基于不同终点测定土壤中锌的毒性阈值、预测模型及田间验证

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土壤锌(Zn)污染的生态风险已受到广泛关注, Zn生态风险阈值的缺乏已成为我国土壤Zn污染防治的瓶颈。本文根据我国土壤pH值与有机碳分布规律,选取全国16个典型地区的表层土壤,通过外源添加8个浓度的Zn,利用不同的测试终点进行土壤中Zn毒性阈值的测定与预测模型建立,并推导锌的生态风险阈值。分别得到4个测定终点(基质诱导硝化速率(PNR)、大麦根伸长、西红柿和小白菜生长)的16种土壤中外源Zn的毒性阈值ECx。结果表明,在同一系列土壤上,不同测定终点的灵敏性顺序:PNR>小白菜>西红柿>大麦;稳健性顺序为:大麦>西红柿>小白菜> PNR,生物测试终点的灵敏性与稳健性之间存在一定的负相关关系。对于同一测定终点,不同土壤中外源Zn对生物毒性阈值也有较大差异,相关分析结果表明这些变异性均能够被土壤性质(pH值,OC含量,CEC等)较好地解释,建立了4个测定终点基于土壤性质Zn毒性阈值的预测模型;研究了不同老化时间(14、180、360、450和540d)对土壤中外源性Zn毒性阈值(ECx)的影响。结果表明,Zn老化因子(AFs)AF10和AF50分别为1.0771.743和1.1741.441,老化因子随老化时间增加而增大。土壤中Zn的因子与pH、CEC、OC含量呈正相关关系,其中pH是决定Zn老化因子最重要的因素。基于土壤性质与老化因子建立土壤中Zn毒性阈值的预测模型;分别选取了湖南祁阳酸性土和浙江嘉兴中性土进行田间条件下土壤中Zn毒性阈值验证。结果表明,实验室条件下不同终点测定的土壤中Zn的毒性阈值与田间条件下的吻合性在不同土壤间存在一定差异。相比而言,实验室条件下对偏中性的浙江嘉兴水稻土中Zn的毒性阈值测定结果与田间验证结果更接近;实验室条件下基于土壤性质建立的土壤Zn毒性阈值预测模型能较好预测浙江嘉兴水稻土中Zn的毒性阈值;而对于偏酸性的湖南祁阳土壤,预测模型则低估了土壤中Zn的生态风险;采用BurIII拟合中国土壤21个物种经过归一化处理的Zn毒理学数据,建立了不同土壤条件中的SSD分布曲线。不同性质土壤中物种敏感性顺序总体不受土壤性质影响:其中磷酸酶、莴笋、水稻、黑麦草为对Zn毒害不敏感的物种,而黄瓜、生菜、PNR则是对Zn毒害较为敏感的物种。土壤pH和OC含量对中国土壤Zn的SSD曲线的分布影响较大。经老化校正的SSD曲线推导出保护95%物种Zn的浓度值(HC5)作为Zn的生态风险阈值,并建立了土壤Zn生态阈值的预测模型。在HC5的基础上用预测无效应总浓度(PNECtotal)提出基于生态风险的连续性与分段性的Zn土壤环境质量标准建议。本研究结果为评价我国土壤Zn的生态风险和修订环境质量标准提供依据。
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