土壤铜植物毒害的不同评价终点和室内外测定差别研究

本论文对山东陵县、湖南祁阳和浙江嘉兴3种性质差异较大的土壤上进行的室内外的土壤外源铜(Cu)的植物毒性试验结果进行了比较。结果发现3种室内评价终点(大麦根长、西红柿和小白菜苗期生物量)和田间植物(玉米、小麦、水稻和油菜产量)对土壤中Cu毒性的敏感性存在较大的差异。大麦根伸长和小白菜生物量法高估了土壤中Cu对田间小麦、玉米和水稻产量的毒害,而室内西红柿生物量法则低估了土壤中Cu对田间小麦、玉米和水稻产量的毒害。小白菜和田间油菜的敏感性接近,可以用室内小白菜苗期生物量作为土壤中Cu对田间油菜产量毒性评价的植物。当采用相同植物比较时,陵县小麦、祁阳玉米和嘉兴油菜的室内苗期值可以作为土壤Cu对相同田间植物产量的毒害作用(EC_(10))的评价指标。但是,室内苗期毒害指标会低估Cu对田间祁阳小麦和高估嘉兴水稻的毒害作用,说明土壤Cu植物毒害室内外测定的差别受土壤和植物的影响。     

土壤水溶态铜对小白菜的毒害效应及其预测模型

土壤中铜(Cu)重金属的生物毒性/有效性主要取决于它们在土壤液相中含量和土壤溶液的性质。探寻土壤有效态Cu的生物毒害效应,表征量化其与土壤溶液性质关系,可为土壤Cu的环境风险评价提供参考。选取17种典型农田土壤,探讨了有效态Cu(土壤孔隙水以及CaCl_2浸提态)对小白菜生长的毒性效应及其预测模型。结果表明:土壤孔隙水中Cu对小白菜生长10%抑制的毒性阈值值(EC_(10))和50%抑制的毒性阈值(EC_(50)),最大值与最小值相差为14.7和14.6倍;同样,对于CaCl_2提取态Cu的EC_(10)和EC_(50),最大值与最小值相差12.7和7.7倍,表明土壤溶液性质对水溶性Cu对小白菜的毒性阈值影响很大。建立了土壤溶液的重要因子(溶解性有机碳、土壤溶液pH值、电导率、全硫含量、Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+)和水溶性Cu阈值之间的多元回归关系,结果显示,土壤溶液性质可以较好地预测水溶性Cu对小白菜的毒性阈值。同时,土壤溶液中Mg~(2+)、K~+和S的含量是控制孔隙水中Cu对小白菜生长毒性的最重要因子,单一的S能分别解释34%的EC_(10)变异,K~+解释26%的EC_(50)变化。本研究结果可为陆地环境中水溶性Cu的风险评价提供基础。     

环境中金属生物有效性的预测模型——生物配体模型研究进展

生物配体模型(BLM)是一种用于预测环境中金属生物毒性的机理性模型.模型理论起源于自由离子活度模型(FIAM)和鱼鳃络合模型(GSIM),考虑了自由金属离子的活度以及自然环境存在的其他离子(如Ca2+、Na+、Mg2+、H+)、非生物配体(如可溶性有机质、氯化物、碳酸盐、硫酸盐)和生物配体的竞争.目前,在水生生态系统中,基于鱼鳃络合模型的框架基础,通过生物化学实验手段并结合数学方法,建立了预测铜、锌、银、镍对Rainbowtrout(虹鳟鱼)、Fatheadminnow(黑头呆鱼)和Daphniamagna(水蚤)的急、慢性毒性的BLM版本,并积极探索其在陆地生态系统中的应用.虽然生物配体模型在实验室模拟条件下取得了较为满意的结果,但其中包含着一些假设,在实际应用中还具有一定的局限性,尤其是陆地生态系统生物配体模型的发展还需要做许多研究工作.本文主要论述了生物配体模型的理论基础、实现手段和应用情况,讨论了生物配体模型的优势和局限性并对其未来研究方向进行了展望.     

西红柿镍毒害的土壤主控因子和预测模型研究

选取我国有代表性的17种土壤,运用生态毒理学方法研究了土壤中外源镍(Ni)对西红柿的毒性,结果发现土壤中外源Ni对西红柿的生长毒性主要受土壤pH值、有机碳含量的影响.在供试淋洗(使用模拟的人工雨水滤洗定量的土壤样品)和非淋洗土壤中,Ni对西红柿生物量50%抑制的毒性阈值(EC50)范围分别从11mg·kg-1到932mg·kg-1和从7mg·kg-1到2055mg·kg-1,其最大值和最小值比例分别达到了85和294倍.土壤pH值是土壤中Ni对西红柿生长毒性的主控因子,进一步引入土壤有机碳因子时,淋洗和非淋洗土壤理化性质和EC50之间回归方程的决定系数R2由0.853和0.743分别提高到了0.925和0.824.利用土壤性状(土壤pH值、有机碳含量)可以较好地预测土壤中外源Ni对西红柿生长的毒性阈值.     

土壤中铜生态阈值的影响因素及其预测模型

利用中国土壤的铜毒理学数据通过物种敏感性分布法推导了土壤中铜的不同风险水平(P%)的毒害浓度值(P%Hazardous concentration,HCp),并利用淋洗―老化因子校正HCp获得不同土地类型土壤中铜的生态阈值,探讨了土壤性质对铜生态阈值的影响并建立了两者之间的量化关系.结果表明,土壤性质对铜的生态阈值有显著影响,土壤pH值和阳离子交换量(CEC)是影响土壤铜生态阈值的最主要因子,可达铜生态阈值变异的80%以上.基于土壤pH值和CEC的两因子回归模型能较好地预测铜生态阈值,其决定系数R2为0.820~0.913;增加土壤有机碳含量(OC)的三因子模型具有更高的准确性,其决定系数R2为0.852~0.988.研究结果可为科学合理地进行土壤中铜的生态风险评价和建立土壤环境质量标准提供依据.     

土壤中铜生态阈值的影响因素及其预测模型

利用中国土壤的铜毒理学数据通过物种敏感性分布法推导了土壤中铜的不同风险水平(P%)的毒害浓度值(P% Hazardous concentration, HCp),并利用淋洗―老化因子校正HCp获得不同土地类型土壤中铜的生态阈值,探讨了土壤性质对铜生态阈值的影响并建立了两者之间的量化关系.结果表明,土壤性质对铜的生态阈值有显著影响,土壤pH值和阳离子交换量(CEC)是影响土壤铜生态阈值的最主要因子,可达铜生态阈值变异的80%以上.基于土壤pH值和CEC的两因子回归模型能较好地预测铜生态阈值,其决定系数R2为0.820~0.913;增加土壤有机碳含量(OC)的三因子模型具有更高的准确性,其决定系数R2为0.852~0.988.研究结果可为科学合理地进行土壤中铜的生态风险评价和建立土壤环境质量标准提供依据.     

田间土壤外源铜镍在小麦中的累积及其毒害研究

通过湖南祁阳和山东德州的田间试验,研究不同水平外源Cu、Ni在酸性和碱性土壤中经过老化之后对小麦的毒害及其在小麦植株内的累积状况.结果表明,小麦籽粒和秸秆的生物量随着土壤中Cu、Ni添加剂量增加而减少.酸性土壤(祁阳,pH 5.31)和碱性土壤(德州,pH 8.90)中外源Cu的对小麦的10%抑制效应含量(EC10)分别为55.7 mg.kg-1和499.6mg.kg-1,外源Cu、Ni在祁阳田间土壤中的毒性显著高于德州田间土壤.随着土壤重金属添加量的增加,Cu在祁阳小麦籽粒中的含量随土壤Cu添加量的增加而增加,后趋于稳定,Ni在德州小麦籽粒中的含量随土壤Ni添加量的增加呈线性增加;德州小麦籽粒中Cu、Ni含量范围分别为6.07～9.26 mg.kg-1和0.53～31.78 mg.kg-1,祁阳小麦籽粒含量分别为5.24～10.52mg.kg-1和0.16～25.33 mg.kg-1.在试验的2种土壤中,外源Cu没有造成小麦的籽粒含量超标,因此,相比食品安全,农田土壤Cu污染的生态风险应优先考虑.     

土壤-植物系统中氮锌交互作用研究进展

对几十年来有关土壤-植物系统氮锌交互作用研究现状及未来趋势进行了综述。论述了氮锌交互作用与植物生长、氮锌及其它元素的吸收、转运、积累的相互关系，以及对微生物生长及豆科作物固氮的影响；讨论了氮锌交互作用的生理生化基础及细胞亚细胞学机理；指出了氮锌交互作用的若干薄弱环节；展望了氮锌交互作用未来的研究方向。     

小麦籽粒中镉对锌的拮抗作用与有机肥的调控

研究不同的镉、锌复合污染水平对小麦籽粒锌吸收的影响及有机肥的调控作用。试验结果表明,随着土壤中外源Zn浓度的提高,小麦籽粒Zn含量显著增加;Cd和Zn复合污染的土壤上,小麦籽粒对Zn的吸收累积除受到土壤中外源Zn水平的影响外,还受到外源Cd的影响,高浓度Cd(100 mgkg-1)减少了Zn在小麦籽粒中的累积,说明Cd对小麦吸收Zn有拮抗效应;施用有机肥显著降低了1000 mgkg-1Zn污染土壤上小麦籽粒Zn含量及1000 mgkg-1Zn与100 mgkg-1Cd复合污染土壤上小麦籽粒Zn含量,而显著增加了500 mgkg-1Zn与Cd复合污染土壤上小麦籽粒Zn含量。因此,有机肥对Cd和Zn复合污染土壤上小麦籽粒Zn含量的影响与外源Cd、Zn的浓度组合有关。     

土壤中铜和镍的不同毒性阈值间量化关系

污染物的剂量-效应关系是生态毒理学的重要基础。在剂量-效应关系中，EC₁₀ (10%有效抑制浓度) 是建立基于风险的环境质量基准值的基础，但有关污染物生态效应的研究报导中多数采用毒性阈值EC₅₀ (半数抑制浓度)，如何将EC₅₀转化为EC₁₀是建立污染物环境质量基准急需解决的问题。利用log-logistic拟合了中国17种代表性土壤中大麦、西红柿、小白菜3种植物的铜和镍剂量—效应曲线，获得了不同土壤中铜、镍剂量—效应曲线中段的斜率(b值)，并依据计量—效应曲线获得3种植物在不同土壤中的铜、镍EC₁₀和EC₅₀值。结果表明：铜和镍的剂量—效应曲线 b值受土壤性质显著影响，但不同物种间的变化较小，大麦、西红柿及小白菜的铜、镍剂量—效应曲线b值绝对值的平均值分别接近于6.0和7.0。利用来自中国土壤的毒理学数据建立的铜和镍EC₅₀和EC₁₀单因子量化模型能较为准确地通过铜和镍EC₅₀值预测其EC₁₀值，其量化模型的决定系数 分别为0.704和0.799，当分别考虑土壤pH和有机碳 (OC) 的影响时，铜和镍的EC₁₀量化模型的决定系数分别提高至0.730和0.885。土壤中铜、镍EC₁₀与EC₅₀量化关系的建立可为中国土壤中铜、镍的风险评价及相关标准的制定提供更多的数据基础。