土壤生物毒性

土壤是一个具有高度生命力的系统，它由生物、气候、地形等因素相互作用而成。土壤中的生物具有千万种，据数据显示1平方米的土壤中至少含有百万细菌，数条蚯蚓、蜗虫以及1只脊椎动物。 　　但近年来，土壤污染问题不容小觑。土壤酸化导致土壤重金属活化、土壤生物多样性骤减、土壤矿物质流失惊人、影响农作物健康等问题愈加严重。 　　近日，中科院西双版纳热带植物园研究人员揭示了硫改良剂对农业污染土壤中植物重金属吸附的影响。硫作为一种吸附植物重金属有积极效用的非金属元素，可促进土壤修复或减缓污染。该项研究成果发表在国际期刊《环境污染》上。该项研究有效进行土壤农田问题修复，但纵观目前土壤环境来看，土壤污染问题仍较为严峻。 　　土壤“疑难杂症”繁多 农田污染修复迫在眉睫 　　土壤是水质污染和大气污染的归宿，这些污染物沉降到土壤之中造成二次污染，土壤作为环境、农产品等污染源头，进入新一轮的污染中。如雨后土壤中的污染物会污染地下水和地表水。而在光照环境中，土壤中蒸发出的挥发性物质也会传播到空气中。麻烦的是，这些土壤并不能被搬运到其他地方，不然新地方依然会被污染，处理十分棘手。 　　另外，化肥过度使用给土壤生态带来极大危害。化肥农药过度施用容易引起土壤急剧酸化和生态系统功能弱化。而土壤酸化将原本存在于矿物质、吸附在土壤黏粒上的重金属活化，土壤金属性超标，粮食作物含金属量超标。特别是于镉，一种在土壤—植物系统容易迁移的有害重金属。土壤酸化后镉活化效应明显，导致农产品超标。 　　土壤质量改良措施出台 土壤监测治理走上快车道 　　土壤污染类型主要包括农业、矿山等场所土壤污染。根据环保部2014年4月发布的全国土壤污染状况调查显示，全国土壤污染总点位超标率16.1%。同时，专家强调，目前全国土壤污染空间分布与工业生产状况有一定相关性。 　　2018年，环保部起草并发布《中华人民共和国土壤污染防治法》，制定土壤污染行动计划，至此土壤监测大有可为。 　　首先从土壤监测上来说。监测人员可利用激光熔蚀法(LA)、氢化物发生法(HG)、X射线荧光光谱法，对土壤中痕量元素进行测定和分析。在土壤监测和生物恢复方面则可利用PCR技术、变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术和生物芯片技术。现场污染事故中常用快速监测，及时的掌握污染物排放源和污染情况，对污染物进行快速的分析，并得出污染物相关数据。ICP-MS法等痕量和超痕量分析技术检测重金属污染物的毒性，提升了我国土壤环境监测精度，控制土壤污染。 　　其次从土壤农田污染修复上看，了解和掌握土壤性质、土壤污染特征等问题是基础。这就要求研究人员选择重金属吸收能力低的农产品；降低土壤重金属适时水分；降低施用土壤重金属的调理剂；进一步将植物体内的离子拮抗或者络合固定阻碍已经进入作物体内的重金属 迁移到籽实部位的叶面；施用微生物添加剂，降低镉活化。 　　另外，相关技术干预手段研发。硫改良剂就是其中之一。研究人员梳理了硫改良剂对污染土壤中农作物的吸附重金属效应，并随机分析效应模型。结果显示，农作物被施用硫后，植物对镉、铬、镍的吸附量分别提高了1.6、3.3、12.6倍，对铜吸附量降低了0.3倍。植物的独立器官对重金属的吸附差异显著。各器官重金属吸附量从大到小依次为根、叶、茎、籽粒、谷壳。 　　值得注意的是，土壤施用硫不会影响粮食品质，但在施硫情况下，作物叶子的重金属积累量可能会超标，从而对人体健康构成威胁。因此应针对不同植物器官，政府应该制定相应的农产品质量监控标准。 　　目前，土壤监测、治理手段渐渐向着技术化看齐。未来，土壤监测还需向着几个方向努力：基本摸清土壤污染底数，分块检测土壤污染状况以及污染地块；重点区域重金属污染物排放限值、加强企业强制性清洁生产审核，减少重金属排放；对于毒质土壤，应当采取固化的方法，不让污染物具有活动性和迁移性，使其和矿物质结构形成固定的物质；收回、回购或供应对人体健康有严重影响的污染场地或是未经治理修复、修复不达标的场地。 　　土壤的状况影响着粮食的安全与营养。因此，土壤污染治理不是单纯地关注土壤重金属含量是否超标这一因素上，而能从改善整体土壤状况下手。随着国家多个于土壤污染防治政策出台，我国土壤污染防治工作又将往前迈一大步。

2020年伊始，由新型冠状病毒（2019-nCoV）所引发的肺炎疫情牵动着每一个人的心。随着各个医疗及隔离场所疫情防治工作的逐步展开，在此过程中产生的各种废水及废弃物对环境生态所产生的影响也逐渐受到关注。为了避免污染物对水源地、地表水、地下水和土壤等产生的污染和破坏，1月31日生态环境部印发了《应对新型冠状病毒感染肺炎疫情应急监测方案》，研究部署应对新型冠状病毒感染肺炎疫情应急监测工作，防止疫情次生灾害对生态环境和人民群众造成不良影响。在该应急监测方案中，明确提出加强饮用水水源地水质预警监测，方案中表明在疫情防控期间，在饮用水水源地常规监测的基础上，增加余氯和生物毒性等疫情防控特征指标的监测，控制风险，切实保障人民群众饮水安全。Modern Water 作为先进水质生物毒性监测设备的所有者，所有用的Microtox生物毒性检测技术起源于20世纪60年代，是生物毒性检测行业内的“黄金标准”。这项技术应用生物传感原理（发光细菌法），可对水中广谱污染物质进行快速测定。产品Microtox 系列检测产品包括：MicrotoxLX/Microtox M500 台式毒性仪，适用于实验室；Microtox FX/Delatox 便携式毒性仪，适用于应急监测和小型水厂化验室；Microtox CTM 在线毒性仪，适用于水源地监测，大型水厂进/出水口监测。应用Microtox 系列生物毒性分析仪自2007年进入中国以来，广泛应用于水源地、净水构筑物出水、出厂水的应急监测，在环境监测、供水、疾控和公共卫生管理等领域中发挥了重要作用。2008年北京奥运会，2010年广州亚运会，2010年上海世博会均采用了Microtox毒性检测仪；2008年汶川地震期间，国家环监总站、震区及国内多家检测机构应急小组均配备了Microtox便携毒性仪对震区进行了全面全程的水质毒性监控；美国911事件以后，美国各水司、水厂将Microtox毒性仪大量应用于公共场所、饮用水源、出厂水等的检测。Microtox生物毒性检测技术通过了工业界、研究单位和政府的验证，截至05年已有超过500篇的关于Microtox系统应用和评价的论文。

Microtox 生物毒性测试技术在页岩气开采过程中的应用 ——香港理工大学、哈尔滨工业大学、伦敦帝国理工学院与韩国江原大学团队基于Microtox对页岩气开采过程中周边的土壤生态系统进行了毒性评价 Modern Water Microtox 生物毒性检测技术具有快速、简单、廉价等优点，已成为多个国家认可的官方标准，并在废水出水毒性检测、钻井液检测、船舱水检测领域也有着广泛的应用。水力压裂技术促进了页岩气开采的发展，而由于含盐量高，金属/准金属（As，Se，Fe和Sr）以及有机添加剂等原因，无意溢出的回流水可能会对周围环境造成危害。本研究对东北地区4个代表性页岩气开采区域，采用Microtox生物测定法（费氏弧菌）和酶活性测试，对回流水溶液对土壤生态系统的影响进行评估。结果显示，在回流溶液影响的老化土壤中观察到毒性的轻微增加（即，较低的EC20值）（Table 3）。已知砷（V）阻碍ATP的产生并因此抑制费氏弧菌生物发光发射（Rubinos等，2014）。另一方面，每种土壤中回流溶液的EC20值几乎相同，这可能与第14天和第90天回流溶液中的土壤-金属相互作用有关，因为它们可能会限制费氏弧菌对金属的生物利用度（Tsiridis等，2006 Rubinos等，2014）。在BY土壤中检测到了光辐射的刺激，这可能是由于土壤基质中的有机化合物有利于费氏弧菌的生物发光过程（Tang et al，2012）。结果表明，受影响的土壤对Vibrio fischeri的毒性仅在老化后呈现适度增加，而脱氢酶和磷酸单酯酶活性随着回流水溶液离子强度的增加而受到显着抑制。相反，回流溶液中的聚丙烯酰胺导致更高的脱氢酶活性，即土壤酶活性对回流溶液的组成非常敏感。Microtox 技术也广泛应用于废水处理厂的出水毒性检测。与使用其他生物（网纹蚤、仔鱼）的系统相比，使用费氏弧菌的 Microtox 技术检测时间更短，结果精确度和灵敏性更高，成本更低，是一种理想的废水整体毒性测试方案。Microtox Model 500(M500) 分析仪是一款用于实验室的毒性测试仪，带有温控和自动校准功能，用于急性毒性的分析。Microtox M500 采用生物发光检测技术，可对事故或人为导致的饮用水及废水污染紧急事件进行快速毒性检测。目前已有超过2400 台Microtox M500行销世界，已确定了Microtox M500作为快速毒性检测分析的行业标准的地位。Microtox FX 是一款简单快捷且灵敏度极高的便携式水质检测仪，专门为筛查急性毒性及三磷酸腺苷(ATP)而设计。Microtox FX 使用生物荧光技术，对饮用水污染及化学品进入水体等造成的紧急事件进行快速毒性检测。Microtox FX 是使用 Microtox 技术进行毒性测定的便携仪器。