基于土壤PAHs形态的老化效应与生物有效性研究

土壤多环芳烃（PAHs）不同提取形态可为理解老化效应机理和评估生物有效性提供新的视角,文章选用芜湖市4种不同类型农业土壤,通过连续提取方法将土壤PAHs划分为3种可提取形态,在此基础上探究PAHs在土壤中的老化效应与生物有效性。结果表明,在4种农业土壤中PAHs含量均表现出慢解吸态>快解吸态>水溶态的特征。在外源PAHs进入土壤的第0天,慢解吸态占比就已达到55.61%±21.59%,有机质含量最低的土壤中,第0天慢解吸态比例明显小于其他土壤,说明这部分“快吸附、慢解吸”的PAHs是与有机质密切联系的。随着外源PAHs在土壤中老化时间的延长,慢解吸态持续增加至第90天的75.57%±7.43%,而水溶态和快解吸态分别从11.20%±4.25%和33.19%±20.24%下降至0.89%±0.21%和1.51%±1.11%,质量平衡计算得出的不可提取态则达到22.0%±6.8%,表明PAHs在土壤中老化效应实质上是从水溶态和快解吸态向慢解吸态乃至不可提取态转化的过程。这种转化过程的动力学可以用一阶指数模型很好地模拟。不同提取形态PAHs中,水溶态含量与蚯蚓富集实验得出的土壤P...     

化学提取法表征污染土壤中PAHs老化规律和蚯蚓富集特征

以添加3种典型多环芳烃(菲、芘、苯并[a]芘)的模拟污染土壤(黄壤和红壤)为对象,研究了PAHs的4种化学提取量即:ASE耗竭性提取总量、Tenax-TA树脂提取量、羟丙基-β-环糊精(HPCD)提取量和正丁醇提取量随老化时间的变化规律.结果表明,在0~60 d老化时间范围内,PAHs耗竭性提取总量在前30 d随时间的延长而降低,后30 d降低趋势不明显,含量基本稳定;PAHs的Tenax、HPCD、正丁醇提取量在0~60 d老化时间范围内,随老化时间的延长而持续降低.实验进一步研究了PAHs的蚯蚓蓄积量(赤子爱胜蚓Eisenia fetida)与4种化学法提取量的相关关系.结果显示,ASE耗竭性提取总量高估了土壤中PAHs的存在风险,并且与蚯蚓富集量没有显著的相关性(R~2为0.44~0.56),因此不能用耗竭性提取总量来评估污染土壤PAHs的生物有效性;而3种非耗竭性提取量与蚯蚓富集量呈现出较好的线性关系,其中HPCD提取法(R~2为0.94~0.99)较Tenax提取(R~2为0.62~0.87)和正丁醇提取(R~2为0.69~0.94)更优.表明可以将HPCD提取法作为预测污染土壤中PAHs生物有效性的一种较为理想的方法.     

外加芘在2种水稻土及其团聚体培养中的老化及其可浸提性和生物有效性的变化

老化是指有机污染物进入土壤后,随着时间的增加,其生物有效性、毒性和可浸提性会逐渐下降的现象.采用室内培养法研究了外加多环芳烃芘在2种水稻土乌栅土(潜育型水稻土)和黄泥土(潴育型水稻土)及其不同粒组团聚体中的老化现象,并采用二氯甲烷提取和蚯蚓吸收试验比较了培养老化后外加多环芳烃芘的可浸提性和生物有效性的变化.结果表明,培养90d后芘的浸提率下降了15%~23%,蚯蚓的摄食量也下降了37%~67%,说明外加有机污染物进入水稻土后发生了显著的老化现象,从而降低了其环境移动性和生物有效性.但不同粒径团聚体中老化程度没有差异,不过对蚯蚓的生物有效性存在差异.因此,并不能根据土壤中有机污染物的含量来预测其环境风险和生物有效性.     

Tenax提取预测老化土壤中多环芳烃的生物有效性

利用聚2,6-二苯基对苯醚(poly(2,6-diphenyl-p-phenylene oxide),商品名Tenax-TA)提取来自9个老化农田土壤中的多环芳烃(PAHs),并应用Tenax-TA评价老化土壤中PAHs对赤子爱胜蚓(Eisenia Fetida)的生物有效性.结果表明,多年老化土壤中污染物的主要组成为4环以上的PAHs;蚯蚓较易富集低环PAHs,对高环PAHs富集能力较差;400h Tenax连续提取实验得出快速、慢速和极慢速吸附速率常数数量级分别为:10-1~10-2、10-2~10-3、10-4~10-6;而快速、慢速和极慢速解吸比率分别为0.02~0.27、0.01~0.33和0.40~0.95.Tenax 6h单点提取PAHs的量与蚯蚓体内PAHs富集量显著相关,表明6h Tenax对多年老化土壤中PAHs的提取量可以用来作为其生物有效性的评价方法.     

施肥对老化污染土壤中PAHs可提取态浓度的影响

采用温室模拟试验,施用农业生产中广泛使用的无机氮肥和有机肥,以花红苋菜为典型叶菜类蔬菜,研究了不同施肥对老化污染土壤中PAHs可提取态浓度的影响.结果表明,有机肥处理与无机氮肥处理相比较,土壤中菲、荧蒽和苯并(b)荧蒽的可提取态浓度显著降低(p<0.05);在相同的采样时间及处理下,3种PAHs的可提取浓度与其在老化污染土壤中初始浓度的比值顺序为:苯并(b)荧蒽<荧蒽<菲(p<0.05),说明不同PAHs与土壤组分之间的吸附因其不同的理化特性而存在差异;裸土处理中3种PAHs的可提取浓度均显著高于根际土壤中的对应浓度(p<0.05).     

生物质炭对土壤中氯苯类物质生物有效性的影响及评价方法

通过室内培养实验,设定对照和添加1%小麦秸秆生物质炭处理,研究生物质炭对土壤中氯苯类物质老化残留的影响,并通过丁醇、HPCD和Tenax这3种化学提取方法以及蚯蚓富集实验评价土壤中氯苯类物质生物有效性的变化.老化4个月后,对照处理中六氯苯、五氯苯和1,2,4,5-四氯苯的残留率分别为29.87%、18.02%、5.16%,而添加1%生物质炭处理中六氯苯、五氯苯和1,2,4,5-四氯苯的残留率分别为68.25%、61.32%和58.02%,表明添加生物质炭能够抑制氯苯的消减.丁醇、HPCD和Tenax提取和蚯蚓富集实验结果表明,添加生物质炭显著降低土壤中氯苯的生物有效性(P<0.05),并随老化时间延长,降低效果更为显著.不同提取剂对氯苯的提取效率不同,丁醇和Tenax对氯苯的提取率为六氯苯>五氯苯>1,2,4,5-四氯苯,而HPCD对氯苯的提取率为1,2,4,5-四氯苯>五氯苯>六氯苯.添加生物质炭可显著降低蚯蚓对氯苯的生物富集因子(P<0.05).本研究表明,生物质炭能降低土壤中有机污染物的生物有效性,但高污染残留存在潜在的环境风险.     

磷酸盐对土壤中外源钕交换态及生物有效性的影响

用放射性同位素¹⁴⁷Nd示踪法,以pH8.2的NaAe为土壤中交换态N的提取剂,研究了磷酸盐对土壤中外源Nd的交换态及生物有效性的影响.结果表明,无论磷酸盐存在与否,加入土壤中的Nd 99.5%以上均被吸附.磷酸盐对稀土离子具有较强的沉淀作用,能够降低土壤中交换态Nd的含量,在实验中发现,KH₂PO₄在0.3g·kg^-1～1.5g·^-1范围内土壤中交换态Nd含量无明显变化.另外实验表明磷酸盐还具有降低小麦对Nd吸收的作用,分析得出土壤中交换态Nd浓度与小麦幼苗中Nd含量存在显著相关性.     

土壤重金属生物可利用性影响因素及模型预测

我国土壤环境污染形势严峻,在生物有效性(bioavailability)的测试评估和预测模型等方面的研究相对较少,导致不能精确地评估污染土壤的生态风险.作为生物有效性的重要反映指标,对土壤中镉(Cd)、砷(As)、铜(Cu)、锌(Zn)和铅(Pb)的生物可利用性(bioaccessibility)进行研究.筛选了已发表论文中生物可利用性与所对应的土壤性质的数据,并分析了它们之间的潜在关系,总结了现有的土壤重金属生物可利用性的测试方法,探究了生物可利用性含量与测试方法以及生物有效性含量之间的影响规律,并建立了生物可利用性含量的回归预测模型.结果表明,生物可利用性含量与重金属总含量间呈极显著(P<0.01)的正相关关系,与土壤pH相关性显著(P<0.05).测试方法的不同对生物可利用性含量有明显的影响,各测试方法测定的生物可利用性含量占比规律为：体外胃肠道模拟>化学试剂提取.各测试方法测定的Cd和Pb的生物可利用性含量占比均较高(均值分别为42.12%和37.33%),说明Cd和Pb较易于被生物体吸收,也应关注由此造成的生态风险.基于生物类型对测试方法进行了分组,以削弱不...     

土壤生态系统微量元素的生物有效性研究现状

土壤中植物必需的微量营养元素的供给以及有害元素的毒性大小并不仅仅与元素的总量有关,而取决于元素的有效性。文章论述了元素生物有效性的含义,介绍了元素有效性的研究方法,即连续偏提取法和单提取法,并对一些相关问题进行了深入的分析讨论。     

稻壳生物炭对污染土壤中稀土元素生物有效性的影响

利用农业秸秆制备了污染土壤修复材料稻壳生物炭和稻壳灰,在模拟稀土（REE）污染的酸性土壤中,添加0、5%和10%的稻壳灰（RHA）稻壳生物炭（RHB）,通过栽培实验考察RHA和RHB对REEs的形态和生物有效性的影响.春秋两季的盆栽实验结果表明,RHA和RHB的添加有效的降低了稀土的弱酸可提取态,随着添加量的增加效果越明显,10% RHA和10% RHB土壤中REEs的弱酸（乙酸）提取态较对照组分别降低了31.65%、19.915%,弱酸可提取态转化为了可还原态,与对照组相比,RHA和RHB的土壤中稀土元素的可还原态分别增加了26.367%、10.321%.两种修复材料显著降低了胡萝卜和茼蒿对稀土元素的富集,10% RHA处理组胡萝卜和茼蒿REEs含量分别较对照组降低了98.08%、93.41%,10% RHB胡萝卜和茼蒿REEs含量分别较对照组降低了68.61%、66.75%.研究结果表明,稻壳生物炭和稻壳灰的施用,能够有效的改善污染土壤的理化性质,降低稀土元素生物可利用态的含量,从而遏制植物对稀土元素的富集.     

Bioaccumulation of hexachlorobenzene in Eisenia foetida at different aging stages

The impacts of contact time on the extractability, the availability of hexachlorobenzene (HCB) in different soils (paddy soil, red soil, and fluvo-aquic soil) and bioaccurnulation in earthworm Eisenia foetida were investigated under controlled conditions in laboratory. Results indicated that the aging rate of HCB displaying a biphasic character in different soils: a rapid aging in the first 60 d followed by a slow aging in the next 120 d incubation time. Moreover, most of extractable HCB (about 90%) decline occurred in the first 60 d after HCB was spiked into the soils. The aging rate of HCB in the paddy soil was higher than that in the fluvo-aquic soil or the red soil. The amount of HCB accumulated in the earthworms and its accumulative ability, expressed as a bioaccumulation factor (BAF), declined as the aging time increased from 1 to 180 d. Although the extractable HCB decreased with increasing residence time in soil, much of HCB could still be accumulated by earthworms (457.6-984.3 ng/g) through bioaccumulation, which poses a potential risk to soil ecological safety.     

Bioaccumulation of hexachlorobenzene in Eisenia foetida at di erent aging stages

The impacts of contact time on the extractability, the availability of hexachlorobenzene (HCB) in di erent soils (paddy soil, red soil, and fluvo-aquic soil) and bioaccumulation in earthworm Eisenia foetida were investigated under controlled conditions in laboratory. Results indicated that the aging rate of HCB displaying a biphasic character in di erent soils: a rapid aging in the first 60 d followed by a slow aging in the next 120 d incubation time. Moreover, most of extractable HCB (about 90%) decline occurred in the first 60 d after HCB was spiked into the soils. The aging rate of HCB in the paddy soil was higher than that in the fluvo-aquic soil or the red soil. The amount of HCB accumulated in the earthworms and its accumulative ability, expressed as a bioaccumulation factor (BAF), declined as the aging time increased from 1 to 180 d. Although the extractable HCB decreased with increasing residence time in soil, much of HCB could still be accumulated by earthworms (457.6–984.3 ng/g) through bioaccumulation, which poses a potential risk to soil ecological safety.     

Bioaccumulation of hexachlorobenzene in Eisenia foetida at dierent aging stages

The impacts of contact time on the extractability, the availability of hexachlorobenzene (HCB) in dierent soils (paddy soil, red soil, and uvo-aquic soil) and bioaccumulation in earthworm Eisenia foetida were investigated under controlled conditions in laboratory. Results indicated that the aging rate of HCB displaying a biphasic character in dierent soils: a rapid aging in the first 60 d followed by a slow aging in the next 120 d incubation time. Moreover, most of extractable HCB (about 90%) decline occurr...     

沉积物中氧化物结合态镉对芦苇的生物有效性研究：氧化物种类、结合形式、老化的影响

沉积物中重金属的生物有效性在很大程度上取决于其赋存形态.选用沉积物中2种典型氢氧化物矿物:氢氧化铁和氢氧化铝,以水培法和矿物结合态Cd为培养介质,以芦苇为受试植物,研究环境中吸附和共沉淀态Cd生物有效性差别,并探究老化过程对生物有效性的影响.经过13 d的培养,发现2种结合形式的Cd均可被芦苇富集,不同处理体系中富集强度不同,根中富集量为9.1~37.8 mg.kg-1;地上部分富集量为0~10.0 mg.kg-1.其中,结合在Fe0.5Al0.5(OH)3矿物上的Cd的生物有效性最大,其次是Fe(OH)3和老化的Fe0.5Al0.5(OH)3,富集量最少的是老化的Fe(OH)3的处理.采用2种低分子量有机酸对Cd进行解吸实验,Cd的解吸规律与芦苇对Cd的富集规律一致.因此,共沉淀处理降低了Cd的富集,矿物的理化性质决定了含铝矿物对Cd的结合较差,老化作用抑制了吸附态Cd的富集,有机酸解吸实验也验证了不同形态Cd生物有效性的差异.     

土壤铜、 铬(Ⅵ)复合污染重金属形态转化及其对生物有效性的影响

通过盆栽试验和室内化学分析相结合的方法,研究了外源铜、铬（Ⅵ）单一和复合污染中土壤金属形态转化及其对生物有效性的影响.结果表明,外源铜、铬（Ⅵ）单一污染土壤中,铬主要以残渣态和有机结合态形式存在,而铜则主要以铁锰氧化物结合态和残渣态形式存在.铜、铬（Ⅵ）复合污染时,低浓度铜（≤400 mg.kg-1）促进铬向交换态转化...     

卧式球磨机处理高浓度HCHs污染土壤工艺参数优化

为了对自主研发的卧式机械化学球磨设备的工艺参数进行优化,为设备的完善、放大及应用积累基础数据,以某有机氯农药污染地块高浓度六六六(HCHs)污染土壤为供试土壤,利用普通生石灰作为球磨药剂进行机械化学脱卤,以不同球磨时间土壤中HCHs的去除率为指标,通过正交试验对球料比和物料比两个影响球磨效果的重要参数进行优化. 结果表明:①卧式机械化学球磨设备处理HCHs的最佳工艺参数组合为球料比10∶1、物料比1∶2,且物料比1∶5和1∶2两种水平对去除率的影响无显著差异,因此实际应用时物料比可选择1∶5,以减少药剂添加量. 验证试验得出,在球料比10∶1、物料比1∶5的工艺参数组合下,0.5 h的HCHs去除率平均值为91.1%,1.0 h时为96.04%,表明优选的工艺参数组合稳定可行. ②球磨0.5 h后,正交试验的各组处理中HCHs的去除率为65.21%~99.94%,1.0 h后为72.44%~99.98%,证实自主研发的球磨机能有效处理污染土壤中的HCHs. 研究显示,卧式球磨设备可高效处理HCHs污染场地土壤,并且具有操作简单、处理流程短等优势,具有较大的应用潜力,可进一步放大设备体积,优选的工艺参数可进行实际应用.      

异化铁还原对土壤中重金属形态转化及其有效性影响

铁的微生物还原是以Fe(Ⅲ)为末端电子受体在厌氧条件下氧化有机物的产能过程,在生物地球化学循环中起着重要的作用.铁呼吸被认为是地球上最古老的微生物代谢形式,与水体、土壤及沉积物中物质循环息息相关.铁的微生物还原对土壤中重金属形态转化有显著影响,对修复重金属及放射性核素污染的场地有着重要意义.本文综合评述了近年来铁微生物还原研究进展,从生态安全和可持续发展角度,探讨了异化铁还原对重金属的形态改变及重金属污染土壤修复的潜在价值,并对其应用前景进行客观分析.异化铁还原对重金属形态转化的影响机制,可初步归纳为异化铁还原对重金属的氧化还原作用、对重金属的甲基化作用、对重金属的固定作用,其作用机制包含生物过程和化学作用的相互穿插,值得进一步深入研究.