水分条件对藜蒿(Artemisia selengensis)富集湿地土壤重金属的影响

基于鄱阳湖南矶山湿地土壤及藜蒿Cd、As污染风险评价,利用盆栽实验研究水分条件对区域土壤理化性质、砷镉形态及其上生长的藜蒿(Artemisia selengensis)重金属富集能力的影响.结果表明:土壤Cd含量超标,存在生态风险,藜蒿茎中As含量达食品污染限量标准,存在食用风险;藜蒿对Cd、As的富集能力受土壤水分环境影响,水分增加会造成土壤pH与有机质含量上升,抑制藜蒿富集Cd的同时促进富集As.线性回归计算显示土壤有效态As含量与藜蒿As富集量呈显著正相关,可以用来评价藜蒿As富集情况,而土壤有效态Cd含量与藜蒿Cd富集量间无显著相关性.结合区域土壤Cd、As污染情况,适宜控制水分为缺水或旱湿交替条件,可以降低藜蒿等湿地植物中Cd的富集量;适宜控制水分为淹水条件,可以减少土壤Cd、As有效态含量.     

铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)次生代谢物对普通小球藻(Chlorella vulgaris)生长及有效量子产率的影响

浮游植物间的交互化感作用被认为是自然水体中浮游生物群落演替及优势种转换的主要因素之一.铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)是富营养化湖泊中的常见蓝藻,其产毒品系相较非产毒品系具有较高的竞争优势,其产生的主要次生代谢产物微囊藻毒素-LR(MC-LR)通常被认为是重要的化感物质.但是到目前为止其在水生生态系中的生物学功能尚不明确.为探究并区分MC-LR及其他次生代谢产物对浮游植物的化感效应,本文研究了MC-LR与高浓度普通小球藻(Chlorella vulgaris)生长及有效量子产率的剂量—效应关系;比较了能够产生显著抑制效应的MC-LR、能够产生同等浓度MC-LR的产毒品系铜绿微囊藻滤液以及细胞粗提液对小球藻生长及有效量子产率的抑制效应.结果显示,MC-LR能够对小球藻生长及有效量子产率产生抑制作用,并且抑制率随着MC-LR浓度的增加而增大.在用200μg/L及以上浓度的MC-LR感染24 h后,叶绿素a浓度为1500μg/L的小球藻的生长与有效量子产率均比对照组显著降低.能够产生相同浓度MC-LR的产毒品系铜绿微囊藻细胞滤液对其没有产生显著影响,而其细胞粗提液却能够产生更强的抑制效应.与MCLR处理组相比,粗提液处理组小球藻的生长及有效量子产率分别降低了14%和3%.以上结果表明,MC-LR对普通小球藻的化感作用具有剂量依赖性;MC-LR之外的其他次生代谢物也能够产生抑制效应.     

铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长及光合活性对温度和光照交互作用的响应

通过室内纯培养,分别设定不同温度梯度(14、16、18℃)和光照梯度(100、250、360 μmol/(m2·s)),以模拟全球气候变化条件下,温带湖泊春季温度升高与光照减弱交互作用对铜绿微囊藻和蛋白核小球藻生长和光合活性的影响.通过流式细胞计数测定其生长曲线,观测其变化趋势,并利用叶绿素荧光仪PHYTO-PAM测定藻类光合活性.结果表明,当温度为18℃,光强为100μmol/(m2·s)时,铜绿微囊藻生长速率最大,细胞密度达到2.99×106cells/ml.在该温度和光照强度下,其光合活性也远高于其他实验组,其Fv/Fm值达到最大值0.39.蛋白核小球藻在温度为16和18℃时,其生长速率差异不大,但明显高于在温度为14℃时的生长速率,其光合活性处于波动状态.与蛋白核小球藻相比,温度升高和光照减弱对铜绿微囊藻生长和光合活性的促进作用更为明显,而且随着温度的升高,铜绿微囊藻生长对低光的偏好更为显著.因此,全球变暖所导致的高温低光环境可能有利于确立铜绿微囊藻在湖泊中的优势地位.     

洞庭湖流域湘江铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)的重金属富集特征及其膳食风险评估

洞庭湖流域对湘江湖南段6个城市江段铜锈环棱螺（Bellamya aeruginosa）腹足和内脏团的As、Cd、Pb、Cu、Zn、Cr富集量进行分析,运用单因子污染指数法评价其受污染程度,并分别采用平均每周/每月摄入量法和目标危害系数法对其膳食风险进行评估,旨在为湘江流域居民铜锈环棱螺的消费安全提供参考.结果显示,铜锈环棱螺腹足As、Cd、Pb、Cu和Zn的富集量均值分别为0.92、1.65、0.90、13.01和67.62 mg/kg,Cr未检出,As、Cd、Pb和Cu的超标率分别为87.06%、27.06%、24.72%和2.35%.内脏团As、Cd、Pb、Cu、Zn和Cr的富集量均值分别为9.61、3.21、3.75、33.58、169.05和1.23 mg/kg,As、Cd、Pb、Cu和Cr超标率分别为100%、71.76%、65.88%、14.12%和75.8%.所有江段成人As、Cu和Zn的每周摄入量均值和最高值均低于FAO/WHO食品添加剂联合专家委员会（JECFA）提出的暂定每周耐受摄入量参考值（PTWI）,但株洲成人Cd的每月摄入量均值超过其每月耐受摄入量参考值,且最大值是其参考值的3.44倍,永州、湘潭地区成人Cd的每月摄入量最大值也分别是其参考值的1.16和1.68倍.所有江段铜锈环棱螺摄入的单一重金属健康风险值除As外均小于1,但多种重金属复合暴露健康风险值均接近或大于1.结果表明,湘江湖南段6个城市江段铜锈环棱螺均受到一定程度的污染,其中衡阳、湘潭和株洲江段较为严重,且各江段铜锈环棱螺内脏团重金属富集量整体上均高于腹足,故当地居民长期食用后存在潜在的健康风险.     

铜绿微囊藻和蛋白核小球藻对不同形态有机磷的利用及其生长

本研究探索了铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)在单藻批式培养条件下对三种不同形态的可溶性有机磷化合物:1-磷酸-葡萄糖,环磷酸腺苷(c-AMP)和三磷酸腺苷(ATP)的利用及其生长.结果表明铜绿微囊藻和蛋白核小球藻能够利用这三种有机磷源进行生长.铜绿微囊藻对三种不同形态有机磷源的利用效率由高到低依次是:1-磷酸-葡萄糖,ATP和c-AMP,尤其是对磷酸单酯类磷源——1-磷酸-葡萄糖有极高的利用效率,在该磷源培养条件下微囊藻最大藻浓度能达到正磷酸盐培养条件下的最大藻浓度.小球藻对1-磷酸-葡萄糖和ATP的利用率略高于c-AMP.总体上铜绿微囊藻对这三种有机磷源的利用能力要高于小球藻.碱性磷酸酶与藻利用有机磷的能力有重要的关系,藻对有机磷的利用能力随着胞内酶活的增加而增强.随着富营养化程度的加剧,水体中可溶性有机磷在总磷中的比例也不断升高,铜绿微囊藻对可溶性有机磷的较强利用能力,可能促使其成为富营养化水体中优势种的原因之一.     

川蔓藻在再生水体中对普通小球藻的化感作用

采用川蔓藻植株体与普通小球藻在再生水中共培养和使用再生水种植川蔓藻的种植水纯培养普通小球藻的方法,在实验室条件下研究了在滨海再生水河道中生长的沉水植物川蔓藻对小球藻的化感作用.结果表明,川蔓藻对普通小球藻具有显著的抑制作用.在共培养实验中,96 h的抑制率为88.86%;在种植水纯培养实验中,96 h的抑制率为48.91%.川蔓藻的种植水对普通小球藻的化感作用系数平均为-0.2448.川蔓藻的叶和根的种植水对普通小球藻均有抑制效果,96 h的抑制率为叶34.71%,根14.12%;平均的化感作用系数叶为-0.1317,根为-0.0901;川蔓藻的根和叶均能释放化感物质,但抑制小球藻的化感物质主要通过叶释放.     

结合主成分分析法(PCA)和正定矩阵因子分解法(PMF)的鄱阳湖丰水期表层沉积物重金属源解析

为识别表层沉积物重金属的来源以及量化源贡献,选取鄱阳湖丰水期表层沉积物为研究对象,测定14种重金属(V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Cd、Sb、W、Pb、Hg和As)的含量,分析其污染及空间分布特征,并利用主成分分析法(PCA)和正定矩阵因子分解法(PMF)对沉积物重金属进行源解析.结果表明:除V和Cr外,Cd、Mo、Hg、Cu、Pb、Zn、W、Sr、As、Ni、Co和Sb的平均含量分别为江西省土壤背景值的5.7、2.2、1.9、1.8、1.5、1.5、1.4、1.3、1.3、1.2、1.0和1.0倍; Cd、Hg、Cu、Mo、Pb、Sr和Zn超出江西省土壤背景值的比例相对较高,分别为100%、100%、100%、100%、97%、97%和93%,所有沉积物样品中Cd含量超过农用地土壤污染风险筛选值的比例为51%; V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Sb、W、Pb、Hg和As含量呈未污染至弱污染水平,而Cd含量属于中等污染水平,接近于重污染水平.总体而言,Cd的污染相对较严重.重金属的分布具有显著的区域特征,其中Cr、Cu、Zn、Sr、Pb、Hg和As的空间分布十分相似,表现为在赣江、抚河、信江和饶河入湖口附近区域含量较高,而Co、Ni、Mo和Sb明显在湖区南部、东北部和修水入湖附近这3个区域聚集,Cd和W的空间变异性相对较大,V的含量分布相对较均匀.PCA和PMF解析结果都表明鄱阳湖丰水期表层沉积物重金属受4种来源的共同影响,其中,矿业和工业活动的影响最大,相对贡献率为38%,其次是尾矿和废渣,相对贡献率为28%,再是农业活动,相对贡献率为19%,最后是自然来源的相对贡献率为14%.     

基于"标准化"背角无齿蚌(Anodonta woodiana)对太湖五里湖重金属污染的主动监测

将人工繁育的"标准化"背角无齿蚌(Anodonta woodiana)移殖至太湖五里湖,并以仍养殖在未受污染的中国水产科学研究院淡水渔业研究中心南泉基地的同批蚌作为对照,进行为期9个月的主动监测研究.每3个月回收一次蚌样,应用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定15种重金属(Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Ag、Cd、Ba、Tl和Pb)的含量.结果表明,南泉基地对照组和五里湖移殖组的蚌样对重金属均产生了明显的生物积累.培养3个月的五里湖移殖组蚌样中As的含量显著高于同期南泉基地对照组,而前者Mn、Fe、Zn和Ba含量显著低于后者;培养6个月的五里湖移殖组蚌样中Al和Pb的含量显著低于同期南泉基地对照组;培养9个月的五里湖移殖组蚌样中Pb含量显著低于同期南泉基地对照组.然而,南泉基地对照组和五里湖移殖组蚌样中重金属(Cr、Cu、As、Cd和Pb)含量均低于我国及国际上的相关标准.培养3、6和9个月的南泉基地对照组及五里湖移殖组蚌样的重金属污染指数分别为1.8、1.8,2.4、2.1和8.3、16.8,均值综合污染指数分别为0.0218、0.0289,0.0337、0.0218和0.0560、0.0732,属于正常背景水平,并且两水体蚌样的重金属污染指数和均值综合污染指数无显著差异,提示五里湖和南泉基地均未受到明显的重金属污染.     

鄱阳湖水体溶解有机质分子量分布、荧光特征及对重金属分布的影响

溶解有机质(DOM)在环境水体中广泛存在,具有连续的分子量分布特征,并可显著影响水体中污染物的迁移转化和归趋行为.于2019年春季采集鄱阳湖全湖水样,采用超过滤技术将DOM样品分为低分子量(LMW,<1 kDa)和高分子量(HMW,1 kDa～0.45μm)组分,通过三维荧光光谱结合平行因子分析(EEM-PARAFAC)和ICP-MS分析不同分子量区间有机组分和重金属含量.结果表明,鄱阳湖水体DOM中LMW-DOM占比为43%～55%,HMW-DOM占比为45%～57%.平行因子模型提取出3个相互独立的荧光组分,分别为类富里酸组分C1、C2和类腐殖酸组分C3. 60%～73%的C1分布在LMW中,77%～93%的C2分布在HMW中,而C3几乎平均分布在LMW-和HMW-DOM中,可能与C1、C2、C3组分分别含有的传统荧光峰有关.通过对荧光参数FIX(<1.4)、BIX(<0.8)的计算发现鄱阳湖DOM陆源特征显著,且HMW组分具有比LMW组分更高的陆源特征和芳香度.重金属检测结果表明Cr、Mn、Fe、Pb则主要分布在HMW中(63%～94%),As、Cd、Ba、Se...     

太湖浮游植物中重金属含量的季节变化特征及湖区差异

近年来随着社会经济的发展,排入太湖的污水中重金属含量不断增加,为研究太湖浮游植物中重金属的污染状况,分别于2009年春季(4月)、夏季(7月)和冬季(12月)对太湖不同湖区展开调查,通过HCA聚类分析和Pearson相关分析探讨不同湖区浮游植物中重金属含量的季节变化,并与优势藻种进行CCA分析,对浮游植物重金属与各藻种关系进行初步探讨.结果表明:太湖浮游植物中重金属的含量大小为:ZnMnPbCuNiCrAsCdHg,其中Zn、Cu、Mn、Pb、Ni的季节变化明显,Zn和Cu、Pb、Ni、Cr之间的相关系数很高且具有同源性.通过对比不同湖区,发现北部梅梁湾的浮游植物重金属含量较高,东太湖和湖心区含量均低于沿岸湖区.CCA分析表明春季重金属与优势藻种呈正相关,而夏季和冬季二者呈负相关.三季中重金属与蓝藻和绿藻的相关性最高,与隐藻的相关性最低.蓝藻中,重金属与铜绿微囊藻的相关性高于水华微囊藻.     

藻类对重金属的耐性与解毒机理

重金属是一类具有潜在危害的重要污染物,越来越多的重金属被排入水体,对水生生态环境构成严重威胁.藻类在长期响应重金属胁迫过程中,建立起一系列的适应机制.藻类通过控制重金属的吸收、富集、转运与解毒,使不同细胞组分中的重金属维持在正常浓度范围内.这些保护机制主要包括藻细胞的某些胞外组分与重金属结合,从而减少重金属进入胞内;在重金属诱导下藻细胞可合成金属结合蛋白或多肽;重金属诱导藻细胞合成一些代谢物使其免受伤害或修复由重金属胁迫造成的损伤;藻细胞通过液泡区室化作用使重金属远离代谢;藻细胞对重金属具有排斥与排出作用.     

南四湖表层底泥重金属污染及其风险性评价

通过对南四湖表层底泥中的重金属元素浓度分析,揭示出南四湖不同湖区重金属污染物空间分布特征.利用潜在生态风险指数(RI)和地质积累指数(Igeo)两种指标相结合的方法对表层底泥中重金属污染程度进行评价.结果表明,南四湖上级湖的重金属污染主要以汞为主,并依据潜在生态风险指数将南四湖上级湖分为三个生态风险功能区: 昭阳湖轻污染区;独山湖中等污染区和南阳湖重污染区.     

太湖表层沉积物重金属元素的来源分析

根据太湖MS岩芯重金属元素与Al的线性回归分析及元素/Al、V/Al比率散点图变化规律,讨论了太湖沉积物中重金属元素的来源特征。结果表明:20世纪20年代中期以前,重金属元素主要为自然来源;20年代中期—70年代中期,尽管沉积物中Al、Fe、Zn、Mn、V、Cr等重金属元素含量随沉积物粒度变粗而明显下降,但除Hg受到一定程度的人为污染之外,其它重金属元素仍以自然来源为主,物源有所变化;70年代末期以来,沉积物中重金属元素人为污染逐渐加重,Pb、Cu、Zn、Hg、As等元素既有流域母质来源,又受到一定程度的人为污染。     

Heavy Metal Removal from Soils Using Magnetic Separation: 1. Laboratory Experiments

The removal of Cu, Zn, and Cd from a sandy soil was investigated using iron filings as an adsorbent, and subsequently recovering the iron filings by magnetic separation. The best treatment was obtained by using 5% iron filings and 3 h contact time between iron filings and the soil. The metal removal efficiency from soil extracts was evaluated, using MetPLATE^TM, a toxicity test that is specific for heavy metals, and the 48 h Ceriodaphnia dubia acute toxicity test. The toxicity removal was generally higher than 95% for Cu after a single treatment. With regard to Zn-spiked soil, the toxicity removal was 96.1%, 70.0%, and 49.6% after single treatment at the input concentration of 200 mg/kg, 400 mg/kg, and 800 mg Zn²⁺/kg soil, respectively. After two or three successive treatments, more than 90% of the toxicity was removed for 400 mg/kg and 800 mg/kg Zn-spiked soils. In the case of Cd-spiked soil, a single treatment removed 51.1% of the toxicity from 200 mg/kg Cd-spiked soil extracts while more than 90% of the toxicity was removed after two or three treatments. Chemical analysis and a mass balance study were also carried out to investigate the Cu distribution in the soil fractions. The results indicate that, before treatment, a large portion of Cu was immobilized in the soil matrix. Following magnetic separation, Cu was removed from both the soil matrix and extracts and was indeed adsorbed and concentrated on the iron filings. The retrieval of Cu by iron filings was further examined by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS).     

Expression of Mammalian Metallothionein-I Gene in Cyanobacteria to Enhance Heavy Metal Resistance

Metallothionein (MT) from mammals is a low molecular weight (about 6–7 KD), and cystein-rich (20 cystein per molecular) protein (Vallee, 1991). So MT has the strong binding ability of metal such as Cd, Hg and Pd. Wild-typed cyanobacteria have their own metallothionein-like proteins, which are of low cysteine content and have weak ability to bind heavy metal. Therefore, it is imperative to transfer the MT-I gene from mammal into cyanobacteria cell for the absorption and accumulation of heavy metals in aqueous system including marine and lake ( Misra and Gedamu, 1989). We inserted the MT-I cDNA gene after the strong promoter PpsbA or Psmt into the intermediary vector pRL-439, and then pRL-MT was ligated with shuttle vector pKT-210 (a shuttle vector pDC-08 was used at an earlier time) to construct the shuttle expression vector pKT-MT. (The MT-I mutant -KKS- also was selected as aim gene.) Then the constructed vector was introduced into cyanobacterium Anabaena sp. PCC7120, Synechocystis sp. PCC6803 and Synechococcus sp. PCC7942 with triparental conjunctive transfer (Bryant, 1994). The expression efficiency is about 1%. We also used homologous recombination vector pTZ18-8 to introduce MT-I cDNA into chromosomes in cyanobacteria and got higher expression efficiency. Metal tolerance tests show that the transgenic cyanobacteria acquire metal resistance up to 60 μmol/g CdCl₂ and expression efficiency up to 1045 μg MT/g fresh cells according to the data of ELISA.     

Heavy metal transport in large river systems: heavy metal emissions and loads in the Rhine and Elbe river basins

Pollutant transport and management in the Rhine and Elbe basins is still of international concern, since certain target levels set by the international committees for protection of both rivers have not been reached. The analysis of the chain of emissions of point and diffuse sources to river loads will provide policy makers with a tool for effective management of river basins. The analysis of large river basins such as the Elbe and Rhine requires information on the spatial and temporal characteristics of both emissions and physical information of the entire river basin. In this paper, an analysis has been made of heavy metal emissions from various point and diffuse sources in the Rhine and Elbe drainage areas. Different point and diffuse pathways are considered in the model, such as inputs from industry, wastewater treatment plants, urban areas, erosion, groundwater, atmospheric deposition, tile drainage, and runoff. In most cases the measured heavy metal loads at monitoring stations are lower than the sum of the heavy metal emissions. This behaviour in large river systems can largely be explained by retention processes (e.g. sedimentation) and is dependent on the specific runoff of a catchment. Independent of the method used to estimate emissions, the source apportionment analysis of observed loads was used to determine the share of point and diffuse sources in the heavy metal load at a monitoring station by establishing a discharge dependency. The results from both the emission analysis and the source apportionment analysis of observed loads were compared and gave similar results. Between 51% (for Hg) and 74% (for Pb) of the total transport in the Elbe basin is supplied by inputs from diffuse sources. In the Rhine basin diffuse source inputs dominate the total transport and deliver more than 70% of the total transport. The diffuse hydrological pathways with the highest share are erosion and urban areas. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.