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.     

氢氧化铁和腐殖酸结合态镉在文蛤体内的富集

氢氧化铁和腐殖酸是沉积物中重金属的重要储存库,在一定程度上均可以控制重金属在底栖生物体内的富集.本文在3个浓度梯度(70、140、280mg·kg-1)下,通过颗粒物悬浮系统,研究了氢氧化铁和腐殖酸颗粒上附着的Cd在文蛤体内富集规律.实验结果表明,氢氧化铁和腐殖酸结合态Cd对文蛤的生物有效性存在显著差异.在Cd浓度为7...     

长江口沙洲表层沉积物磷的赋存形态及生物有效性

利用磷的连续分级提取方法,研究了长江口沙洲沉积物中磷的赋存形态分布特征,并探讨了沉积物中磷的生物有效性.结果表明,沙洲沉积物中总磷的含量为437.6～1103.7μg·g-1,其中79.5%以无机磷的形式存在,而无机磷中以碎屑态磷灰石磷为主;有机磷约占总磷的20.5%.磷的生物有效性分析结果显示,潜在的生物有效性磷主要包括弱吸附态磷、铁结合态磷和有机磷等3种赋存形态,而长江口沙洲沉积物中潜在的生物有效性磷含量较少,约为60.5～510.9μg·g-1,平均仅占沉积物总磷的28.86%.     

油污染土壤重金属赋存形态和生物有效性研究

采用逐级提取法对江苏某油区5个已污染的碱性土壤中的Pb、Cd、As、Cr的金属赋存形态和在其上生长的植物的生物可给性进行了调查结果表明,除总Cd外,其他3种金属对土壤都有不同程度的污染污染类型不同,使莎草的生物有效性有较大差异,与对照点相比,除总Cr外,其它3种金属的生物富集系数明显降低金属赋存形态也有不同,其中Pb和Cr以铁锰结合态和残渣态为主,As以铁锰结合态、残渣态和有机质结合态为主,Cd以碳酸盐结合态和残渣态为主.     

中国主要红树植物中汞含量特征与沉积物汞形态之间的关系

为了解红树植物对汞的富集能力和影响因素,对我国几种主要的红树植物的汞含量、沉积物总汞含量和形态进行了研究.结果表明,几种主要红树植物的总汞含量范围为817.5～3 197.6 ng/g,具有明显的种间差异和器官差异.秋茄汞含量为(1 579.4±1 326.8)ng/g,桐花树为(2 115.1±1 892.3)ng/g,白骨壤为(2 159.3±1 678.7)ng/g,木榄为(2 566.5±821.6)ng/g,海漆为(2 104.3±1 661.8)ng/g,无瓣海桑为(3 197.6±2 782.8)ng/g,老鼠簕为817.5±632.3 ng/g,红海榄为(1 801.8±1 255.4)ng/g.各种红树植物对汞的吸收能力的顺序为:无瓣海桑木榄白骨壤桐花树海漆红海榄秋茄老鼠簕.我国主要红树林地区表层沉积物的汞形态主要为易挥发态,其次为硫化物及有机结合态或可交换离子态,少量为碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态,残渣态少量甚至没有.只有深圳红树林沉积物中的汞以残渣态为主,其次为硫化物及有机物结合态.无瓣海桑的茎和叶,海漆叶的汞含量与易挥发态汞、可交换态汞具有显著正相关关系,而大多数红树植物的茎汞和叶汞含量与沉积物的总汞含量、不同形态汞之间并没有明显的相关性.红树植物富集的汞来源多样,且这些不同来源的汞在植物体内可能是能够迁移的.     

沉积物中典型氧化物矿物吸附的镉对芦苇的生物有效性研究

选用沉积物中5种典型氧化物矿物：针铁矿、磁铁矿、三水铝石、氧化铝、二氧化锰,以水培法和单一矿物吸附Cd为培养介质,以芦苇为受试植物,研究环境中不同化学形态Cd（即吸附在不同矿物表面）的生物有效性差别.经过45 d的培养,发现矿物吸附的Cd被芦苇吸收富集,不同形态Cd的富集强度不同,根组织富集量72.70～320.44 mg·kg^-1,并遵循以下规律：Al(OH)₃ > Al₂O₃ > Fe₃O₄ > MnO₂ > FeOOH. Cd的富集特征反映了不同矿物吸附Cd能力和稳定性的差异,通过采用3种低分子量有机酸对Cd的解吸,评价了这几种矿物对镉的吸附强度.结果表明,Cd的解吸量遵循如下规律,乙酸、苹果酸：Al(OH)₃ > Fe₃O₄ > Al₂O₃ > FeOOH > MnO₂;柠檬酸：Al(OH)₃ > Al₂O₃ > Fe₃O₄> FeOOH > MnO₂,这与芦苇对各种矿物吸附镉的富集程度顺序基本一致.Cd的化学形态是影响其生物有效性的重要因素.     

基于地球化学特性的海州湾海洋牧场沉积物重金属研究

海洋牧场是一种新的可持续的生产方式,对中国海洋经济的转型具有重要作用.本文根据海底构筑物的密集程度与投放时间把海州湾海洋牧场划分为3个区(外侧区、内测区、中心区),对表层沉积物的温度(T)、酸碱度(p H)、氧化还原电位(Eh)、表面积平均粒径(D[3,2])、总有机碳(TOC)这5种地球化学指标进行原位调查,采用改进的BCR方法对重金属Cr、Cu、Ni、Zn、Pb、Cd进行连续提取.结果表明,沉积物Eh的横向分布受到了海底构筑物的影响,TOC在11.7~13.5 g·kg-1之间,与p H呈显著负相关;Cu、Zn、Ni、Cr以原生相为主要赋存形态,Pb、Cd以次生相的铁锰氧化物结合态(F2)为主要赋存形态,并受Eh控制;相关性及聚类分析表明,Cr、Cu、Ni、Zn为天然源,Cd、Pb存在明显的人为来源;Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd的可交换及碳酸盐结合态(F1)与TOC显著相关,Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd铁锰氧化物结合态(F2)、Cr、Ni、Cu、Zn的残渣态(F4)都与沉积物粒度显著相关,不同形态的Cd受多环境因子控制;海洋牧场中心区和外侧区沉积物中重金属总量、次生相含量均较内侧区和对照区要低.由于海底构筑物和水动力学的差异性,海洋牧场内侧区细颗粒与有机质对沉积物重金属Cr、Ni、Cu、Zn次生相的富集、吸附作用要大于颗粒再悬浮的释放作用,而在中心区、外侧区细颗粒和有机质影响较小;沉积物富集系数显示Cd出现了富集现象.     

海州湾海洋牧场海域表层沉积物磷的形态与环境意义

采用沉积物无机磷分级方法结合上覆水初级生产力测定研究了海州湾海洋牧场海域表层沉积物磷的赋存形态及其生物有效性.结果表明:夏季总磷的含量高于春、秋两季,赋存形态以无机磷为主,平均占总磷的45.50%,各无机磷赋存形态的含量大小依次为:残渣态磷钙结合态磷铁铝结合态磷可交换态磷.其中可交换态磷、铁铝结合态磷以及钙结合态磷与有机碳含量成显著正相关(P0.01,R0.8).平面分布整体上呈现由近岸向远岸减小的趋势,这主要与陆源物质排放及沉积物自身质地有关.沉积物中的生物有效磷含量占总磷的36.95%,所占比例较大.     

不同前处理方法对沉积物中镉赋存形态分析的影响

不同前处理方法可能会影响沉积物中重金属赋存形态的准确分析。分别采集界河、胶莱河以及黄渤海的12个表层沉积物样品,采用Tessier五步连续提取法,对比了新鲜保存、自然风干和冷冻干燥3种前处理方式对河流与海洋沉积物中镉(Cd)赋存形态的影响。研究显示:不同前处理方式对沉积物中Cd的赋存形态产生了显著影响。新鲜样品中Cd的各形态含量偏离真实值程度较大;自然风干样品中碳酸盐结合态和铁锰氧化态偏离真实值程度较高,其余形态含量接近真实值;冷冻干燥样品中各形态含量普遍较低,但海洋沉积物多数形态含量更接近真实值。自然风干适用于河流沉积物样品Cd的处理,而冷冻干燥更适用于海洋沉积物Cd的处理。     

工矿型绿洲城郊排污渠沉积物重金属的形态分布规律及风险评价

采用Tessier连续提取法、相关分析、富集因子法(EF)和风险评价编码法(RAC),研究了干旱区工矿型绿洲(以白银为例)城郊排污渠沉积物重金属Cu、Zn、Cd、Pb、Ni、Cr的形态分布规律及潜在环境风险.结果表明,东、西大沟沉积物中各重金属元素平均含量除Cr外,均明显高于甘肃省土壤背景值.富集因子法评价表明,东、西大沟沉积物中Cd富集较为严重,达极强污染水平.形态分析表明,东大沟沉积物中Zn、Ni、Cr以残渣态为主,Cu、Cd以有机结合态为主,Pb以铁锰氧化物结合态为主;西大沟沉积物中Pb以铁锰氧化物结合态为主,其余元素均以残渣态为主.风险评价编码法(RAC)结果显示,东大沟沉积物各重金属的风险等级为:NiCdPbCuZnCr,其中Ni的风险等级最高,处于高风险水平;西大沟沉积物各重金属的风险等级为:PbCdNiCuZnCr.其中Cd、Pb、Ni风险等级最高,处于高风险水平.     

小麦根表铁氧化物及植物铁载体对植物吸收镉的影响

用营养液培养方法,模拟在不同铁浓度条件下,小麦根表铁氧化物及植物铁载体对植物吸收镉的影响。结果表明,随着溶液中加入的Fe(OH)₃量的增加,小麦的吸镉量也相应增加;但当Fe(OH)₃的加入量超过一定限度后继续增加时,小麦的吸镉量减少。此外,小麦的根分泌物特别是其中的植物铁载体对覆有Fe(OH)₃的根系吸收镉有一定的影响。缺铁预培养小麦的根系植物铁载体分泌率比加铁预培养的小麦高5倍左右,缺铁预培养的小麦植株吸镉量也高于加铁预培养的小麦植株     

不同改良剂对微碱性土壤镉形态及小麦吸收的影响

研究过磷酸钙、石灰和硅钙镁肥单一施用对土壤Cd形态和小麦植株不同器官Cd含量的影响,以期为微碱性Cd污染土壤安全利用提供理论参考.通过盆栽试验,研究不同改良剂对小麦成熟期土壤Cd形态以及二乙基三胺五乙酸（DTPA）提取态镉含量的影响,分析小麦不同器官中Cd的含量.结果表明：过磷酸钙显著降低了土壤的pH值,石灰和硅钙镁肥显著提高了土壤的pH值.3种改良剂均可以显著降低土壤DTPA提取态镉含量,其中施用硅钙镁肥（3%）的效果最好,降幅为73.60%.添加硅钙镁肥可显著降低土壤可交换态镉含量,同时增加残渣态镉含量,其中硅钙镁肥（3%）处理效果最佳,土壤可交换态镉含量降幅为63.30%,残渣态镉含量增幅为56.20%.3种改良剂均可显著降低小麦地上部、地下部Cd含量,其中硅钙镁肥处理对小麦地上部及地下部Cd含量降低效果最佳.硅钙镁肥（1.2%）处理对小麦籽粒镉含量降低效果最好,降幅为90.85%.土壤pH值与土壤DTPA提取态Cd含量达到了极负显著水平,土壤DTPA提取态Cd含量与小麦各器官中Cd呈极显著正相关.因此,施用不同改良剂可不同程度的降低土壤中Cd的生物有效性和小麦植株不同器官中Cd的含量,缓解Cd对植株的胁迫效应. 3种改良剂在同等剂量水平下,硅钙镁肥对小麦器官中镉的降低效果最佳.     

纳米氢氧化镁对不同类型土壤镉形态的影响

采用28 d室内连续培养实验,以纳米氢氧化镁和普通氢氧化镁(100、 200和300 mg·kg^-1)为镉污染土壤钝化剂,研究了纳米氢氧化镁和普通氢氧化镁对不同类型镉污染土壤(1、 5、 10和15 mg·kg^-1)中镉形态的影响.结果表明,在中性土壤上, 1、 5、 10和15 mg·kg^-1镉处理中土壤交换态Cd(EX-Cd)形态分布比例FDC为66.7%～81.8%,为土壤镉主要形态.土壤镉含量大小顺序为EX-Cd>碳酸盐结合态Cd(CAB-Cd)>残渣态Cd(RES-Cd)>铁锰氧化态Cd(FeMn-Cd)>有机结合态Cd(OM-Cd).培养第14d时,土壤EX-Cd FDC达到最低值.培养0～28 d期间,在1、 5、 10和15 mg·kg^-1镉处理下,纳米氢氧化镁和普通氢氧化镁处理的土壤EX-Cd FDC较对照(CK)分别降低了11.4%～67.7%、 7.8%～37.2%、 7.7%～36.4%、 5.0%～28.8%(纳米氢氧化镁)和0.5%～49.5%、 ...     

土壤镉暴露对玉米和大豆的生态毒性评估

以中国东北黑土为培养基,通过室内急性毒性实验,采用Trimmed Spearman-Karber方法计算EC50值(半抑制浓度),并分析作物的生物累积系数(BAF),定量化评估了土壤中镉对玉米和大豆的生态毒性及生物有效性.测量终点为种子发芽率、根长和幼茎长.结果表明,土壤镉暴露给农作物带来一定的负生长效应.种子发芽率不是评估土壤镉生态毒性的敏感因子,根生长是敏感的毒性测量终点.镉在植株体内的累积及迁移与作物种类和土壤镉浓度有关.玉米植株体内累积了较大量的镉,而大豆植株体内镉由根向幼茎的迁移较为显著.     

镧改性生物炭对砷、镉的吸附特征研究

为研究改性生物炭对砷镉复合污染水体中镉和砷的吸附特征。本研究以牛粪、污泥、竹屑三种不同原料制备生物炭,利用镧(La)对生物炭进行改性,并采用元素分析、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等分析手段对改性前后的生物炭进行表征,结合等温吸附实验及吸附动力学实验,对比各生物炭对As (V)、Cd (II)的吸附性能并探讨其内在机理。结果表明,竹屑炭(BB)的芳香性大于牛粪炭(CB)和污泥炭(SB)。La改性使三种生物炭在热解过程中形成了酮类、酯类、羰基等含氧官能团,并在表面引入羟基。X射线光电子能谱结果显示La以氢氧化物的形式负载在生物炭表面。各生物炭对Cd (II)、As (V)的吸附符合准二级吸附动力学和Langmuir等温吸附方程。La改性生物炭对As (V)的最大拟合吸附量达到3.47～4.51 mg/g,显著高于未改性生物炭(1.82～2.50 mg/g)(p<0.05)。在As (V)、Cd (II)吸附过程中,La改性生物炭表面的La与As (V)发生络合反应,同时Cd (II)与镧基氢氧化物发生配体交换,生成Cd (OH)₂沉淀。本研究证明了La改性有效提高了生物炭对As (V)、Cd (II)同时吸附的能力。     

金鱼(Carassius auratus)对颗粒态镉的鳃吸收

采用水相平衡态镉浓度不变（0.01mg/L),增加水铝矿颗粒吸附态镉暴露的实验方法，研究了金鱼(Carassius auratus)对颗粒态镉的鳃吸收，结果表明，鳃中镉含量均随态镉暴露浓度增加，且镉／铝含量比明显高于水相，从而证实了颗粒态镉的鲁鳃吸收有效性，金鱼鳃吸收态镉的主要过程是：随水流流经鳃表面的颗粒态匐会着在鳃表粘液上，在鳃部微环境下，吸附的镉发生解吸而被鳃部细胞吸收，颗粒物及未被吸收的镉在鳃丝表面短暂停留后与脱落粘液一起随水流从鳃部排出。     

AQS对Shewanella oneidensis MR-1还原含Cd聚合硫酸铁絮体的影响

考察了一种典型的溶解性腐殖质蒽醌-2-磺酸钠(disodium anthraquinone-2-sulfonate,AQS)存在时,典型异化铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1在厌氧条件下还原含镉聚铁絮体的过程。结果表明:AQS的存在促进了含Cd絮体中Fe(Ⅲ)的还原,也促进了Cd~(2+)的释放。相比无AQS体系,存在AQS的体系中,Fe~(2+)和Cd~(2+)达到最高浓度的时间均有所缩短,最高浓度也更高;且低浓度AQS的促进效果明显高于高浓度AQS;AQS的存在没有改变二次矿物的种类,仍是针铁矿和磁铁矿,但降低了矿物的结晶度,且AQS浓度越高,改变越明显。存在AQS的体系中,菌体结合的Cd~(2+)更多,且镉的直接释放和间接释放风险均增大,低浓度AQS体系中镉的直接释放风险更大。     

太原市污灌区土壤镉存在形态与生物可利用性研究

为了了解太原市污灌土壤镉污染现状,研究其存在形态特征与生物可利用性,本文采用Tessier A连续提取、石墨炉原子吸收等方法,测定了太原市污灌区土壤重金属镉的总量,研究了不同功能区、不同分层、不同化学形态的分布特征,并对生物可利用性进行了评价.结果表明,与太原市土壤背景值相比,污灌区土壤中重金属镉含量已达太原市土壤背景值的3倍,镉在土壤表层含量明显高于其它分层,均表明表层土壤有明显的镉累积.不同功能区土壤镉的含量大小不同,具体排序为:小店区晋源区清徐县.总体来看,研究区5种化学形态含量从大到小排序为:铁锰氧化物结合态有机物结合态碳酸盐结合态残余态可交换态.高的铁锰氧化物结合态与灌溉区土壤偏碱性且铁锰含量较高直接相关.分层土壤形态分析结果表明,镉在表层土壤含量最高,随深度增加镉含量逐渐降低,该变化与分层土壤pH值的变化相反.与上一层相比,各分层土壤不同形态分布变化,统计学检验无明显差异.生物可利用性评价结果表明,太原市污灌区土壤中镉相对比较稳定,但由于其潜在利用态的含量很高,因此,镉对环境的影响不能忽视.研究表明,太原市污灌区镉含量虽然没有超出土壤质量二级标准,但有积累趋势,形态分布特征表示的潜在生物可利用性应引起高度重视.     

DGT和传统化学法比较研究复合污染土壤中Cd的生物有效性

以小麦和玉米2种陆生植物为金属吸收材料,利用盆栽试验比较研究了新型DGT(diffusive gradients in thin films,薄膜扩散梯度技术)法与5种传统化学法评价土壤中Zn复合存在下Cd的生物有效性. 结果显示:①土壤中w(Cd)为4 mg/kg时明显抑制了2种植物的生长,与对照组相比,小麦的地上部和根系生物量分别降低了26.2%和23.4%,玉米的分别降低了23.5%和30.9%. ②Zn的添加能够减轻Cd对植物的毒害,并促进植物生长;Cd污染土壤中Zn的复合存在会抑制2种植物对Cd的吸收,并随w(Zn)的增加其抑制作用更加明显;DGT法、土壤溶液法测定的土壤溶液中ρ(Cd)和4种化学提取法(HAc、EDTA、CaCl₂和NaAc)测定的土壤中w(有效态Cd)均随w(Zn)的增加而明显降低. ③Pearson相关分析显示,2种植物体内w(Cd)与6种方法表征的土壤中w(有效态Cd)均呈显著正相关(R>0.900,P<0.01),但植物体内w(Cd)与DGT和土壤溶液法测定的土壤溶液中ρ(Cd)的R(>0.940)大于其他4种化学提取法. 可见,对于评价Cd-Zn复合污染土壤中Cd的生物有效性而言,DGT与土壤溶液法均优于传统的化学提取法.