不同生物膜附着微塑料对文蛤鳃的毒性效应

近年来,微塑料在海洋环境中的广泛分布及其生物毒性效应与健康风险备受关注。天然海洋环境中,微塑料表面易被多种微生物定殖并形成生物膜,这可能影响微塑料的生物毒性,然而目前对其影响仍知之甚少。以海南典型双壳贝类文蛤（Meretrix lyrata）为受试动物,并以其重要的呼吸和滤食器官鳃为靶器官,研究生物膜对微塑料生物毒性的影响。通过将文蛤暴露在质量浓度为100μg·L-1的不同类型原始和生物膜附着的微塑料（聚苯乙烯PS、聚乙烯PE、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET）环境中14 d,研究微塑料在文蛤鳃中的富集特征及其对鳃组织的病理损伤、抗氧化及免疫防御系统相关指标的影响。结果表明,原始和生物膜附着微塑料均能在文蛤鳃组织中富集,富集量随暴露时间延长而增加,且生物膜附着微塑料的生物富集效应更显著;微塑料富集导致鳃组织发生不同程度的机械损伤,出现鳃丝粘连、萎缩及断裂、鳃丝细胞坏死、纤毛脱落等病理现象,其中附着生物膜的微塑料比原始微塑料对鳃显微结构的损伤更为明显;微塑料胁迫造成超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和碱性磷酸酶（ALP）活性升高,谷胱甘肽（GSH）含量下降,丙二醛（MDA）含量无显...     

农田土壤微塑料污染及其对植物的影响研究进展

微塑料(microplastics, MPs)是一种新型环境污染物,不仅危害海洋生态系统,也广泛存在于陆地生态系统,可以通过土壤进入植物体,进而危害人类健康。该文系统综述了农田环境中MPs的研究进展及未来方向。详细介绍了国内外土壤中MPs的形态、来源、积累过程及MPs对土壤结构和功能的影响;重点阐述了MPs对生物、植物的生态影响以及MPs和金属镉复合污染对植物的影响;并展望了农田环境中的MPs研究的未来方向及重点,以期为全面了解农田中MPs研究现状及未来研究提供信息和科学指导。     

植物浮床-微生物对污染水体的修复作用

在唐山市南湖公园进行了植物浮床-微生物修复富营养化水体的研究.研究结果表明:凤眼莲Eichhomia crassipes、美人蕉Canna indica Linn、鸢尾Iris tectorum Maxim是较好的修复污染水体的植物,因为它们既有良好的修复效果又有良好的观赏价值.将人工填料悬挂于植物浮床下,形成植物和微生物相结合的修复系统,其修复效果明显好于单独植物修复技术,因此温度较高时用植物和微生物共同结合的生物修复技术修复水体污染;秋末冬初温度较低时,植物开始死亡,必须将植物收割,以免植物残体造成二次污染,此时用固定化氮循环细菌(INCB)和水体中原有微生物相结合的技术来修复水体的污染.应用这些技术经过为期3 a的修复试验,南湖公园的水体由地表水劣Ⅴ类恢复到了Ⅲ类标准,基本解决了南湖公园水体的污染问题.     

曝气复氧对滇池重污染支流底泥污染物迁移转化的影响

利用模拟试验方法,研究和探讨了河道曝气复氧对滇池重污染支流底泥污染物迁移转化的影响,结果表明:(1)曝气复氧会导致上覆水体pH值上升0.6～1.0;(2)曝气复氧对上覆水体中TN、TP的质量浓度影响相似,在好氧处理条件下呈下降趋势,而在不曝气的对照处理中呈持续上升趋势,两种状况上覆水体TN、TP的平均变化速率分别为:-0.156 mg·L-1·d-1、-0.060mg·L-1·d-1和0.414mg·L-1·d-1、0.036mg·L-1·d-1;(3)上覆水体中COD的质量浓度在好氧和对照两种处珲条件下,表现出两种不同的变化趋势,前者先上升后下降,而后者先下降后上升,平均变化速率分别为-0.361 mg·L-1·d-1和0.314 mg·L-1·d-1;(4)曝气复氧可抑制河道底泥向上覆水释放污染物质,适合于重污染河道水体修复.     

锰污染土壤对超富集植物木荷生长及生理的影响

采用土培的方法,以广西桂林市未受污染土壤(CK)为对照,研究了贺州市某锰矿区的未开采区(U)、探矿区(P)、恢复区(R)、采矿区(M)土壤和尾砂(W)对锰超富集植物木荷(Schima superba)的生长、锰的吸收及生理的影响。结果表明,从CK~W处理,木荷根茎叶中Mn含量依次增加,木荷的株高和株重随锰处理浓度的增加呈先上升后下降的趋势,表明一定浓度的锰能促进木荷的生长,增加木荷的生物量。植株Mn含量的增加引起了木荷生理特征的变化,显著增加了叶片中硝酸还原酶(NR)及氨酸脱氢酶(GDH)的活性(P0.05),降低了叶片中铵态氮的累积(P0.05),抑制了谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)的活性(P0.05),在R和M处理时NR、GDH活性最高,分别为对照的2.15和1.34倍,在W处理时GS、GOGAT分别比对照降低了66.1%、43.1%;硝态氮在U处理时达到最大值,从U-W处理呈下降的变化趋势。Mn处理同时还引起了木荷叶片中渗透调节物质的变化,随着Mn处理浓度的增加,游离脯氨酸、可溶性蛋白质、可溶性糖和还原性糖含量均有不同程度的增加,苹果酸含量则呈先上升后下降的趋势,表明为了适应锰胁迫,木荷可通过改变渗透调节物质的含量来维持体内的渗透压和正常生理功能。     

3种水生植物对锰污染水体修复作用的研究

通过静态水培试验,研究了3种水生植物水葫芦（Eichhornia crassipes（Mart.）Solms）、水浮莲（Pistia stratiotes L.）、水花生（Atlernanthera philoxeroides）在55、155mg L-1锰（Mn）质量浓度下的生物量、Mn质量分数、富集系数、转运系数,以及对2种Mn质量浓度水体的修复作用。结果表明,水浮莲的鲜质量、干质量、相对生长率、Mn质量分数、富集系数随着取样时间的延长而显著增加（P〈0.05）。2种Mn质量浓度下,水葫芦与水浮莲的鲜质量与相对生长率显著高于水花生。植物茎叶的Mn质量分数依次为水浮莲〉水葫芦〉水花生（P〈0.05）,其中155mg L-1Mn处理水浮莲与水葫芦茎叶Mn质量分数均高于10000mg kg-1,分别为12431.05mg kg-1、11238.28mg kg-1。3种植物茎叶、根的富集指数均显著大于1,且茎叶的富集系数依次为水浮莲〉水葫芦〉水花生（P〈0.05）,根富集指数依次为水浮莲≈水葫芦〉水花生（P〈0.05）。在10,21d这2个取样时期,水浮莲的转运系数要高于其它植物,其中在155mg L-1处理下,水浮莲的转运系数要高于1,分别为1.04、1.01。种植3种水生植物后,2种Mn处理水体的Mn质量浓度随着取样时间的延长而降低。水葫芦、水浮莲、水花生收获时,55mg L-1Mn处理的水体Mn质量浓度分别降低了31.84%、31.44%、18.47%;155mg L-1Mn处理则降低了12.02%、18.53%、7.57%。可见,水浮莲符合超积累植物对Mn质量分数、富集系数、转运系数的要求,其在Mn污染水体修复方面有很好的应用前景。     

丛枝菌根对土壤-植物系统中重金属迁移转化的影响

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)是一类在自然和农业生态系统中广泛存在并能与多数陆生植物形成共生关系的土壤真菌,在重金属污染土壤中对宿主植物的生长及吸收累积重金属具有重要影响,因而对污染土壤的生物修复具有潜在应用价值。以重金属从根际土壤进入植物并在植物体内再分配过程为主线,介绍丛枝菌根在这一过程中对重金属环境行为,特别是根际土壤中重金属赋存形态及植物吸收重金属的影响。最后,对丛枝菌根影响植物重金属耐性机制研究前沿和菌根修复技术的应用前景进行展望。     

电镀污染区植物对复合重金属的富集、转移和对污染土壤的修复潜力

采用野外采样室内分析方法,对重庆市3个电镀厂污染区自然定居的23种优势植物和相应土壤中Cu、Zn、Cr和Ni 4种重金属含量进行测定,揭示了优势植物对复合污染重金属的富集和转移特征。结果表明,电镀污染区土壤中Cu、Zn、Cr和Ni平均含量分别为560.0、722.6、1 364.3和735.7 mg·kg-1,分别为GB 15618—1995《土壤环境质量标准》中三级标准限值的1.40、1.45、3.90和3.68倍。植物对重金属的吸收、富集和转移特性因植物种类、植株部位、污染地及重金属种类的不同而不同,污染地植物吸收的重金属富集滞留在根部较多,扁穗牛鞭草(Hemarthria compressa)和野薄荷(Mentha haplocalyx)表现出超富集Cr的潜力,其地上部分Cr平均含量分别为1 559.2和1 914.6 mg.kg-1,生物转运系数分别为1.29和1.58,生物富集系数分别为1.58和1.79,其他植物地上部分Cr含量超过正常植物百倍以上的有14种,平均富集量为376.4 mg·kg-1,变化范围为121.2～694.3 mg·kg-1,地上部分Ni含量超过正常植物百倍以上的有8种,平均富集量为344.1 mg·kg-1,变化范围为220.3～532.1 mg·kg-1。它们是修复电镀重金属Cr和Ni复合污染土壤的理想植物。     

复合立体生物浮床技术对微污染水体氮磷的去除效果

复合立体生物浮床技术是一种有效的水体污染控制技术。利用竹子制成网格状的立体框架,安放植物、螺蚌等,同时配以弹性材料,形成复合生物浮床。选用芋头、慈姑、荸荠、水芹、蕹菜和美人蕉作为浮床植物,研究其在夏季和秋季对微污染水体中氮磷的去除效果。结果表明,在夏季试验中,蕹菜浮床美人蕉浮床、荸荠浮床、芋头浮床慈姑浮床、水芹浮床;在秋季试验中,芋头浮床慈姑浮床、美人蕉浮床、蕹菜浮床荸荠浮床、水芹浮床。在夏季、秋季试验中,芋头浮床的除氮效果一直很好,对总氮的最大去除率分别达71%和62%;而蕹菜浮床的除磷效果一直很好,对总磷的最大去除率分别达30%和81%。比较了复合立体浮床与传统平面浮床对总氮、总磷处理效果的差异,指出复合立体浮床技术在微污染水体的生态修复方面具有较好的应用前景。     

植物净化床对双龙湖水体有机污染物的去除效果分析

通过对双龙湖A、B两座植物净化床2004年6月至2005年5月间的进出水监测数据进行分析,确定植物净化床对水体有机污染物去除效果的年际变化。结果表明,A、B两座植物净化床对CODMn、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)均有很好的去除效果,对CODMn的平均去除率为71.41%和72.58%,出水水质平均为2.47和2.36mg·L-1;TP的平均去除率为83.01%和84.70%,出水水质平均为0.033和0.037mg·L-1;NH3-N的平均去除率为89.28%和90.30%,出水水质平均为0.125和0.141mg·L-1;TN的平均去除率为60.90%和65.48%,出水水质平均为1.204和1.268mg·L-1。对硝态氮(NO3-N)的去除效果较差,平均去除率为6.91%和32.47%,出水水质平均为0.407和0.637mg·L-1。分析CODMn、TP、NH3-N、TN和NO3-N去除效果的季节变化发现,各指标的去除效果和季节变化有一定关系。最后,作者对植物净化床的运行控制提出了相关建议。     

Nitrogen recovery from wastewater using microbial fuel cells

Nitrogen is one of major contaminants in wastewater; however, nitrogen, as bio-elements for crop growth, is the indispensable fertilizer in agriculture. In this study, two-chamber microbial fuel cells (MFCs) were first operated with microorganisms in anode chamber and potassium ferricyanide as catholyte. After being successfully startup, the two-chamber MFCs were re-constructed to three-chamber MFCs which were used to recover the NO3−−N and NH4+−N of synthetic wastewater into value-added nitrogenous fertilizer from cathode chamber and anode chamber, respectively. Ferric nitrate was used as the sole electron acceptor in cathode, which also was used to evaluate the NO3−−N recover efficiency in the case major anion of NO3− in cathode. The output voltage of these MFCs was about 600–700 mV at an external load of 500 Ω. About 47% NH4+−N in anode chamber and 83% NO3−−N in cathode chamber could be recovered. Higher current density can selectively improve the recovery efficiency of both NH4+−N and NO3−−N. The study demonstrated a nitrogen recovery process from synthetic wastewater using three-chamber MFCs.     

Efficient removal of heavy metals from electroplating wastewater using polymer ligands

Poly(hydroxamic acid)-poly(amidoxime) chelating ligands were synthesized from poly(methyl acrylate-co-acrylonitrile) grafted acacia cellulose for removing toxic metal ions from industrial wastewaters. These ligands showed higher adsorption capacity to copper (2.80 mmol?g⁻¹) at pH 6. In addition, sorption capacities to other metal ions such as iron, zinc, chromium, and nickel were also found high at pH 6. The metal ions sorption rate (t_1/2) was very fast. The rate of adsorption of copper, iron, zinc, chromium, nickel, cobalt, cadmium and lead were 4, 5, 7, 5, 5, 8, 9 and 11 min, respectively. Therefore, these ligands have an advantage to the metal ions removal using the column technique. We have successfully investigated the known concentration of metal ions using various parameters, which is essential for designing a fixed bed column with ligands. The wastewater from electroplating plants used in this study, having chromium, zinc, nickel, copper and iron, etc. For chromium wastewater, ICP analysis showed that the Cr removal was 99.8% and other metal ions such as Cu, Ni, Fe, Zn, Cd, Pb, Co and Mn removal were 94.7%, 99.2%, 99.9%, 99.9%, 99.5%, 99.9%, 95.6% and 97.6%, respectively. In case of cyanide wastewater, the metal removal, especially Ni and Zn removal were 96.5 and 95.2% at higher initial concentration. For acid/alkali wastewater, metal ions removing for Cd, Cr and Fe were 99.2%, 99.5% and 99.9%, respectively. Overall, these ligands are useful for metal removal by column method from industrial wastewater especially plating wastewater.     

溶藻菌对受污染水源水除藻及脱氮特性研究

针对我国水源地藻类污染日趋严重等问题,利用前期分离获得的溶藻菌Streptomyces sp.HJC-D1研究固定化微生物技术强化污染水源水除藻以及脱氮性能。结果表明,对照组和试验组的水体叶绿素a平均去除率分别为（71.66±5.35）%和（80.94±4.36）%,NH4＋—N的平均去除率为（77.76±2.83）%和（72.36±3.18）%,而高锰酸盐指数（CODMn）平均去除率为（24.99±1.52）%和（18.74±1.38）%;不同曝气条件的影响研究发现,曝气/停曝时间比2：4、曝气量60 L.h-1工况下,系统CODMn和NH4＋—N去除率均有所提高,相比对照组NO3-—N积累更为明显;水力停留时间（HRT）变化对系统NH4＋—N、CODMn等的去除影响不大,但缩短HRT时叶绿素a去除率有所降低;分析反应器内填料表面微生物相发现,试验组填料表面有溶藻菌富集,推测对照组除藻主要通过填料对藻类的吸附去除,而试验组则是藻类吸附在填料表面后通过溶藻微生物实现藻类去除。     

牧草轮作对奶牛场污水氮、磷的净化效果研究

以土壤为基质,选择象草（Pennisetum purpureum）和黑麦草（Lolium perenne）两种牧草作为植被模拟人工湿地净化系统,研究牧草全年轮作在间歇流人工湿地中对奶牛场高质量浓度污水的适应性及对污水氮、磷的净化效果。结果表明：象草、黑麦草在间歇性高质量浓度污水中生长良好,可作为畜牧场高质量浓度污水修复植物进行全年轮作,并适时的收割,去除污水中的氮、磷。在不同污水质量浓度处理的牧草净化系统中,水力停留时间为8 d的条件下,铵氮的去除率为75.9%~94.9%;硝态氮的去除率为65.4%~90.9%;总氮的去除率64.2%~90.1%;总磷的去除率在90%以上;象草和黑麦草对污水中氮、磷的吸收转化在系统对氮磷净化中的贡献率平均分别为氮25.12%和20.03%、磷31.20%和20.42%;各处理氮、磷的去除效果与污水的质量浓度呈负相关。     

硅酸钙处理富营养化湖水中氨氮的实验研究

湖泊的富营养化问题日益严重,已给人类的生产、生活带来了极大的危害.而氨氮废水的大量排放,使原本恶化的湖泊水雪上加霜.为了去除富营养化湖水中氨氮,研究了硅酸钙对氨氮的吸附性能.经检测可知水样中氨氮的质量浓度为1.12 mg?L-1,实验结果表明,用粒径大小为100目的硅酸钙吸附剂处理100 mL的水样,当投加量为1.0 g,pH为8,震荡时间为60 min时吸附达到平衡,硅酸钙对富营养化湖水中氨氮的去除率达到81.67%;其吸附等温线符合Langmuir和Freundlich吸附等温式,线性相关系数分别为0.9639和0.9793,最大吸附量为6.60 mg?g-1;由此可见硅酸钙能够很好地吸附富营养化水体中的氨氮.     

Nitrogen Export from an Agriculture Watershed in the Taihu Lake Area, China

Temporal changes in nitrogen concentrations and stream discharge, as well as sediment and nitrogen losses from erosion plots with different land uses, were studied in an agricultural watershed in the Taihu Lake area in eastern China. The highest overland runoff loads and nitrogen losses were measured under the upland at a convergent footslope. Much higher runoff, sediment and nitrogen losses were observed under upland cropping and vegetable fields than that under chestnut orchard and bamboo forest. Sediment associated nitrogen losses accounted for 8–43.5% of total nitrogen export via overland runoff. N lost in dissolved inorganic nitrogen forms (NO ₃ ^– -N + NH ₄ ⁺ -N) accounted for less than 50% of total water associated nitrogen export. Agricultural practices and weather-driven fluctuation in discharge were main reasons for the temporal variations in nutrient losses via stream discharge. Significant correlation between the total nitrogen concentration and stream discharge load was observed. Simple regression models could give satisfactory results for prediction of the total nitrogen concentrations in stream water and can be used for better quantifying nitrogen losses from arable land. Nitrogen losses from the studied watershed via stream discharge during rice season in the year 2002 were estimated to be 10.5 kg N/ha using these simple models.     

修复植物生物解吸脱除重金属实验研究

以天津市公路绿化带大叶黄杨为修复植物,采用生物解吸法及火焰原子吸收分光光度法,研究了标准筛筛径、浸泡温度、浸泡时间、真空度和减压时间对脱除材料内重金属Cr、Cu、Zn和Pb的脱除作用。结果表明,真空度、浸泡时间对Cr、Cu、Zn和Pb的脱除作用较明显,减压时间对Cr、Cu、Zn和Pb的相对脱除率最为显著。Zn和Cu的迁移性较高,调节各操作参数对脱除Zn、Cu的作用较明显,其平均脱除值和平均脱除率均较高。本底值高低对脱除Zn、Cu和Cr、Pb影响较大。Cr和Pb对筛径和减压时间敏感性较强,对浸泡温度、浸泡时间及真空度敏感性较差。认为基于生物解吸法通过选择适宜的操作参数对脱除修复植物内部分重金属有积极的作用。     

Effect of environmental forcing on the fate of nutrients, dissolved organic matter and heavy metals released by a coastal wastewater pipeline

Discharges of nutrients, urea, dissolved organic matter and heavy metals by a sewage underwater pipeline are analysed in comparison to environmental conditions in a shallow coastal zone. Variable thermo-haline stratifications of the water column and currents in upper (2.62-34.97 cm s^-1) and deeper (0.83-10.91 cm s^-1) layers drive vertical diffusion and lateral transport of wastewaters. Loads of reactive phosphorus (0.13 tons d^-1) and ammonium (1.62 tons d^-1) by the pipeline are not negligible compared to the major river loads in the gulf. High concentrations of urea (≤11.51 μmol N dm^-3) were found in the area of wastewater release. Ammonium uptake (6.14-534 nmol N dm^-3 h^-1) strongly exceeded nitrate uptake (0.19-138 nmol N dm^-3 h^-1), indicating that discharges of ammonium by the pipeline are actively assimilated by plankton community even at low levels of light. Distribution of Zn (≤27.7 ppb), Cu (≤25.6 ppb), Cd (≤0.80 ppb) and Pb (≤13.5 ppb) in the water column and the measurement of their complex-forming capacity in seawater did not indicate a persistent perturbation of the pelagic environment due to heavy metals.     

西安东郊某废弃钢铁厂油松年轮记录的重金属含量变化过程

以西安市东郊某废弃钢铁厂为例,采用石墨炉原子吸收法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、原子荧光法测定了废弃钢铁厂两棵油松(Pinus tabulaeformis Carr.)树盘及其根部土壤中重金属Cr、Mn、Hg、Zn、Pb、Cd和类金属As以及P等8种元素的含量.土壤测定结果表明,该地区Cr、Zn、As等元素含量超过了西安市郊区土壤背景值,Cr、Mn等元素易在深层土壤中积累,Hg、Zn等元素不易在深层土壤中积累.两个树盘年轮中这8种元素的含量随着年代的推移总体呈现上升的趋势,这表明该地区由这些元素引起的污染状况日益加重.Hg、Pb、Cd等元素于1996年左右吸收达到最高峰,与该钢铁厂生产历史相一致.这两个树盘中Mn、Hg、Zn、As、P等元素自1993年后均呈现比较一致的增长趋势.通过计算各元素的自相关系数,从统计学角度发现这8种元素在油松年轮中的迁移特征:Mn、Zn、As等元素均存在着3年的横向迁移趋势,Pb、P存在2年的迁移趋势,Hg、Cd有1年的迁移,而Cr几乎不迁移,其中Zn、Cd、P等元素在油松中的迁移趋势与西安市西部某地区椿树和桐树中的迁移趋势表现一致.