李廣科，賈午耀，庫(kù)婷婷，閆微，寧夏，張英英，姬曉彤，桑楠

山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，太原 030006

不同粒徑礦化垃圾對(duì)大麥生長(zhǎng)發(fā)育和斑馬魚(yú)胚胎毒性效應(yīng)研究

李廣科，賈午耀，庫(kù)婷婷，閆微，寧夏，張英英，姬曉彤，桑楠*

山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，太原 030006

將太原東山新溝垃圾填埋場(chǎng)礦化垃圾篩分為900～300 μm、300～150 μm、150～105 μm、105～90 μm和90～0 μm共5個(gè)不同粒徑范圍，制備浸出液。在分析不同粒徑礦化垃圾浸出液的理化指標(biāo)基礎(chǔ)上，研究了礦化垃圾浸出液對(duì)大麥和斑馬魚(yú)胚胎生長(zhǎng)發(fā)育的影響。結(jié)果顯示，礦化垃圾浸出液pH值隨粒徑的減小而減小，電導(dǎo)率、CODCr、全鹽量和總氮?jiǎng)t隨粒徑的減小而增大。礦化垃圾浸出液對(duì)大麥的萌發(fā)、根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)均表現(xiàn)出抑制作用，且抑制作用隨粒徑的減小而顯著增加，90～0 μm抑制作用最強(qiáng)，具體表現(xiàn)為染毒1 d、2 d 和3 d后，大麥種子處理組萌發(fā)率為對(duì)照組的39.74%、56.38%和59.81%；染毒3 d、5 d 和7 d后，根長(zhǎng)分別為對(duì)照組的57.08%、48.33%和41.66%；芽長(zhǎng)分別為對(duì)照組的66.60%、64.79%和61.65%。斑馬魚(yú)胚胎暴露于不同粒徑的礦化垃圾浸出液中，胚胎生長(zhǎng)發(fā)育的毒害作用與粒徑大小呈現(xiàn)明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，即在最小粒徑90～0 μm處理后，卵凝結(jié)、血循環(huán)異常、孵化率、心包水腫及脊柱畸形影響作用達(dá)到最大，這5個(gè)指標(biāo)值分別為40.28%、50.00%、51.39%、31.94%和29.17%。以上研究表明，礦化垃圾浸出液對(duì)大麥和斑馬魚(yú)胚胎生長(zhǎng)發(fā)育的毒性效應(yīng)與礦化垃圾粒徑分布顯著相關(guān)，小粒徑礦化垃圾(90～0 μm)的生態(tài)毒性效應(yīng)最大。

礦化垃圾；大麥；斑馬魚(yú)胚胎；粒徑分布

隨著城市化進(jìn)程的加快，垃圾的產(chǎn)生量日益增多，垃圾填埋造成的城市近郊填埋場(chǎng)容量不斷飽和、新建垃圾處理廠選址難度加大及環(huán)境污染嚴(yán)重等一系列問(wèn)題已引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注[1]。擴(kuò)大現(xiàn)有填埋場(chǎng)庫(kù)容，延長(zhǎng)填埋場(chǎng)的使用壽命，實(shí)現(xiàn)一定程度上的可持續(xù)填埋是解決上述問(wèn)題的最佳途徑[2]，而礦化垃圾資源化利用則是此方法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。礦化垃圾是一類可進(jìn)行開(kāi)采利用的垃圾，是指新鮮生活垃圾在填埋過(guò)程中經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的物理、化學(xué)及生物作用而形成的一種穩(wěn)定化的類土壤物質(zhì)[3]。礦化垃圾的資源化利用能增加現(xiàn)有填埋場(chǎng)庫(kù)容，對(duì)實(shí)現(xiàn)垃圾填埋場(chǎng)的動(dòng)態(tài)持續(xù)填埋具有重要意義。

在礦化垃圾資源化方面，礦化垃圾可以作為填埋場(chǎng)覆蓋材料，也可用于處理垃圾滲濾液和畜禽廢水，同時(shí)，改良后的礦化垃圾可以替代農(nóng)田土作為草坪的培養(yǎng)土等[4-6]。礦化垃圾的資源化利用主要是基于其良好的多孔結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、微生物相對(duì)豐富和氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高等優(yōu)點(diǎn)[7]。然而，礦化垃圾由于形成過(guò)程及機(jī)理的特殊性，不可避免的殘留部分有毒有害重金屬和有機(jī)物。在礦化垃圾再利用過(guò)程中，其表面所含的有害物質(zhì)可能會(huì)進(jìn)入環(huán)境中，對(duì)環(huán)境和人體健康造成一定危害。研究報(bào)道，填埋齡在10～12年的礦化垃圾浸出液會(huì)對(duì)植物的萌發(fā)和生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，且不同植物對(duì)浸出液毒性的敏感程度不同[8]；另外，礦化垃圾會(huì)造成植物遺傳和氧化損傷，尤其是沉積有較多污染物的小粒徑處理組引發(fā)的損傷效應(yīng)最為顯著[9]。由此我們猜測(cè)，礦化垃圾有效利用過(guò)程中產(chǎn)生的毒害作用可能與其粒徑分布相關(guān)。

由于土地資源緊缺與城市垃圾產(chǎn)量迅速增加的矛盾日益突出，礦化垃圾用作土地利用是實(shí)現(xiàn)其資源化的一條有效的途徑。大麥由于具有試驗(yàn)周期短、操作簡(jiǎn)單、耐旱耐鹽等特點(diǎn)，而被作為模式植物應(yīng)用于環(huán)境毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)，因此采用大麥來(lái)評(píng)價(jià)礦化垃圾對(duì)陸生生物的生長(zhǎng)效應(yīng)具有廣泛的現(xiàn)實(shí)意義。礦化垃圾在資源化過(guò)程中產(chǎn)生的浸出液有可能會(huì)滲漏到地下環(huán)境中，對(duì)水生生物造成危害。斑馬魚(yú)胚胎由于其胚胎發(fā)育快，孵化時(shí)間短等特點(diǎn)，已經(jīng)被經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)作為測(cè)試水體環(huán)境毒性的標(biāo)準(zhǔn)方法之一[10]。本研究通過(guò)不同粒徑礦化垃圾浸出液對(duì)大麥和斑馬魚(yú)胚胎進(jìn)行毒性試驗(yàn)，觀察大麥萌發(fā)率、根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)和斑馬魚(yú)胚胎的凝結(jié)率、孵化率、畸形率和血循環(huán)的變化，探討不同粒徑礦化垃圾的毒性效應(yīng)，為礦化垃圾的資源化利用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法(Materials and methods)

1.1試驗(yàn)材料

礦化垃圾采自山西省太原市東山新溝垃圾填埋場(chǎng)，該填埋場(chǎng)于1987年投入使用，2007年封場(chǎng)。試驗(yàn)土樣按照隨機(jī)采樣法采集。從礦化垃圾中剔除大石塊、碎玻璃、破塑料等雜物，將礦化垃圾過(guò)孔徑為900 μm的分級(jí)篩，篩下物繼續(xù)篩分為900～300 μm、300～150 μm、150～105 μm、105～90 μm和90～0 μm共5個(gè)不同粒徑范圍，風(fēng)干貯存。按1:5(m/V)將上述礦化垃圾與蒸餾水混合，在30 ℃條件下振蕩3 h，抽濾，所得濾液即為礦化垃圾浸出液，于4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

大麥(Hordeum vulgare)：“瀛豐原種”從上海雜糧批發(fā)城購(gòu)買(mǎi)。斑馬魚(yú)(Danio rerio)：從上海熱帶魚(yú)水族館購(gòu)買(mǎi)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1水樣分析測(cè)試方法

CODCr(重鉻酸鉀法)、總氮(堿性過(guò)硫酸鉀氧化紫外分光光度法)、電導(dǎo)率(電導(dǎo)率儀法)、pH(電極法)參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》測(cè)定[11]。全鹽量(重量法)參照《水質(zhì)-全鹽量的測(cè)定-重量法 HJ/T51—1999》測(cè)定[12]。

1.2.2大麥萌發(fā)毒性試驗(yàn)

選飽滿大麥種子，浸泡4 h后，隨機(jī)選擇50粒大小一致的種子置于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)。萌發(fā)率以種子破白計(jì)，每隔1 d檢測(cè)種子萌發(fā)數(shù)。對(duì)照組用自來(lái)水培養(yǎng)，處理組用不同粒徑礦化垃圾浸出液培養(yǎng)。進(jìn)行3次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，每組設(shè)置3個(gè)平行。

1.2.3大麥生長(zhǎng)毒性試驗(yàn)

選飽滿大麥種子，浸泡4 h后，濕紗布包裹催芽。待種子萌發(fā)后，隨機(jī)選擇30個(gè)根長(zhǎng)為1.5 cm左右、長(zhǎng)勢(shì)一致的大麥置于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿上，25 ℃恒溫培養(yǎng)(光照/黑暗周期為14 h:10 h)。對(duì)照組用自來(lái)水培養(yǎng)，處理組用不同粒徑礦化垃圾浸出液培養(yǎng)，每隔12 h換一次培養(yǎng)液，設(shè)3個(gè)重復(fù)。大麥生長(zhǎng)3 d、5 d、7 d時(shí)測(cè)量根長(zhǎng)芽長(zhǎng)，計(jì)算各處理組的單株平均值，作為各組幼苗的芽長(zhǎng)根長(zhǎng)。

1.2.4斑馬魚(yú)胚胎毒性試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)前一天，挑選連續(xù)飼養(yǎng)4周以上，性成熟的成魚(yú)，按雌雄比為1:2配對(duì)放在裝有孵化盒的水族箱內(nèi)，并用隔板分開(kāi)，次日清晨光照0.5～1 h后產(chǎn)卵，用虹吸管吸出受精卵，用蒸餾水沖洗魚(yú)卵以去除糞便等雜物，洗凈的魚(yú)卵在培養(yǎng)皿中孵化至24 h后用于暴露實(shí)驗(yàn)。用不同粒徑礦化垃圾浸出液對(duì)發(fā)育正常的斑馬魚(yú)胚胎進(jìn)行24 hfp(受精后24 h)染毒實(shí)驗(yàn)，斑馬魚(yú)胚胎置于24孔板中，每孔放一個(gè)卵并加入1 mL不同粒徑礦化垃圾浸出液，對(duì)照組加入蒸餾水，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，每次設(shè)置3個(gè)平行。置于溫度恒定(26±1) ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)(光照/黑暗周期為14 h:10 h)。觀察并記錄斑馬魚(yú)胚胎的凝結(jié)、血循環(huán)、孵化情況至96 hpf。將礦化垃圾浸出液用蒸餾水稀釋2倍按照上述步驟對(duì)斑馬魚(yú)胚胎染毒，觀察并記錄斑馬魚(yú)胚胎的心包水腫和脊柱畸形情況。斑馬魚(yú)胚胎卵凝結(jié)表現(xiàn)為胚胎不透明或后期幼魚(yú)無(wú)心臟跳動(dòng)，發(fā)育停止。斑馬魚(yú)胚胎血循環(huán)障礙表示未形成正常血流循環(huán)的胚胎，具體表現(xiàn)為發(fā)育遲緩、未出現(xiàn)血流循環(huán)、出現(xiàn)血液但流速較慢、甚至出現(xiàn)局部循環(huán)。凝結(jié)率(%)=(凝結(jié)胚胎數(shù)量/總胚胎數(shù)量)×100；血循環(huán)異常率(%)=(未形成正常血循環(huán)胚胎數(shù)量/總胚胎數(shù)量)×100；孵化率(%)=(已孵化胚胎數(shù)量/總胚胎數(shù)量)×100；心包水腫率(%)=(心包水腫胚胎數(shù)量/孵化胚胎數(shù)量)×100；脊柱畸形率(%)=(脊柱畸形胚胎數(shù)量/孵化胚胎數(shù)量)×100。

1.3數(shù)據(jù)分析方法

用Origin 8.0和SPSS 17.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，圖中結(jié)果以均值±SE值表示，用One-way ANOVA檢驗(yàn)處理組與對(duì)照組的顯著性差異。為確定礦化垃圾粒徑分布與理化指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，采用Pearson’s雙變量相關(guān)分析法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001)。

2　結(jié)果(Results)

2.1礦化垃圾浸出液理化指標(biāo)

不同粒徑礦化垃圾浸出液理化性質(zhì)如表1所示，由表可知，礦化垃圾浸出液的pH值隨粒徑的減小而減??；電導(dǎo)率、CODCr、全鹽量和總氮等指標(biāo)的濃度會(huì)隨粒徑的減小逐漸增大。表2為礦化垃圾粒徑分布與理化指標(biāo)的相關(guān)性分析，由表可得，礦化垃圾浸出液pH值與粒徑分布呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，而電導(dǎo)率、化學(xué)需氧量、全鹽量和總氮與粒徑分布均呈顯著的負(fù)相關(guān)。綜上所述，小粒徑的礦化垃圾更容易累積污染物。

表1　礦化垃圾浸出液理化指標(biāo)

2.2礦化垃圾對(duì)大麥萌發(fā)的影響

不同粒徑礦化垃圾浸出液對(duì)大麥種子萌發(fā)率的影響如圖1所示，從圖中可以看出，礦化垃圾處理組對(duì)大麥種子的萌發(fā)均有抑制作用，粒徑越小，抑制作用越強(qiáng)。處理1 d時(shí)，90～0 μm處理組的萌發(fā)率最低，為對(duì)照組的39.74%；在處理2 d和3 d時(shí)，礦化垃圾處理組的萌發(fā)率均有所提高，縮短了與對(duì)照組之間的差異；但90～0 μm處理組萌發(fā)率依然最低，2 d時(shí)為對(duì)照組的56.38%，3 d時(shí)為對(duì)照組的59.81%，P值均小于0.001，有顯著性差異。結(jié)果表明，礦化垃圾浸出液能夠延緩大麥種子的萌發(fā)。

2.3礦化垃圾對(duì)大麥根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的影響

不同粒徑礦化垃圾對(duì)大麥根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的影響如圖2。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，礦化垃圾浸出液對(duì)大麥根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的影響與處理時(shí)間及礦化垃圾粒徑大小相關(guān)。同一處理時(shí)間時(shí)，礦化垃圾粒徑越小對(duì)大麥生長(zhǎng)的抑制作用越明顯。用浸出液對(duì)大麥染毒，3 d時(shí)90～0 μm處理組抑制作用最強(qiáng)，根長(zhǎng)為對(duì)照組的57.08%，芽長(zhǎng)為對(duì)照組的66.60%(P < 0.001)；同一粒徑礦化垃圾浸出液處理時(shí)，大麥根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)受到的抑制作用隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)；5 d時(shí)90～0 μm處理組根長(zhǎng)為對(duì)照組的48.33%，芽長(zhǎng)為對(duì)照組的64.79%；7 d時(shí)90～0 μm處理組根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)分別為對(duì)照組的41.66%和61.65%(P < 0.001)。

圖1　不同粒徑礦化垃圾對(duì)大麥種子萌發(fā)率的影響注：* P < 0.05，** P < 0.01，*** P < 0.001，Mean ± SE，n=3。Fig. 1　Effect of the particle-size distribution of aged refuse on germination of barley seedingsNote: * P < 0.05, ** P < 0.01, ***P < 0.001, Mean ± SE, n=3.

表2　礦化垃圾理化指標(biāo)與其粒徑分布的相關(guān)性分析

注：*P < 0.05，**P < 0.01。

Note: *P< 0.05, **P < 0.01.

圖2　不同粒徑礦化垃圾對(duì)大麥根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的影響注：*** P < 0.001，Mean ± SE，n=3。Fig. 2　Effect of the particle-size distribution of aged refuse on root length and shoot length of barley seedingsNote: *** P < 0.001, Mean ± SE, n=3.

2.4礦化垃圾對(duì)斑馬魚(yú)胚胎凝結(jié)率和血流循環(huán)的影響

通過(guò)顯微鏡觀察斑馬魚(yú)胚胎發(fā)育情況可知，斑馬魚(yú)受精卵呈半透明狀，如圖3所示，斑馬魚(yú)胚胎暴露于礦化垃圾浸出液中，可引起卵凝結(jié)，孵化率降低，還有發(fā)育異常，包括血流循環(huán)異常和脊柱畸形。

不同粒徑礦化垃圾浸出液對(duì)斑馬魚(yú)胚胎凝結(jié)率和血流循環(huán)的影響如圖4所示，礦化垃圾浸出液染毒組斑馬魚(yú)胚胎48 hpf凝結(jié)率均高于對(duì)照組，且礦化垃圾處理導(dǎo)致的胚胎凝結(jié)率與粒徑大小相關(guān)，即粒徑越小，胚胎凝結(jié)率越高。其中90～0 μm染毒組凝結(jié)率最高，凝結(jié)率為40.28%(P < 0.01)；900～300 μm毒性最低，凝結(jié)率為20.83%(P < 0.01)。

由圖4結(jié)果還可以看出，24 hpf胚胎暴露于不同粒徑礦化垃圾浸出液中，48 hpf出現(xiàn)血流循環(huán)異常，具體表現(xiàn)為發(fā)育延緩，未出現(xiàn)血流循環(huán)或者血流循環(huán)緩慢甚至局部出現(xiàn)血流循環(huán)，其血循環(huán)異常百分率明顯高于對(duì)照組，且隨著粒徑的減小呈升高趨勢(shì)。900～300 μm最低為29.17%，90～0 μm最高為50%(P < 0.001)，均有顯著性差異，這與之前礦化垃圾對(duì)大麥種子的萌發(fā)率、根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的影響趨勢(shì)一致。

2.5礦化垃圾對(duì)斑馬魚(yú)胚胎孵化率的影響

圖5為礦化垃圾浸出液對(duì)胚胎處理后96 hpf孵化的情況。結(jié)果表明，不同粒徑礦化垃圾浸出液處理組孵化率與對(duì)照組相比均顯著降低。隨著粒徑的減小，對(duì)胚胎孵化率的抑制作用明顯增強(qiáng)，900～300 μm處理組孵化率最高為73.61%，P值小于0.01，有顯著性差異；90～0 μm處理組孵化率最低為51.39%，P值小于0.001，有顯著性差異。

圖3　斑馬魚(yú)胚胎各發(fā)育時(shí)期形態(tài)特征注：A，正常胚胎；B，凝結(jié)胚胎；C，正常幼魚(yú)；D，心包水腫；E，脊柱畸形。Fig. 3　Morphological characteristics of zebrafish embryos in different development stagesNote: A, normal zebrafish embryos; B, coagulative zebrafish embryos; C, normal zebrafish; D, pericardial edema; E, spinal deformation.

圖4　不同粒徑礦化垃圾對(duì)斑馬魚(yú)胚胎凝結(jié)率和血流循環(huán)的影響注：*P < 0.05，** P < 0.01，*** P < 0.001，Mean ± SE，n=3。Fig. 4　Effect of the particle-size distribution of aged refuse on coagulation percentage and blood circulation of zebrafish embryosNote: *P < 0.05, ** P < 0.01, *** P < 0.001, Mean ± SE, n=3.

圖5　不同粒徑礦化垃圾對(duì)斑馬魚(yú)胚胎孵化率的影響注：*P < 0.05，** P < 0.01，*** P < 0.001，Mean ± SE，n=3。Fig. 5　Effect of the particle-size distribution of aged refuse on hatch percentage of zebrafish embryosNote: *P < 0.05, ** P < 0.01, *** P < 0.001, Mean ± SE, n=3.

2.6礦化垃圾引起斑馬魚(yú)胚胎心包水腫和脊柱畸形

在考察斑馬魚(yú)胚胎心包水腫和脊柱畸形實(shí)驗(yàn)中，均把礦化垃圾浸出液稀釋2倍進(jìn)行染毒，96 hpf記錄并觀察其心包水腫和脊柱畸形。由圖6可知，礦化垃圾對(duì)斑馬魚(yú)胚胎心臟和脊柱發(fā)育毒性與粒徑大小呈負(fù)相關(guān)，即粒徑越小，引起胚胎心包水腫和脊柱畸形的百分率越大，900～300 μm處理組最低，出現(xiàn)心包水腫百分比為9.72%，出現(xiàn)脊柱畸形率為8.33%，與對(duì)照組無(wú)顯著性差異；90～0 μm處理組出現(xiàn)心包水腫和脊柱畸形的百分比分別為31.94%和29.17%，與對(duì)照組差異顯著(P < 0.001)。

2.7大麥萌發(fā)生長(zhǎng)和斑馬魚(yú)胚胎發(fā)育與粒徑分布的相關(guān)性分析

由表2可得，大麥生長(zhǎng)與礦化垃圾粒徑分布呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，具體表現(xiàn)為，粒徑越小，大麥的萌發(fā)率、根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)越小。由表3可知，斑馬魚(yú)胚胎的凝結(jié)率、血循環(huán)、心包水腫和脊柱畸形與礦化垃圾粒徑分布呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即粒徑越小，凝結(jié)率、血循環(huán)、心包水腫率和脊柱畸形率越大；而斑馬魚(yú)胚胎的孵化率與粒徑分布呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，即粒徑越小，其孵化率越小。

3　討論(Discussion)

礦化垃圾資源化利用始于20世紀(jì)50年代以色列特拉維夫市填埋場(chǎng)，之后關(guān)于垃圾填埋場(chǎng)開(kāi)采利用的報(bào)道逐漸增多[13]。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)對(duì)填埋場(chǎng)垃圾穩(wěn)定化的研究較晚。1992年，以上海老港垃圾填埋場(chǎng)為基地，趙由才等[3]展開(kāi)了對(duì)礦化垃圾穩(wěn)定化及資源利用研究。研究表明，礦化垃圾比表面積較大、結(jié)構(gòu)松散、水力傳導(dǎo)和滲透性能較好、微生物種類繁多。有學(xué)者利用礦化垃圾這種性質(zhì)，以礦化垃圾作為生物反應(yīng)床填料，在處理垃圾滲濾液，畜牧廢水，生活污水及含酚類廢水等方面已取得一定成果，并引起國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注[14-15]。礦化垃圾資源化日趨成熟，但其表面所含的污染物質(zhì)會(huì)進(jìn)入環(huán)境進(jìn)而對(duì)生物體造成一定的危害。

表3　大麥萌發(fā)與生長(zhǎng)與粒徑分布的相關(guān)性分析

注：**P<0.01，下同。

Note:**P<0.01, the same below.

圖6　不同粒徑礦化垃圾引起斑馬魚(yú)胚胎心包水腫和脊柱畸形注：*P < 0.05，** P < 0.01，*** P < 0.001，Mean ± SE，n=3。Fig. 6　Effect of the particle-size distribution of aged refuse on pericardial edema and deformation of zebrafish embryosNote: *P < 0.05, ** P < 0.01, *** P < 0.001, Mean ± SE, n=3.

表4　斑馬魚(yú)胚胎發(fā)育與粒徑分布的相關(guān)性分析

本文首先對(duì)不同粒徑礦化垃圾的理化性質(zhì)進(jìn)行了相關(guān)性分析研究，發(fā)現(xiàn)礦化垃圾粒徑越小其pH值越小，而電導(dǎo)率、化學(xué)需氧量、全鹽量和總氮卻隨著粒徑的減小而增大。已有研究表明小粒徑物質(zhì)更容易富集重金屬[16]，且小顆粒礦化垃圾由于比表面積較大，容易沉積更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及污染物質(zhì)[9,17]。在探討了不同粒徑礦化垃圾理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上，本文以大麥為模式植物深入探討礦化垃圾對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的影響。本研究結(jié)果表明礦化垃圾對(duì)大麥的生長(zhǎng)具有抑制作用，且與染毒時(shí)間和粒徑分布相關(guān)，即隨著粒徑的減小，礦化垃圾表面富集有更多的污染物，對(duì)大麥種子萌發(fā)、幼苗根長(zhǎng)芽長(zhǎng)抑制作用更明顯。而本實(shí)驗(yàn)中最小粒徑礦化垃圾浸出液中的CODCr值為57.83 mg·L-1，低于《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)GB16889—2008》中規(guī)定的100 mg·L-1[18]，可見(jiàn)礦化垃圾中的有機(jī)物影響較小，主要是鹽分脅迫的作用。用礦化垃圾浸出液對(duì)斑馬魚(yú)胚胎染毒結(jié)果表明，胚胎凝結(jié)率、孵化率、畸形率和血循環(huán)均與粒徑大小有關(guān)，與之前對(duì)大麥的染毒結(jié)果是一致的，即粒徑越小，礦化垃圾富含的可溶性鹽分越多，胚胎的各項(xiàng)指標(biāo)都升高，進(jìn)一步證明了斑馬魚(yú)胚胎靈敏、快速的優(yōu)點(diǎn)，適用于填埋場(chǎng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

研究表明，鹽分脅迫會(huì)抑制大麥種子的萌發(fā)，造成植物葉片面積縮小，引起大麥脂質(zhì)過(guò)氧化損傷及相關(guān)抗氧化酶指標(biāo)的變化[19]；而鹽分脅迫會(huì)破壞水生生物胚胎的滲透壓平衡，進(jìn)而影響其代謝、生長(zhǎng)；鹽分也可能通過(guò)影響水生生物的抗氧化酶系統(tǒng)對(duì)其生物體本身產(chǎn)生一定的毒害作用[20]。由此推斷，礦化垃圾對(duì)大麥幼苗生長(zhǎng)和斑馬魚(yú)胚胎發(fā)育抑制作用的主要原因，一方面可能是由于污染物影響細(xì)胞的正常代謝，另一方面，可能大麥?zhǔn)艿浇鲆褐锌扇苄喳}分的刺激，影響細(xì)胞分裂和細(xì)胞內(nèi)基因轉(zhuǎn)錄進(jìn)而造成一些抗氧化酶的活性發(fā)生改變，導(dǎo)致細(xì)胞代謝紊亂。

綜上所述，礦化垃圾粒徑不同，理化特性存在差異，其生物安全性也隨之變化。因此，在礦化垃圾資源化利用過(guò)程中，需要尋求改良礦化垃圾方案，提高其資源利用效率，減小生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

通訊作者簡(jiǎn)介：桑楠(1973-)，女，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事環(huán)境醫(yī)學(xué)與毒理學(xué)研究，發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇。

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The Particle-size Dependent Effects of Aged Refuse on the Growth and Development of Barley Seedlings and Zebrafish Embryos

Li Guangke, Jia Wuyao, Ku Tingting, Yan Wei, Ning Xia, Zhang Yingying, Ji Xiaotong, Sang Nan*

College of Environment and Resource, Shanxi University, Taiyuan 030006, China

4 April 2015accepted 10 July 2015

In this study, the aged refuse, collected from Xingou municipal solid waste landfill of Taiyuan, was screened and classified into five samples with different particle-size (900～300, 300～150, 150～105, 105～90, and 90～0 μm), and then used to prepare leachate. Following this, several physical and chemical indexes were analyzed, and the effects on the growth and developmental of barley seedlings and zebrafish embryos were investigated. The results indicate that pH value decreased with the decrease of particle-size of aged refuse, conversely, electrical conductivity, CODCr, total salt and total nitrogen showed negative correlation with the particle-size. Furthermore, the germination, root length and shoot length of barley seedlings were inhibited by the aged refuse samples, and the effects were significantly negatively correlative with particle-size, especially for the smallest particle-size (90～0 μm). For the leachate of 90～0 μm aged refuse sample, the germination rate of barley seeding was 39.74%, 56.38% and 59.81% of control group after 1 d-, 2 d- and 3 d-exposure; the root length decreased to 57.08%, 48.33% and 41.66% of control and the shoot length decreased to 66.60%, 64.79% and 61.65% of control after 3 d-, 5 d- and 7 d-treatment. Similarly, the aged refuse leachate of different size of particles adversely affected embryonic growth and development, and the actions showed a significantly negative correlation with the particle size. The leachate of 90～0 μm aged refuse caused the most significant alterations on coagulation, abnormal blood circulation, hatchability, pericardial edema and spinal deformation of zebrafish embryos, and reached 40.28%, 50.00%, 51.39%, 31.94% and 29.17%, respectively. These findings imply that aged refuse could lead to the growth inhibition and developmental risk on barley seedlings and zebrafish embryos in a particle-size dependent manner, and the smallest particle-size sample (90～0 μm) showed the most serious injuries.

aged refuse; barely seedlings; zebrafish embryos; particle-size distribution

山西省科技攻關(guān)計(jì)劃(20120313009-2)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20121401110003)

李廣科(1971-)，男，博士，教授，研究方向?yàn)楣腆w廢棄物處理、處置及資源化，E-mail: liguangke@sxu.edu.cn；

Corresponding author)， E-mail: sangnan@sxu.edu.cn

10.7524/AJE.1673-5897.20150404001

2015-04-04 錄用日期：2015-07-10

1673-5897(2015)6-136-08

X171.5

A

李廣科, 賈午耀, 庫(kù)婷婷, 等. 不同粒徑礦化垃圾對(duì)大麥生長(zhǎng)發(fā)育和斑馬魚(yú)胚胎毒性效應(yīng)研究[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2015, 10(6): 136-143

Li G K, Jia W Y, Ku T T, et al. The particle-size-dependent effects of aged refuse on the growth and development of barley seedlings and zebrafish embryos [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2015, 10(6): 136-143 (in Chinese)