土壤环境中锑的生物毒性评价方法比较

丁仰艳 1 管玉梅 2

摘要：社会进步迅速，我国的土壤工程建设的发展也有了创新。锑的生物毒性测试可以间接反映锑及其化合物对生物与生态系统的影响。在简要介绍锑在土壤环境中赋存特征的基础上，综述了不同类型生物对土壤及其浸提液中锑的毒性响应，比较了不同的生物毒性测试方法在土壤环境中锑污染识别的可行性及适应性，并提出了考虑土壤性质及老化时间对锑生物毒性评价的影响，以及使用不同营养等级指示生物(微生物、动物和植物)评价等建议。

关键词：土壤环境；锑；生物毒性；评价方法比较

1土壤中锑的赋存特征

1.1锑的性质和用途

锑有4种价态(－3、0、+3和+5)，在环境中主要以三价和五价存在。三硫化二锑和三氧化二锑在常温下不易溶于水，酒石酸锑钾［Sb(Ⅲ)］和焦锑酸钾［Sb(Ⅴ)］因具有水溶性而常用于锑的毒性研究，Sb(Ⅲ)的毒性约为Sb(Ⅴ)的10倍。工业用途的锑化合物有酒石酸锑钾、三氧化二锑、焦锑酸钾等，前两种应用最为广泛。据估计，锑的全球使用量有53%用于阻燃剂，38%用于铅合金和铅酸电池，6%用于PET催化剂，不到3%用于化学品和陶瓷。

1.2土壤中锑的赋存形式

锑主要通过化石燃料燃烧、印染废水排放及汽车刹车片等途径进入城市土壤环境，其形态因土壤pH值、氧化还原电位(OＲP)等而异。Sb(Ⅲ)在2.7～10.8的环境pH值范围内虽然以Sb(OH)3的形式出现，但易被铁锰氧化物及土壤有机质等氧化成稳定性更强的Sb(OH)－6，土壤中的酒石酸锑钾在老化较长时间后也可转变为Sb(Ⅴ)。因此，土壤环境中锑的存在形态主要是Sb(Ⅴ)［2］，几乎占总锑含量的90%以上。环境中的微生物可将Sb(Ⅴ)还原为Sb(Ⅲ)，在缺氧或碱性条件下，Sb(Ⅴ)还会被土壤中的一种铁络合物［Fe4(Ⅱ)Fe2(Ⅲ)(OH)12SO4·3H2O］还原为Sb(Ⅲ)。锑在土壤中主要以生物不可利用态存在，铁锰氧化物的还原溶解可使其释放，土壤pH值升高也会促进含锑化合物溶解。添加改良剂可使受锑等金属污染土壤中的生物活性增加50%以上，而一些碱性改良剂也可以通过增加土壤pH值而增加锑的生物可给性。

2高通量测序结果分析

2.1门水平上的微生物种群分析

对样品进行高通量测序平台的测序后，过滤掉低质量的序列，并对微生物群落丰度进行了降序排序，默认为4000以上的丰度高，选取前六种门水平上的微生物群落进行分析，这六种门水平上的微生物群落分别为Proteobacteria(变形杆菌)、Chloroflexi(绿弯菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌)、Acidobacteria(酸杆菌门)、Chlorobi(绿菌门)和Verrucomicrobia(疣微菌门)整个体系中，毒性降低可能会影响某些微生物，使其更容易生存。这些微生物利用锑作为其电子供体消耗锑。若三价锑含量高，锑氧化细菌对其可利用性较高，则该细菌数量变多。在第16天左右，锑的含量均达到整个过程中最低或最高，体系内能量耗尽，无可提供菌种生命活动的物质，部分菌种死亡。

2.2属水平上的微生物群落分析

对样品进行高通量测序平台的测序后，过滤掉低质量的序列，并对微生物群落丰度进行了降序排序，选取了前二十种属水平上的微生物群落进行处理分析，这二十种门水平上的微生物群落分别为Bacteroidetes－Blvii28(拟杆菌－Blvii28)、Chloroflexi－Anaerolinea(绿弯菌－Anaerolinea)、Firmicutes－Desulfosporosinus(厚壁菌门－Desulfosporosinus)、Firmicutes－Fusibacter(厚壁菌门－Fusibacter)、Nitrospirae－Nitrospira(硝化螺旋菌门－硝化菌)、Nitrospirae－HB118(硝化螺旋菌门－HB118)、Proteobacteria－Sphingomonas(变形杆菌－鞘氨醇鞘氨醇单胞菌)、Proteobacteria－Acidovorax(变形杆菌－食酸菌属)、Proteobacteria－Hydrogenophaga(变形杆菌－噬氢菌属)、Proteobacteria－Paucibacter(变形杆菌－Paucibacter)、Proteobacteri－Thiomonas(变形杆菌－硫单胞菌属)、Proteobacteria－Ralstonia(变形杆菌－罗尔斯通菌属)、Proteobacteria－Gallionella(变形杆菌－披毛菌属)、Proteobacteria－Thiobacillus(变形杆菌－产硫酸杆菌)、Proteobacteria－Methylotenera(变形杆菌－Methylotenera)、Proteobacteria－Vogesella(变形杆菌－Vogesella)、Proteobacteria－Dechloromonas(变形杆菌－Dechloromonas)、Proteobacteria－Desulfococcus(变形杆菌－脱硫球菌属)、Proteobacteria－Geobacter(变形杆菌－地杆菌属)、Proteobacteria－Pseudomonas(变形杆菌－假单胞菌)等。其中Proteobacteria变形杆菌门的属水平上的微生物群落种类较多，故变形杆菌为培养过程中微宇宙体系中的优势菌。

3水体锑污染修复研究进展

当前，世界上主要的环境问题之一是大量含有重金属的废水的处理。已知大多数重金属均对一般的活生物体特别是人类构成了严重威胁。因此，我们需要对废水中存在的重金属污染进行有效的治理和控制。目前，常见的治理方法主要有吸附法和沉淀法。

3.1吸附法

3.1.1生物吸附法

生物吸附法是指通过生物吸附剂分离溶液中的Sb。通过相关实验，发现绿豆壳在pH为4.0，25℃的条件下接触60分钟后，对Sb(III)最大吸附容量为20.14mg/g。FengchangWu等[19]发现，微囊藻可被用作固定废水中Sb(III)的潜在生物吸附剂。生物修复法具有成本低，吸附容量比普通离子交换剂大，清洁环保，无毒性限制等优点。正因为生物吸附法具有可再生等特点，故被认为是从废水去除和回收金属的非常理想的处理技术。

3.1.2金属氧化物吸附法

金属氧化物吸附法是指将锑离子通过金属氧化物的吸附作用从废水中分离出来。发现纳米二氧化钛经壳聚糖修饰后具有吸附Sb的性质，由此证明除常见的金属氧化物外，其他金属氧化物也能高效地去除水中的锑污染。由于金属氧化物的锑吸附容量较高，成本低，在实际中常应用于处理高浓度锑废水。

3.2沉淀法

沉淀法指在废水中加入合适的药剂，与锑离子发生沉淀反应，生成沉淀与絮凝体，达到治理废水中锑污染的效果。一种混凝-絮凝-超滤(CF-UF)工艺，可以从受污染的地表水中去除锑(III)，并被证明是去除锑(III)的有前途的技术，可用于处理中国锑矿附近的污水。

结语

本文一定程度上总结了锑污染治理的相关研究，因为锑不仅是一种潜在的有毒微量元素，还是生物学功能未知的累积毒物，甚至有可能对人体有一定致癌作用，故找到有效的锑污染治理途径对环境和人类发展有着至关重要的作用。因此，希望本文能对未来锑污染治理的提供一些参考。

参考文献

［1］朱静，郭建阳，王立英，等.锑的环境地球化学研究进展概述［J］．地球与环境，2010，38(1):109－116.