土壤中微塑料与环境污染物的复合作用及其对微生物的影响

随着塑料制品在工农业和生产生活中的广泛使用,大量微塑料被释放到土壤中,带来不可忽视的生态环境与健康风险。长久以来,人们更关注微塑料本身的生态毒性,对微塑料与环境中的其他化学污染物的联合作用及其环境效应研究较少。由于土壤微生物在微塑料降解过程中起着关键作用,认识土壤微塑料是如何通过影响土壤环境而直接或间接影响土壤中微生物群落和土壤生态功能的微观机理,已成为未来推进微塑料的降解和科学认识微塑料生态系统风险的关键。本文综述了近年来微塑料在土壤中吸附和迁移机理,以及微塑料的吸附程度和位置对其迁移行为的影响。总结了微塑料与土壤中有机污染物和重金属的复合作用的进展,探讨了这些复合作用对土壤环境风险的影响,包括污染物的毒性、生物利用度和迁移性的变化。评述了微塑料对土壤微生物群落的影响及作用机制,微塑料对微生物的物种丰富度、活性和结构的影响,以及微塑料表面的定殖和选择性富集能力。建议未来应该加强以下三方面的研究：(1)深入探索微塑料与环境污染物的复合作用及其生态毒理作用的微观机理;(2)认识土壤中微塑料对土壤微生物群落结构改变的微观机制;(3)探索通过科学调控土壤理化特性、特异性微生物在微塑料表面的定...     

土壤溶解性有机质对植物吸收-输送-贮存重金属的影响研究现状与进展

土壤溶解性有机质对重金属生物地球化学循环中的生物可利用性起着重要作用。近年来,在土壤溶解性有机质对植物吸收、输送和贮存重金属过程的影响研究领域,国际上主要聚焦于以下三个探索方向:①土壤溶解性有机质与重金属形成配位体,改变重金属在土壤中的迁移性和植物根际环境的作用机理研究;②土壤溶解性有机质可突破植物细胞内重金属吸附点位的限制,通过控制植物细胞壁-重金属复合体的形态及重金属在细胞壁内外的吸收平衡,来干预重金属穿过细胞壁进入植物体的动力学过程研究;③土壤溶解性有机质-重金属的络合形态影响重金属在植物体内的输送和贮存作用过程与机理研究。本文基于研究溶解性有机质和重金属的植物过程中,水体溶解性有机质研究多而土壤溶解性有机质研究少的现状,针对溶解性有机质异质性的研究难点和溶解性有机质与植物亚细胞结构的配位特征的复杂性与局限性,从极性、官能团、配位结构等角度,分析并评述了土壤溶解性有机质和重金属生物地球化学中,植物吸收、输送和贮存重金属过程的研究现状和未来发展趋势。     

天然有机质存在条件下的纳米颗粒与重金属协同行为研究

纳米颗粒与重金属元素相结合发生反应,可能产生一系列相互作用关系。这些作用过程是取决于多个环境条件共同作用的复杂过程,尤其是在土壤这种复杂的典型非均质环境介质中。这些作用关系可分为协同促进和拮抗抑制两大类关系。对于土壤中的重金属元素离子而言,纳米态粒子对其环境有效性究竟是协同促进还是拮抗抑制作用,关键取决于纳米粒子的表面修饰特性、二者间的界面反应以及反应后重金属元素的最终赋存状态这三个方面。协同促进或拮抗抑制作用与否则最终决定了这些污染重金属离子的生物可利用性和生态毒性响应。本文对近年来纳米颗粒-重金属共环境行为国内外研究现状进行综述讨论。纳米-重金属界面吸附解吸和土壤中迁移持留过程研究涉及多个热力学、动力学解析方法,科学家结合静态批实验和动态迁移实验等实验室模拟手段,对纳米颗粒、重金属离子、有机质三因子在土壤介质中的相互作用影响和共行为方式展开深入探讨。在重金属离子-纳米颗粒表面吸附机制、赋存形态以及重金属纳米吸附态土壤迁移固定机制研究中,多种定性表征方法的综合应用,如透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线吸收近边结构光谱/扩展X射线吸收精细结构光谱(XANES/EXAFS)等方法相结合,被公认是揭示这一系列过程机制的重要技术手段。针对不同土壤环境中有机质存在条件,正确评价纳米态物质对重金属的迁移性及生物可利用性的影响作用,将为纳米环境效应评估和纳米修复技术等相关应用提供重要的数据支持和机理依据。     

高效液相色谱-串联质谱法测定黄河河口段水中全氟化合物的初步研究

以近年来备受关注的持久性有机污染物———全氟化合物为研究目标物,黄河河口段为目标研究区域,应用高效液相色谱-串联质谱法测定黄河河口段河水、自来水和浅层地下水中的19种全氟化合物含量,描述研究该区域水体中全氟化合物的污染水平和分布规律,并探讨水体中全氟化合物的来源。结果表明,全氟丁酸和全氟辛酸是黄河河口段水体中最主要的全氟化合物,黄河水中的全氟丁酸和全氟辛酸浓度分别为1.61～4.20ng/L和2.04～3.36 ng/L。浅层地下水中各待测物检出率都很低;自来水中全氟丁酸和全氟辛酸的浓度分别为1.62～3.24 ng/L和4.66～9.34 ng/L;自来水与黄河水中全氟化合物的组成特征明显不同。东营地区黄河水中全氟辛烷磺酸的浓度与国内其他北方城市相比浓度相当,明显低于长江水和珠三角地表水;全氟辛酸的浓度与呼和浩特市周边河水以及北京官厅水库中浓度相当,相比国内其他地区处于较低水平。     

重金属与日常生活

正我们在日常生活中接触到的物品几乎均含有重金属,例如,富含在泥土、空气中引起衰老的自由基、对肌肤有伤害的微粒、空气中的尘埃以及汽车尾气,等等。虽然,重金属在各行各业的应用越来越广泛,对动植物的正常生命活动也起着至关重要的作用,但是其毒性也不容忽视。重金属元素的作用部位和毒性与重金属的种类、与生物体的接触途     

水稻对砷吸收的机理及控制砷吸收的农艺途径研究进展

全世界约一半人口以大米为主食,亚洲人口主食对水稻的依赖程度甚至超过90%。当前全球各地均存在不同程度的砷(As)污染,水稻容易在籽粒中积累砷,从而使砷通过食物链进入人体,威胁人体健康。水稻中砷含量水平为几个到几百个ng/g不等,砷从土壤进入水稻的过程涉及复杂的物理化学过程和形态转化,最终主要以砷酸、亚砷酸及砷的巯基、甲基配位等形态储存于大米中。田间水管理、施肥以及添加土壤改良剂等方法都可以控制稻田农田生态系统中水稻对砷的吸收,但是每种技术都有其优势和局限性。水稻农田生态系统中砷生物地球化学及水稻对砷的吸收和代谢等诸多因素都影响着水稻及谷粒中砷的浓度。综合考虑农艺活动对土壤中pH、氧化还原条件、有机质结构和共存元素等因素的影响,考虑不同的地域特征和经济因素,是在生产实践中实现控制水稻对砷吸收的关键。综合运用多种农艺方法进行水稻耕作是未来控制水稻吸收砷的重要途径;新型农艺方法在控制水稻吸收砷过程中的应用,气候变化对大米吸收砷的影响,以及非破坏原位与活体分析技术在砷形态分析中的应用,是未来在全球尺度上更科学有效地控制大米中的砷含量、降低人体砷暴露风险的关键,也是未来的重点发展方向和艰巨挑战。     

短期乔木林灌木林和草地演替的土壤剖面13C分布特征

以短期的植被更替如何影响土壤剖面的13C富集以及这些富集现象揭示的土壤碳循环机理为目的,采集云南省曲靖地区发生植被演替的山地土壤剖面5组,分别测定了稳定碳同位素比值(δ13C)、总有机碳含量(TOC)和碳密度,并比较了它们之间的差异。研究发现:短期植被改变(约10年)对土壤剖面中0~30 cm层的δ13C值具有显著影响,其中对0~10 cm层土壤影响最大。灌木更替为森林和草地后土壤有机质的δ13C变化分别达2.28‰和5.08‰。30~50 cm层土壤δ13C值对植被改变不敏感,该层可以作为土壤剖面的基准剖面层。大气δ13C值变化不是森林土壤0~50 cm剖面层中13C随深度减小而富集的主要原因。10年间,植被从灌木演替为人工种植的麻栎乔木或从灌木植被退化为草本植被,0~30 cm层土壤剖面的有机碳密度改变量分别为2.30 kg/m2和-1.00 kg/m2。而植被从灌木到人工种植麻栎的碳密度改变率为0.230 kg/m2/a,这对改变山地土壤的碳密度、短期增加碳储量具有重要意义。δ13C在C3植被的短期演替过程中具有很好的辨识力,可以作为土壤碳库更替和碳循环的研究工具。     

环境介质中典型新型有机污染物分析技术研究进展

环境中持久性有机污染物(POPs)、药物及个人护理品(PPCPs)和消毒水副产物(DBPs)等新型有机污染物对生态环境和人体健康具有潜在威胁,研究其来源、检测方法、环境分布和迁移转化已经成为热点。新型有机污染物组成复杂,如短链氯化石蜡有7000多种同类物,采用传统分析手段无法实现分离,对这些物质的准确定性和定量面临挑战。近年来在新型有机污染物检测技术开发方面已取得较大进展:根据待测样品的性质可使用快速溶剂萃取、固相微萃取等多种提取方法,凝胶渗透色谱、多层复合层析柱和固相萃取柱是有效的净化手段,采用气相色谱-质谱或液相色谱-质谱实现了对指示性单体准确定性定量,检出限可达ng/g级。但对于环境影响较大的新型有机污染物如手性多氯联苯(PCBs),由于各手性PCBs单体之间在分离过程中发生峰共溢现象,需要应用专门的手性色谱柱进行分析,尚未建立可靠的检测方法。本文认为,一方面需要探索磁性固相基质分散萃取技术等高效的前处理技术对干扰物质进行有效分离;另一方面需要提高全二维气相/液相色谱、傅里叶变换质谱等色谱/质谱检测技术的识别性和灵敏度,开发出简便、标准化的定量方法。     

液相色谱-高分辨质谱法在中国东北地区农作物有机硒形态分析中的应用

随着公众对富硒产品的关注,对富硒农作物中硒含量的研究越来越受到人们的重视。针对现有方法测定农作物有机硒的基体效应和多原子离子质谱干扰问题,本研究利用液相色谱与抗干扰能力强的四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱相结合,建立了农产品中有机硒的形态分析方法。经优化以超声波辅助蛋白酶XIV提取农作物中有机硒,用Waters Symmetry RP18液相色谱柱分离,以纯水和乙腈作为流动相进行梯度洗脱,采用正、负离子切换同时测定了硒代蛋氨酸、硒代胱氨酸、甲基硒代半胱氨酸。三种有机硒在负离子模式下采用Full MS/dd-MS2扫描模式对目标物进行定性筛查和确证,三种有机硒在5~500μg/L的浓度范围内线性关系良好,相关系数均大于0.997,检出限为1.0~4.7μg/kg,回收率为76.4%~116.0%,相对标准偏差(RSD)≤6.5%。与现有方法比较,本方法线性范围宽,适用于多种谷物和蔬菜类样品的分析。将建立的方法应用于测定中国粮食主产区黑龙江地区多种农作物的可食部分,结果发现谷类中以硒代蛋氨酸为主,蔬菜类以甲基硒代半胱氨酸为主,并且该地区农作物的有机硒含量处于较低水平,亟待强化补硒。