类二噁英物质及芳香烃受体(AhR)介导的有害结局路径(AOP)研究进展

二噁英及类二噁英物质(dioxin-like compounds,DLCs)是一类高毒性化合物的统称,对其毒理学的研究一直都是备受关注的焦点。已有证据表明,高毒二噁英及DLCs主要通过激活芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AhR),进而导致一系列生物毒性。近年来越来越多的新型有机污染物被发现具有类二噁英分子结构并存在潜在生物毒性或活性。与此同时,如何评估二噁英及DLCs对本土生态生物的危害及其风险也受到更多关注。本文综述了近几年发现的新型二噁英物质、二噁英及DLCs的AhR致毒机制、相应的有害结局路径(adverse outcome pathway,AOP)及AOP在指导探索新型物质及物种敏感性方面上的新观点和发现,同时也展望了二噁英及DLCs在生态毒理及风险评估领域的未来研究方向。     

纹缟虾虎鱼对Cu~(2+)、Cd~(2+)和氨氮的毒性响应和敏感性分析

以纹缟虾虎鱼为受试生物,分别进行了Cu~(2+)、Cd~(2+)和氨氮为环境因子的急性毒性实验和氨氮慢性暴露实验,结合文献数据分析纹缟虾虎鱼对3种污染物的敏感性。结果表明,Cu~(2+)、Cd~(2+)和氨氮对纹缟虾虎鱼的EC50分别为4.527、40.408和63.182mg·L~(-1)。组织切片结果显示,氨氮暴露能够引起纹缟虾虎鱼肝组织结构退化,组织细胞畸变,其损伤程度随着氨氮浓度的升高而加剧。氨氮暴露对肠管未见明显影响。敏感性分析结果表明,纹缟虾虎鱼对Cu~(2+)、Cd~(2+)和氨氮的累积概率分别为83.33%、96.27%和90.48%,均表现为不敏感。在Cu~(2+)、Cd~(2+)和氨氮对海洋生物的敏感性排名中,纹缟虾虎鱼分别在第31/35、32/32和19/20位。在8~12种海洋鱼类中,纹缟虾虎鱼对上述3种污染物的敏感性都处在较低水平。     

腐殖酸与典型碳纳米材料协同光致产生活性氧物种的研究

采用电子自旋共振光谱(EPR)技术,分析腐殖酸在光照下对4种典型碳纳米材料诱导产生单线态氧(~1O_2)和羟基自由基(·OH)的影响。基于密度泛函理论计算4种典型碳纳米材料的前线轨道能,比较了它们分别经能量转移诱导产生~1O_2的能力以及经电子传递诱导产生·OH的能力。结果显示,4种不同形状的碳纳米材料(富勒烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管以及石墨烯)悬浮液在紫外光照下均无~1O_2和·OH产生。与腐殖酸共同存在下,4种碳纳米材料均显著诱导~1O_2的产生,且富勒烯和石墨烯还能光致生成·OH。协同产生~1_O2的能力大小为:单壁碳纳米管富勒烯多壁碳纳米管石墨烯,协同产生·OH的能力大小为:石墨烯富勒烯。~1O_2的产生能力与碳纳米材料的能隙大小和颗粒聚集程度有关,而诱导产生·OH的能力主要取决于化学硬度。总之,我们的研究表明腐殖酸与碳纳米颗粒可协同产生活性氧物种。     

采煤塌陷对地表植物群落特征的影响

为了研究采煤塌陷对地表植被组成及其多样性的影响,对陕西省神府-东胜补连塔煤矿采煤塌陷区不同塌陷年限(2、7、12、17 a)区域和未塌陷区域(对照)植被进行抽样调查与分析. 结果表明:该区域共有14科39属46种植物,主要为草本植物;采煤塌陷对植被种类组成、物种分布有很大影响,导致植物种类显著减少31.03%~44.83%. 塌陷区优势种较对照区有较大变化,优势种由多年生草本植物演变为一二年生草本植物;但是不同塌陷年限区域植物优势种基本稳定,主要为看麦娘(Alopecurus aequalis)、烛台虫实(Corispermum candelabrum)、刺叶藜(Chenopodium aristatum)等. 采煤塌陷导致植株密度显著下降58.62%~68.00%、物种丰富度显著下降17.43%~27.00%、Margalef丰富度指数显著降低4.07%~22.76%,但植被盖度差异不显著. 采煤塌陷显著影响植物群落多样性,其中,塌陷12和17 a样地植被Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数较塌陷2 a样地显著提高. 群落排序结果表明,物种分布与塌陷有明显相关性. 塌陷区植株密度及其植被组成中多年生草本种数很难恢复到对照区水平,植被恢复进程十分缓慢.      

焦化厂土壤和地下水中PAHs分布特征及其污染过程

以煤炭为原料的焦化厂是环境中PAHs的主要人为污染源. 针对US EPA(美国国家环境保护局)优先控制的16种PAHs,对苏南某生产历史长达16 a、面积为44.58×104 m2的焦化厂土壤样品中的w(PAHs)以及地下水样品中的ρ(PAHs)进行了分析,并采用统计学方法对PAHs的分布规律进行了研究. 结果表明:表层土壤中除二苯并[a,h]蒽外,其他15种PAHs均被检出;w(2~3环PAHs)平均值占w(∑PAHs)平均值的92.6%,明显高于w(4~6环PAHs). 地下水中只检出强亲水性的萘、二氢苊、苊、芴、菲、蒽等6种低环PAHs,但未迁移至厂外. 厂区内土壤和地下水中PAHs污染均具有典型的区域分布特征,并且均为化厂车间最严重. 土壤防污性能的差异使PAHs在3.0 m黏土层〔K_y(垂向渗透系数)=1.28×10-8 cm/s〕中富集. 高环PAHs主要与有机质结合以固相迁移,因w(TOC)随深度增加而下降,部分高w(高环PAHs)点位土壤有机质吸附过饱和,未被吸附的高环PAHs向深层迁移至5.0 m含水层顶板,但因强疏水性未进入7.0 m含水层. 强亲水性低环PAHs以溶解态迁移进入含水层,但因地下水流动缓慢(流速为3.71×10-6 cm/s),PAHs污染区仅集中在化厂车间及其附近区域.      

乐安河-鄱阳湖湿地植物群落分布及其环境影响因子

于2012年平水期(4月)、丰水期(8月)和枯水期(11月)对乐安河自上游至下游及入鄱阳湖区域内湿地植物群落分布和水土环境因子进行调查,分析乐安河不同水期湿地植物群落的分布特征,通过DCCA(detrended canonical correspondence analysis,除趋势典范对应分析)探讨不同水期植物群落分布特征与环境因子间的定量关系. 结果表明:3个水期内共观测到湿地植物167种,不同水期植物种类及组成结构均具有显著差异. 其中平水期湿地植物102种,分属于33科75属;枯水期71种,分属于27科53属;丰水期种类最少,为55种,分属于20科42属. 乐安河上游处于未受矿山开采影响的对照区域内,水生植物群落分布主要受河流自然环境因素的影响. 对于受重金属酸性污染影响较严重的区域,DCCA排序结果显示,水土环境中pH和Cu、Pb、Cd等重金属含量是影响植物群落分布的重要因素. 其中,上游湿地植物群落分布主要受Cu含量和pH的影响;中、下游主要受水、土环境中重金属Pb、Cd的复合污染以及pH的影响. 乐安河湿地植物群落分布与环境因子间具有明显的对应关系,DCCA法能准确识别影响湿地植物群落分布的关键环境因子.      

古夫河着生藻类优势种体积与水质因子的相关性研究

通过研究长江三峡库区古夫河着生藻类优势种体积的变化,探索影响其体积的主要水质因子,为河流水质评价提供依据.于2010年12月至2012年2月,对古夫河着生藻类和地表水采样11次,共鉴定着生藻类197种,检测水质指标10项.选取Mcnaughton优势度指数(Y)>0.02的着生藻类(共30种)作为优势种并计算体积;利用主成分分析(PCA)分析优势种藻类在不同月份的体积变化.结果显示,硅藻门对冷暖季的变化较为敏感.将水质因子与优势种藻类体积进行典范对应分析(CCA),结果显示水质因子与藻类体积相关性大小为:溶解氧>氨氮>叶绿素a>酸碱度>硝态氮>总磷>水温>总氮>总有机碳>化学需氧量.Monte Carlo显著性检验结果为溶解氧和氨氮对着生藻类体积的影响最大,其次为叶绿素a、酸碱度和硝态氮.硅藻门藻类体积的变化可以判断古夫河水体中溶解氧、氨氮、叶绿素a、酸碱度、硝态氮的含量与变化.     

太子河河岸带土地利用类型与硅藻群落结构的关系

为了评价河岸带土地利用对河流硅藻群落的影响,于2012年5月对太子河河岸带4种主要土地利用类型(森林用地、森林耕作用地、耕地、城镇建设用地)下38个采样点的硅藻群落和水环境特征进行采样分析. 结果表明:森林用地的指示种为膨大桥弯藻(Cymbella turgida)、优美桥弯藻(C. delicatula)、弧形峨眉藻(Ceratoneis arcus)、Gomphonema trancatum等寡污指示种;耕地的指示种为颗粒直链藻(M. granulate)、库津小环藻(Cyclotella kuetzingiana)、线形菱形藻(N. linearis)、尖布纹藻(Gyrosigma acuminatum)等污染指示种. 聚类分析结果显示,相同土地利用类型区域内,硅藻群落结构特征较为相似. 典范对应分析显示,ρ(COD_Mn)、ρ(SS)(SS为悬浮物)和ρ(TDS)(TDS为总溶解固体)是影响硅藻群落结构特征的主要水环境因子. 不同土地利用类型区域内硅藻群落结构特征差异显著,其中,森林用地内硅藻生物指数(17.98)和硅藻属数量(17.33个)最高,Shannon-Wiener多样性指数(2.22)和Pielou均匀度指数(0.54)最低;耕地内Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数平均值最高,分别为3.37和0.82;城镇建设用地内物种丰富度(11.00)、硅藻生物指数(9.20)和硅藻平均密度(0.71×104 L-1)最低. 研究显示,不同土地利用类型通过对水环境因子的影响进而影响硅藻群落的变化,其中城镇建设用地面积所占比例较高的河流水环境质量和硅藻群落状况最差;太子河河岸带土地利用类型对河流硅藻群落结构影响显著,并表现出明显的空间异质性.      

臭氧-曝气生物滤池深度处理垃圾焚烧渗滤液可行性研究

研究了臭氧-曝气生物滤池(BAF)代替纳滤和反渗透深度处理垃圾焚烧渗滤液达标排放的技术可行性.半间歇臭氧氧化试验表明,实验用水的可生化性随着氧化时间的增加而增加,色度及UV254, 15min内去除率分别达91%和64%;氧化时间为45min时COD去除率59%, 45min后COD去除较慢, 120min时去除率77%.确定臭氧氧化时间为1h,在同样臭氧浓度与流量下进行了臭氧-BAF处理垃圾焚烧渗滤液的连续实验.结果发现,此工艺对COD、色度和UV254的去除率分别可达75%,95%和90%,其中2/3运行时间里COD低于排放标准100 mg/L.其中出水色度可稳定保持在40度以下达标排放.经过进一步优化,臭氧-BAF有望用于垃圾焚烧渗滤液的达标处理.GC-MS检测表明烷烃,芳香族化合物及含氮杂环化合物是试验用水的主要污染物,臭氧-BAF能够有效去除后两类化合物,但难以去除烷烃.     

臭氧/活性炭协同作用去除二级出水中DON

为探讨臭氧氧化和活性炭吸附对城市污水厂二级出水中溶解性有机氮(DON)的去除机制,首先测定二级出水DON、溶解性有机炭(DOC)、UV254、pH值等指标.接着通过臭氧氧化试验和活性炭吸附试验来考察二级出水中DON、DOC和UV254变化,以及DON分子量分布和DON亲疏水性变化,并应用三维荧光光谱对二级出水中DON变化进行表征.结果表明,当臭氧投加量为8mg/L,DON的去除率大约为33.9%,DOC和UV254去除率约21.2%、66.7%;当活性炭投加量为2.0g/L,DON、DOC和UV254的去除率大约为43.4%、27.6%、92.2%;臭氧氧化和活性炭吸附组合试验时,对DON的去除率大约为83.3%和81.5%;臭氧氧化提高小分子量( 20kDa)的DON所占比例;活性炭吸附降低小分子量( 20kDa)DON所占比例为;臭氧氧化和活性炭吸附都提高亲水性DON所占比例,而降低疏水性和过渡性DON所占比例;三维荧光光谱证实,二级出水中DON变化与3个主要峰有关,分别代表物质为色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类物质.