稀土元素在土壤中的释放与迁移研究进展

稀土是全球重要的战略资源,在高科技产业及日常生活中广泛应用。由于稀土资源需求量的日益增加,稀土矿大量开采,加剧了稀土矿区周边环境污染,危害居民健康。因此,探究土壤中稀土元素的释放和迁移机理及影响机制对稀土的污染防治、生态修复及潜在风险评估都具有重要的现实指导意义。文章综述了稀土元素在土壤中释放与迁移机制、形态、及其影响因素方面的研究进展,主要结论为,(1)稀土元素在土壤中的释放与迁移机制主要包括4种类型:铁锰(氢)氧化物的还原溶解、土壤有机质的促进、离子交换作用以及土壤胶体协同。(2)稀土有机络合物、硫酸盐络合物、碳酸盐络合物是稀土元素在土壤中迁移的主要形态,稀土氟、氯、磷酸盐络合物不太可能作为稀土元素在土壤中迁移的载体。(3)稀土元素在土壤中的释放与迁移主要受pH值、氧化还原条件、配体浓度等环境因子影响,pH值与配体浓度与稀土元素的迁移形态高度相关。未来应通过世界各地不同土壤类型、不同环境驱动因子作用下稀土元素释放迁移的研究,探明引起稀土元素在土壤中释放的主导机制;加强稀土元素长距离迁移研究,在土壤环境中稀土元素分馏机制层面揭示稀土元素地球化学循环,为稀土矿区尾矿、废弃地中残留稀土的回收、利用提供理论与技术支持。     

稀土的生物效应与农用稀土的累积影响

综述稀土元素的环境行为、累积影响、生物富集和生物效应,从动植物对稀土元素的生物富集及其产生的负面效应,探讨了农业应用稀土在土壤中累积后对生态环境可能产生的影响     

河台金矿矿山土壤-植物稀土元素含量分布和迁移积聚特征

在广东省河台金矿矿山采取岩石、土壤、植物样品,并对其中的稀土元素含量采用ICP-MS法测定,研究了金矿矿山岩石、土壤、植物的根、茎、叶稀土元素含量分布和迁移积聚特征.结果表明：在金矿区稀土元素在岩石、土壤、植物样品中含量均高于背景对照区.在成矿和表生地球化学过程中金矿土壤各层的稀土元素发生迁移和分异,在表土层和心土层含量高于底土层和成土母岩;矿山土壤各剖面层轻重稀土发生分异,轻稀土富集,重稀土相对贫乏,且均有不同程度的Eu亏损和Ce的负异常.蕨类植物芒萁(Dicranopteris dichotoma)表现极强的积累富集稀土元素能力.稀土元素在植株体内的分布规律不同,对于芒萁而言：叶>根>茎,而马尾松(Pinas massoniana)为：根>叶>茎.金矿区植物稀土元素地球化学和生物地球化学异常反映出所在金矿特殊成矿地质背景以及生境的地球化学特点.稀土元素的生物吸收系数和生物转移系数表征出植物对稀土元素的吸收富集能力以及在各个器官的迁移状况,金矿区各植物体形成对金矿环境不同的适应机制和各自独特的稀土元素生物地球化学特征.     

土壤中稀土元素的生态毒性研究进展

为了解稀土元素对农田生态系统的影响,综述了近几十年来国内外有关土壤稀土元素生态毒性的研究进展,包括土壤稀土元素的主要来源途径,稀土元素对农田生态系统中植物、动物和微生物生长、发育、繁殖的影响。高浓度的稀土元素会破坏植物细胞膜的性质和结构,影响植物的抗氧化系统,扰乱植物对矿质营养元素的正常吸收和利用,诱使植物细胞发育不良、染色体畸变等现象发生。稀土元素可影响动物的消化、呼吸、生殖、神经、血液和免疫系统等。稀土元素对土壤微生物数量、种类、群落结构与功能多样性等均有影响。探讨了土壤稀土元素的生态毒性诊断方法,目前常见的植物毒性诊断法、蚯蚓毒性诊断法、土壤微生物诊断法、生物标记物诊断法和遗传毒性诊断法等可用来诊断土壤中稀土元素的生态毒性。提出了以后开展土壤稀土元素生态毒性研究应加强的方面:在群落、个体和细胞水平上研究稀土元素对土壤动物和微生物的影响,加强稀土元素生态毒性诊断新方法和新技术的探讨,进行稀土元素生物有效性与土壤因素关系的研究等。     

泉州湾潮间带表层沉积物稀土元素地球化学特征

泉州湾潮间带表层沉积物中稀土元素含量分析表明,泉州湾潮间带表层沉积物稀土元素平均含量为278．82mg·kg^-1,高于中国陆架海底沉积物．泉州湾潮间带表层沉积物稀土元素的球粒陨石配分模式均呈现Eu负异常,模式具负斜率,表明沉积物物质来源主体是大陆地壳．稀土元素含量呈现由内湾向外湾减少的分布趋势．δEu值在外湾沉积物具...     

稀土的生物效应与农用稀土的累积影响

综述稀土元素的环境行为,累积影响,生物富集和生物效应,从动植物对稀土元素的生物富集及其产生的负面效应,探讨了农业应用稀土在土壤中累积后对生态环境可能产生的影响。     

海南省土壤中稀土元素的生物有效态含量和总量

利用高灵敏度、低检出限的ICP-MS研究了海南省土壤中稀土元素总量和有效态含量.结果表明:海南土壤中各稀土元素总量均高于全国背景值,是全国背景值的110160%,各稀土元素的有效态含量与总量之间的相关系数在0.6630.949范围内变化(p<0.01,n=63),具有明显正相关性.为深入探讨和评估土壤中稀土元素的生态和环境效应,制定农用稀土开发利用过程中的环境保护对策提供科学依据,将土壤中稀土元素总量和有效态含量结合起来研究是很有必要的;文章研究首次得出如下结论:海南土壤中生物有效态稀土元素含量占总量的23`%,显示出稀土元素生物有效性程度很高,所以稀土微肥在农业上的应用,在海南省应该区别不同的土壤类型,避免盲目向土壤中添加稀土,对保护土壤环境,维护农业生态系统有积极的科学指导意义.     

湖南省土壤中稀土元素的生物有效态含量和总量

利用高灵敏度、低检出限的ICP-MS研究了海南省土壤中稀土元素总量和有效态含量。结果表明：海南土壤中各稀土元素总量均高于全国背景值,是全国背景值的110-160%,各稀土元素的有效态含量与总量之间的相关系数在0.663-0.949范围内变化（P〈0.01,n=63）,具有明显正相关性。为深入探讨和评估土壤中稀土元素的生态和环境效应,制定农用稀土开发利用过程中的环境保护对策提供科学依据,将土壤中稀土元素总量和有效态含量结合起来研究是很有必要的;文章研究首次得出如下结论：海南土壤中生物有效态稀土元素含量占总量的23%-60%,显示出稀土元素生物有效性程度很高,所以稀土微肥在农业上的应用,在海南省应该区别不同的土壤类型,避免盲目向土壤中添加稀土,对保护土壤环境,维护农业生态系统有积极的科学指导意义。     

电感耦合等离子体—质谱法测定成人脏器样品中痕量稀土元素的研究

本文采用ＩＣＰ－ＭＳ法对成人脏器样品中痕量稀土元素进行了研究，选择了测定的最佳仪器参数，检查了测定中的各种干扰和影响；用铼（Ｒｅ）为内标元素补偿基体抑制效应和灵敏度的漂移。方法对稀土元素各分量的检出限为０．００５－０．０２６ｎｇ．ｍ１＾－１，标准回收率为９２．９－１１１．３％，精密度为０．９６－３．０７％。在严格分析质量控制的基础上用混合酸消解样品，不须分离富集，直接对成人的心、脾、肝、肾、肺肉中     

北京市区表层土壤稀土元素空间分布特征研究

土壤稀土元素作为反映土壤污染的指标之一,识别其空间分布特征及来源对于客观评价城市表层土壤污染水平、制定治理方案具有重要意义。为研究北京市区表层土壤稀土元素的空间分布特征,于2014年3月15日系统采集46个表层土样,并用电感耦合等离子体质谱仪测定10种稀土元素(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy和Sc)的含量。采用统计分析和地统计方法对北京市区表层土壤稀土元素的变化趋势及空间分布进行研究,并对表层土壤和大气降尘中稀土元素进行Pearson相关性分析,结果表明,(1)北京市区表层土壤呈轻稀土富集型,稀土元素主要污染点位于海淀区周家巷桥和西直门外大街采样点,表层土壤与大气降尘中的稀土元素相关系数介于0.873~0.946之间,相关性显著。总体上,北京市区表层土壤稀土元素污染较轻。(2)各采样点δCe和δEu的变化范围分别为0.85~0.98和0.63~0.82,说明稀土元素Ce无显著异常,稀土元素Eu负异常,亏损较大。(3)大部分稀土元素(La、Ce、Nd、Sm、Gd、Eu和Dy)在东西方向和南北方向均呈现先减少后增加的趋势,最低值出现在东西方向和南北方向的中心位置。(4)富集因子表明北京市区表层土壤中各稀土元素受人为因素影响较小,为弱污染。主成分分析结果表明,煤炭燃烧和汽车尾气的排放,煤炭燃烧、工业生产和农业化肥的使用可能分别是四环线内、外各稀土元素的主要人为来源。     

涕灭威及其有毒代谢产物对DNA潜在损伤研究

采用生物遗传监测系统,研究了涕灭威及其两个有毒代谢产物(涕灭威亚砜,涕灭威砜)对蚕豆及大蒜根尖细胞微核率的影响,以及对小牛胸腺DNA的加合作用．结果表明,两种植物根尖细胞微核试验测得的高浓度剂量诱导的微核率与对照组相比有显著性差异(p<0．05),说明涕灭威、涕灭威亚砜及涕灭威砜可能对蚕豆及大蒜根尖细胞有致突变性．并且配对资料差异的显著性检验表明,蚕豆根尖微核试验的敏感性明显高于大蒜根尖微核试验的敏感性．涕灭威及其两个有毒代谢产物与小牛胸腺DNA结合引起吸收光谱波峰的移位,而且存在着剂量关系,说明涕灭威、涕灭威亚砜及涕灭威砜可能对小牛胸腺DNA造成加合作用．     

农药氰戊菊酯和三氟氯氰菊酯对蚕豆根尖细胞的遗传损伤

采用蚕豆根尖微核技术研究了农药氰戊菊酯、三氟氯氰菊酯对蚕豆根尖细胞的遗传损伤.测定了不同浓度氰戊菊酯、三氟氯氰菊酯(5×10-10～5×10-2g·L-1)诱导下的蚕豆根尖细胞微核率、有丝分裂指数和染色体畸变率.结果表明,氰戊菊酯、三氟氯氰菊酯均能诱发较高的微核率,在一定浓度范围内,微核率随两种农药处理浓度的升高而增加,但随着处理浓度的进一步升高微核率反而呈下降趋势;两种农药均可使蚕豆根尖细胞有丝分裂指数增大;并能诱导蚕豆根尖细胞产生较高频率、多种类型的染色体畸变.氰戊菊酯和三氟氯氰菊酯对蚕豆根尖细胞具有明显的遗传毒性.     

三叶鬼针草对蚕豆根尖遗传毒性的研究

化感作用是外来植物成功入侵和快速扩散的机制之一,为了探讨入侵植物三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)的化感作用机制,运用蚕豆根尖微核技术和植物切片技术,研究了不同质量浓度的三叶鬼针草水浸提液对蚕豆(Vicia faba L.)根尖细胞的遗传损伤和对根生长的影响。结果表明,三叶鬼针草水浸提液对蚕豆根尖细胞有丝分裂及生长产生不同程度的抑制和损伤,具有明显的遗传毒性。水浸提液对蚕豆根尖的影响存在显著的时间效应和质量浓度效应。经切片测量统计,水浸提液促进了成熟区细胞平周分裂,使根尖细胞层数增加;同时显著地抑制了细胞伸长,使根尖缩短,整体表现为使根尖加粗变短。三叶鬼针草水浸提液抑制了细胞有丝分裂的正常进行,并随着水浸提液质量分数的升高,分裂期细胞数目下降,微核率逐渐升高。本研究结果表明三叶鬼针草水溶性化感物质对植物的遗传稳定性及细胞形态结构具有一定的影响,三叶鬼针草的化感作用可能是其成功入侵的机制之一。     

加拿大蓬挥发油经不同载体对蚕豆根尖的细胞毒性

采用悬空气法和土培法,研究了加拿大蓬（Erigeron canadensis L.）挥发油对蚕豆（Vacia faba L.）根尖细胞经不同载体的细胞毒性。结果表明：加拿大蓬挥发油对蚕豆根尖细胞的有丝分裂没有显著的影响,但显著抑制了幼根的生长,使根尖细胞产生了多种类型的染色体畸变,导致微核率升高。综合分析表明,加拿大蓬挥发油经土壤载体的化感作用大于经空气载体的化感作用,推测可能是土壤对挥发油的滞留作用增大了化感效应。     

澳门城市垃圾焚烧底灰的重金属淋溶及其遗传毒性评价

应用美国国家环境保护局推荐的毒性特性溶出程序(toxicitycharacteristicleachingprocedure,TCLP),以及ICP-MS和ICP-AES技术研究了澳门城市垃圾焚烧底灰中重金属的淋溶,并结合蚕豆根尖微核试验评价了其潜在的生态与健康风险.结果显示,该底灰淋溶出来的重金属元素:铝(Al)、锰(Mn)、钴(Co)和汞(Hg)的浓度低于0.01mg·L-1,铁(Fe)、铜(Cu)和钼(Mo)的浓度低于0.1mg·L-1,而铬(Cr)、锌(Zn)、硒(Se)、锶(Sr)、钡(Ba)和铯(Cs)的浓度在0.11mg·L-1￣2.19mg·L-1之间.需要注意的是淋溶液中铅(Pb)的浓度异常高,最高可达19.06mg·L-1,超过了美国相关标准的上限(5mg·L-1);对比不同条件下底灰中重金属的淋溶情况,表明溶解作用和淋溶液的pH值是影响其淋溶的2个重要因素.蚕豆根尖微核试验显示各淋溶液处理组根尖细胞微核率明显升高,与阴性对照组相比具有显著性差异(p<0.05),表明各淋溶液具有遗传毒性;随着淋溶液中重金属浓度的增加,蚕豆根尖细胞所表现出来的毒性效应增强,表明重金属是淋溶液具有遗传毒性的重要原因.     

The investigation of cytotoxic effects of refinery wastewater on root tip cells of Vicia faba L

The present study was carried out to evaluate the cytotoxic effects of refinery wastewater collected from different stations of the Kizilirmak river on Vicia faba L. root tip cells. For this aim, we used the germination percentage, root length, weight gain and micronucleus (MN) frequency as indicators of cytotoxicity. Additionally to the cytological analysis, DNA analyses were performed in root tips meristems of Vicia faba seeds treated with refinery wastewater. Heavy metal concentrations in the water samples were determined using atomic absorption spectrophotometer (AAS). The concentrations of heavy metals in the water were in the order of Pb>Zn>Fe>Cu>Ni>Cd>Hg. The highest germination percantage was observed in the control group (in proportion as 96%). Heavy metals in the water samples collected from Station I, II and III caused a decrease in the germination percentage as 48, 18 and 30%, respectively. The highest root length and weight gain was observed in the control group at the end of the experimental period. The least root length and weight gain was observed in seeds treated with wastewater collected from Station I. In the control group, the weights of all the seeds increased about 4.08 g when compared with initial weight. The root lengths of the control seeds were determined as 6.38 cm at the end of the experimental period. The weights of the seeds exposed to wastewaters obtained from Station I, II and III increased about 1.08, 3.03 and 2.01 g according to initial weight, respectively. Microscopic examination of V. faba root tip meristem cells showed that any example of the MN formation was not seen in the control group. The highest frequency of MN was observed in group treated with wastewater collected from Station I and least frequency of MN was observed in group treated with wastewater collected from Station II. It was also observed that the yields of DNA in the seeds exposed to wastewater were lower than recorded in the controls. Hence, DNA yields exposed to wastewater were run ahead on agarose gel according to the control group. The results clearly indicate that refinery wastewater had important cytotoxic effects on V. faba root tip cells. It was also observed that V. faba seeds are very sensitive and useful biomarkers for monitoring these effects in waters contaminated with heavy metals.     

SO2衍生物对蚕豆根尖细胞不同分裂阶段的遗传损伤

研究SO2体内衍生物-亚硫酸钠和亚硫酸氢钠混合液[c(Na2SO3):c(NaHSO3)=3:1]对蚕豆根尖细胞不同分裂时期的遗传损伤效应；结果表明：SO2衍生物（c=0.17-15.0mmolL^-1)诱发蚕豆根尖细胞遗传损伤在细胞分裂的不同阶段有不同的表现形式。间期异常主要是微核和核芽，分裂期异常包括微核，染色体断片，粘连及滞后等，研究结果表明：SO2衍生物处理组蚕豆根尖中，间期微核细胞数，分裂期具有染色体断裂，粘连或滞后的细胞数均明显多于对照组，而且易于观察分析，可以作为环境监测指标。     

蚕豆根尖微核技术的方法学新论

虽然蚕豆根尖微核技术已是一个成熟规范的检测污染物遗传毒性的方法,但其中仍涉及一些重要的方法学问题值得深入探讨和研究。本文在图示正确观测蚕豆根尖细胞内微核和染色体畸变,如染色体断裂、丢失及染色体桥等的基础上,提出应该对蚕豆根尖分裂相细胞及其染色体畸变进行观测,以便更加准确、细致地反映污染物作用的剂量-效应关系和分子机制。同时还就该方法的其他重要问题提出了自己的观点,供同行们深入探讨和研究,使之不断完善,更好地服务于环境监测和风险评价等领域。     

废弃农药厂污染场地土壤浸出液的急性毒性和遗传毒性筛查

污染土地再开发是城市土地可持续利用的关键。为进行废弃农药厂的生态风险评价,采集常州市某废弃农药厂污染场地6个不同区域的土壤样品(编号为S1、S2、S3、S4、S5和S6),选取发光细菌、大型溞和蚕豆根尖细胞为试验生物,运用成组生物毒性试验对6个土壤样品的浸出液进行生物毒性检测。结果表明:6个土壤样品的浸出液都具有急性毒性和遗传毒性;发光菌和大型溞急性毒性试验表明,S3和S5的土壤浸出液毒性最高,S6的土壤浸出液毒性最低;蚕豆根尖微核遗传毒性试验表明S3和S5的土壤浸出液毒性最高,S4和S6的土壤浸出液毒性最低。蚕豆根尖微核遗传毒性试验结果与发光菌和大型溞急性毒性效应基本相同,表明成组生物毒性测试法可以用于污染土壤浸出液的毒性评价。污染物质和毒性检测结果的相关性分析结果表明,土壤中所含污染物种类和浓度已经对土壤毒性效应产生影响,结合化学分析与生物毒性检测可为污染场地进行综合评价与风险评估提供依据。     

邻苯二甲酸二乙基己酯对蚕豆根尖微核及幼苗超氧化物歧化酶的影响

为了初步探讨邻苯二甲酸二乙基己酯(Di-(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP)对植物的毒害作用,采用不同浓度的DEHP溶液对蚕豆根部进行处理(终含量0、0.2、2、20、200mg·kg-(1细沙)),检测根尖微核率和对幼苗茎、叶SOD活性的影响.结果表明:对蚕豆根尖进行短期(6h)处理后,各DEHP处理组微核率随DEHP含量的升高呈显著上升趋势(与对照比较,p<0.05或p<0.01).处理7d后,随DEHP含量的升高(0～20mg·kg-(1细沙)),蚕豆幼苗茎、叶SOD活性均呈逐渐升高趋势;DEHP含量在20～200mg·kg-(1细沙)时,SOD活性均略有下降.以上结果表明DEHP对蚕豆种子具有遗传毒性,且能够对蚕豆幼苗产生氧化损伤.