以粉砂为主,占51.27%,砂、黏土所占比例较低,分别为38.56%和10.17%;沉积物中有机质平均含量达到3.94%,且平原/滨海段含量较高;6种重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量均值分别为0.68、110.28、73.91、34.74、32.01和227.88 mg·kg-1,均超出背景值.Cd、Cu和Zn的富集系数分别为5.90、2.69和2.15,以人为来源为主;潜在生态危害指数大小顺序为Cd(217.38)Cu(16.05)Pb(7.45)Ni(5.64)Cr(3.23)Zn(2.91),其中Cd呈很强生态危害;重金属综合潜在生态危害表明,大清河水系河流表层沉积物整体处于中度生态危害(RI=253.56).此外,随沉积物中有机质含量增加,Cu和Zn含量增加;随沉积物粒径中值增大,Cd含量增加.     

天津市春季道路降尘PM2.5中重金属污染特征及健康风险评价

为研究天津市春季道路降尘PM_2.5中重金属污染特征及健康风险,于2015年3月22日-5月23日用降尘缸采集天津市主干道、次干道、支路、快速路道路两侧道路降尘样品,利用再悬浮系统将道路降尘中PM_2.5悬浮至滤膜上,并用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定了PM_2.5中7种重金属（Ni、Pb、Cd、As、Mn、Cu和Zn）的质量分数.结果表明:道路降尘PM_2.5中Ni、Pb、Cd、As、Mn、Cu和Zn质量分数平均值分别为37.05、82.50、1.73、25.65、380.18、201.08和736.43 mg/kg;I_geo（地累积指数）显示,Cd属于强污染,Zn和Cu属于中到强污染,Pb属于中度污染,As属于轻度污染,Ni和Mn属于无污染;健康风险评价显示,手-口摄入是道路降尘PM_2.5中重金属进入人体的主要途径,儿童的暴露剂量和非致癌风险均高于成人,总非致癌风险次序为As > Pb > Mn > Cu > Zn > Cd > Ni,其中儿童手-口途径As的暴露风险商（HQ_ing）及非致癌总风险（HI）均为1.23,大于限值（1）,对儿童存在非致癌风险;其他重金属非致癌总风险均低于限值,对人体无非致癌风险;道路降尘PM_2.5中Ni、As和Cd通过呼吸途径对人体均无致癌风险.      

黄河下游开封段引黄灌区小麦中重金属污染特征及健康风险评价

为探究引黄灌区小麦对人体健康的影响,以黄河下游引黄灌区开封段为研究区,对其中水稻乡、柳园口乡、西郊乡和北郊乡的小麦进行采样调查,采用内梅罗综合指数法、健康风险评价模型对研究区小麦重金属污染状况及其对成人和儿童的健康风险进行评价.结果表明,研究区小麦籽粒中Cd、Cr、Pb、Cu、Zn、Ni、Hg平均含量分别为0.034、0.428、0.279、5.363、29.605、0.305和0.003 mg·kg~(-1).除Pb和Zn外,其他重金属均未超出国家食品卫生标准限制值.研究区小麦籽粒中Pb和Zn的污染指数大于1,Cd、Cr、Cu、Ni和Hg的污染指数均小于1,小麦综合污染指数为1.9851,各乡区小麦的综合污染指数介于1.116~1.847之间.非致癌重金属(Pb、Cu、Zn、Hg)对成人和儿童的健康风险指数分别为1.055 8和0.545 0;致癌重金属(Cd、Cr、Ni)对成人和儿童的健康风险指数均值均高于USEPA推荐的最大可接受风险水平1×10-4,可能存在引发癌症的风险.     

丹江口水库沉积物重金属背景值的确定及潜在生态风险评估

为研究丹江口水库表层沉积物中重金属的污染水平及潜在的生态风险,利用参考元素法,对丹江口水库表层沉积物重金属的背景值进行了确定,结果显示Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg和Pb的背景值分别为41.18、34、32.13、76.84、10.46、0.70、0.07和27.11 mg·kg~(-1).利用Hakanson潜在生态危害指数法对丹江口沉积物中重金属进行生态风险评估,结果表明,丹江口表层沉积物中8种重金属的潜在生态风险指数(RI)值在29.49~214.11,平均值为118.91,总体处于低风险水平;8种重金属污染系数排序为:CdHgZnCrPbNiAs=Cu,污染系数变化范围在0.22~2.96之间,平均值在1.05~1.31之间,处于中等偏低的污染状态,其中,Cd和Hg这两种危害性极大的元素污染系数稍高,平均值分别为1.31和1.24,值得进一步关注.