生态毒理基因组学——后基因组时代生态毒理学的新领域

基因组学、蛋白组学和代谢组学技术为生态毒理学的发展提供了生物高通量的技术手段,构成了新的交叉学科——生态毒理基因组学.生态毒理基因组学着重研究环境毒物暴露下非靶生物基因和蛋白的表达,能够在基因组水平上更深入地理解环境污染物的致毒机制,同时,它引进生物标志物为生态风险评价提供了平台.论文对生态毒理基因组学的发展历程、技术支持、模式生物及其在生态风险评价方面的应用进行了综述,以推动生态毒理基因组学技术在我国的进一步发展.     

镉对稻田土壤典型微生物种的胁迫生理毒性

以水稻田土壤中典型的单种微生物为实验材料,采用纯培养方法,从个体水平上全面探讨了重金属镉胁迫对稻田土壤典型微生物的的生长、活性以及生化过程的生理毒性影响。研究表明:不同微生物纯培养对镉胁迫的敏感程度不同,G 较G-对Cd2 更为敏感,表现为世代时间缩短,最高菌浓度下降。固氮菌对Cd2 非常敏感,当Cd2 质量浓度为0.2mg·L-1时即完全抑制菌体增殖。同时,外源镉强烈的抑制作为稻田土壤中功能微生物的厌氧固氮菌及产甲烷细菌的生物活性,各菌种镉胁迫下细菌细胞内可溶性蛋白、还原糖、核酸质量浓度都在低质量浓度镉胁迫时有所增加;随着镉质量浓度的增加,细菌细胞内各种物质的质量浓度开始减小,以减慢细胞代谢速度,增强对镉胁迫的适应力;各种物质的质量浓度变化趋势为可溶性蛋白>还原糖>核酸,R.eutrophaDKC1细胞内含物质量浓度基本保持稳定。结果可在一定程度上说明镉对微生物的毒性效应,且能在早期较灵敏地指示污染的影响,作为稻田土壤环境受到污染胁迫的细胞生化指标具有一定可行性。     

土壤风化速率的实验测定

利用模拟淋溶实验测定了中国几种土壤（砖红壤，赤红壤，红壤，黄棕壤和紫色土）的风化速率，并研究了土壤pH值和降水量对土壤风化速度的影响，结果表明，土壤的风化速度在pH≥4时随pH值的下降而显著增加，但是当pH值低于4时，风化速率却急剧下降，造成这种现象的原因可能是在低pH值时盐基阳离子和铝离子大量溶出，过高的产物浓度限制了风化反应的进行。土壤的风化速度与淋溶速率之间近似成线性关系。用淋溶液pH值和淋溶液量两个因素对实验结果进行了校正。     

秦巴集中连片特困区多维贫困度量及其空间格局

连片特困区贫困是特殊的区域性贫困,实现持久脱贫,关键在于识别和评估区域的贫困程度以及深究其致贫原因。基于此,通过构建经济维度硬现状、社会维度软现状及自然维度潜在状态3维的多维贫困度量指标体系,应用均方差权重法测算了2006、2010及2014年秦巴集中连片特困区及各子区域的多维贫困度,并分析了多维贫困及其各维度的时空演变规律。结果表明：（1）秦巴集中连片特困区多维贫困度得分偏高,表明该区域贫困程度较深,且多维贫困在不同贫困维度上呈现显著差异。（2）2006—2014年秦巴集中连片特困区多维贫困度都呈减弱趋势,且表现出以甘肃省徽县至湖北省房县为轴带的中部地区集聚的空间演变趋势。（3）在整体多维贫困显著改善的同时,不同连片扶贫区及不同的贫困维度在减贫路径上也体现出不同的演化特征。所得结论为该区域内县域尺度贫困类型特征识别以及扶贫工作前期评估以及后期验收成效等提供一定技术支持,也为后期实施因地制宜的脱贫措施提供科学的辅助决策支撑。     

合肥市典型交通干道大气苯系物的特征分析

为研究合肥市交通干道大气苯系物污染状况,采用自主研制的差分吸收光谱(DOAS)系统,于2016年3月期间对合肥市交通主干道大气苯系物(苯、甲苯、间二甲苯和邻二甲苯)以及常规污染物NO_2、SO_2等进行了连续观测.观测结果显示,观测期间苯、甲苯、间二甲苯和邻二甲苯的平均浓度分别为:21.7、63.6、33.9和98.7μg·m~(-3).与国内外其它城市比较显示,合肥市交通干道大气苯和甲苯的污染处于中等水平,二甲苯的污染较为严重.结合观测期的间风速风向、T/B特征比值以及与CO等污染物的相关性,对上述苯系物来源进行了分析,结果显示观测期间T/B值为0.8~4.5,苯、甲苯与CO的相关性系数R分别为0.55和0.34.表明机动车尾气排放是观测区域苯和甲苯的主要排放源之一,同时也受到周边工业园区排放的影响,二甲苯的主要排放源为观测地点北偏东方向的涂料行业工业园区.苯和甲苯的夜间高浓度峰值分析结果表明,夜间的高浓度苯和甲苯可能主要来源于观测地点周边工业园区的排放.观测区域苯系物的臭氧生成潜势(OFP)表现为邻二甲苯间二甲苯甲苯苯,其中二甲苯的OFP占总OFP的85%,表明周边工业园区的排放对该地区臭氧生成的贡献较大.     

石家庄市采暖前后大气颗粒物及其碳组分特征

为研究石家庄市大气颗粒物、碳组分特征和污染来源,采集2016年11月1日—12月31日石家庄市大气颗粒物（PM₁₀、PM_2.5和PM₁）样品,分析采暖前后PM₁₀、PM_2.5和PM₁及其中OC（有机碳）、EC（元素碳）和WSOC（水溶性有机碳）浓度水平,计算颗粒物与碳组分间相关性,进行OC/EC（质量浓度之比,下同）特征比值法和8个碳组分（OC1、OC2、OC3、OC4、OPC、EC1、EC2和EC3）研究.结果表明:①采暖后ρ（PM₁₀）和ρ（PM_2.5）比采暖前分别增加了26.4%和32.1%,而采暖后ρ（PM₁）比采暖前降低了12.2%.采样期间ρ（PM₁₀）与ρ（PM_2.5）显著相关,而ρ（PM₁）分别与ρ（PM_2.5）和ρ（PM₁₀）相关性差.采暖后散煤燃烧造成ρ（PM₁₀）和ρ（PM_2.5）增加,区域机动车限行和工业限产/停产导致ρ（PM₁）降低.②Pearson相关系数计算可知,ρ（OC）与ρ（EC）强相关;ρ（PM₁₀）和ρ（PM_2.5）分别与ρ（OC）和ρ（WSOC）强相关,而ρ（PM₁）分别与ρ（OC）和ρ（WSOC）中等相关;ρ（PM₁₀）和ρ（PM_2.5）分别与ρ（EC）弱相关,ρ（PM₁）与ρ（EC）中等相关.③采暖后PM₁₀、PM_2.5和PM₁中ρ（OC）比采暖前分别增加了215.1%、97.2%和18.5%;采暖后PM₁₀和PM_2.5中ρ（EC）比采暖前分别增加了65.2%和5.3%,而采暖后PM₁中ρ（EC）比采暖前降低了10.9%.集中供热和散煤燃烧排放了大量OC;PM₁₀和PM_2.5中EC主要来源于散煤燃烧,PM₁中EC主要来源于工业排放和机动车尾气.④采暖前PM₁₀、PM_2.5和PM₁中OC/EC平均值分别为4.5、4.5和4.3;采暖后PM₁₀和PM_2.5中OC/EC平均值分别为9.8和9.7,而PM₁中OC/EC平均值为7.4.采暖前后SOC/OC（质量浓度之比,下同）平均值的范围为0.36~0.65,石家庄市冬季大气中SOC污染严重;⑤8个碳组分分析发现,石家庄市机动车限行导致PM₁中ρ（EC1）降低,而采暖后集中供暖和散煤燃烧的增加,导致ρ（OC2）明显增加.研究显示,大气颗粒物中碳组分采暖前主要来源于机动车尾气,而采暖后主要来源于燃煤燃烧,尤其是散煤燃烧.      

昌黎近岸表层沉积物中磷的赋存形态及其分布特征研究

本文以昌黎黄金海岸国家级自然保护区的海域为研究区域,分析讨论了沉积物的中值粒径、有机质总量与磷的各种不同赋存形态之间的相关性。结果表明,保护区海域各采样点沉积物的总磷（TP）含量在257.2×10-6~470.2×10-6之间,平均值为282.4×10-6;其中,有机磷（OP）含量为21.0×10-6~191.4×10-6;无机磷（IP）含量为106.2×10-6~214.6×10-6,是保护区沉积物中磷形态的主要赋存形态;铁/铝结合态磷（Fe/Al-P）的含量为17.2×10-6~55.9×10-6;钙结合态磷（Ca-P）含量为71.4×10-6~168.2×10-6,是组成IP的主要赋存形态,Ca-P含量及其所占比例均较高,磷释放风险较小。各磷形态含量的空间分布大体呈西部>中部>东部的趋势。部分距新开口较近的采样点含磷量偏高。北部区域主要受到陆源输入与水动力条件等因素的影响,含磷量偏低。从统计数据特征来看,该海域的沉积物基本没有构成污染。     

黄土高原成龄苹果园生态系统CO2通量特征

黄土高原地区是中国和世界苹果(Malus demestica)集中连片栽培面积最大的区域,在生态环境改善中发挥了重要作用,然而关于黄土高原地区苹果园生态系统尺度上的碳通量研究很少.在本研究中,利用涡度相关技术对我国陕西黄土高原地区成龄苹果园生态系统的CO_2通量和气象因素进行了观测.基于2016年1月到2016年12月的观测数据,定量分析了此苹果园净生态系统碳交换(NEE)、生态系统呼吸(R_(eco))和生态系统总初级生产力(GPP)不同时间尺度及主要气象因素的变化,探究了光合有效辐射(PAR)和不同层次土壤温度(T_s)、空气温度(T_a)对NEE的影响.结果表明,苹果园生态系统NEE月总量在非果树生长季12、1、2和3月为正值(表现为碳源),生长季(4~11月)均为负值(表现为碳汇),整体表现为强烈的碳汇.生长季NEE月平均日变化在8月出现最大吸收峰[-17.08μmol·(m~2·s)~(-1)],11月吸收峰最小[-4.47μmol·(m~2·s)~(-1)];在非生长季NEE的月平均日变化非常微弱,昼夜变化不明显.GPP、Reco和NEE日总量的最大值分别为11.12、5.04和-7.34 g·( m~2·d)~(-1).GPP、Reco和NEE月总量的最大值分别为238.97、105.38和-144.44 g·(m~2·月)~(-1),月GPP和NEE总量在5~8月保持相对稳定的高值.全年GPP、Reco和NEE分别为1 223.2、525.2和-698.0 g·(m2·a)-1,表明我国黄土高原地区的成龄苹果园生态系统具有相对较高的固碳能力.夜间生态系统呼吸Reco.n与不同层次土壤温度、空气温度之间呈正相关关系,相关系数表现为T_(s-5 cm)T_(s-10 cm)T_(a-4 m)T_(a-8 m);光合有效辐射PAR可以解释白天NEE变化的80%以上.     

重庆远郊丰都雪玉洞流域大气无机氮湿沉降变化特征与来源分析

以重庆市远郊的丰都雪玉洞流域为研究对象,利用气象站和大气氮沉降仪获取2015年7月~2017年12月的大气降水、NH_4~+-N和NO_3~--N等数据,通过NH_4~+-N/NO_3~--N比以及气团后向轨迹模拟探讨了流域大气无机氮湿沉降来源.结果表明:(1)在观测期内,流域DIN总沉降通量为21.37×103kg·a-1,单位面积沉降通量为14.25 kg·(hm~2·a)~(-1),其中NH_4~+-N和NO_3~--N分别为7.72 kg·(hm~2·a)~(-1)和6.53 kg·(hm~2·a)~(-1),分别占DIN湿沉降量的54%和46%;(2)DIN湿沉降通量和浓度表现出明显的季节变化,春夏季DIN湿沉降量比秋冬季节高50%,而秋冬季湿沉降的DIN浓度比春夏季高30%;(3)NH_4~+-N/NO_3~--N介于0.29~2.27之间,雨季(4月~9月)NH_4~+-N/NO_3~--N1,旱季(10月~次年3月)NH_4~+-N/NO_3~--N1,表明流域雨季DIN湿沉降主要来源农业源,旱季主要来源于城市源;(4)流域雨季主要受东南风的影响,大气湿沉降的NH_4~+-N来源于当地与流域东南方向的农业源,旱季主要受西南风影响,大气湿沉降的NO_3~--N来源于流域西南方向的重庆市区和涪陵等城市源.     

壬基酚对羊角月牙藻的毒性效应研究

为研究壬基酚（NP）对淡水微藻的毒性效应特点,选取模式生物羊角月牙藻（Selenastrum capricornutum）为受试对象,设置5个暴露处理浓度：0.1,0.3,0.6,0.9,1.2mg/L.观察并测定羊角月牙藻的生长情况、叶绿素含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量等指标,并通过植物光合效率仪测定叶绿素荧光诱导动力学参数,分析NP对光系统Ⅱ（PSⅡ）的影响.结果表明,NP限制羊角月牙藻生长的96h EC50为0.979mg/L;NP处理浓度为0.3mg/L时,可以对羊角月牙藻生长产生抑制效应,与对照组相比,主要光合色素（叶绿素）含量下降,MDA含量显著增加,过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性显著上升,最大光能转化效率（Fv/Fm）显著下降,ABS/RC（单位反应中心吸收光能）显著上升,DI0/RC（单位反应中心耗散能量）、ET0/RC（单位反应中心捕获用于电子传递的能量）、TR0/RC（反应中心用于还原QA的能量）也随之升高;当处理浓度≥0.9mg/L后,CAT和SOD活性、TR0/RC显著下降,DI0/RC显著升高,表明PSⅡ受到损伤.由此可知,NP能够破坏膜系统完整性、诱发抗氧化系统响应并造成PSⅡ损伤,降低光能转化效率,对羊角月牙藻具有毒性效应,对水域生态系统具有潜在风险.