大气颗粒物中类腐殖质的测定、理化特性及健康影响

类腐殖质(humic-like substance,HULIS)是一类水溶性、相对分子量高的有机混合物,常见于雾滴、云滴、积雪和大气颗粒物(PM)中.本文主要综述了大气PM中HULIS的提取和分析方法、毒理性、吸光特性和光敏性,重点探讨了PM中有机物和过渡金属(尤其是Fe离子)产生活性氧化性物种(reactive oxygen species,ROS)从而破坏DNA的致毒机理,进一步提出HULIS(含有可逆的氧化还原位点)单独或与过渡金属螯合成有机-金属配体形成ROS的机理.最后对未来大气HULIS的研究方向进行了展望,指出今后应该加强大气HULIS、金属等通过细胞内催生ROS的测定及细胞毒性相关的研究,并关注HULIS的化学结构、分子组分等的定量分析,更好地揭示物质结构与细胞毒性之间的作用机制和关系,以期为大气HULiS的健康影响提供支持.     

不同掺混比例甲醇汽油车的排放特性

采用《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》(GB 18352.3─2005)规定的Ⅰ型试验方法,对汽油车和不同掺混比例的甲醇燃料车在原催化器和新催化器条件下的瞬态常规污染物排放特性进行了研究. 结果表明:甲醇燃料汽车CO和HC排放较汽油车低,其NO_x的排放通常高于汽油车,且随甲醇比例的提高而增加,使用针对甲醇燃料开发的新催化器后,3种常规污染物排放均明显降低;甲醇燃料汽车CO的排放多数出现在第1个195工况,HC的瞬态排放规律与CO相近,NO_x几乎在每个急加速阶段和城郊运行工况(EUDC)循环中均出现峰值.      

氮输入对小叶章不同生长阶段土壤CH4氧化的影响

用盆栽法对小叶章不同生长阶段土壤CH4氧化能力随时间变化进行了研究.结果表明,氮输入后,植物各生长阶段的CH4氧化率均随时间推移发生了明显的波动变化.从生长季(6月7日~8月24日)CH4氧化率均值来看,只有12g/m2处理对CH4氧化起促进作用,且12g/m2和24g/m2处理之间存在显著性差异(n = 4, P < 0.05).不同氮输入水平对植物不同生长阶段CH4氧化率影响明显.第一阶段(6月7日~7月2日)适量(6g/m2)氮输入对CH4氧化起促进作用,但过量(12g/m2)氮输入则起抑制作用.第二阶段(7月2日~7月20日)只有12g/m2处理起促进作用.第三(7月20日~8月7日)、四(8月7日~8月24日)阶段氮输入对CH4氧化起抑制作用.氮输入后,土壤微生物量碳(MBC)、土壤微生物量氮(MBN)、土壤基础呼吸(BR)、土壤代谢熵(qCO2)、土壤诱导呼吸(SIR)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)和植物地上生物量与土壤CH4氧化的动态关系存在差异.土壤CH4氧化仅与MBC呈极显著负相关(P < 0.01),与其他影响因子相关性较小.     

Behavioural inertia places a top marine predator at risk from environmental change in the Benguela upwelling system

In variable environments, organisms are bound to track environmental changes if they are to survive. Most marine mammals and seabirds are colonial, central-place foragers with long-term breeding-site fidelity. When confronted with environmental change, such species are potentially constrained in their ability to respond to these changes. For example, if environmental conditions deteriorate within their limited foraging range, long-lived species favour adult survival and abandon their current breeding effort, which ultimately influences population dynamics. Should poor conditions persist over several seasons, breeding-site fidelity may force animals to continue breeding in low-quality habitats instead of emigrating towards more profitable grounds. We assessed the behavioural response of a site-faithful central-place forager, the Cape gannet Morus capensis, endemic to the Benguela upwelling system, to a rapid shift in the distribution and abundance of its preferred prey, small pelagic shoaling fish. We studied the distribution and the abundance of prey species, and the diet, foraging distribution, foraging effort, energy requirements, and breeding success of gannets at Malgas Island (South Africa) over four consecutive breeding seasons. Facing a rapid depletion of preferred food within their foraging range, Cape gannets initially increased their foraging effort in search of their natural prey. However, as pelagic fish became progressively scarcer, breeding birds resorted to scavenging readily available discards from a nearby demersal fishery. Their chicks cannot survive on such a diet, and during our 4-year study, numbers of breeding birds at the colony decreased by 40% and breeding success of the remaining birds was very low. Such behavioural inflexibility caused numbers of Cape gannets breeding in Namibia to crash by 95% following over-fishing of pelagic fish in the 1970s. In the context of rapid environmental changes, breeding-site fidelity of long-lived species may increase the risk of local or even global extinction, rendering these species particularly vulnerable to global change.     

CANNED工艺细菌种群结构变化的FISH研究

采用电镜观察和荧光原位杂交技术（FISH）,对亚硝化/电化学生物反硝化全自养脱氮（CANNED）工艺在不同游离氨（FA）质量浓度下反应器内细菌形态和种群结构进行了研究. 结果表明:在亚硝化段,ρ（FA）为0.5 mg/L时,氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）分别占总菌数的0.9%和2.8%;ρ（FA）为12.4～48.6 mg/L时,AOB和NOB分别占33.6%～47.4%和1.0%～2.9%,能够实现短程硝化. 在电化学生物反硝化段,当ρ（FA）为0.5～12.4 mg/L时,脱氮硫杆菌、厌氧氨氧化菌和真细菌分别占总菌数的7.2%～15.3%,7.2%～10.3%和9.1%～14.3%;当ρ（FA）增加到48.6 mg/L时,上述3种细菌所占比例分别增加到总菌数的34.5%,44.2%和60.8%,表明随着ρ（FA）的增加,提高ρ（FA）有利于上述3种菌的生长,与SEM结果一致.      

太湖北部流域水化学特征及其控制因素

为了解太湖北部流域主要河网区水质受该流域地质状况、岩石和土壤的化学风化作用以及人类活动的影响等方面,对太湖北部流域河网区主要河道水体中的主要离子进行了采样研究。结果表明：太湖北部流域水体中的TDS平均值为355．74mg·L-1,变化范围为276．08--681．54mg·L-1,其中ca2＋和HCO3-是占绝对优势的离子,分别占阳离子和阴离子总量的46．2％和48．9％;其次是Na＋和SO42-,分别占阳离子和阴离子总量的35．9％和27．5％。进而判断出该流域水化学类型是以碳酸盐岩石和蒸发岩来源为主的HCO3-Ca2＋-Na＋型。再从离子的自然起源和人类活动角度分别对水化学类型的控制因素进行分析,一方面利用吉布斯分布模式投点作图得出结论：其离子自然起源的优势机制是岩石的风化作用,而蒸发一结晶和大气降水的输入作用十分微弱,这与该流域的水文、地理、地质背景相一致;另一方面通过SPSS软件的相关关系分析得出结论：NO3-、SO42-、心、ca2＋和Mg2＋的相关性较强,与cl‘也呈正相关,说明水体中这些主要离子都具有共同的来源,其中NO3-的较高含量（平均值为14．74mg·L-1）反映了该流域受人类影响较大。尤其是NO3-与sO42-的相关性达到0．83,再次说明氮污染对该流域水体的酸化和水质变化有较大影响。     

河北省太行山区土地资源生态安全预警与调控研究

采用模糊优选模型和情景分析模型,选取河北省太行山区为研究区域,对其进行土地资源生态安全预警分析,并定量测度了各敏感因子对生态安全警情的影响程度。结果表明,研究区土地资源生态安全警情包括中警、轻警、预警3个等级,以轻警为主,所占面积比例达50%以上。从时间尺度上,整体生态安全警情呈缓慢好转态势。从空间尺度上,生态安全预警格局中段警情有所好转,南北两端警情趋于严重,尤其以南部最差。15°坡耕地面积、人口密度、污染负荷指数、人均草地面积、人均林地面积、化肥农药负荷、景观破碎化指数、Shannon多样性指数、人均GDP和三废综合处理率10个敏感因子(权重0.03)是影响研究区生态安全的重要因子,对总系统生态安全的综合贡献必须引起足够重视;各子系统对总系统生态安全的贡献率大小依次为状态子系统压力子系统响应子系统,因此需有针对性地对各个子系统及总系统进行调控。     

镉胁迫下蚯蚓金属硫蛋白氧化修饰的研究(Oxidative Modification of Metallothionein in Earthworm under Cd Stress)

金属硫蛋白(MT)是生物体内的一类富含巯基(—SH)的蛋白,在细胞氧化还原调控和重金属解毒等方面具有重要作用.MT的—SH可以络合重金属,同时对氧化作用很敏感,重金属胁迫产生的活性氧物质(ROS)可以将其氧化成二硫键(S—S).为揭示镉(Cd)对蚯蚓MT的—SH含量及其氧化修饰的影响,将蚯蚓放入Cd浓度为0、100、300mg·kg-1的黄棕壤中胁迫21天,通过SBD-F标记和高效液相色谱(HPLC)结合的方法测定MT中—SH和S—S的含量.结果显示,随着Cd浓度的增加,蚯蚓体内的—SH和S—S含量均逐渐增加,但S—S所占比例降低.这说明Cd诱导了蚯蚓体内MT合成,并且诱导量随着Cd胁迫的增强而增加,但—SH的氧化修饰程度有所下降.     

Monitoring of Bt-Maize pollen exposure in the vicinity of the nature reserve Ruhlsdorfer Bruch in northeast Germany 2007 to 2008

Background, aim, and scope Basically, technological innovations are associated with benefits and risks. This is also true for the introduction of genetically modified organisms (GMO) into agriculture. In Germany, precautionary regulations currently demand isolation distances (i.?e. buffer zones) for the cultivation of genetically modified maize (Bt-maize) in the vicinity of conventional (150?m) and organic maize fields (300?m). The Bt-toxin may harm non-target organisms (NTO) such as Lepidoptera. Despite this, corresponding regulations for the protection of nature reserves are lacking to date. Conventional and Bt-maize have been grown in the vicinity of the Flora-Fauna-Habitat (FFH) Ruhlsdorfer Bruch in Brandenburg, Germany. The aim of this study was to investigate whether exposure of maize pollen from surrounding Bt-maize fields to NTOs in the nature protection area could be excluded or not. Two types of exposure were investigated: Firstly, whether maize pollen was dispersed by wind into the nature reserve area exposing resident NTOs. Secondly, foraging NTOs from the nature reserve are exposed by roaming the surrounding fields and collecting maize pollen. In order to fulfil the precautionary principle defined by law, the study should help to determine appropriate isolation distances for the cultivation of Bt-maize with regard to sustainable protection of NTOs in the FFH Ruhlsdorfer Bruch. In 2007, the local authorities issued an isolation distance between Bt-maize fields and nature reserves of 100?m and in 2008, this became 250?m in the northern and 500?m in the westerly direction, respectively. Materials and methods Standardised methods for biological and technical pollen sampling issued by the Association of German Engineers (VDI 4330 Part 3, 2007 and VDI 4330 Part 4, 2006) were applied providing a quality controlled and methodologically harmonised database which does not only serve the needs to be fulfilled by the present case-specific monitoring study but can also be used as a reference database for further investigations. Maize pollen exposure was measured within the FFH Ruhlsdorfer Bruch and its immediate vicinity in July and August 2007 and 2008. In 2007, the sampling was performed at three sites using 12 technical samplers (Sigma-2/PMF) placed at five measuring points at distances from 5?m to 120?m from the maize field edges. Additionally, for biological pollen sampling six bee colonies were situated at these three sites (two colonies at each site). The technical sampler Sigma-2/PMF enables point sampling which is primarily influenced by wind and topography providing information on effective maize pollen input (flow and deposition) at the measuring sites. Honey-bees roaming in the surrounding area with typical foraging distances of several kilometres may act as planar collectors. They may serve as indicators for the exposure to pollen-collecting NTOs. Furthermore, biological sampling is more selective due to the organism’s preferences, whereas the technical sampling is neutral. Hence, both the technical and the biological sampling complement each other in their scope of application. The pollen samples of both matrices were analysed microscopically and the maize pollen loads were quantified. Pollen-DNA was analysed by means of the quantitative PCR-method (qPCR) identifying conventional and Bt-maize pollen by two independent laboratories. In 2008, the monitoring was repeated with additional sites. Eighteen technical samplers were exposed at five sites with eight measuring points at distances from 5?m to 250?m from the maize field edges. Two honey-bee colonies for biological sampling were placed at one site for control purposes. PCR-analyses were performed to measure the amounts of Bt-maize pollen in the samples. Results The results of pollen monitoring at the Ruhlsdorfer Bruch revealed maize pollen exposure for all monitoring sites in both surveys. In 2007, up to 1.75 million maize pollen/m² were deposited at sites closest to the maize field. At 120?m from field edge in the middle of the FFH-reserve, 99,000 maize pollen/m² were detected. In 2008, similar results were found, at distances up to 250?m from the field edges deposition of 164,000 maize pollen/m² was detected. Data on maize pollen deposition show a clear distance relationship and are in accordance with results of further comprehensive surveys based on the same methodology (Hofmann 2007). The results of the microscopic analysis of the pollen pellets demonstrated that bees collected maize pollen at all sites, in 2007 and 2008. Although maize pollen is not the main food source (2007:0.1–0.3?%; 2008:2–3?%) the collection efficiency of the bee colonies resulted in high amounts of sampled maize pollen with 4 to 11 million per site in 2007 and up to 467 million in 2008. Molecular-biological analysis of maize pollen DNA by qPCR demonstrated that transgenic Bt-MON810 DNA was present in all technical and biological samples, corroborated by two independent laboratories. In 2007, the GMO-content in the samples ranged up to 44?% in the bioaerosols and 49?% in the pollen pellets. In 2008, GMO-proportions of up to 18?% were detected. Discussion The results of this study provide evidence that NTOs in the Ruhlsdorfer Bruch were exposed to Bt-maize pollen under the cultivation conditions in 2007 with a buffer zone of 100?m. The GMO-content reached up to 48?%. The results of the monitoring in 2008 confirmed these findings. Even though the exposure could be reduced by increasing the isolation distances to 250?m and 500?m respectively, the results still show percentages of up to 18?% Bt-MON810 in the pollen samples. The results on maize pollen deposition at the Ruhlsdorfer Bruch in 2007 and 2008 correspond to the results of an investigation which was conducted over several years applying the same standardised method, but covering a wider range of distances. The correlation between maize pollen deposition (n/m²) and distance to the source field (m) fitted best to a power function of the type y = 1.2086 · 10⁶ · x ^–0.548. Despite the same trend, the pollen deposition in the Ruhlsdorfer Bruch revealed above-average findings. Also the analysis of the pollen pellets collected by the bees showed an exposure in 2007 with values for the GMO-content of up to 49?%. For both methods, the exposure decreased in 2008 due to the greater buffer zones up to 500?m. Whereas the GMO-content for the biological sampling were reduced to values below 10?%, the values for the technical sampling were still higher indicating that greater buffer zones would be necessary for safety reasons under the precautionary principle. Conclusions The results of this investigation proved that maize pollen were dispersed by wind to distances farther than 250?m from field edge leading to maize pollen exposure in the centre of the nature reserve. The results also demonstrated that foraging NTOs living in the nature reserve were exposed to maize pollen from surrounding fields. Considering the cultivation of Bt-maize MON810, the assumption of the Environmental Risk Assessment (ERA) that there will be no relevant exposure beyond the Bt-maize fields, cannot be confirmed. Considering the results of this and related studies and with respect to the precautionary principle, one can state that buffer zones between Bt-maize fields and protected areas are an effective measure to minimise the exposure of Bt-maize pollen to NTOs and, thus, to prevent from adverse effects. Recommendations and perspectives Because of still insufficient ecotoxicological data for the risk assessment of Bt-maize MON810 considering butterflies and other protected NTOs, protection standards assuring the precautionary principle have to be implemented to avoid Bt-maize pollen exposure to NTOs. This applies for the case Ruhlsdorfer Bruch and for nature reserve areas in general. In order to exclude risks to protected NTOs occurring in nature reserves, sufficient buffer zones for Bt-maize cultivation should be considered. The statistical analysis revealed that distances of more than 500?m are necessary to decisively reduce exposure to foraging insects. In fact, distances of more than 1,000?m are necessary to prevent maize pollen deposition from values above 100,000 pollen/m² with a certainty of 90?%. An adequate risk assessment can only be attained if based on field measurements accounting for the high variation of pollen deposition due to local environmental site conditions and field management. The monitoring should be based on standardised methods. It should include locations with the highest expected deposition rates, the boundaries of the protected areas and sites of interest within those boundaries, e.?g., specific habitats of sensitive species.     

Klima-Biomonitoring: Nachweis des Klimawandels und dessen Folgen für die belebte Umwelt

Hintergrund und ZielEs wird vorgeschlagen, Biomonitoring-Verfahren zu verwenden, um Auswirkungen des Klimawandels auf die belebte Umwelt zu erkennen, zu bewerten und zu dokumentieren, weil ? es mit dieser Methode gelingt, klimainduzierte Veränderungen in besonders empfindlichen Gebieten in Deutschland mit ihren Lebensräumen, Lebensgemeinschaften und Arten darzustellen, ? es bezüglich Zuwanderung und Ausbreitung neuer Schädlinge und Krankheitserreger für Mensch, Tier und Pflanze nach bzw. in Deutschland relevante Informationen liefern kann, ? damit der Politik zur Bewertung der Auswirkungen des Klimawandels wichtige Informationen, Handreichungen und Entscheidungsgrundlagen zur Verfügung gestellt werden können und ? auf dieser Grundlage geeignete Anpassungsmaßnahmen eingeleitet und auf ihre Wirksamkeit geprüft werden können, wie beispielsweise in der Deutschen Anpassungsstrategie (BMU 2009) beschrieben. Für Biomonitoring-Verfahren, die geeignet sind, Auswirkungen des Klimawandels anzuzeigen, wird der Begriff Klima-Biomonitoring vorgeschlagen Diese Verfahren sollten aus verschiedenen Gründen (u.?a. abgestimmte Methodik und gleiche Datenbasis, Kostenersparnis) unter Beteiligung aller Bundesländer umgesetzt werden. Bioindikation ist bereits heute ein unverzichtbares Verfahren, frühzeitig Veränderungen in der belebten Umwelt zu erkennen und somit Hinweise auf besondere Gefahren zu liefern (Frühwarnsystem). Für das Klima-Biomonitoring werden vorzugsweise bestehende Monitoringsysteme mit ihren bereits erhobenen Daten ausgewertet und mitgenutzt. Material und Methoden Das Klima-Biomonitoring greift auf bereits eingeführte und bewährte Methoden der Bioindikation von Umweltveränderungen zurück. Bestehende Methoden werden im Hinblick auf die besonderen, durch den Klimawandel bedingten Anforderungen ergänzt, angepasst und weiterentwickelt. Auf der Grundlage einer Auswertung relevanter laufender Bundes- und Länderprogramme werden wesentliche Wirkungen des Klimawandels identifiziert, die datenliefernden Programme zugeordnet und Auswertungen vorgeschlagen. Zusätzlich werden Datenquellen beschrieben, deren Nutzung weitergehende Betrachtungen ermöglichen. ErgebnisseIn einer Übersichtstabelle werden Monitoring-Programme auf Bundes- und Länderebene systematisiert und hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Bewertung von Klimafolgen auf die belebte Umwelt dargestellt. Eine Übersicht über Datenquellen sowie eine Darstellung erster Erkenntnisse aus der Auswertung vorliegender Daten belegen die Relevanz des vorgeschlagenen Verfahrens. Der erkennbare Forschungs- und Entwicklungsbedarf wird umrissen und Vorschläge für eine Optimierung des Daten- und Methodenaustausches benannt. Beispiele zur Anwendung und Vertiefung der Thematik sowie Anregungen zur Weiterentwicklung der Methodik und zum Schließen von Kenntnislücken werden in Folgepublikationen aufgezeigt. DiskussionAuf der Basis des Klima-Biomonitorings kann das Ausmaß der durch den Klimawandel bereits eingetretenen Veränderungen beschrieben sowie Szenarien und Prognosen zu den Auswirkungen von Klimaveränderungen erstellt werden. Weiterhin ist es möglich, die sekundären Wirkungen des Klimawandels, insbesondere die Auswirkungen der Maßnahmen zur Anpassung an den Wandel, mithilfe der Bioindikation auf ihre Wirksamkeit zu prüfen. Für einige Klima-Bioindikatoren ist der kausale Zusammenhang zwischen Klimawandel und Reaktion bereits belegt (zum Beispiel die Frühjahrsphasen in der Pflanzenphänologie), in anderen Fällen müssen noch Methoden zur Unterscheidung zwischen Klimawirkungen und anderen Wirkfaktoren entwickelt werden. Die Erkenntnisse aus dem Klima-Biomonitoring sollen Grundlage für entsprechende Handlungen sein, sodass geeignete Anpassungsstrategien und gleichzeitig Maßnahmen zur Vermeidung oder zur Verminderung der Effekte eingeleitet werden können. Zugleich sollen eine angemessene Politikberatung, eine Information der Öffentlichkeit und die Erfüllung entsprechender Berichtspflichten erfolgen. Schlussfolgerungen:Klima-Biomonitoring ist eine geeignete Methode, um klimainduzierte Veränderungen in besonders empfindlichen Gebieten in Deutschland mit ihren Lebensräumen, Lebensgemeinschaften und Arten darzustellen. Erste Auswertungen zeigen, dass bereits Wirkungen des Klimawandels auf die belebte Umwelt nachweisbar sind. Hierbei liefert die Pflanzenphänologie seit vielen Jahren wertvolle Hintergrunddaten. Eine Verschneidung dieser Hintergrunddaten mit Daten aus anderen geeigneten Monitoring-Programmen und weiteren Informationen (zum Beispiel Geobasisdaten) ermöglicht es, diese Erkenntnisse zu ergänzen. Damit ist die Ermittlung und Bewertung von klimainduzierten Wirkungen auch im Bereich der Ausbreitung von Krankheitsüberträgern und -erregern und anderer Phänomene sowie der Bewertung von Maßnahmen möglich. Empfehlungen und PerspektivenEine abgestimmte Anwendung der Methodik in allen Bundesländern und beim Bund, eine Verbesserung des Daten- und Methodenaustausches, die Identifikation, Erschließung und Nutzung weiterer Datenquellen, die Weiterentwicklung der Methodik und eine Publikation weiterer Erkenntnisse werden empfohlen. Es ist davon auszugehen, dass sich das Klima-Biomonitoring wegen seiner Vorteile als Methode zur Erhebung von Klimafolgen für die belebte Umwelt auch international etablieren wird.