Arsenic, cadmium, and lead pollution and uptake by rice (Oryza sativa L.) grown in greenhouse

Purpose: Hunan province is well-known for its extensive base-metal extraction and smelting industries. However, the legacies of excavation operations, transportation, and selective smelting activities within Hunan have resulted in the generation of large quantities of mine wastes, which will become the sources of metal contamination in the environment. Thus, there is an increasingly important health issue underlying the study of arable land pollution and transfer of As, Cd, and Pb in the paddy soil–rice system.
Materials and methods: Paddy soils collected from mining- and smelting-impacted areas in Hunan province and rice seed (Oryza sativa L. cv Jia Hua-1) were used for pot experiments under greenhouse conditions. One 30-day-old seedling was transplanted into one pot containing 5.0 kg pretreated soil. At harvest, rice grains and shoots were washed with distilled water to remove surface soil, and oven-dried at 65°C for 96 h until a constant weight was reached. Roots were washed carefully with distilled water for the next process of extracting iron plaque using dithionite–citrate–bicarbonate solution. Total concentrations of As, Cd, and Pb in soil and rice plant tissues were measured by inductively coupled plasma mass spectrometer.
Results and discussion: Total concentrations of As, Cd, and Pb in the soils collected from 12 mining- and smelting-impacted areas in Hunan province were much higher than Hunan background values and exceeded the maximum concentration limit for soils set by the Ministry of Environmental Protection. The yields of rice grain from Pb/Zn mining and smelting sites were negatively correlated to overall pollution scores. Distributions of As, Cd, and Pb in rice plant followed: root >> shoot > husk > whole grain. About 30.1–88.1% of As, 11.2–43.5% of Cd, and 14.0–33.9% of Pb were accumulated in iron plaque on root surfaces.
Conclusions: High concentrations of As, Cd, and Pb are observed in paddy soils from mining- and smelting-impacted areas in Hunan province, indicating those paddy soils suffer serious combined heavy metal contamination. In particular, Cd is the dominant contaminant followed by As and Pb in paddy soils from most locations. The distributions of As, Cd, and Pb in rice tissue were: root >> shoot > husk > whole grain. Concentrations of Pb in all whole grain and of As and Cd in 50% of whole grain samples exceeded Chinese Hygienic Standard values for food.

Comparison of lagrangian and eulerian simulations of slurry flows in a sudden expansion

From a review of technical literature, it was not apparent if the Lagrangian or the Eulerian dispersed phase modeling approach was more valid to simulate dilute erosive slurry flow. In this study, both modeling approaches were employed and a comparative analysis of performances and accuracy between the two models was carried out. Due to an impossibility to define, for the Eulerian model already implemented in FLUENT, a set of boundary conditions consistent with the Lagrangian impulsive equations, an Eulerian dispersed phase model was integrated in the FLUENT code using subroutines and user-defined scalar equations. Numerical predictions obtained from the two different approaches for two-phase flow in a sudden expansion were compared with the measured data. Excellent agreement was attained between the predicted and observed fluid and particle velocity in the axial direction and for the kinetic energy. Erosion profiles in a sudden expansion computed using the Lagrangian scheme yielded good qualitative agreement with measured data and predicted a maximum impact angle of 29 deg at the fluid reattachment point. The Eulerian model was adversely affected by the reattachment of the fluid phase to the wall and the simulated erosion profiles were not in agreement with the Lagrangian or measured data. Furthermore, the Eulerian model under-predicted the Lagrangian impact angle at all locations except the reattachment point. © 2010 American Society of Mechanical Engineers.

Contested landscapes: the moral geographies of light pollution in Britain

This paper considers the concept of light pollution and its connections to moral geographies of landscape in Britain. The paper aims to provide a greater understanding of light pollution in the present day, where the issue connects to policy debates about energy efficiency, crime, health, ecology and night time aesthetics, whilst also engaging with new areas of research in cultural geography. The main sources of investigation are the Campaign to Protect Rural England and the British Astronomical Association’s Campaign for Dark Skies (est. 1990). Using interviews, archival and textual analysis, the paper examines this anti-light-pollution lobby, looking at the lead-up to the formation of the Campaign as well as its ongoing influence. A moral geography of light pollution is identified, drawing on two interconnected discourses – a notion of the ‘astronomical sublime’ and the problem of urbanization. Whilst the former is often invoked, both through visual and linguistic means, by anti-light pollution campaigners, the latter is characterized as a threat to clear night skies, echoing earlier protests against urban sprawl. Complementing a growing area of research, the geographies of light and darkness, this paper considers the light pollution lobby as a way of investigating the fundamental relationship between humankind and the cosmos in the modern age.

Enhancing performance: The moderating effect of environmental integration and environmental capabilities on the performance outcomes of pollution prevention

Over the last two decades there has been ongoing debate about the impact of environmental practices on operational performance. In recent years, studies have started to move beyond assessing the direct impact of environmental management on different dimensions of performance to consider factors that might moderate or mediate this relationship. This study considers the extent to which environmental integration and environmental capabilities moderate the relationship between pollution prevention and environmental performance outcomes. The mediating influence of environmental performance on the relationship between pollution prevention and cost and flexibility performance is also considered. Data were collected from a sample of UK food manufacturers and analysed using multiple regression analysis. The findings indicate the existence of some moderated and mediated relationships suggesting that there is more to improving performance than implementing environmental practices.

The effects of pollution prevention on performance

As pressure for companies to improve their environmental performance has intensified in recent years, research attention has shifted away from establishing a link between environmental practices and performance towards consideration of other factors that might facilitate performance improvements. This paper has two key purposes; firstly, to investigate whether internal support processes interact with pollution prevention by positively moderating the relationship between pollution prevention and environmental performance, and; secondly, to assess whether the relationship between pollution prevention and cost performance is mediated by environmental performance.

Design/methodology/approach
It uses a cross-sectional survey of 1,200 UK-based food processing firms to gather information on environmental practices and performance. Regression analysis was conducted on a sample of 149 responding firms to assess the hypothesised relationships.

Findings
Support was found for two of the four moderated relationships hypothesised namely, suggesting that internal support processes support the environmental performance of some pollution prevention practices. Strong support for a mediated relationship between pollution prevention, environmental performance and cost performance was provided by the results.

Originality/value
This study provides an original contribution to the literature on the performance outcomes of environmental practices by considering a number indirect relationships between environmental practices and performance. This has implications for the interpretation of the relationship between environmental practices and performance.

Contamination of Donana food-chains after the Aznalcollar mine disaster

On 25 April 1998 part of the tailings pond dike of the Aznalcollar Zn mine north of the Guadalquivir marshes (Donana) in southern Spain collapsed releasing an estimated 5 million m³ of acidic metal-rich waste. This event contaminated farmland and wetland up to >40 km downstream, including the 900-ha 'Entremuros', an important area for birds within the Donana world heritage site. In spite of the contamination, birds continued to feed in this area. Samples of two abundant macrophytes (Typha dominguensis and Scirpus maritimus) were taken from the Entremuros and nearby uncontaminated areas; these plants are important food items for several bird species. Analyses showed that in the Entremuros mean plant tissue concentrations of Cd were 3-40-fold (0.8-7.4 ppm) and Zn 20-100-fold (20-3384 ppm) greater than those from control areas. Comparable dietary concentrations of Zn have been reported to cause severe physiological damage to aquatic birds under experimental conditions. Elevated Cd concentrations are of concern as Cd bioconcentrates and is a cumulative poison. Metals released in this accident are moving into this food-chain and present a considerable risk to species feeding on Typha sp. and Scirpus sp. Many other food-webs exist in this area and require detailed examination to identify the species at risk, and to facilitate the management of these risks to minimise future impacts to the wildlife of Donana. Copyright (C) 1999 Elsevier Science Ltd.

Heavy metals as markers for assessing environmental pollution from chemical warehouse and plastics fires

Case histories of large, accidental fires are presented to illustrate that heavy metals may be used as markers to assess the extent of localized environmental contamination resulting from fires. Due to the complexity of fire chemistry with respect to organic pollutants, determination of organic pollutants in the environment following a fire would be time consuming and expensive. Using heavy metals as markers on the other hand is much cheaper and can be done very rapidly. © 1995.

Industrial accidents involving release of chemicals into the environment:Ecotoxicology

Major industrial accidents pose a serious threat to surrounding habitats. Each accident is unique in terms of pollutants released, pollutant concentrations and pollutant dispersal. The habitats receiving the pollutant(s) are also unique. These factors mean that assessing the environmental and ecological impact of any given pollution event will be complex. Case histories of the biological impact of chemicals released from industrial accidents are reviewed to determine how to assess ecotoxicity of pollutants involved.

Determinant factors for the use of imposex in TBT pollution monitoring

Os compostos de tributilestanho (TBT) foram utilizados como biocidas em tintas antivegetativas (AV) e amplamente aplicados, durante décadas, de forma a evitar a bioincrustação em superfícies submersas, principalmente em cascos de embarcações. Os seus efeitos deletérios em organismos não-alvo tornaram-se evidentes após o aparecimento de gastrópodes prosobrâquios com imposex – sobreposição de caracteres sexuais masculinos sobre o tracto reprodutivo das fêmeas. Desde então, a expressão do imposex em prosobrânquios tem sido amplamente utilizada como biomarcador da poluição por TBT. Um dos objectivos da presente tese é avaliar se as mais recentes restrições legais na utilização das tintas AV com compostos organoestânicos (OTs) resultaram numa redução da poluição pelos mesmos na costa continental Portuguesa. Para tal, foi levada a cabo a análise da variação temporal do imposex como biomarcador dos níveis ambientais de TBT e a validação de procedimentos, de modo a seguir de forma precisa a evolução da intensidade deste fenómeno ao longo do tempo. O trabalho de investigação teve início no momento em que a ineficácia da legislação anterior (Directiva 89/677/CEE) na redução da poluição por TBT no litoral Português era reportada na literatura e quando estavam já agendados instrumentos decisivos para a diminuição definitiva deste tipo de poluição: o Regulamento (CE) N.º 782/2003 do Parlamento e do Conselho da União Europeia (UE) que bania as tintas AV baseadas em TBT na sua frota a partir de 1 de Julho de 2003; a "Convenção Internacional sobre o Controlo de Sistemas Antivegetativos Nocivos em Navios” (Convenção AFS), adoptada em 2001 pela Organização Marítima Internacional (OMI), que procurava erradicar os OTs da frota mundial até 2008. Os níveis de imposex e as concentrações de OTs nos tecidos de fêmeas de Nucella lapillus foram medidos em 17 locais de amostragem ao longo da costa Portuguesa em 2003, a fim de se avaliarem os impactos do TBT nas populações desta espécie e de se criar uma base de dados para seguir a sua evolução futura. O índice da sequência do vaso deferente (VDSI), o índice do tamanho relativo do pénis (RPSI) e a percentagem de fêmeas afectadas por imposex (%I) foram utilizados na medição da intensidade deste fenómeno em cada local de amostragem e os seus valores variaram entre 0,20-4,04, 0,0- 42,2% e 16,7-100,0%, respectivamente. Foram encontradas fêmeas estéreis em 3 locais de amostragem, com percentagens a variar entre 4,0 e 6,2%. As concentrações de TBT e dibutilestanho (DBT) nas fêmeas variaram respectivamente entre 23-138 e <10-62 ng Sn.g-1 de peso seco, e o conteúdo em TBT nos tecidos revelou-se significativamente correlacionado com o imposex (nomeadamente com o RPSI e o VDSI). Os níveis de expressão do fenómeno e o conteúdo em OTs nos tecidos, foram superiores na proximidade de portos, confirmando as conclusões obtidas anteriormente por outros autores de que os navios e a actividade dos estaleiros são as principais fontes destes compostos no litoral Português. As infra-estruturas associadas ás principais fontes de OTs – portos, estaleiros e marinas – estão geralmente localizadas no interior de estuários, motivo pelo qual estas áreas têm vindo a ser descritas como as mais afectadas por estes poluentes. Por esta razão, foi levado a cabo o estudo pormenorizado da poluição por TBT na Ria de Aveiro, como caso de estudo representativo da poluição por estes compostos num sistema estuarino em Portugal continental. N. lapillus foi usada como bioindicador para avaliar a tendência temporal da poluição por TBT nesta área entre 1997 e 2007. Foi registada uma diminuição da intensidade do imposex após 2003, embora as melhorias mais evidentes tenham sido observadas entre 2005 e 2007, provavelmente devido à implementação do Regulamento (CE) N.º 782/2003 que proibiu a aplicação de tintas AV com TBT em navios com a bandeira da UE. Apesar desses progressos, as análises ao conteúdo em OTs nos tecidos de fêmeas de N. lapillus e em amostras de água colhidas em 2006 indicaram contaminação recente por TBT na área de estudo, evidenciando assim a permanência de fontes de poluição. A utilização de N. lapillus como bioindicador da poluição por TBT na Ria de Aveiro apresenta algumas limitações uma vez que a espécie não ocorre nas áreas mais interiores da Ria e não vive em contacto com sedimentos. Assim, a informação obtida a partir da sua utilização como bioindicador é fundamentalmente relativa aos níveis de TBT na coluna de água. Foi então necessário recorrer a um bioindicador complementar – Hydrobia ulvae – para melhor avaliar a evolução temporal da poluição por TBT no interior deste sistema estuarino e estudar a persistência de TBT nos sedimentos. Não foi registada uma diminuição dos níveis de imposex em H. ulvae na Ria de Aveiro entre 1998 e 2007, apesar da aplicação do Regulamento (CE) N.º 782/2003. Pelo contrário, houve um aumento global significativo da percentagem de fêmeas afectadas por imposex e um ligeiro aumento do VDSI, contrastando com o que tem sido descrito para outros bioindicadores na Ria de Aveiro no mesmo período. Estes resultados mostram que a diferente biologia/ecologia das espécies indicadoras determina vias distintas de acumulação de TBT, apontando a importância da escolha do bioindicador dependendo do compartimento a ser monitorizado (sedimento versus água). A ingestão de sedimento como hábito alimentar em H. ulvae foi discutida como sendo a razão para a escolha da espécie como indicadora da contaminação dos sedimentos por TBT. Foram também estudados os métodos mais fiáveis para reduzir a influência de variáveis críticas na medição dos níveis de imposex em H. ulvae. As comparações de parâmetros do imposex baseados em medições do pénis devem ser sempre realizadas sob condições de narcotização bem standardizadas uma vez que este procedimento provoca um aumento significativo do comprimento do pénis (PL) em ambos os sexos. O VDSI, a % e o PL em ambos os sexos revelaram ser fortemente influenciados pelo tamanho dos espécimes: a utilização de fêmeas mais pequenas conduz à subestimação do VDSI, da %I e do PL, enquanto que diferenças no tamanho dos machos provocam variações no índice do comprimento relativo do pénis (RPLI), independentemente dos níveis de poluição por TBT. Existe, portanto, a necessidade de controlar algumas variáveis envolvidas na análise do imposex que mostraram afectar a fiabilidade dos resultados. Uma vez que N. lapillus é o principal bioindicador dos efeitos biológicos específicos do TBT para a área da OSPAR, foi também estudada a influência de algumas variáveis na avaliação dos níveis de imposex nesta espécie, especificamente as relacionadas com o ciclo reprodutor e o tamanho dos espécimes. O estudo do ciclo reprodutor e a variação sazonal/espacial do comprimento do pénis do macho (MPL) incidiu num único local no litoral Português (Areão – região de Aveiro) de forma a avaliar se o RPSI varia sazonal e espacialmente na mesma estação de amostragem e se tais variações influenciam os resultados obtidos em programas de monitorização do imposex. Nos meses de Dezembro de 2005 a Junho de 2007, foram encontrados espécimes de N. lapillus sexualmente maturos e potencialmente aptos para a reprodução. Contudo, foi também evidente um padrão sazonal do ciclo reprodutor – o estado de desenvolvimento da gametogénese nas fêmeas variou sazonalmente e ocorreu uma diminuição do volume da glândula da cápsula e do factor de condição no final do Verão / início do Outono. Contrariamente, a gametogénese nos machos não apresentou variação sazonal significativa, embora os valores mais baixos do factor de condição, do comprimento do pénis e dos volumes de esperma e da próstata tenham também sido registados no final do Verão / início do Outono. Além disso, o MPL mostrou variar, no mesmo local de amostragem, inversamente com a distância aos ninhos de cápsulas ovígeras; um aumento dos valores do MPL foi também observado em espécimes de maior tamanho. Todas estas variações no MPL introduzem desvios nos resultados da avaliação do imposex quando é usado o RPSI. A magnitude do erro envolvido foi quantificada e revelou-se superior em locais com níveis mais elevados de poluição por TBT. Apesar do RPSI ser um índice que fornece informação importante sobre os níveis de poluição por TBT, a sua interpretação deve ser cuidadosa e realizada complementarmente com os outros índices, destacando-se o VDSI como índice mais fiável e com significado biológico mais expressivo. Novas campanhas de monitorização do imposex em N. lapillus foram realizadas ao longo da costa Portuguesa em 2006 e 2008, e os resultados subsequentemente comparados com a base de dados criada em 2003,de forma a avaliar a evolução da poluição por TBT no litoral Português naquele período. Nestes estudos foram aplicados novos procedimentos na monitorização e tratamento dos dados, de forma a minimizar a variação nos índices de avaliação do imposex induzida pelos factores acima descritos, para seguir com maior consistência a tendência da poluição por TBT entre 2003 e 2008. Foi observado um declínio global significativo na intensidade de imposex na área de estudo durante o referido período e a qualidade ecológica da costa Portuguesa, segundo os termos definidos pela Comissão OSPAR, revelou melhorias notáveis após 2003 confirmando a eficácia do Regulamento (CE) N.º 782/2003. Não obstante, as populações de N. lapillus revelaram-se ainda amplamente afectadas por imposex, tendo sido detectadas emissões de TBT na água do mar ao longo da costa em 2006, apesar da restrição anteriormente referida. Estes inputs foram atribuídos principalmente aos navios que à data ainda circulavam com tintas AV com TBT aplicadas antes de 2003, uma vez que a sua utilização nas embarcações foi apenas proibida em 2008. Considerando que o Regulamento (CE) N.º 782/2003 constitui uma antecipação da proibição global da OMI que entrou em vigor em Setembro de 2008, prevê-se, por analogia, que haja uma rápida diminuição da poluição por TBT à escala mundial num futuro próximo. Na sequência desta previsão, é apresentada uma discussão teórica preliminar relativamente ás possíveis estratégias usadas por N. lapillus na recolonização de locais onde, no passado, as populações terão aparentemente sido extintas devido a níveis extremamente elevados de TBT. Estes locais são tipicamente zonas abrigadas junto de infra-estruturas portuárias, cuja recolonização por esta espécie será provavelmente muito lenta dada a mobilidade reduzida dos adultos e o ciclo de vida não apresentar fase larvar pelágica. Foram então equacionadas duas hipotéticas vias de recolonização de zonas abrigadas por espécimes provenientes de populações de costa aberta/exposta: a migração de adultos e/ou a dispersão de juvenis. No entanto, em ambos os casos, estaria implicada a transposição de um problema amplamente descrito na bibliografia: as populações de N. lapillus de costa aberta podem apresentar um fenótipo muito diferente das de zonas abrigadas, podendo inclusivamente variar no número de cromossomas. A recolonização pode portanto não ter sucesso pelo simples facto dos novos recrutas não estarem bem adaptados aos locais a recolonizar. Para analisar este problema, foram estudados tanto a forma da concha de espécimes de N. lapillus ao longo da costa Portuguesa como o respectivo número de cromossomas. Embora a forma da concha tenha revelado diferenças, de acordo com o grau de hidrodinamismo entre as populações de N. lapillus avaliadas, o cariótipo 2n = 26, típico de zonas expostas, foi registado em todos os locais amostrados. Por outro lado, foi também testada em laboratório a possível mortalidade de juvenis em dispersão no interior menos salino dos estuários. Foi então verificada a ocorrência de mortalidade elevada de juvenis expostos a salinidades baixas (=100% após 1 hora a salinidades ≤9 psu), o que também pode comprometer a recolonização de zonas estuarinas menos salinas por esta via. Mesmo assim, os juvenis mostraram um comportamento de flutuação à superfície da água em condições laboratoriais, que pode ser considerado um benefício específico na colonização de áreas mais internas dos estuários, se tal facto vier a ser confirmado em estudos de campo. As conclusões deste estudo contribuem certamente para a descrição do final da “história do TBT” dado que, uma vez controlados alguns factores determinantes no uso do imposex como biomarcador, a avaliação do declínio da poluição por estes compostos, agora esperado à escala global, se torna mais rigorosa.