Ecotoxicological testing of soil by four bacterial biotests

The objective of this work was threefold. Firstly, this paper intends to introduce four microbial toxicity screening methods (Bacillus subtilis agar diffusion method, Azotobacter agile and Pseudomonas fluorescens dehydrogenase enzyme inhibition tube test, and Photobacterium phosphoreum contact toxicity test) for the investigation of contaminated solid samples such as soil and sediment. Secondly, this work was carried out to prove that both soil characteristics and chemical form of contaminants influence the bioavailability of contaminants and alter the toxicity of soil sample considerably. Thirdly, the sensitivity of the above mentioned four biotests to different contaminants of the soil (heavy metals, organic compounds) was determined and compared. The data evaluation was processed by computer aided statistical methods such as cluster, correlation and principal components analysis by the use of Statgraphics^R.

According to cluster analysis carried out separately for chemical data and biological data, we observed that those samples that have similar chemical composition do not show similar toxicity, which is probably due to different bioavailability of contaminants, the impacts of soil characteristics as well as interaction of contaminants. According to the investigation of sensitivity of the examined four biotests the following conclusion could be drawn: P. phosphoreum and A. agile tests are similar in the sense that they are sensitive to Cu to a large extent and also to PAHs and hydrocarbons (CH) to a lesser extent. B. subtilis test corresponds well with P. fluorescens test method since both tests give good correlation with heavy metals. Neither B. subtilis nor P.fluorescens biotests are sensitive to organic soil contaminants such as PAH and CH.     

陆地生物配体模型（t-BLM）初探：镁离子降低铜离子对小麦根的毒性

生物配体模型(BLM)同时考虑了水中金属离子的化学形态以及阳离子与金属离子在生物配体(BL)上的竞争对其毒性的影响,能成功预测水体金属的生物毒性/有效性.最近,BLM呈现出向土壤环境中拓展的趋势,发展能预测重金属对土壤生物毒性的陆地生物配体模型(t-BLM)正成为最新的国际研究热点.论文模拟土壤溶液,以土壤溶液中的主要阳离子Mg2+为例,通过单因素浓度控制-恒pH营养液培养-陆生植物根伸长抑制试验,定量探讨了不同浓度Mg2+存在下,铜离子(Cu2+)对小麦(Triticum aestivum)根的毒性.结果表明,Mg2+浓度升高显著减弱了Cu2+对小麦根的毒性,即呈现出保护效应.证实陆地生态系统中也存在阳离子对重金属植物毒性的保护效应,支持了BLM中阳离子和重金属离子在生物配体上存在竞争结合的假设,即BLM概念适用于陆生植物.定量分析表明,小麦根生长抑制的毒性效应指标EC50(以自由铜离子活度表示)与自由镁离子活度间存在良好的相关性,线性回归方程为:pEC50(Cu2+)=-0.36(Mg2+)+6.47(r2=0.9976),Mg2+对Cu2+毒性的影响强度可以通过该方程进行预测.论文积累了重金属铜对典型陆生受试植物小麦的毒性数据,探讨了t-BLM的构建方法学,并为其发展提供了思路.联合了土壤理化性质、金属形态及生物积累和毒性效应的t-BLM,将提供一个环境风险评价和制定土壤质量标准的新工具.     

Ökotoxikologische Untersuchung von Sedimenten und Schwebstoffen

The potential risk of ground-water contamination through the infiltration of contaminants originating from suspended matter and sediments deposited within flood retention areas in the Upper Rhine valley, as well as subsequent problems for drinking water production, were analyzed by means of the bacterial dehydrogenase activity (DHA; sediment contact test) assay with Arthrobacter globiformis and in a prolonged embryo toxicity assay using zebrafish (Danio rerio). Since the direct uptake of contaminants from particle-bound sources has usually been assumed to play only a minor role in bioaccumulation, the availability of organic extracts to biota has generally been regarded as being overestimated. In order to confirm or discard this hypothesis, organic (acetone) extracts of recently suspended, freeze-dried matter, as well as freeze-dried sediments collected from Rhine flood plains (i.e. soil samples) were compared to corresponding native samples in order to screen for the relative availability of particle-bound contaminants. Whereas a significantly higher ecotoxicological burden was observed for some native soil samples, organic extracts of suspended matter proved to be more toxic than corresponding native samples when compared to organic extracts using each test system. With respect to organic extracts, the suspended matter samples were more toxic than soil samples taken from a rarely flooded site. In contrast to the native samples, the rarely flooded soils revealed a higher toxicity than suspended matter. Therefore, organic extracts did not necessarily overestimate the toxicity of soil and suspended matter samples. Moreover, considerable toxicity of particle-bound contaminants to both bacteria and fish embryos, even in native samples, corroborate the hypothesis that particle-bound contaminants may be more readily available than is generally assumed.     

重金属Cd和Pb对土壤生物活性影响的初步研究

利用不同浓度的Ｃｄ、Ｐｂ溶液模拟污水农用，淋浇于蔬菜盆栽土壤上，研究其土壤生物活性的变化。结果显示，在试验所设置的浓度范围内．重金属Ｃｄ、Ｐｂ对土壤微生物三大菌和土壤酶中的蔗糖酶、脲酶等都有一定的抑制作用，三大菌对它们的敏感程度：Ｃｄ为细菌＞放线菌＞真菌，Ｐｂ为放线菌＞细菌＞真菌；而它们对土壤酶的抑制程度则都为蔗糖酶＞脲酶。研究还表明，土壤微生物总量的变化与重金属浓度有一定的相关性。     

甘肃某冶炼厂区土壤重金属铅、镉污染特征及其对微生物群落结构的影响

长期受到重金属铅(Pb)和镉(Cd)污染的土壤生态危害指数较高,土壤微生物群落结构容易受到重金属的影响,重金属对土壤微生物的毒性与重金属的生物利用度直接相关。以白银市重金属污染土壤为样本,分析了土壤的理化性质、重金属Pb和Cd的污染状况及土壤微生物群落结构,探究它们之间的关联性。样本采自距离污染中心由近及远的4个位置(分别命名为S1、S2、S3和S4)。采用Hakanson指数法来评估该地重金属生态风险;选用改进的BCR顺序提取法分析Pb与Cd的组分分布情况;利用SPSS和Canoco 4.5对土壤性质、重金属和细菌群落进行相关性分析和冗余分析,探究微生物群落结构与土壤性质和重金属污染之间的相关性。结果表明:白银市该处重金属污染场地3 km以内的土壤均受到严重的Pb、Cd污染。Pb主要以弱酸可提取态和可还原态的形式存在于土壤中,Cd则以弱酸可提取态为主;土壤重金属的危害生态指数均已经达到极高污染风险程度,且危害程度S1>S3>S2>S4;微生物丰度和多样性可能受到土壤性质及重金属的共同影响,与Pb、Cd的污染程度大致呈负相关(S2相似文献   

水体和沉积物中毒害污染物的生态风险评价方法体系研究进展

人类活动导致大量毒害污染物进入水体和沉积物,从而对水生生物产生诸多不利影响.开展毒害污染物的生态风险评价,筛选高风险毒害污染物,是毒害污染物风险管控和生态系统保护的基础.对美国和欧盟等发达国家和地区毒害污染物的生态风险评价方法进行了综述.水体和沉积物中毒害污染物风险评价的基本方法首先是采用预测或测定环境浓度(PEC或M...     

根际环境的调节与重金属污染土壤的修复

根际环境的pH和Eh会产生影响土壤中重金属的化学过程。pH的变化影响到重金属的固定和活化，根际的酸化能够活化大多数重金属，使其毒性增强；反之，则固定大多数重金属，减轻其毒性。Eh的变化可改变重金属的价态和存在形态，使其毒性减弱或增强。根分泌物可从多方面影响金属的毒性和有效性，如改变根际环境的pH值和Eh来改变金属的存在形态和活度；与金属络合或者吸附、包埋金属污染物；通过影响根际微生物特征来改变金属的毒性。根际环境中微生物能改变金属离子存在形态，其代谢产物能对金属离子产生沉淀、螯合等作用。土壤脲酶对重金属污染最敏感，可以用于监测土壤重金属污染。调控根际环境，可以有效地调节土壤中重金属污染物的活度、毒性及其转移，对重金属污染土壤起到修复作用。     

不同来源重金属污染的土壤对水稻的影响

采用人工污染土壤、尾矿砂、污泥等不同载体的污染源来模拟土壤污染 ,研究其对水稻生长、吸收养分和吸收重金属的影响。结果表明 ,不同污染载体对水稻生长的影响不同 ,其影响的大小顺序为人工污染土壤 >尾矿砂 >污泥 >尾矿砂 +污泥。不同污染载体对水稻吸收重金属的影响亦不同 ,以纯化学试剂的形式添加到土壤中的重金属最易被提取出来 ,植物从中吸收的Cu、Zn、Pb、Cd最多 ,而从以污泥为污染载体的土壤中吸收的Zn、Pb、Cd最少。研究表明 ,用添加纯化学试剂的方法来模拟污染土壤对生态与环境的影响是可行的 ,确定土壤负载容量是安全的 ,因为在实验条件下它对供试植物的影响最明显     

长春市土壤微生物生化作用与重金属化学形态关系研究

研究了长春市土壤微生物的生化作用强度（氨化作用强度、固氮作用强度,纤维素分解强度和土壤基础呼吸）与重金属（Pb、Cd、Cu、Zn和Ni）化学形态的关系。通过科学采样和实验室测试分析了不同功能区土壤中,重金属含量和化学形态与微生物生化作用强度,并使用相关分析、偏相关分析多种数据统计方法进行数据处理。结果表明：各功能区因土地利用方式的差别和土壤中重金属的各种化学形态对土壤微生物生化作用强度有不同的影响。其中氨化作用与交换态Cd、Zn和Ni含量呈显著正相关;固氮作用与土壤重金属各化学形态相关性均不显著;呼吸作用与铁锰氧化物结合态Pd和交换态Cu呈显著正相关;纤维素分解作用强度与交换态Pd含量呈显著负相关。在土壤理化性质等相关变量受控时,重金属化学形态对微生物生化作用强度的影响有较明显的变化。其中与无控制变量相比,在控制变量作用下,纤维素分解作用强度受交换态Pd影响上升了0.0314,表现为交换态Pd抑制纤维素分解作用强度。呼吸作用与交换态Pd的相关系数在无控制因素情况下为-0.1425,在有控制因素情况下为-0.3230,表明交换态Pd促进呼吸作用强度。而有机结合态Ni表现为抑制固氮作用。因此可利用交换态Pd与纤维素分解作用强度、呼吸作用强度的相互关系,有机结合态Ni与固氮作用的相互关系等相结合来评价城市土壤重金属污染状况。文章为评价长春城市土壤重金属污染提供了微生物学指标的理论依据。     

Effect of initial ratio of heavy metal to biomass on growth yield in batch culture of activated sludge

The effect of heavy metal on the observed growth yield (y_obs) was observed in batch culture of activated sludge. However, no attention has been paid to quantitatively describe the relationship between heavy metal concentration and y_obs so far. In this study, a growth yield model in relation to the ratio of initial heavy metal concentration (C_m) to initial biomass concentration (X ₀) was proposed for batch culture of activated sludge, and was verified with experimental and literature data. A significant decline in Y_obs was found with the increase of the C_m/X₀ ratio. It was clearly demonstrated that for a given initial heavy metal concentration, real strength of heavy metal exerted on unit biomass would be reduced with the increase of initial biomass concentration. This study for the first time revealed that the toxicity of heavy metal to microbial growth should be correlated with the C_m/X₀ ratio rather than to C_m only. A concept of effective C_m/X₀ ratio, namely (C_m/X₀ )₅₀ was then developed for more reasonably and reliably assessing toxicity of heavy metal to microorganisms.     

上海市典型污水处理厂污泥浸出液的化学和毒性评价

为了研究污水污泥在海洋环境中释放带来的生态风险,在分析上海7处典型污水处理厂污水污泥浸出液中重金属与溶解性有机碳的基础上,使用黑鲷,卤虫,三角褐指藻,纤细角毛藻和小球藻研究污水污泥浸出液对海洋生物的急性毒性作用和生长抑制作用。化学分析结果表明,所有样点的污水污泥浸出液中重金属总量均低于中国(GB5085.3-2007)与欧盟(EN12457.2-2002)关于危险废弃物的鉴别标准,但溶解性有机碳(DOC)含量超过欧盟标准1个数量级。毒性实验结果表明,黑鲷幼鱼对污水污泥浸出液的敏感性最强,其次是海洋微藻,卤虫无节幼体的敏感性较低;毒性综合分析结果表明,S2和S3点的污水污泥浸出液对海洋生物的综合生物毒性相对最高,而S4,S5的综合生物毒性最低,其中接纳污水为工业污水,且有机质与硫化物含量较低的污水污泥浸出液对海洋生物的综合生物毒性较低。     

土壤重金属化学形态的生物可利用性评价

重金属化学形态是近年来土壤化学、植物营养和环境科学研究领域的一个热点和难点,利用重金属的化学形态分布和含量变化来评价重金属的生物可利用性,有利于全面研究重金属的危害性和治理重金属污染土壤。结果表明,水溶态和交换态的重金属易被生物吸收利用,而残留态重金属一般不被生物利用,其它形态如碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态的生物可利用性主要取决于外界环境的变化。     

土壤中有机污染物-重金属复合污染的交互作用

有机污染物-重金属复合污染是一种普遍存在的环境污染形式,对其进行研究具有重要的理论意义和实践价值。本文主要讨论了有机污染物和重金属在土壤中的吸附过程、化学作用过程以及生物学过程等的交互作用方式及其机理。     

施用城市污泥对土壤生态系统影响的研究进展

城市污泥的合理处置已成为目前环境科学研究领域中的重要课题。因污泥富含有机质和有效营养成分,对土壤改良有积极的促进作用,所以污泥的土地利用普遍被认为是一种积极、有效的处置方式。鉴于此,本文就国内外施用城市污泥对土壤生态系统的．影响及相关的过程和机理进行了综述。结果显示,施用污泥可改善土壤理化性质,提高土壤有机质和氮、磷等养分元素的含量,其改良作用因污泥类型而异。污泥对土壤重金属的积累有所影响,特别是在酸雨频发地区或者长期施用污泥,可能会带来重金属Gu污染的环境风险。污泥普遍有利于提高土壤酶活性,譬如土壤淀粉酶、脲酶和蔗糖酶活性,但污泥施用过量或时间延长,则会抑制多酚氧化酶和磷酸酶的活性,而污泥对过氧化氢酶的影响则不大。污泥对土壤微生物特性短期内有积极的影响,但长期则有负面作用。施用污泥可导致土壤动物活性的增加,但也会对一些土壤动物产生毒性,譬如异壳介虫属和弹尾目昆虫,而且污泥毒性不仅取决于污泥用量,土壤类型也起着重要作用。基于上述分析和评述,提出了未来研究展望如下：（1）针对污泥施用后土壤生态系统生物、物理和化学过程和机理进行系统、综合的基础研究;（2）对污泥土地利用进行长期的系统定位试验和环境监测,并对之进行环境风险评价;（3）对污泥稳定化处理技术的创新及其应用研究。     

衡阳市菜园使用的商品有机肥和有机废弃物中重金属含量状况调查

对衡阳市菜园使用的12个有机肥样品中的Zn、Cu、Cr、Pb、Cd、Ni、Hg和As的指标进行检测,样品中重金属总As、总Hg、总Pb、总Cd、总Cr等的含量按照中国NY525—2012有机肥料重金属限量指标,总Ni、总Cu、总Zn重金属参照德国腐熟堆肥中重金属限量标准进行分析,结果表明,除牛粪、菜籽饼肥外,有9个样品均发现有超限量值的重金属成分,超标样品数占总样品数的75%,超标的重金属成分以Cu和Zn较为普遍,分别占样品总数的75%和41.7%.而在超标程度方面,有两个样品的中的Cu和两个样品中的Cr均为严重超标.这些肥料使用不当,对菜园土和蔬菜品质产生不良影响,应给予关注.     

基于植物重金属毒性的陆地生物配体模型(t-BLM)研究进展

陆地生物配体模型(t-BLM)是生物配体模型(BLM)理论在陆地生态系统中的应用,目的是通过量化土壤重金属形态、土壤基本性质以及生态毒理剂量-效应三者之间的关系,评价重金属对陆生生物的毒性。BLM已经成功地预测重金属对水生生物的毒性,但t-BLM的发展相对较为缓慢。基于植物重金属毒性综述了t-BLM近年来国内外的研究进展,介绍了t-BLM的原理、基于t-BLM的重金属(Cu、Ni、Zn、Cd等)的植物毒性及其影响因素,并且提出基于植物重金属毒性的t-BLM研究面临的主要挑战。     

Biota as toxic metal indicators

Metal in the environment arises from both natural sources and human activities. Toxic metals in air, soil, and water have become a global problem. They are potential hazards to aquatic, animal, and human life because of their toxicity, bioaccumulative, and non-biodegradable nature. The major impacts of metal pollutants can be stated as ecosystem contamination and health problems of exposed human populations. Those problems have been a cause of increasing public concern throughout the world. Some trace metals are used by living organisms to stabilize protein structures, facilitate electron transfer reactions, and catalyze enzymatic reactions. But even metals that are biologically essential can be harmful to living organisms at high levels of exposure. An increasing concentration of heavy metals in the environment can modify mineral and enzyme functions of human beings. During the last two decades, the interest in using bioindicators as monitoring tools to assess environmental pollution with toxic metals has increased. Bioindicators are flora and fauna members, which are collected and analyzed to measure the levels of metal contaminants. Bioindicators therefore identify health hazards. Various living organisms, such as microbes, fungi, plants, animals, and humans, are used to monitor toxic metals from air, water, sediment, soil, and food chain. Here, we review recent bioindicators, toxicity assessment, and ecological effects.     

施用污泥的土壤重金属元素有效性的影响因素

污泥农用是解决城市污泥出路较为合理的途径.但由于含较高量的重金属,它的应用受到限制.研究发现,进入土壤的重金属在不同的土壤类型、不同的土壤条件下,形态分布各不相同,而不同形态的重金属对植物的有效性和毒性也不相同,本文试图对土壤中影响重金属形态分布的因素及机制作一综述.     

我国典型土壤上重金属污染对番茄根伸长的抑制毒性效应

采用盆栽试验观测了我国3种典型土壤——黄泥土、褐土、红壤上不同重金属(铜、锌、铅)作用下敏感植物番茄的根伸长,其中黄泥土和褐土上重金属添加量范围为Cu(0～2000mg·kg-1)、Zn(0～4000mg·kg-1)和Pb(0～5000mg·kg-1),红壤上为Cu(0～400mg·kg-1)、Zn(0～750mg·kg-1)和Pb(0～2000mg·kg-1).对不同土壤上Cu、Zn、Pb对番茄的根伸长抑制率进行了比较,以阐明不同土壤上重金属种类及用量对蔬菜根生长的抑制及毒性效应.结果表明,相同Cu、Zn、Pb污染水平(添加量)下,土壤中重金属对番茄的根伸长抑制率大小顺序基本表现为:红壤>黄泥土>褐土.番茄对红壤中的重金属最敏感,其次是黄泥土,再次是褐土.番茄对不同重金属的毒性响应不同,对Cu最敏感,Zn和Pb次之.土壤中有效态重金属含量与番茄根伸长呈显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)负相关,表明有效态重金属含量是影响蔬菜根伸长的重要因素.     

土壤酶与重金属关系的研究现状

介绍了近年来土壤酶与重金属关系的研究动向,以及重金属对酶活性作用的影响因素;探讨了用土壤酶表征重金属污染程度的方法及其可行性。有关研究表明,不同土壤酶类对重金属的敏感性有明显差异;土壤酶活性特别是总体酶活性作为污染指标是可行的;土壤酶与重金属的关系主要取决于土壤有机质、粘粒等含量的高低及它们对土壤酶的保护容量和对重金属缓冲容量的大小。文中还分析了研究中应注意的问题。