Cu、Zn复合污染的土壤微生物毒性及其预测模型研究

Cu、Zn是必需微量元素，但近年来，随着饲料工业、养殖业的发展及畜禽粪便在农业生产中的应用，土壤中Cu、Zn的含量逐年增加，已成为威胁农业生产和人体健康的有毒元素。本项目拟以硝化势为毒性终点评价指标，采用室内模拟的方法，比较研究Cu、Zn单一和复合污染对亚硝化细菌和土壤硝化细菌的毒性效应差异；研究确定影响Cu、Zn生物有效性主导因素并对其进行量化表征；获得Cu2+、Zn2+及其他共存阳离子与生物配体的络合平衡常数；探讨预测Cu、Zn复合污染微生物毒性的生物配体模型的构建方法；并从BLM理论和细胞表面主要元素能谱分析的角度，探明Cn、Zn复合污染交互作用的机理。为重金属复合污染的作用机理研究提供新的理论参考，为我国土壤境质量标准的新制定或修改提供理论依据。

本项目拟以硝化势为毒性终点评价指标，采用室内模拟的方法，主要完成了土壤中亚硝化细菌的分离、纯化；详细研究了Cu、Zn单一和复合污染对亚硝化细菌的潜在硝化势的剂量-效应关系，以及其与介质中其他共存阳离子的关系，并依据BLM理论，参考文献资料所阐述的方法，利用excell 规划求解分析，对Cu、Zn单一及复合作用下，亚硝化细菌的生物效应与其及其共存阳离子的关系进行了拟合分析，获得Cu2+、Zn2+及其他共存阳离子与生物配体的络合平衡常数；构建Cu、Zn单一、联合作用下亚硝化细菌的PNR-TBLM模型；并从BLM理论角度，确定Cn、Zn复合污染对 亚硝化细菌的潜在硝化势的联合作用方式为协同促进作用；且经过在不同类型土壤中的适用性验证发现该模型对Cu、Zn复合污染的短期生物效应的预测具有较高的准确性，而在Cu、Zn长期污染的土壤的PNR毒性试验的观测值与TBLM模型预测值之间的差异较大。鉴于以上情况，我们对各土壤经与Cu、Zn单一及复合污染处理后，其土壤潜在硝化势的恢复及其对其他重金属的耐受能力进行了初步的研究和探索，研究结果发现，土壤长期暴露于Cu或Zn的污染后，土壤的潜在硝化作用的会逐渐恢复，从而对进一步的Cu、Zn胁迫产生较高的耐受能力，且土壤潜在硝化势对Cu、Zn污染因子可产生协同抗性；同时，土壤潜在硝化势对Cu、Zn的耐受以及交叉耐受能力与土壤类型无关。已有的研究也表明其他土壤微生物功能同样对重金属的长期污染可产生一定得耐受能力。这为今后以土壤微生物或及其生态功能为指标，定义和评估土壤污染问题提出了挑战。