Modelling sulphate-enhanced cadmium uptake by Zea mays from nutrient solution under conditions of constant free Cd2+ ion activity

A controlled hydroponic experiment was undertaken to investigate Cd uptake in relation to the activity of Cd species in solution other than the free ion (Cd²⁺) by maintaining a constant Cd²⁺ activity under variable SO₄₂⁻ and Cl⁻ concentrations exposed to maize (Zea mays var. Cameron) plants. The objectives of these experiments were: (1) to distinguish and quantify the different uptake rates of free and inorganic-complexed Cd from nutrient solution, and (2) to model the uptake of Cd by maize with a Biotic Ligand Model (BLM) in a system which facilitates the close examination of root characteristics. Results of the current experiments suggest that, in addition to the free ion, CdSO₄⁰ complexes are important factors in determining Cd uptake in nutrient solution by maize plants. Higher nominal SO₄²⁻ concentrations in solution generally resulted in a greater Cd accumulation by maize plants than predicted by the Cd²⁺ activity. A better integration of the complete dataset for the 3 harvest times (6, 9 and 11 days after treatment) was achieved by including consideration of both the duration of Cd exposure and especially the root surface area to express Cd uptake. Similarly, the fit of the BLM was also improved when taking into account exposure time and expressing uptake in terms of root morphological parameters.     

重金属对秀丽隐杆线虫繁殖的影响

为了探究重金属单独及联合暴露对秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)繁殖的影响及其作用机制,采用96孔板液相暴露试验,以环境相关浓度(0.1~50.0 μg/L)的Cd、Hg、Pb暴露同步化处理秀丽隐杆线虫,24 h后统计其怀卵数及阴门畸形率,以及连续记录72 h内子一代秀丽隐杆线虫的个体数,最后利用2×2析因设计方差分析阐明重金属的两两联合作用模式. 结果表明:与对照组相比,Cd、Hg、Pb单独及联合暴露对秀丽隐杆线虫的繁殖具有显著抑制作用,ρ(Cd)为50.0 μg/L、ρ(Hg)为10.0 μg/L、ρ(Pb)为50.0 μg/L暴露组秀丽隐杆线虫子一代数量分别降低了43.5%、33.8%、51.0%;Cd-Hg暴露组〔当ρ(Cd)、ρ(Hg)分别为50.0、10.0 μg/L时〕、Hg-Pb暴露组〔当ρ(Hg)、ρ(Pb)分别为10.0、50.0 μg/L时〕、Cd-Pb暴露组〔当ρ(Cd)、ρ(Pb)分别为50.0、50.0 μg/L时〕秀丽隐杆线虫子一代个体数分别降低了44.7%、61.0%、53.3%. 进一步研究发现,Cd、Hg、Pb单独及联合暴露会引起秀丽隐杆线虫子宫内受精卵数量降低以及产卵器阴门结构畸形率升高. 2×2析因设计方差分析结果发现,Cd、Hg、Pb两两联合暴露对秀丽隐杆线虫的繁殖表现为没有交互作用或者交互方式为拮抗. 研究显示,秀丽隐杆线虫子宫内怀卵数的降低是其子一代数量显著减少的主要原因,而阴门结构的损伤可能使产卵行为受损,从而进一步加剧重金属对秀丽隐杆线虫繁殖的抑制作用.      

回归模型法推导油菜田土壤Cd限值的不确定性

为研究土壤-作物迁移模型推导农田土壤环境基准的不确定性,以油菜为例,通过贵州省4种典型微酸性土壤——红壤、黄壤、石灰土和黄棕壤进行Cd盐添加的盆栽试验,除全量Cd外,选择5种有效态提取剂,分别与油菜籽w(Cd)建立土壤-作物迁移模型. 参照GB 13078—2001《饲料卫生标准》w(Cd)限值(0.5 mg/kg),采用模型预测中位值和95%预测上限进行土壤Cd限值推导并分析模型的不确定性. 结果表明:全量和各提取态Cd质量分数与油菜籽w(Cd)均能建立极显著的一元(R2为0.907~0.946)或多元(考虑pH)回归模型(R2为0.875~0.962). 5.550(以多元模型中位值推导的农田安全种植油菜的Cd限值)随pH的升高从0.93 mg/kg增至1.45 mg/kg,HNO₃提取态、HCl提取态、DTPA提取态的Cd的质量分数也分别从0.81、0.97、0.73 mg/kg升至1.39、1.79、1.66 mg/kg. 基于CaCl₂提取态Cd的一元模型对pH不敏感,SEQS₅₀不受其影响. 对所有模型而言,SEQS₅₀是SEQS₉₅(基于模型95%的预测上限推导的限值)的1.1倍左右. 其中,CaCl₂提取态Cd的SEQS₅₀和SEQS₉₅分别为0.052和0.049 mg/kg,小于福建省CaCl₂提取态Cd标准限值(0.15 mg/kg). 为降低不确定性,需要选择合适的提取剂,使用全量Cd,HNO₃、HCl或DTPA 3种提取态Cd建模时须兼顾pH的影响. 研究显示,SEQS₉₅能够降低土壤Cd限值达标而作物Cd含量超标的可能性.      

不同浓度草酸对土壤中Cu、Cd形态的影响

用三种不同浓度的草酸(0.5mmol/L、1mmol/L、2mmol/L)处理污染土壤,研究草酸对土壤Cu、Cd形态的影响,结果表明不同浓度的草酸对Cu和Cd的形态均产生一定影响。三种草酸作用下,Cu、Cd的可交换态和碳酸盐结合态均下降,其中0.5mmol/L草酸的作用效果最为显著,Cu分别下降了1.31和3.42个百分点,Cd分别下降了3.37和1.58个百分点。通过比较,可以确定0.5mmol/L的草酸是固定Cu、Cd的最佳浓度。作用于土壤Cu、Cd形态的转变主要是草酸络合溶解和酸性水解综合作用的结果。     

商陆耐重金属Cd关键酶抗氧化酶的研究

研究商陆(Phytolacca americana L.)对Cd胁迫的抗氧化酶响应,对于揭示其耐Cd机制具有重要意义.商陆幼苗在200μmol/L或400 μmol/L CdCl2营养液中处理4 d,叶片活性氧自由基和MDA含量升高,膜透性增加,光合速率降低,表明Cd胁迫诱导产生氧化胁迫.随着Cd处理含量的提高和时间的...     

硝酸钙添加和锆改性膨润土覆盖联用控制底泥中磷释放的效果及机制

通过底泥培养实验,研究了硝酸钙添加和锆改性膨润土覆盖联用控制底泥中磷释放的效果及机制.结果发现,在缺氧条件下,底泥中磷会先释放出来进入间隙水中,而后穿越底泥-水界面扩散进入上覆水中,导致上覆水中溶解态活性磷（SRP）和薄膜扩散梯度（DGT）有效态磷浓度较高.但是,联合使用硝酸钙添加和锆改性膨润土覆盖可有效控制底泥中磷释放出来进入上覆水中,导致上覆水中SRP和DGT有效态磷浓度处于很低的水平.此外,该组合技术还可有效降低底泥中间隙水SRP和DGT有效态磷浓度以及最上层底泥中氧化还原敏感态磷（BD-P）含量,这对于其控制水体内源磷释放会起到至关重要的作用.与单一的硝酸钙添加技术相比,组合技术对上覆水中SRP的去除效果较优,对底泥间隙水中SRP及底泥-水界面SRP扩散速率的削减效果较佳,对最上层底泥中BD-P的削减率也较高.与单一的锆改性膨润土覆盖相比,组合技术在底泥修复后期对上覆水中SRP的削减效果较佳.另外,组合技术对底泥中间隙水SRP和DGT有效态磷的削减率要高于单一的锆改性膨润土覆盖技术,前者对底泥-水界面SRP扩散速率以及表观磷扩散速率的削减效果也好于后者.硝酸钙添加/锆改性膨润土覆盖组合是一种很有希望的水体内源磷释放控制技术.     

氮添加影响下新疆天山雪岭云杉林土壤酶活性及其与环境因子的相关性

氮沉降可能影响森林土壤性状及代谢活性,为进一步了解氮沉降下森林土壤生化过程与生境相互作用机制,探究天山雪岭云杉林土壤酶活性及土壤环境因子对氮沉降的响应特征,本文以天山雪岭云杉森林土壤为研究对象,采用氮沉降梯度法开展施氮试验,分析不同施氮水平下土壤酶活性与土壤环境因子的特征,并结合冗余分析方法讨论了土壤酶活性与土壤环境因子的相关性.结果表明：①土壤酶活性均随施氮量增加表现出先上升后降低的趋势,除土壤酸性磷酸酶外,其余均在低氮处理下达到最大值.②外源氮添加导致土壤pH值降低,低氮或中氮处理后土壤电导率、土壤有机碳、土壤铵态氮、土壤铵态氮、土壤全磷和土壤C/N含量升高,土壤N/P呈现不规律下降.③土壤酶及其与土壤环境因子相关性分析结果显示,土壤含水量、土壤有机碳、土壤铵态氮、土壤全磷和土壤C/N均与土壤酶活性呈显著相关性,其中仅土壤C/N与土壤酶活性呈显著负相关,其余各项环境因子与土壤酶均呈极显著正相关;土壤pH值及土壤N/P与土壤酶活性无显著相关性.新疆天山雪岭云杉在施氮背景下,影响土壤酶活性的重要因子为土壤有机碳和土壤铵态氮.     

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.