【为学故事】土壤金属污染的生态毒性评估

为鼓励研究生学术创新和产出高水平学术成果，培养拔尖创新人才，学校设立了“研究生高水平学术创新项目”。项目实施以来，在各院系通力配合和研究生导师精心指导下，多名研究生取得了优异成绩和创新性成果。为此，研究生院推出【为学故事】系列报道，介绍2021年度“研究生高水平学术创新项目”优秀研究生及其科研工作，以期在广大研究生之中，倡导严谨笃学、求实求新之精神，培育勤勉致知、善学进取之学风。

罗小绒 （资源环境与旅游学院 环境工程 硕士研究生）

指导教师：王学东

科研感言：科研无止境，求真不止步。

我的研究方向是土壤污染控制，主要研究土壤金属污染的生态风险。土壤中金属污染物的存在不仅会恶化土壤环境，而且会威胁土壤生物生长。除了人们常关注的重金属元素如镉（Cd）、铅（Pb）、汞（Hg），一些不常见的新型金属（类金属）如镧（La）、锑（Sb）、钒（V）也进入土壤环境并逐渐积累。关于这些新型污染元素的信息较少，对它们的生态毒性和相关风险了解还不够充分，也缺乏相关的管控标准，这严重影响了立法管理部门对其污染防控工作的开展。通过探索不同元素（金属/类金属）对土壤中不同类型典型农作物的毒性效应，建立针对不同植物类型的分类QICAR方程，可以预测缺乏毒性数据金属元素的毒性阈值，并为其产生的生态风险提供初步评估。

在研究生高水平学术创新项目的资金支持下，我们通过毒理学试验获得了多种元素对小麦（禾本科）和生菜（十字花科）的生态毒性数据。通过分析数据可以发现，不同植物类型对金属的敏感性不同。通过查阅和总结前人的文献，我们发现金属的毒性与其离子结构特征有关，也与金属与配体的结合亲和力有关。因此，我们将元素对不同作物的毒性与金属理化性质、配体结合参数联系起来，从而建立了针对小麦和生菜的分类QICAR方程，该方程不仅有助于发现金属产生生物毒性的一般规律，而且可以有效的预测污染物的生态毒性。另外，我们结合不同作物的毒性差异和毒性特征构建了元素对典型农作物的生态毒理学图谱。综合以上成果，我在Ecotoxicology and Environmental Safety上发表论文一篇（"Using quantitative ion character–activity relationship (QICAR) method in evaluation of metal toxicity toward wheat"），并有一篇论文在投。此外，我还参加了2021 International Conference on Water Conservancy, Energy and Environmental Engineering (WC3E) 国际学术会议，并作了题为"Application of Quantitative Ion Character-activity Relationship (QICAR) Method in Evaluating Metal Toxicity to Wheat"的口头报告。

图1 基于QICAR的元素对小麦生态毒性的摘要图

图2 不同元素对小麦根和生菜根的毒性特征

整个项目的完成既是顺利的，也是坎坷的。顺利的是，我在阅读大量文献的基础上，积极与导师讨论后很快就确定了项目课题；在导师耐心的指导下，本课题得以顺利开展。坎坷的是，在试验过程中遇到了许多问题，比如小麦种子在培养过程中长毛、生菜种子发芽阶段长势不好等等。为了解决这些问题，我重复进行了多次试验，通过观察实验现象，整理实验数据，记录试验结果，最终得出相应的解决办法。比如，我发现小麦种子长毛是因为培养过程中测试溶液没过了小麦种子，导致其在缺氧的环境下生长，从而发生长毛现象。因此，可以通过控制测试溶液的量，让其浸没种子的三分之一来保证幼苗的正常生长。探索过程中总会出现一些意想不到的问题，只有经过多次试验的验证，才能究其原因，对症下药。我想，这就是科研的魅力吧。

图3 高浓度钒（V）和钼（Mo）抑制下的生菜根

通过此次项目研究，我的科研能力包括文献阅读能力、实验动手能力以及论文写作能力都得到了极大的提升。成绩的取得离不开导师的耐心指导以及组内成员的帮助，也离不开学校研究生高水平学术创新项目的支持。我会一如既往发扬严谨求实的科学精神，在现有研究基础上, 建立能够预测复合金属植物毒性的QICAR模型，进一步丰富元素对典型作物的生态毒理学图谱，争取做出更好的科研成果。