玉米秸秆生物炭对沉积物中BDE-47生态毒性的影响

生物炭对于污染沉积物的原位修复具有很大的潜力,但关于生物炭对沉积物中有机污染物生态毒性影响的研究则较少报道。为评价生物炭对沉积物中BDE-47生态毒性的影响,以底栖动物铜锈环棱螺为测试生物,采用28 d慢性沉积物生物测试研究了不同添加比例的玉米秸秆生物炭(CSB)与BDE-47联合作用对BDE-47生物积累、肝胰脏细胞DNA损伤以及氧化胁迫生物标志物的影响。结果表明,在慢性暴露情况下,CSB对铜锈环棱螺不具有毒性;CSB通过显著降低沉积物间隙水中BDE-47的浓度而降低其在铜锈环棱螺体内的生物积累。在实验浓度范围内(1%～7%),CSB添加比例越高,降低BDE-47生物积累的效果越显著。不同添加比例的CSB均可以显著降低BDE-47对铜锈环棱螺DNA损伤的毒性,较高比例(4%和7%)CSB的效果更为显著,但BDE-47的氧化胁迫毒性不随CSB添加比例的升高而下降。因此,从降低BDE-47生态毒性的角度考虑,沉积物中CSB的合适添加比例为4%左右。     

沉积物中不同浓度多壁碳纳米管对Cd和BDE-47生态毒性的影响

随着碳纳米管的广泛应用,其将不可避免地进入环境中.由于其具有极好的吸附亲和力和吸附容量,碳纳米管可以充当环境中持久性有毒污染物的载体,从而改变共存污染物的生物有效性和生态毒性.为评价淡水沉积物中不同多壁碳纳米管(MWCNTs)对Cd和BDE-47生态毒性的影响,采用沉积物慢性生物测试研究了不同浓度MWCNTs存在下Cd和BDE-47对铜锈环棱螺肝胰脏抗氧化防御系统关键成分超氧化物歧化酶(SOD)与Ⅱ相解毒反应的关键酶谷胱甘肽-S-转移酶(GST)以及脂质过氧化损伤指标丙二醛(MDA)的影响.结果表明,沉积物中低浓度MWCNTs(0.5 mg·g~(-1))增强Cd对铜锈环棱螺的氧化胁迫,中、高浓度(5、50 mg·g~(-1))MWCNTs引起Cd对铜锈环棱螺的氧化损伤,MWCNTs的存在显著增强了沉积物中Cd对铜锈环棱螺的毒性,而且具有浓度-效应关系;低浓度MWCNTs不影响BDE-47对铜锈环棱螺的毒性,中、高浓度MWCNTs显著降低BDE-47的毒性,同样具有明显的浓度-效应关系.因此,在评价MWCNTs的潜在环境风险时,不仅考虑MWCNTs自身的毒性,还应当考虑MWCNTs的浓度、共存污染物的种类和MWCNTs与共存污染物之间的相互作用.     

基于铜锈环棱螺的生物炭修复沉积物中BDE-47生物积累动力学预测模型

研究了铜锈环棱螺对沉积物颗粒的摄取速率、从水和沉积物中摄取BDE-47的效率,以及在BDE-47污染沉积物中添加玉米秸秆生物炭后对这些生理学参数和间隙水中BDE-47平衡浓度的影响.构建了基于铜锈环棱螺摄取和消除BDE-47的相关生理学参数和沉积物地球化学参数的生物动力学预测模型,同时评价了该模型预测BDE-47生物积累的效力.结果显示,铜锈环棱螺对沉积物的摄食率为6.04 g·g^-1·d^-1,对水中BDE-47的摄取效率为38.41%.在BDE-47污染沉积物中添加4%的玉米秸秆生物炭（CSB）可以显著降低间隙水中BDE-47的平衡浓度,降幅达到81%.铜锈环棱螺对添加CSB的沉积物中BDE-47的生物积累显著低于未添加CSB的沉积物,暴露28 d后,添加CSB的沉积物中BDE-47的生物积累下降了66%.本研究构建的生物动力学模型的预测结果与暴露测试中观察到的铜锈环棱螺对BDE-47的摄取情况基本一致.BDE-47的28 d生物积累对沉积物颗粒摄食率、从沉积物中摄取BDE-47的效率、沉积物中BDE-47的浓度和BDE-47的消除速率常数等4个参数的响应表现出较好的敏感性.根据模型的预测,铜锈环棱螺从沉积物中摄取的BDE-47占总积累量的80%以上.当沉积物中添加CSB后,模型显示出更好的预测效力.因此,在已知沉积物和间隙水中BDE-47浓度的前提下,利用该模型可以有效地预测铜锈环棱螺体内BDE-47的积累量,从而减少沉积物生态毒性风险评价和利用生物炭进行原位修复效果评估的不确定性.     

活性污泥生物炭对沉积物中镉生态毒性的影响

为评价沉积物中生物炭对重金属Cd生态毒性的影响,以底栖动物铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)为测试生物,采用14-d亚慢性沉积物生物测试研究了不同添加水平的活性污泥生物炭与不同浓度Cd联合作用对Cd的生物积累、肝胰脏细胞DNA损伤以及超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)的影响。结果表明,活性污泥生物炭可以显著降低间隙水中Cd含量。当沉积物w(Cd)较低(10μg·g~(-1))时,添加生物炭并不显著降低Cd的生物积累,当沉积物w(Cd)较高(50μg·g~(-1))时,只有w=5%的生物炭才能显著降低Cd的生物积累。活性污泥生物炭对铜锈环棱螺不具有毒性。添加生物炭后,低Cd处理组DNA损伤指数、SOD活性和MDA含量均没有显著改变,提示低Cd沉积物中添加生物炭不影响Cd毒性。就高Cd处理组而言,添加w=1%生物炭也不影响Cd毒性,当添加w=5%生物炭时,DNA损伤显著降低,SOD活性明显升高,MDA含量显著下降,Cd毒性下降约60%。因此,沉积物中Cd生物有效性的降低并不必然导致Cd在铜锈环棱螺体内生物积累的减少。沉积物中较高比例的生物炭通过对Cd的吸附阻控在一定程度上减少了生物积累,从而可以有效地降低毒性。生物炭对沉积物中污染物生态毒性的影响与污染物的种类和浓度以及生物炭用量有关。