土壤溶液自由态重金属离子活度的Donnan膜技术测定与多表面模型预测

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基本信息

  • 批准号：
    41601227
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    任宗玲
  • 依托单位：
    华南农业大学
  • 学科分类：
    D0709.基础土壤学
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Free metal ions in soil solution are considered to be the most reactive species that interact directly with the biota. Accurate measurement of free metal ion activity in equilibrated soil solution was difficult by using traditional techniques, and the current researches based on these techniques lacked a clear understanding of the mechanism that dissolved organic matter (DOM), hydroxide colloids and competitive ions affected free metal ion activity. The objectives of this study are to assess the activities and the distribution of free metal ions in equilibrated solutions of contaminated red soils from the mining sites in Pearl River Basin by using Donnan membrane technique; and to explore the underlying mechanisms that control their activities and the distribution by prediction of combined NICA-Donnan model and DDL model taking into account the adsorption of DOM and hydroxide colloids, and the competitive adsorption of Fe3+ and Al3+ in model calculations. In the modeling, the quality of DOM will be characterized by using UV-VIS spectroscopy, and Fe/Al speciation will be estimated based on the chemical equilibrium. This study will be helpful to improve the model prediction of the free ion activities in soil solutions and to provide scientific basis for the risk prediction and control of heavy metal contamination in soils.
土壤溶液中自由态重金属离子是生物可直接吸收并产生生物毒性的关键形态。然而，传统分析方法难以准确测定其在土壤溶液动态平衡条件下的活度，并无法阐明溶解性有机质（DOM）、氧化物胶体等吸附界面及竞争离子影响重金属离子活度的内在机理。本研究以珠江流域矿区污染红壤为研究对象，采用Donnan膜技术准确表征土壤溶液动态平衡条件下自由态重金属离子活度，揭示其分布规律及生态风险；耦合NICA-Donnan模型和DDL模型，采用UV-VIS光谱参数校正DOM活性、依据化学平衡推算铁铝形态及含量，研究DOM、铁铝氧化物对重金属离子的吸附及铁、铝离子在腐殖质表面与重金属离子的竞争吸附，阐明土壤溶液中自由态重金属离子活度及分布的内在机理，提高模型对土壤重金属关键形态的预测能力，为土壤重金属污染预测及控制提供科学依据。

结项摘要

土壤溶液中自由态重金属离子是生物可直接吸收并产生生物毒性的关键形态。然而，传统分析方法难以准确测定其在土壤溶液动态平衡条件下的活度，并无法阐明溶解性有机质（DOM）、氧化物胶体等吸附界面及竞争离子影响重金属离子活度的内在机理。本研究以粤北韶关市内三个典型工矿区（仁化县凡口铅锌矿区（FK）、翁源县大宝山多金属矿区(SBB、SBN)、曲江区的韶关发电厂（QJ））周边土壤为研究对象，（1）采用了Donnan膜技术分析了水稻土溶液中自由态Cd、Pb离子活度，发现土壤溶液中Cd、Pb均以自由态离子为主，表层土壤中Cd较Pb更容易迁移出土体。（2）采用了批式分离、紫外-可见、三维荧光光谱、高效排阻色谱分析了土壤溶液中溶解性有机质组分、分布规律及光谱特征参数，表征DOM活性，代入NICA-Donnan模型模拟DOM对重金属离子的专性与非专性吸附。结果显示采用三维荧光光谱参数HIX校正DOM活性后，显著提高了自由态Cd、Pb离子含量的模型预测准确性。（3）考虑到南方红壤强酸性、富铁铝的特征，在三维荧光光谱技术原位表征土壤DOM活性的基础上，在NICA-Donnan模型模拟过程中，加入铝、铁离子竞争作用，进一步提高了自由态重金属离子活度的模拟精确度，同时揭示了铝、铁离子主要在高亲和力的酚羟基位点上与其他金属离子竞争吸附。以上研究结果为准确预测和评估珠江流域酸性水稻土中重金属活性及潜在环境风险提供了理论依据及技术支持。.

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（1）
专利数量（1）
Effects of iron, calcium, and organic matter on phosphorus behavior in fluvo-aquic soil: farmland investigation and aging experments
铁、钙和有机质对潮土中磷行为的影响：农田调查和老化实验
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Soils and Sediments
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    Ma Y.L.;Ma J.;Peng H.;Weng L.P.;Chen Y.L.;Li Y.T.
  • 通讯作者：
    Li Y.T.
Characterizing soil dissolved organic matter in typical soils from China using fluorescence EEM-PARAFAC and UV-visible absorption
使用荧光 EEM-PARAFAC 和紫外-可见吸收表征中国典型土壤中的土壤溶解有机质
  • DOI：
    10.1007/s10498-019-09366-7
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Aquatic Geochemistry
  • 影响因子：
    1.6
  • 作者：
    Qin X.Q.;Yao B.;Jin L.;Zheng X.Z.;Ma J.;Benedetti M.;Li Y.T.;Ren Z.L.
  • 通讯作者：
    Ren Z.L.
韶关工矿区水稻土和稻米中重金属污染状况及风险评价
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    农业环境科学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    郑堃;任宗玲;覃小泉;赵玉杰;朱镇强;连万里;李永涛
  • 通讯作者：
    李永涛
Impacts of earthworm species on soil acidification, Al speciation and base cation release in a subtropical soil from China
蚯蚓种类对中国亚热带土壤酸化、铝形态和碱基阳离子释放的影响
  • DOI：
    10.1007/s11356-019-05055-8
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子：
    5.8
  • 作者：
    Wu J.L.;Zhang C.;Xiao L.;Motelica-Heino M.;Ren Z.L.;Deng T.;Dai J.
  • 通讯作者：
    Dai J.
Effects of soil acid stress on the survival, growth, reproduction, antioxidant enzymes activities and protein contents of earthworm (Eisenia fetida)
土壤酸胁迫对蚯蚓生存、生长、繁殖、抗氧化酶活性和蛋白质含量的影响
  • DOI：
    10.1007/s11356-019-04643-y
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子：
    5.8
  • 作者：
    Wu J.L.;Ren Z.L.;Zhang C.;Motelica-Heino M.;Deng T.;Wang H.Y.;Dai J.
  • 通讯作者：
    Dai J.

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其他文献

蚯蚓肠道对重金属污染土壤微生物群落结构的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    中国农业大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    孙迎韬;黄钰婷;任宗玲;戴军
  • 通讯作者：
    戴军
不同土地利用方式对赤红壤理化性质的综合影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    自然资源学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    周波;李进;任宗玲;戴军
  • 通讯作者：
    戴军
与微生物学密切相关的两门公共选修课教学改革初探
  • DOI：
    10.13344/j.microbiol.china.150684
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    微生物学通报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    彭桂香;冯宏;李永涛;任宗玲;谭志远
  • 通讯作者：
    谭志远

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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