土壤中铜和镍的植物毒性预测模型的种间外推验证

在基于物种敏感性分布法推导土壤金属生态阈值过程中,利用毒性预测模型对来源于不同土壤的毒理学数据进行归一化处理可消除土壤性质差异的影响,但目前建立的毒性预测模型仅限于少数物种。本研究通过比较土壤中小白菜、西红柿和大麦的铜和镍的毒性预测模型应用于其他高等植物的预测效果,以及归一化前后各物种毒性阈值的种内变异程度,考察了土壤中铜和镍的植物毒性预测模型种间外推的可行性和适用范围,解决了铜和镍土壤生态阈值导出过程中的方法学问题。土壤中镍对小白菜的毒性预测模型能较好地预测芥菜和青椒的镍毒性阈值,利用该模型对芥菜和青椒在不同土壤中的镍毒性阈值进行归一化后亦能显著降低其种内变异,其种内变异系数分别从1.18和1.25降至0.31和0.06;但将镍对小白菜、西红柿和大麦的毒性预测模型应用于莴笋和莴苣的毒性阈值预测时,在pH < 6.0的酸性土壤中其预测值均小于实测值,其实测值与预测值的比值在3.2到6.8之间。对小麦、黄瓜和青椒的铜毒性阈值而言,小白菜模型预测效果优于西红柿和大麦模型。利用西红柿模型归一化黄瓜铜毒性阈值,其毒性阈值的种内变异系数从0.83降至0.14。大麦的铜毒性预测模型能较准确地预测水稻、洋葱、芥菜、包菜和萝卜的毒性阈值,且这5个物种的铜毒性阈值经大麦模型归一化后其种内变异均显著降低。本研究结果可为土壤中铜和镍的植物毒性预测模型的种间外推提供科学依据。     

铜和镍对大麦根伸长的联合毒性研究

重金属的复合污染在环境污染中普遍存在,所以复合污染的联合毒性研究对于准确评价重金属污染有着重要的意义.本论文以大麦根伸长为研究对象,探索了铜(Cu)和镍(Ni)对大麦根伸长的联合毒性.基于Cu-Ni混合物的剂量-效应曲线,运用扩展的浓度加和(CA)与独立作用(RA)两个模型对不同浓度组合的Cu-Ni混合物的交互作用及联合毒性进行预测.结果表明,扩展的CA和RA模型均能较好地预测Cu-Ni混合物对大麦根伸长的联合毒性,低剂量的Ni能缓解Cu对大麦根伸长的毒性作用,但是低剂量的Cu对Ni的生物毒性没有显著影响.研究阐明了Cu、Ni复合作用对大麦根伸长联合毒性的效应机理.     

农用污泥中铜的生态安全阈值研究

本论文采用污泥和土壤外源铜的活性差异系数法研究了农用污泥中铜的生态安全阈值。首先通过比较确定不同土壤条件下污泥中铜和水溶性铜的活性差异的系数,然后利用系数法得到相应土壤条件下污泥铜HC5值(即能够保护95%物种的浓度),并建立了土壤理化性质参数与污泥铜HC5值的量化关系和预测模型。最后与我国现行污泥农用标准值进行了比较,提出了修改建议。结果表明,土壤中来源污泥的铜活性均值约为来源水溶性盐的40%左右。土壤阳离子交换量(CEC)是影响土壤中污泥源铜的毒性的主控因子,可影响污泥铜HC5值变异的84.6%,而土壤pH值和有机碳含量(OC)分别可影响污泥铜HC5值变异的8.4%和1.8%。基于土壤pH、OC和CEC的三因子模型进行预测优于基于土壤pH和CEC的两因子模型,其相关性达到94.8%。与模型预测值相比,我国现行污泥农用标准GB4284-84与CJ/T309-2009中对铜限值的规定均存在着不同程度的保护不足或保护过度问题。     

农田土壤中铜的来源分析及控制阈值研究

农田土壤重金属污染直接危及到生态安全、食品安全和人体健康.从源头上控制农田土壤重金属污染是农业可持续发展和保障农产品质量安全的首要措施.本文采用物质流分析法与情景分析法,以水稻(双季稻、单季稻)、小麦-玉米、蔬菜(叶菜、根菜和果菜)的产地农田生态系统为研究对象,研究农田土壤中重金属铜的输入途径(大气沉降、磷肥、有机肥以及灌溉水)和输出途径(籽粒/可食部位、秸秆/残余物以及地表排水),并通过文献查阅和采样分析建立数据库,在平衡分析基础上为了保障100年土壤铜累积不超过设定的情景水平,当土壤铜背景值含量分别增加50％,100％和150％时,推导出磷肥、有机肥以及灌溉水的重金属含量安全阈值,磷肥中铜含量应控制在65～175 mg·kg-1范围内;畜禽粪肥中铜含量应控制在35～95 mg· kg-1范围内.灌溉水质标准应控制在40～70 μg·L-1范围内.这将为我国农产品产地安全管理和源头预防控制,保障我国农产品质量安全提供一定的技术指导作用.     

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.     

几种典型土壤中铜对赤子爱胜蚓的毒性差异比较研究

土壤污染物基础生态毒理数据是开展污染土壤生态风险评价和构建土壤生态筛选基准的重要依据.以湖南红壤、北京潮土、吉林黑土和经济合作与发展组织(OECD)推荐的人工土壤为测试介质,按照国际标准化组织(ISO)颁布的测试方法,研究了铜在4种不同土壤中对赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)的急性和慢性毒性.结果表明,铜在4种不同类型土壤中对赤子爱胜蚓的毒性效应差异较大,在湖南红壤、北京潮土、吉林黑土和人工土壤中的半致死浓度(14d LC50)分别为134.4、557.7、715.2和867.0mg·kg-1;赤子爱胜蚓体重对较低浓度铜污染响应相对不敏感,而较高浓度铜污染(接近引起蚯蚓死亡的高浓度)则可导致蚯蚓体重显著降低;铜对赤子爱胜蚓生殖(产茧量)的影响较为明显,其在湖南红壤、北京潮土、吉林黑土和人工土壤中对蚯蚓产茧量产生50%抑制作用的有效中浓度(28d EC50)分别为58.2、140.1、258.9和150.4mg·kg-1,无可见效应浓度(NOECs)分别为50、50、200和100mg·kg-1.鉴于我国土壤类型的多样性十分丰富,不同地区土壤性质差异较大等特点,在制定土壤筛选基准时需考虑污染物在不同土壤中生物有效性与毒性的差异。     

杀虫双对土壤磷酸酶的毒性效应

采用模拟方法，对碱性、中性和酸性3类磷酸酶的杀虫双毒性效应进行了研究。结果显示：杀虫双强烈抑制碱性和酸性酶活性，达到了极显著负相关，表明酸性磷酸酶活可表征土壤杀虫双污染的程度；而中性磷酸酶对杀虫双的反应较为迟钝，生态毒性也较弱；不同生态区土壤的酶特征截然不，土和红壤中的主导酶类分别是碱性和酸性磷酸酶，揭示出生态环境对土壤酶特征具有决定性的影响。图2表4参6     

铜的植物毒性与植物蓄积的关系

重金属是一类重要的环境污染物,铜是其中毒性大、分布广的一种。本文介绍了铜对植物的毒性与植物蓄积之间的关系,认为植物对铜的蓄积部位和络合方式能极大地影响铜的毒性。过量的铜能影响细胞膜的透性和细胞内酶系统的活性,影响光和色素的合成及光合作用过程。细胞壁是植物蓄积铜的重要部位;植物体内的络合物质能在细胞内将铜络合而解毒。     

基质诱导硝化测定的土壤中锌的毒性阈值、主控因子及预测模型研究

选取我国有代表性的16种土壤,通过基质诱导硝化(SIN)的方法,研究了淋洗与未淋洗处理后,土壤中外源Zn对不同土壤潜在硝化速率(PNR)的影响.结果表明:在未淋洗处理土壤中Zn毒性的EC50(使PNR降低至对照一半土壤中Zn的浓度)值的范围为197～1 874 mg·kg-1,相差近9.51倍;总体而言,土壤pH、有机碳及粘粒含量的提高可以降低土壤中Zn的毒性.偏相关分析结果表明,影响土壤中Zn对潜在硝化速率抑制作用的主要因子依次为土壤pH、有机碳含量及粘粒含量;淋洗处理明显提高了土壤中外源Zn的毒性阈值浓度,在不同土壤中,淋洗因子(定义为淋洗后的土壤Zn毒性的EC50与非淋洗EC50的比值)     

不同尺度纳米镍对秀丽线虫的发育毒性

应用模式生物-秀丽隐杆线虫研究金属纳米镍的生殖发育毒性.采用20 nm和90 nm镍分别以2.5和5.0 μg·cm2两个剂量对秀丽隐杆线虫进行染毒,并以微米镍和生理盐水作对照,采用后代数目、世代时间、形态和体长、寿命和半数致死率等生殖发育相关评价指标,对纳米镍生殖发育毒性进行评价.结果发现,与生理盐水对照组和微米镍组比较,秀丽线虫暴露于20 nm和90 nm镍的两个剂量组后,均表现出生殖和发育的异常(P)＜0.01),并有剂量依赖性.且90 nm镍暴露对秀丽线虫后代数目、世代时间、形态和体长、寿命和半数致死天数等指标的缺陷作用均显著于20 nm镍.研究表明,纳米镍可影响秀丽线虫的生殖和发育功能,这一效应与纳米粒径和暴露浓度有关.此结论可为制定纳米镍的接触限值标准提供参考.     

部分重金属化合物对淡水发光菌的毒性研究

应用微板毒性分析方法,分别测定了CdCl2·2.5H2O、CoSO4·5H2O、Cr(NO3)3·3H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Fe(NO3)3·3H2O、MnCl2·9H2O、Na2SeO3、ZnSO4·7H2O、Ni(NO3)2·6H2O9种重金属离子化合物及其混合物对淡水发光菌—青海弧菌Q67(Vibrio-qinghaiensissp.—Q67)的发光抑制毒性.结果表明,9种重金属离子化合物对Q67的剂量-效应关系均可用Weibull或Logit模型有效描述.由拟合剂量-效应曲线得到这9种重金属离子化合物的半数效应浓度EC50的负对数值(-logEC50)分别为4.35、3.08、2.39、3.83、3.34、2.39、3.32、3.93和2.76,说明其毒性顺序为:CdCl2·2.5H2O>ZnSO4·7H2O>Cu(NO3)2·3H2O>Fe(NO3)3·3H2O>Na2SeO3>CoSO4·5H2O>Ni(NO3)2·6H2O>Cr(NO3)3·3H2O≈MnCl2·9H2O.为了研究重金属混合物的毒性规律,设计了4组等效应浓度(EC50、EC15、EC10和EC5)比混合物,测试了其混合物毒性,并应用剂量加和(DA)、独立作用(IA)原理及经典联合毒性评价方法进行了分析.DA与IA分析表明,所研究的4种混合物的毒性具有拮抗特征,而毒性单位法(TU)和混合指数法(MTI)的评价结果均为部分相加作用,相加指数法(AI)的评价结果则为拮抗作用.所选评价方法不同,混合物毒性评价结果可能也不同.     

Assessment of risk from long term exposure to waterborne pathogens

Disease due to waterborne pathogens, whether in outbreak or endemic form, continues to be a problem in both the developing and the developed world. Control of waterborne disease requires accurate assessment of the pathogen dose-response relation and of likely patterns of exposure. Heretofore, risk assessment of pathogen exposure has been done on the basis of several standard biologically plausible dose-response models. In this paper, the problem of estimating the long-term risk from waterborne pathogens is put into a rigorous mathematical and statistical framework. The implications of the biologic assumptions embedded in the dose-response models (e.g., heterogeneity in susceptibility) are fully considered, as are the likely patterns of long-term exposure (e.g., temporal correlations within individuals and heterogeneity of mean exposures). Two types of long-term risk are described, risk per person-time and risk per individual where the latter is the risk of infection at least once. The effects on these risks of heterogeneity in individuals susceptibilities and mean exposures and of temporal correlations of exposures are described, both theoretically and empirically using a sample of experimental data sets. Because different models with equal plausibility may give very different results in the low-dose range but fit the experimental data equally well, we apply the model uncertainty algorithm of Buckland et al. (1997) on example data sets. Finally, the computational aspects of the general problem, which are often challenging, are discussed along with the conditions under which simplifying approximations may be utilized.     

测定化学物对乙酰胆碱酯酶抑制毒性的微板吸光法研究

随着化学污染物种类与数量的日益增多,高通量测试方法显得越来越重要。基于乙酰胆碱酯酶(ACh E)抑制法原理,以多功能酶标仪为测试设备,96孔微板为暴露反应载体,建立了测定化学物对ACh E抑制毒性的微板吸光法。系统研究了ACh E浓度、碘化硫代乙酰胆碱(ATCI)浓度、二硫代二硝基苯甲酸(DTNB)浓度对显色吸光度、吸光度变化速率、化学物测试毒性的影响。结果表明,随着ACh E、DTNB、ATCI的浓度增加,吸光度均增加;吸光度变化速率与ACh E浓度呈正相关,与DTNB浓度基本无关,与ATCI浓度呈现先增后减的双相关系;随着ATCI浓度增加,灭多威剂量-效应曲线(DRC)向右移动。最终建立的优化测试条件为DTNB 0.2 g·L~(-1)、ATCI 0.2 g·L~(-1)、ACh E 0.04 U·m L~(-1)、p H 6.8、反应温度29℃及暴露时间15 min;并与国标方法进行了对比与验证,发现试剂加样顺序对毒性测定结果有显著影响。基于ACh E的微板毒性测试结果表明,灭多威的DRC呈现良好的S型曲线,可用Weibull函数有效表征,拟合决定系数R2大于0.97,空白变异控制在了±10%以内。此方法可用于化学污染物的高通量毒性检测。     

微板吸光法测定9种农药对斜生栅藻的抑制毒性

以斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)为指示生物,96微孔板为暴露反应载体,SpectraMax M5酶标仪为吸光度测试设备,建立了测定毒物对藻生长抑制毒性的微板吸光法.论文系统研究了微板吸光法中斜生栅藻的可见吸收光谱和生长曲线以及pH和暴露时间对藻生长的影响,同时应用该方法成功测定了环嗪酮、阿特拉津、西草净、扑灭通、苯嗪草酮、敌草快、草甘膦7种除草剂和磷胺、甲胺磷2种杀虫剂对斜生栅藻的剂量-效应曲线(DRC).通过对剂量-效应数据进行非线性最小二乘模拟,获得了这些农药的半数效应浓度EC50及置信区间.对比标准锥形瓶栅藻毒性试验,微板吸光法具有测试简便快速,所需样品体积少,便于多次平行毒性测试等优点.     

镍对蔬菜毒害临界值的研究

采用水培＋土培的方法研究了镍对蔬菜的毒害临界值。先采用水培法从18种福建常见蔬菜中筛选出对镍毒害的高敏感蔬菜,再通过土培试验确定土壤镍对高敏感蔬菜的毒害临界值。结果表明,在水培条件下镍对蔬菜生长存在低浓度的刺激效应和高浓度的抑制效应。综合表观症状和蔬菜地上部生物量降低20％的效应浓度值（EC20）确定清江白（Brassica chinensis L．）和蕹菜（Lpomoea aquatica Forsk．）为镍毒害的高敏感蔬菜。以蕹菜为指示作物的土培试验表明,随着镍添加量的增加,蕹菜地上部生物量显著下降。以土培条件下蕹菜地上部生物量降低10％为依据,确定土壤有效镍毒害临界值为2．21mg·kg^-1（DTPA提取）;根据野外采集的菜园土壤DTPA提取镍和全镍的回归关系,求得土壤全镍毒害临界值为43．67mg·kg^-1。