植物修复土壤重金属污染中外源物质的影响机制和应用研究进展

重金属进入土壤后难以被降解,并通过食物链在生物体内富集,长此以往会导致中毒、癌症、畸形、突变,严重影响了人类生产活动及地球生态系统的稳定。植物修复技术是一种经济有效的重金属污染修复技术,其依靠超富集植物强大的自身抗性机制,从土壤中提取或稳定重金属,达到污染治理的目的。然而修复土壤重金属污染的超富集植物通常生长缓慢、生物量低,其抗性机制也会受到植物本身对重金属胁迫的阈值限制,当胁迫超过这个阈值,植物修复的效率就会大大降低甚至失去修复功能。文章在解析植物重金属相互作用机制的基础上,综述了添加外源物质对重金属毒害植物的缓解效应以及其在强化植物修复土壤重金属污染中的应用研究进展;介绍了应用外源物质调控植物吸收转运重金属的3种途径,分别为提高土壤重金属生物利用度、促进植物生长以及增强植物耐性。提出了应用外源物质作为强化植物修复措施的潜力及今后的研究方向,其未来的研究应着重于以下方面:明确外源物质的应用浓度、时期、方式与植物吸收转运重金属之间的关系;从植物内源激素及信号分子间的互作、抗逆基因表达、内生及根际微生物等不同层面上揭示外源物质对植物积累重金属的调控机理;开展外源物质与其他植物修复强化技术的联合应用研究。这些研究可为土壤重金属污染的植物修复技术及其强化措施研究提供科学依据,同时也对植物修复工程技术的发展实践具有一定的指导意义。     

大型浅水湖泊水质模型边界负荷敏感性分析

为探究太湖水质对外源负荷削减的时空响应分异性,阐明不同入湖水量和污染来源条件下对应的外源削减侧重点,基于EFDC模型构建太湖水质模型,将太湖入湖边界划分为7组,以COD和氨氮为输出目标,采用局部敏感性分析方法进行太湖水质边界敏感性分析.结果表明,各湖区的COD和氨氮改善响应特点为自削减边界向外围递减,边界敏感性指数均为西北湖区最高.枯水期削减条件下COD浓度改善率比丰水期低28.40%~34.71%,边界敏感性排序为西北湖区边界 > 竺山湖边界 > 贡湖边界 > 梅梁湾边界 > 西南湖区边界 > 东部湖区边界 > 东太湖边界;枯水期削减条件下氨氮浓度改善率比丰水期高41.59%~42.34%,边界敏感性排序为西北湖区边界 > 梅梁湾边界 > 竺山湖边界 > 贡湖边界 > 西南湖区边界 > 东太湖边界 > 东部湖区边界.因此,在进行大型湖泊外源污染防控决策时,需要根据不同水质考核指标综合考虑削减的时期和入湖河流位置.     

贵州威宁草海流域地下水水化学特征及无机碳通量估算

贵州威宁县草海是我国最大的岩溶湿地,岩溶地下水是其重要的补给水源和物质来源.本研究在丰水期、枯水期和平水期对草海流域内12处地下水进行了采集并测定,揭示了该流域地下水水化学特征和主要离子来源,并基于水化学径流模数法初步估算了草海流域岩溶碳汇通量.结果表明,草海流域地下水水化学类型以HCO₃-Ca型为主,东南部个别泉点在平水期为SO₄-Ca型.地下水中优势离子均以Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-为主,季节上SO₄^2-和Mg²⁺平均质量浓度呈现出平水期 > 枯水期 > 丰水期,NO₃^-平均质量浓度则表现为丰水期 > 枯水期 > 平水期,其他离子季节变化特征不明显.空间上草海北部地下水中Ca²⁺和HCO₃^-质量浓度相对较高,K⁺、Na⁺和Cl^-在西南部地下水中质量浓度较高,东南部地下水中Mg²⁺、NO₃^-和SO₄^2-质量浓度较高.地下水中Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-主要受到碳酸盐岩溶蚀的控制,碳酸、硫酸和硝酸均参与了流域内碳酸盐岩的风化,三期大部分地下水中NO₃^-主要受土壤氮和生活污水的影响,东南部地下水NO₃^-则主要受农业活动影响,K⁺、Na⁺、Cl^-和SO₄^2-的来源则无明显时空差异,前3种离子主要受人类活动影响,而SO₄^2-则主要来源于地层中含硫化合物的溶解.研究区外源酸参与流域碳酸盐岩风化具有较高比例,季节上表现为平水期外源酸参与流域碳酸盐岩比例最高,丰水期最低的特征,在扣除外源酸参与流域碳酸盐岩风化的比例后,初步估算草海流域无机碳通量平均约为181.5 t·a^-1,岩溶地下水向草海输送HCO₃^-量平均约为1144.1 t·a^-1.     

沉积物内源与外源重金属形态与酶活性的相关性

文章以表层沉积物为研究对象,采用改进的Tessier连续萃取法,研究了表层沉积物中重金属(内源体系:Fe、Mn、Cu、Zn和Pb;外源体系:掺杂Cu、Zn和Pb后的Fe、Mn、Cu、Zn和Pb)形态和酶(蛋白酶、脱氢酶、磷酸酶、蔗糖酶)活性在一定时间(45d)内的转化趋势,探讨了沉积物中重金属形态与酶活性的相关性。结果表明,在外源体系中,Cu、Zn和Pb的掺杂对Fe和Mn的形态转化影响较小,而Cu、Zn和Pb显著地由残渣态向相对不稳定形态转化,转化幅度均大于20%。外源重金属掺杂初期(前5d),重金属对沉积物中的酶有一定的活化作用,但经过一段时间后以抑制作用为主。相关性分析表明,当掺杂外源重金属后,沉积物中酶的活性与重金属形态的相关性减弱,与内源体系中重金属和酶的活性关系存在明显差异。     

表面活性剂光催化降解动力学研究

为了研究光催化法对不同电荷类型表面活性剂的降解性能,在紫外光照射下,用TiO2光催化剂对阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和两性表面活性剂十八烷基甜菜碱(BS18)进行降解试验.同时,探讨了TiO2光催化剂加入量、表面活性剂初始质量浓度及初始pH对光降解的影响及其动力学过程.结果表明,3种表面活性剂的降解行为符合准一级动力学规律,3种表面活性剂降解速率快慢顺序为:BS18CTABSDS.SDS和BS18的最佳TiO2催化剂用量为1 g.L-1,而CTAB的最优用量为2g.L-1;CTAB和BS18的光降解速率随着活性剂初始质量浓度的增大而线性减小,SDS的降解速率则随活性剂初始质量浓度的增加而缓慢增大;CTAB和BS18在偏碱性条件下降解最快,而SDS在弱酸条件下具有最大的动力学降解速率.     

水文情势和外源铅锌对根际微生物群落的影响

根际微生物对维持土壤根际微域环境的活性和土壤有机污染物的自净、有毒重金属的迁移转化等发挥重要的作用。文章选用鄱阳湖优势湿地植物芦苇和苔草进行不同水文情势和外源铅锌下的室内试验,通过测定根际土壤微生物数量,探讨了水位和重金属Zn2+和Pb2+对湿地植物芦苇和苔草根际土壤微生物群落的影响。结果表明:外源锌(≥5 mg/kg)对芦苇根际细菌和真菌数量的影响表现为刺激作用,对放线菌数量的影响较为复杂;微生物对锌的敏感性大体上表现为放线菌细菌真菌。锌(≥5 mg/kg)对苔草根际细菌数量的影响表现抑制作用,对苔草根际放线菌和真菌的生长有刺激作用,但浓度高时(100 mg/kg)受到抑制,数量减少。总体上苔草根际细菌、放线菌和真菌较芦苇对锌更为敏感,表现为细菌真菌放线菌。水位对微生物数量的影响较大,相同铅离子浓度下淹水状态的细菌、放线菌和真菌数量显著高于湿润状态组;湿润状态处理组对铅的耐性大于淹水状态处理组;苔草根际细菌对铅的耐受性大于芦苇,芦苇根际的放线菌和真菌对铅的耐性大于苔草。     

太湖湖心区的痕量金属历史沉积过程研究

以太湖湖心区的沉积物为研究对象,解析了湖心区痕量金属的沉积通量年变化,探明了湖心区痕量金属的历史沉积情况.结果表明:湖心区各样点沉积物的沉积速率从1950年以前的(0.032±0.023)g·cm-2·a-1缓慢递增到1980前后的(0.076±0.030)g·cm-2·a-1,1980年后突增明显,在2000年后达到(0.185±0.132)g·cm-2·a-1.湖心区沉积物中8种痕量金属(钒、铬、镍、铜、锌、砷、镉和铅)的含量年变化没有明显递增趋势,在20世纪80年代(对应沉积柱4~9 cm深度处)前后相差不大(变幅小于20%).但8种金属元素的沉积通量随时间推进而递增,与1980年前相比,金属沉积通量在1980年后突增倍数达到11倍以上.金属沉积通量与沉积物的沉积速率显著正相关,并与20世纪20年代以来太湖流域社会经济发展形势相一致.1980年后8种痕量金属沉积总量在湖心区西部最大,而沉积物沉积速率对湖心区南部的痕量金属沉积总量贡献最大.通过金属沉积通量可以更全面地研究太湖重金属的历史沉积过程和人为活动的干扰效应.     

贵州南明河水环境综合整治与水质模拟

以贵州南明河为例,对城市河道水环境综合治理全流程进行了系统的定量综合分析.污染识别结果表明,外源污染是造成南明河污染的关键原因,其对南明河COD、氨氮和TP等污染物的贡献分别达68%、95%和77%;COD和氨氮是南明河的主要入河污染物(80%和60%的入河外源来水中COD和氨氮水平劣于地表V类水).采取截污纳管、污水处理及河底清淤等针对性的治理措施,可共削减南明河COD、氨氮和TP污染负荷41414.6、874.2和218.0 t·a~(-1);通过生态建设恢复河道自净能力并运行半年后,南明河整治段劣V类河道长度占比从整治前的51.0%下降至17.4%,达到地表水V类的水质段由原来的10.1%提高至24.3%.建立MIKE模型预测综合整治措施3期工程全部完工时南明河水质运营情况发现,南明河下游水质断面能稳定达到IV类水体,但在枯水期仍可能存在部分河段TP和氨氮超标的情况.通过从上游水库(红枫湖,II类水)进行生态补水以保障南明河干流城区段稳定达标IV类水体,在考虑模拟误差且保证率高于90%的情况下,枯水期最高补水量应达到3.47m~3·s~(-1).     

两性膨润土增强不同层次紫色土吸附Cu2+的研究

为了证实两性粘土对不同层次紫色土吸附Cu~(2+)的促进作用,以不同比例(25%、50%和100%)十四烷基二甲基甜菜碱(BS-14)修饰膨润土作为两性基质,将其分别以5%的比例(质量比)添加至表层和粘化层紫色土中,采用批处理法研究不同两性基质添加比例对表层紫色土(ZS)和粘化层紫色土(ZA)吸附Cu~(2+)的等温吸附特征,并对比温度、p H值和离子强度对Cu~(2+)吸附效果的影响。结果表明:(1)表层紫色土添加BS膨润土(ZS-BS)和粘化层紫色土添加BS膨润土(ZA-BS)对Cu~(2+)的吸附量均随着BS膨润土中BS-14修饰比例的增大而增加,且相同BS-14修饰比例下ZA-BS对Cu~(2+)的吸附量高于ZS-BS。(2)p H值在3~5范围内,表层和粘化层紫色土对Cu~(2+)的吸附量均随p H值的升高而增大。温度从20℃增加到40℃时,两层次土样对Cu~(2+)的吸附量均随温度的升高而增加。土样对Cu~(2+)的吸附量在离子强度I=0.1 mol/L时最大,在I=0.01 mol/L时最小。(3)热力学参数结果表明添加BS膨润土后,不同层次紫色土吸附Cu~(2+)是一个自发、吸热和熵增的过程。     

优良籼型恢复系转基因植株的获得及其遗传稳定性

报道了用基因枪转化法将雪花莲凝集素基因(gna)转移到优良籼型杂交稻恢复系蜀恢527中．PCR、PCR Southern blotting和Southern blotting等分子检测证明，外源基因以多拷贝单位点方式整合到受体基因组中并稳定遗传到转基因第三代(T2)．转基因第一代植株(TO)在株高和结实率上与相应的组培、种子实生苗植株相比，发生明显的不可遗传的变异，随着繁殖代数的增加，转基因植株恢复到与对照植株一致．Western blotting表明，目的基因在转基因植株中正确表达．蛋白活性分析显示，外源基因在转基因植株中合成的蛋白具有凝血生物活性，含量占可溶性总蛋白的0．1％左右．本文还对转基因技术在杂交稻育种中的应用进行了讨沦．图4表2参18