文摘
银的使用在生活的各个领域和生产导致环境污染的增加,包括土壤。同时,银污染土壤的环境后果研究了在一个小得多的程度上比其他的重金属。本研究的目的是评估使用土壤生态毒性银州生物指标。我们研究了土壤抗重金属污染中明显不同:普通黑钙土(普通黑钙土,Loamic) sierosands(普通砂性土、饱和),和棕色森林酸性土壤(普通始成土、饱和)。在实验室模拟污染。银的形式被引入土壤硝酸盐在剂量的1中,10和100毫克/公斤。生理参数的变化评估10、30和90天后污染。银污染土壤在大多数情况下,导致恶化的生物属性:细菌总数,属的细菌的丰度固氮菌,酶(过氧化氢酶和脱氢酶)的活性,以及危害植物的毒性指标下降。减少生物属性的程度取决于银浓度土壤和污染的时期。在大多数情况下,和银的浓度有直接关系的恶化程度的土壤特性研究。银毒性作用最为明显污染后30天。银的抗污染,研究了土壤是按照以下顺序:普通黑钙土> sierosands≥棕色森林土。sierosands光粒度组成和棕色森林土壤的酸性环境的反应,以及有机质的含量低,导致机动性高,因此,在这些土壤生态毒性高银。白银地区最大容许浓度(rMPC)在普通黑钙土(普通黑钙土,Loamic)是4.4毫克/公斤,在sierosands(普通砂性土、饱和)0.9毫克/公斤,而在棕色森林土(普通始成土、饱和)0.8毫克/公斤。
1。介绍
银technophility过去50年来一直以指数速度增长,据预测,只会增加很快1]。银的主要人为来源的环境污染,包括土壤、火力发电厂排放的煤燃烧过程中(2- - - - - -6],有色和黑色金属冶金企业[7],水泥厂[8],固体废物填埋场[9),照片和电子材料的生产(10)、农药(11],使用污水污泥肥料[12)等。银污染的范围和程度土壤每年增加(13,14]。
在现代纳米技术发展的条件,银纳米粒子在增加环境污染的来源(15- - - - - -18]。
银毒性已经建立了细菌(19- - - - - -23,植物16,24- - - - - -26),线虫(27],蚯蚓[28),软体动物(29日)、鱼(30.,31日),大鼠(32,33],老鼠[34],和人类[35,36]。银离子Ag)+具有基因毒性特性(37,38]。
能够与各种蛋白质交互(银39- - - - - -41),因此,银毒性的机制是一样的其他重金属和metalloids-inhibition的酶和生物膜的通透性下降(12,32,33),DNA损伤(30.,42),代谢紊乱(29日,42),和细胞坏死(33]。
同时,研究了银土壤污染的环境影响在一个小得多的程度上比其他重金属如铅、镉和汞。因此,似乎相关识别模式银土壤状况的影响取决于剂量的金属和从污染的时刻,建立限制不同土壤的抗污染、和规范化的银含量的土壤。
这项工作的目的是评估银的生态毒性生物指标的土壤条件,这在抗污染的程度方面有显著的差异。
2。材料和方法
俄罗斯南部的土壤,显著不同的属性确定抗重金属污染,被用作研究的对象:普通黑钙土(学院的植物园,罗斯托夫市47°14′17.54“39岁的北纬38°′33.22”东经),sierosands(罗斯托夫地区Ust-Donetsk地区Verkhnekundryuchenskaya站,北纬46.015°47′,40°东经51.700′),和棕色酸性森林土壤(Adygea共和国,Maykopsky区,Nikel结算、44北纬10.649°′,40°东经9.469′)。
普通黑钙土(根据国际单位工作组方面(43]普通黑钙土,Loamic)的特征是重壤土粒度组成、有机质含量平均为3.7%,一个中立的反应介质的pH = 7.8。Sierosands(普通砂性土、饱和)的特点是光粒度分布;有机质含量低,2.3%;和中性pH值,6.8。棕色森林土(普通始成土、饱和)的特点是重壤土颗粒组成;腐殖质含量低,1.8%;和酸反应的介质,5.8。
银在实验室土壤污染是建模。从表层土壤被清廉厘米因为银通常在土壤表层积累(44]。
根据不同的作者,未受污染的土壤中的银含量0.01 - 1毫克/公斤(45,46),从0.07到0.1毫克/公斤(44]。根据各种来源,污染土壤的银含量是8毫克/公斤(47),9毫克/公斤(45),19.5毫克/公斤(48),23毫克/公斤(49),35.9毫克/公斤(50),它是7000毫克/公斤的土壤矿床(51]。
最大容许浓度(MPC)以来,银在土壤中并没有被开发出来,它的内容在土壤中表示在条件容许浓度(CPC)。共产党价值观被等于三个背景银浓度土壤中。这是因为大多数重金属和准金属的mpc大约三到四个背景土壤中的浓度(52]。背景普通黑钙土银含量为0.303毫克/公斤,棕色森林土0.282毫克/公斤,硫磺砂0.215毫克/公斤(银含量土壤是由电感耦合等离子体质谱法)。因此,中国共产党是等于1毫克/公斤。银被引入土壤的3.30和300年背景浓度(分别为1.10和100毫克/公斤)。因为受污染的土壤中的银含量通常达到35毫克/公斤(50)和土壤的矿床高达7000毫克/公斤(51),研究了浓度甚至高银浓度土壤中已经发现。此外,这项研究的目标之一是预测可能的消极后果这种级别的污染。
介绍了银的形式进入土壤硝酸盐(AgNO3)。当污染、银的形式进入土壤硫酸盐和硫化物(53和最近纳米颗粒的形式17,18]。许多作者认为硝酸银是最有毒化合物(24,54,55]。硝酸银是一种高度可溶物质在水里。这允许您评估的最大毒性银、银以及实现均匀分布在土壤中。
每个土样(1公斤)在塑料容器孵化一式三份室温(20 - 22°C)和最佳的水分(田间持水量的60%)。
土壤的生物学性质进行了第一次,因为他们是第一个响应外部影响。他们更敏感和信息与其他土壤属性(56]。
在第一个模型实验中,不同土壤的生物参数的变化俄罗斯南部(普通黑钙土、棕色森林土和硫磺砂)在短期暴露评估(10天)的污染物。在第二个模型实验中,普通黑钙土的生物参数的变化是评价10、30、90天后污染。第一个实验的目的是比较稳定的三种不同的土壤,而在耐化学污染方面有显著的差异。第二个实验的目的是调查土壤状态的动态变化。
这一时期之后,整个大规模植被的土壤被船和混合,从而获得一个“媒介样本”采集标本来确定生物indicators-3样本每个容器。
实验室和使用普遍接受的方法进行了分析研究。银毒性评估使用的生物分析方法。细菌总数,属的细菌的丰度固氮菌、过氧化氢酶和脱氢酶的活性和土壤的植物性毒素的属性(根长度)测定。土壤中细菌的总数是由发光显微镜(n= 720:3和土壤植被船只×3×4平方厘米的土壤样本玻片×20视觉领域);属的细菌的丰度固氮菌被污染的方法确定肿块在阿什比介质(n= 225:3和土壤植被船只在培养皿××3土壤样品25块污染);过氧化氢酶活性决定根据过氧化氢的分解率(n= 36:3与土壤植被血管生物复制×4分析复制);积极脱氢酶测定的转化率三苯基四唑氯化三苯甲瓒(n= 36:3与土壤植被血管生物复制×4分析复制);和土壤危害植物的毒性被认定为萝卜种子的发芽(萝卜l .)品种(16天)和根长度(n= 225:3植被血管生物复制培养皿×25萝卜种子)。
生物指标的选择是由于以下原因。土壤中细菌的总数是还原剂在生态系统的状态。属的细菌固氮菌传统上用作化学污染土壤的一项指标。过氧化氢酶和脱氢酶的活性反映了土壤矿化过程的强度。氧化还原酶酶[之间最敏感的化学污染56]。酶活性是土壤的潜在生物活性的指标。萝卜根的长度的特点是更敏感的指标比芽的长度存在土壤中的毒物(57]。提出的指标提供了一个丰富的生物过程发生在土壤及其生态状态。
基于上述生物指标、生理状态的整体指标(iib)土壤的决心56]。iib的计算,上述每个指标的控制(在未受污染的土壤)为100%,相对于其他实验变量的值,(在受污染的土壤)表示为一个百分比。然后,五所选指标的平均值为每个实验确定。获得的价值(iib)表示为一个百分比有关控制(100%)。使用的方法允许的相对价值的整合不同的指标,不能综合的绝对值,因为他们有不同的度量单位。
可靠性验证获得的数据,进行方差分析的后续测定最小显著差异(LSD)。
3所示。结果与讨论
发现银污染在大多数情况下会导致土壤生物学性质恶化俄罗斯南部的(表1,图1)。减少生物属性的程度取决于银浓度土壤和污染的时期。在大多数情况下,和银的浓度有直接关系的恶化程度的土壤特性研究。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
细菌总数,属的细菌的丰度固氮菌、过氧化氢酶和脱氢酶的活性和萝卜根的长度减少。
只有在实验剂量的一个变体1中共白银在污染和后30天只在普通黑钙土,有统计上不可靠记录刺激银对脱氢酶的活性的影响。此外,在某些情况下,小剂量的银刺激脲酶和磷酸酶的活性58];萝卜的根的长度、小麦、大豆和玉米(59,60];和硝化过程(61年]。然而,在目前的研究中,刺激只在脱氢酶活动被记录。
当比较的三种类型土壤的抗银污染,得到下列顺序:普通黑钙土> sierosands≥棕色森林土。光sierosands粒度组成和棕色森林土壤的酸性反应(pH = 5.8),以及有机质含量低(分别为1.8%和2.3%),导致机动性高,因此,在这些土壤生态毒性高银。
当评估生物的动态状态的普通黑钙土,指出,对大多数生物指标,最强的减少被记录在污染后30天。在第90天,倾向于恢复普通黑钙土的生物学性质,但控制价值观(土壤污染之前)没有实现。类似的规律后,土壤的生物动力学性质为其他重金属污染是早些时候获得:Hg, Cd,铅、铬、铜、锌等。62年- - - - - -64年]。
土壤污染的生物学指标与银进行评估的信息内容和灵敏度来确定其使用的有效性在监测、诊断和调节土壤污染与银。
的敏感性指标评估的程度的降低值的变异与污染控制相比(表2)。
关于程度的敏感性与银、土壤污染普通黑钙土的生物指标可以命令如下:细菌总数(66)>脱氢酶活性(84)>萝卜根长度(89)(91)> >过氧化氢酶活动,丰富的属的细菌固氮菌(92)
信息内容的指标评估是基于指标之间的相关性的紧张和土壤中的银含量(表3)。
对信息价值的程度,普通黑钙土的生物指标形式下列顺序:脱氢酶活性(−0.99)≥大量细菌属固氮菌(−0.99)>萝卜根长度(−0.86)(−0.76)> >过氧化氢酶活动,细菌总数(−0.72)
先前的研究[66年)表明,土壤污染破坏生态系统(biogeocenotic)函数。违反了土壤的生态系统功能取决于土壤中污染物的浓度。违反了土壤的生态系统功能有以下序列。首先,有一个故障信息的功能;生物化学,物理化学,化学和积分功能;然后身体机能。在土壤污染的环保法规,根据土壤中污染物的剂量,建议使用既定的模式土壤生态系统功能的破坏。土壤iib作为干扰的指标用于土壤的生态系统功能。iib下降不到5%,土壤生态系统功能的干扰不发生,但减少iib 5 - 10%的价值,揭示了违反信息功能;10 - 25%的生化、物理化学、化工、和积分功能; and more than 25% physical functions [52]。
环境监管的一个重要的任务应该是监测土壤的基本生态系统功能和防止他们的违反。因此,iib下降超过10%表示严重扰动土壤的功能。土壤污染物质的剂量,造成土壤iib下降了10%,可以认为是rMPC这种物质的土壤,多余的是不可接受的。
计算污染物的浓度,导致不同程度的减少土壤iib,一个可以应用回归方程,描述了依赖的减少值iib土壤中污染物的含量。利用回归方程,可以计算污染物的浓度,导致违反某些土壤生态系统功能组。
从表可以看出2例如,如果,在普通黑钙土,银含量不超过0.5毫克/公斤,然后不破坏土壤的生态功能。然而,如果银浓度是1.5和4.4毫克/公斤之间,会有一个违反了土壤的环境信息的功能;-106 - 4.4毫克/公斤,化学,物理化学,生物化学,和积分,随着信息,功能将违反;和超过106毫克/公斤,土壤的物理功能也会中断。很明显,违反了化学,物理化学,生物化学,土壤和最重要的是积分功能,确保土壤肥力,不能允许的。银的浓度为4.4毫克/公斤应该是银的最大容许浓度(MPC)普通黑钙土,货币政策委员会或地区(rMPC)。
因此,银的rMPC普通黑钙土是4.4毫克/公斤银的土壤,在sierosands 0.9毫克/公斤,在棕色森林土0.8毫克/公斤。
rMPC建立可用于许多环保活动,如环境影响评估(EIA),监测土壤和生态系统,选择的方法回收silver-contaminated土壤,人为灾害的风险评估,环境专业知识和认证。
rMPC发达不仅可以用于土壤的南俄罗斯也在世界其他地区类似的土壤。
土壤修复的最有效的方法在俄罗斯的南部的污染与银在一定浓度呈现在表3。土壤中的银的浓度越高,越“激进”康复的方法。例如,如果普通黑钙土银含量小于0.5毫克/公斤,没有违反环境功能,然后在这种情况下土壤卫生不是必需的。如果银浓度1.5 - -4.4毫克/公斤,然后植物修复和洗涤足以降低其浓度为0.5毫克/千克或更少。如果银浓度达到-106 - 4.4毫克/公斤,然后引入有机物质、离子交换树脂、磷肥料、石灰、沸石等是必需的。如果银含量超过106毫克/公斤,有必要消除污染土层,代之以一个新的环保和农业土壤。
4所示。结论
俄罗斯南部的银污染土壤在大多数情况下,导致恶化的生物属性:细菌总数,属的细菌的丰度固氮菌,酶(过氧化氢酶和脱氢酶)的活性,以及危害植物的毒性指标下降。减少生物属性的程度取决于银浓度土壤和污染的时期。在大多数情况下,和银的浓度有直接关系的恶化程度的土壤特性研究。银毒性作用最为明显污染后30天。
当比较土壤的阻力在俄罗斯的南部银污染,得到下列顺序:普通黑钙土> sierosands≥棕色森林土。sierosands光粒度组成和棕色森林土壤的酸性环境的反应,以及有机质的含量低,导致机动性高,因此,在这些土壤生态毒性高银。
本研究中使用的生物指标具有较高的相关系数和银银土壤污染土壤污染和高灵敏度。建议使用这些生物指标监测、诊断、显示、和规范化银土壤污染。
白银地区最大容许浓度(rMPC)在普通黑钙土(普通黑钙土,Loamic)是4.4毫克/公斤,在sierosands(普通砂性土、饱和)0.9毫克/公斤,而在棕色森林土(普通始成土、饱和)0.8毫克/公斤。
数据可用性
主要数据表中给出,伴随的文本。这个数据集字段和实验室研究的结果。此前并没有发表,可以用来验证本文中给出的结论。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。
确认
这项研究是财务支持的俄罗斯联邦科学和高等教育的框架内国家任务领域的科学活动(南联邦大学,没有。0852-2020-0029)和俄罗斯联邦总统(NSh-2511.2020.11)。