湘江铜霞段镉环境容量模型研究

镉是一种毒性很强的累积性重金属污染物,在<污水综合排放标准>中是第一类污染物.为了控制湘江铜霞段的镉污染,根据该段水环境功能要求及水力学特征,在分析多年水文参数和相应环境监测资料的基础上,根据质量守恒定律,应用稳态二维模型建立了该江段镉环境容量模型.经用该段2002年的3月、6月、9月和12月份的有关监测数据检验,结果表明,模型预测值与实测值相对误差为1.38%～21.4%,具有较好的相关性.该模型可用于该江段镉环境容量及水体中镉浓度时空分布的预测预报,对强化该江段环境管理、实施区域含镉废水污染源总量控制具有指导意义.     

Relationship between groundwater cadmium and vicinity resident urine cadmium levels in the non-ferrous metal smelting area,China

● This study systematically examined the relationship between groundwater Cd and UCL. ● The study covered 211 UCL and sociological characteristic from nine groundwater samples. ● We found a significant positive correlation between groundwater Cd and UCL. ● Smoking status and education level also significantly affected UCL. Cadmium (Cd) has received widespread attention owing to its persistent toxicity and non-degradability. Cd in the human body is mainly absorbed from the external environment and is usually assessed using urinary Cd. Hunan Province is the heartland of the Chinese non-ferrous mining area, where several serious Cd pollution events have occurred, including high levels of Cd in the urine of residents. However, the environmental factors influencing high urinary Cd levels (UCLs) in nearby residents remain unclear. Therefore, 211 nearby residents’ UCLs and the corresponding sociological characteristics from nine groundwater samples in this area were analyzed using statistical analysis models. Groundwater Cd concentration ranged from 0.02 to 1.15 μg/L, aligning with class III of the national standard; the range of UCL of nearby residents was 0.37–36.60 μg/L, exceeding the national guideline of 0–2.5 μg/L. Groundwater Cd levels were positively correlated with the UCL (P < 0.001, correlation coefficient 95 % CI = 9.68, R² = 0.06). In addition, sociological characteristics, such as smoking status and education level, also affect UCL. All results indicate that local governments should strengthen the prevention and abatement of groundwater Cd pollution. This study is the first to systematically evaluate the relationship between groundwater Cd and UCL using internal and external environmental exposure data. These findings provide essential bases for relevant departments to reduce Cd exposure in regions where the heavy metal industry is globally prevalent.     

纳米沸石对土壤Cd形态及大白菜Cd吸收的影响

通过室内培养试验研究了不同镉污染水平(1、5、10和15 mg·kg-1Cd)下,不同施用量(0、5、10和20 g·kg-1)的纳米沸石(NZ)和普通沸石(OZ)对土壤镉形态分配比例(FDC)随时间的变化情况,并通过盆栽试验进一步研究纳米沸石和普通沸石对土壤镉形态和大白菜Cd吸收的影响.室内培养试验表明,施用纳米沸石和普通沸石有效降低了土壤可交换态镉FDC,增加了铁锰氧化态镉FDC,在0~28 d的培养过程中,可交换态镉FDC呈先降后增后趋于平缓最后增加的趋势.培养结束时,沸石处理使可交换态镉FDC从0 d时的72.0%~88.0%降至30.0%~66.4%,各处理土壤镉主要以可交换态存在.盆栽试验表明,施用纳米沸石和普通沸石均显著降低了土壤可交换态镉含量和FDC,增加了碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机态和残渣态镉含量和FDC,以高量纳米沸石处理(20 g·kg-1)对可交换态镉的降低效果最好.土壤可交换态镉FDC与土壤p H呈显著负相关(P0.05),与大白菜地上部和根部镉含量呈极显著正相关(P0.01).施用沸石使1和5 mg·kg-1Cd水平土壤p H分别提高了1.8%~45.5%和6.1%~54.3%,土壤可交换态镉FDC分别降低了16.3%~47.7%和16.2%~46.7%,大白菜各部位镉含量分别降低了1.0%~75.0%和3.8%~53.2%,纳米沸石对土壤和植株镉的降低效果优于普通沸石.中低量(≤10 g·kg-1)的沸石对大白菜生长有明显的促进作用,而高量沸石(20 g·kg-1)则抑制了大白菜的生长.与普通沸石相比,纳米沸石显著提高大白菜生物量的同时,也显著降低了土壤可交换态镉含量和大白菜镉含量及镉积累量.     

熟污泥改良土壤中Cd的形态分布特征和生物有效性

通过苜蓿盆栽实验和Tessier五步提取法,研究了不同比例的堆肥污泥施入黄土后,土壤中Cd的形态分布和生物有效性及重金属在施污土壤-苜蓿中的迁移转化规律。结果表明：不同比例的污泥施入黄土后,随着污泥施入量的增加,土壤中Cd的主要赋存形态由对照组的不可利用态(残渣态)向潜在有效态(铁锰氧化态)转化,污泥的施入提高了重金属Cd的生物有效性;苜蓿的种植对施污根际土中Cd的活性产生了钝化作用,使施污黄土根际土壤中潜在有效态Cd主要向不可利用态的Cd转化;苜蓿各器官对Cd均有富集和转移能力,苜蓿各部位重金属Cd含量的分布规律为：根部>茎叶部;线性回归分析结果表明：碳酸盐结合态Cd是苜蓿茎叶部和根部吸收Cd的主要贡献形态;因此在实际生产时须严格控制污泥的施用量,以避免Cd在苜蓿体内富集危害动物和人体健康。     

植物镉耐性/富集基因的筛选方法

植物耐受/富集镉（Cd）是一个复杂的过程,涉及转运蛋白家族、螯合蛋白家族、抗氧化系统等多个方面的参与。文章综述了植物Cd耐性/富集基因的筛选方法,包括抗性表达文库、Cd抗性突变体的图位克隆、基因差异表达、电子克隆。筛选Cd抗性植物cDNA酵母表达文库可鉴定与金属束缚、隔离及外排相关的膜转运蛋白;筛选重金属敏感拟南芥突变体和图位克隆突变基因可鉴定与谷胱甘肽和植物螯合肽合成相关的酶;第二代测序技术、基因差异表达分析则是鉴定Cd响应基因以及揭示金属型植物与非耐性植物表型差异分子基础的有效方法;电子克隆也被应用在模式植物中鉴定重金属转运蛋白家族的编码基因。在此基础上,简述了Cd耐性/富集基因在改良植物Cd耐性或富集上的应用。     

外源Cl-添加对不同母质土壤溶液Cd2+浓度的影响

土壤镉(Cd)的环境行为与其在土壤溶液中的存在形态以及陪伴离子有关,然而外源Cl~-与土壤溶液中Cd~(2+)的关系以及不同母质土壤对Cd~(2+)的环境行为的影响并没有明确的结论.选取2种水稻土(第四纪红色黏土母质发育的红黄泥、紫色砂页岩母质发育的紫泥田)为研究对象,添加离子态外源Cd~(2+)(0、1、2.5、5 mg·kg~(-1)),平衡老化后添加外源Cl~-(0、0.6、1.2 mg·kg~(-1)),在保持水分恒定的情况下进行模拟培养试验,研究外源Cl~-添加对土壤溶液Cd~(2+)浓度的影响.结果表明,随着外源Cd~(2+)的增加,土壤溶液Cd~(2+)的浓度提高,红黄泥土壤溶液Cd~(2+)的浓度显著高于紫泥田;添加Cl~-会使土壤溶液中Cd~(2+)浓度升高,且Cd~(2+)浓度与外源Cl~-呈显著正相关,红黄泥和紫泥田土壤溶液中Cd~(2+)的平均浓度比不添加Cl~-时Cd~(2+)的平均浓度分别增加了12.74%、51.49%;土壤对Cd~(2+)的吸附关系符合Freundlich等温吸附方程,紫泥田对Cd~(2+)的吸附量显著高于红黄泥,添加Cl~-对红黄泥Cd~(2+)的吸附影响很小,而对紫泥田的影响显著.Cl~-存在下,红黄泥和紫泥田的解吸率分别为12.50%～19.25%、14.76%～24.99%,外源Cl~-添加对Cd~(2+)解吸影响小.综合分析认为,Cl~-对不同土壤Cd~(2+)的吸附解吸行为影响有较大的差异.     

牛骨粉对Cd污染土壤修复效应和土壤肥力的影响

通过一年静态培养试验,研究了牛骨粉对碱性和酸性Cd污染土壤钝化修复效应及土壤基本理化性质、肥力和酶活性的影响.结果表明,与对照相比,投加牛骨粉后碱性土壤有机质和含水率分别降低了5.4%～14.3%和0.29%～3.04%,而土壤阳离子交换量(CEC)增加了10.8%～18.9%;在酸性土壤中,添加牛骨粉后土壤pH、有机质和CEC分别较对照增加了0.70～1.42、0.4%～6.7%和1.1%～3.4%,含水率则下降了0.75%～2.58%.两种土壤有机碳红外光谱特征峰相似,图谱形状基本一致,但强度存在不同程度的差异.施用牛骨粉后土壤总氮、总磷和全钾含量均有所提高,其中,碱性土壤最大分别增加了39.8%、345.2%和3.4%,酸性土壤最大分别增加了61.0%、612.9%和5.1%.铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾含量均随牛骨粉施加量的增加而增加.土壤中TCLP(toxicity characteristic leaching procedure)提取态Cd含量随牛骨粉投加量增加而降低,与对照相比,酸性和碱性土壤分别减少了38.9%～71.9%和8.6%～18.2%.施加牛骨粉整体上促进了土壤过氧化氢酶、过氧化物酶和尿酶活性(仅碱性土壤脲酶活性受到抑制).在碱性土壤中,土壤有效态Cd含量与pH、有机质、含水率、有效磷和速效钾呈显著正相关(p0.01),而与阳离子交换量、全氮、全磷、过氧化氢酶表现为显著负相关(p0.01).在酸性土壤中,土壤有效态Cd含量与pH、有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷、速效钾、过氧化氢酶、过氧化物酶呈显著负相关(p0.01),而与含水率呈显著正相关(p0.01).综合评价表明,采用牛骨粉原位钝化修复Cd污染土壤有效可行.     

珠江三角洲海陆交互相沉积物中镉生物有效性与生态风险评价

镉（Cd）污染对人类健康构成威胁,开展Cd生物有效性研究及生态风险评价,有助于防治和减轻Cd的危害.通过分析海陆交互相土壤中的Cd含量及形态,揭示了土壤Cd的富集特征及变化规律,通过累积指数法（I_geo）、潜在生态危害指数法（E_r）和风险评估编码法（RAC）,对Cd的环境生态风险进行了评价.结果表明：①杂填土中Cd含量通常低于0.3mg·kg^-1,素填土中Cd含量通常高于0.3mg·kg^-1,海相沉积物Cd平均含量为0.36mg·kg^-1,5 m以浅海相沉积物中Cd含量通常比5 m以深更高,陆相沉积物中Cd含量显著低于海相沉积物,Cd平均含量为0.10 mg·kg^-1;②人工填土层（Q₄^ml）土壤Cd与CEC存在中度相关,相关系数为0.52（P<0.05）,海相沉积物Cd含量与有机质含量存在低度相关,相关系数为0.49（P<0.05）,镉全量及土壤理化性质均对土壤镉的形态分布的影响显著;③人工填土层和海相沉积物土壤地质累积指数以1 < I_geo < 2为主,均属于中度污染,人工填土层和海相沉积物土壤潜在生态危害指数以80 < E_r < 160为主,存在较高潜在生态危害,各钻孔土壤酸可提取态Cd在总Cd中所占的比例均值均大于50%,普遍存在极高潜在生态风险.这些结果将为环境和农业决策提供良好的依据,为土壤污染调查和修复提供理论指导.     

不同有机物料对水稻根表铁膜及砷镉吸收转运的影响

通过盆栽试验研究了油菜秸秆、蚕豆秸秆、泥炭、猪粪堆肥和生物炭这5种有机物料对贵州石灰岩黄壤区某砷（As）和镉（Cd）复合污染稻田土壤As/Cd有效性、水稻根表铁膜及As/Cd吸收转运的影响.结果表明,施用有机物料显著提高了有机质和水稻生物量;除油菜秸秆对土壤pH值影响不明显外,施用有机物料显著提高土壤pH值,使土壤有效Cd含量降低34.77%~82.69%;猪粪堆肥和生物炭使土壤有效As含量显著提高,油菜秸秆和泥炭处理使土壤有效As含量显著降低;施用有机物料有助于水稻根表铁膜的形成,并使其中Cd、As含量分别提高17.73%~151.03%和28.49%~94.86%,使水稻糙米Cd含量降低15.87%~79.45%,As含量降低27.04%~82.51%,降幅以生物炭处理最大;有机物料还显著降低Cd在根-茎-叶-籽粒的转运系数及As从茎向籽粒转运系数.相关分析表明,土壤pH、有效Cd和铁膜Cd含量是影响籽粒Cd累积的主要因素,土壤pH、有机质和铁膜As含量是影响籽粒As累积的主要因素.有机物料通过改变土壤pH、有机质含量及铁膜中As和Cd含量,影响水稻对As和Cd的吸收和转运.     

淡水沉积物中Cd和Cu对河蚬的毒性效应研究

以淡水底栖动物河蚬(Corbicula fluminea)为受试生物,研究了淡水沉积物中重金属Cd和Cu对河蚬的12h挖洞行为和10d存活率的影响.结果表明,河蚬对加标Cd和Cu的淡水沉积物均产生了明显的规避行为.在12h挖洞行为试验中,河蚬对沉积物中Cd的污染反应比Cu更加灵敏,暴露于Cd和Cu的10mg/kg的沉积物中时,河蚬的挖洞比率分别为0.39和0.43.在10d存活率试验中,河蚬的存活率随沉积物中Cd和Cu浓度的升高而降低.在Cd加标浓度为10mg/kg的沉积物中,河蚬的存活率为93.3%,当Cd加标浓度达到300mg/kg时,河蚬存活率降为43.3%;在Cu加标浓度为10mg/kg的沉积物中,河蚬存活率为96.3%;而当Cu加标浓度达到500mg/kg时,河蚬存活率降为34.3%.加标Cd和Cu的两种淡水沉积物对河蚬的LC₅₀分别为285、690mg/kg,表明河蚬对Cd的毒性反应更加灵敏.比较河蚬的挖洞行为和存活率对重金属Cd和Cu的指示作用,挖洞行为比存活率更加快捷,对沉积物中Cd和Cu的指示作用更加明显,故在沉积物重金属污染监测中应优先考虑挖洞行为.