论文摘要
我国土壤重金属污染状况日益严重,给生态系统造成了严重破坏,因此对土壤重金属污染的风险评价和环境质量标准的完善成为一项迫切的任务。我国目前的土壤环境质量标准是以重金属全量作为评价基准的,但是全量指标不能很好的反映植物的受害效应。大量研究表明土壤中重金属的生物有效性/毒性不仅与土壤中重金属的全量有关,而且还受土壤性质的影响。为此,研究重金属的生物毒性及其影响因素,并建立预测重金属毒性的模型尤为重要。近来成功发展了一种用于评价水体中重金属毒性的模型-生物配体模型,目前正被研究用于陆地生态系统中。为了探索陆地生态系统中生物配体模型的参数和主控因子,进而为土壤环境质量标准的完善和土壤风险评价提供科学依据,本项目采用实验室砂培和溶液培养的方法,研究了不同pH值及阳离子浓度下大麦镍急性毒性的生物有效性形态及伴随阳离子对镍毒性的影响,通过单因子控制试验确定了溶液中pH值及阳离子在减轻大麦Ni急性毒性中的作用及它们之间的量化关系,为建立镍的生物配体模型提供了科学参数。试验结果表明:（1）pH对大麦镍急性毒性的影响是H+与生物配体（大麦根）结合的Ni2+竞争和NiCO3导致的毒性共同作用的结果。溶液pH值从4.5增加到8.3,以自由Ni2+活度表示的大麦根伸长的半抑制浓度(EC50(Ni2+))降低了约10倍。基于生物配体模型理论方程的线性分析表明,pH改变引起的EC50(Ni2+)的变化不完全是H+竞争的作用。在形态分析的基础上采用剂量效应方程对数据进行了拟合,同时考虑了自由Ni2+和NiCO3毒性以及H+竞争后,显著的提高了方程的拟合程度,预测和实测大麦根长也具有较好的相关性（R2=0.95）。（2）在水培控制试验中,培养液中Mg2+浓度是影响自由Ni2+对大麦急性毒性的主要因素。Mg2+活度增加（0.05—4mM）大麦根伸长的以自由Ni2+活度表示的半抑制浓度(EC50(Ni2+))线性增加从18.53μM增加到165.46μM。支持了生物配体模型中阳离子具有和自由Ni2+竞争生物配体络合位点的理论。（3）Ca2+、K+、Na+活度大麦根伸长的EC50(Ni2+)没有明显变化:Ca2+活度从0.18mM增大到7.45mM时,EC50(Ni2+)变化了不到1倍,从8.31μM变化为11.07μM;Na+活度从2.44 mM增加到22.05 mM增大了9倍,而EC50(Ni2+)从8.26μM仅增加到8.95μM;同样K+活度的变化（0.08—8.90 mM）对EC50(Ni2+)的影响也很小（8.21—8.91μM）。Ca2+、K+、Na+不能和自由Ni2+竞争大麦根配体的结合位点。（4）根据生物配体模型理论,计算出Ni2+、NiCO3、H+、Mg2+和生物配体络合的平衡常数,分别为logKNiBL=5.01,logKNiCO3BL=4.79,logKHBL=4.60,logKMgBL=4.60。根据上述平衡常数又计算得当Ni和40%的生物配体位点络合时导致50%的大麦根伸长被抑制。