[研究]蚯蚓在土壤重金属污染及其修复中的应用

北极星节能环保网讯: 摘要：文章在系统分析、归结总结国表里有关领域研究成果的基础上，综述了蚯蚓在土壤重金属浑浊及其修复中的应用研究进展，主要包含:

▼蚯蚓作为土壤重金属浑浊的指导生物;

▼蚯蚓对重金属的富集与释放;

▼重金属对蚯蚓生理生态的影响研究;

▼蚯蚓在土壤重金属浑浊修复中的用处机制;

▼蚯蚓与植物、微生物的协同用处;

▼和蚯蚓粪作为重金属浑浊修复剂的潜力分析等。

在此基础上，归结综合提出了蚯蚓在重金属浑浊土壤修复领域面对的主要问题。

背景

土壤是生态环境的重要组成部分,是人类社会赖以生计的主要资源之一。过去数十年间,城市与现代工业迅速发展,矿床过度开采和冶炼等致使大批浑浊物进入环境,土壤重金属浑浊日趋严重。重金属能够通过植物的吸附用处进入植物体内,还也许通过径流和淋洗等用处浑浊地表水和地下水,最后通过食物链或直接接触等途径伤害人们身材健康。

据报道----我国受重金属浑浊土壤面积约2000万hm2,占所有耕地面积的1/5,每年因土壤重金属浑浊带来的食粮减产达1000多万t,被重金属浑浊的食粮每年约1200万t,年经济亏损在200亿以上。我国华南地区有的城市有50%的农地遭遇Cd、As、Hg等有毒重金属和石油类的浑浊。长江三角洲地区有的城市有万亩连片农田受Cd、Pb、As、Cu、Zn等多种重金属浑浊,致使生态环境和农业生产遭到极大损坏。

土壤重金属浑浊--修复办法

土壤重金属浑浊具有隐藏性、长久性和不可逆性等特色,加上土壤中的重金属具有生物不可降解性和相比较稳固性,重金属浑浊土壤的修复管理比较困难。

如今,常常应用的重金属浑浊土壤修复办法主要有物理化学修复和生物修复等办法。物理化学法和微生物修复关于重金属浑浊土壤的修复实用性较差,管理本钱高,简单形成二次浑浊,不能够从根本上处理大面积的土壤环境浑浊问题。与传统的物理化学修复办法对比较,植物修复、动物修复等生物修复技术在重金属浑浊管理中具有不可替换的优势,并以其管理过程的原位性、管理本钱的低廉性、管理与操作的简略单纯性及环境美学的兼容性日趋遭到人们的珍视,并成为浑浊土壤修复研究的热点之一。

蚯蚓与土壤

蚯蚓作为大型土壤动物,是土壤中的主要动物类群,其生物量占领土壤动物生物总量的60%以上,在保持土壤生态系统功能中起着不可替换的用处。蚯蚓活动能够使土壤松散,增进植物残枝落叶的降解,增进有机物质的分解和矿化,增加土壤中Ca、P等速效成分,增进土壤中硝化细菌的活动,从实质上改良了土壤的化学成分和物理构造。所以,最近几年来蚯蚓在土壤重金属浑浊及修复中的应用也日趋遭到人们珍视。

蚯蚓---是属于环节动物门寡毛纲(Oligochaeta)的一类低等动物,在自然界已经存在6亿年之久,世界上的蚯蚓约有2500多种,我国已记载的有近300种。所以,达尔文以为蚯蚓是地球上的“第一劳动者”。

蚯蚓是土壤中最罕见的杂食性陆生环节动物,对环境变化具有较强的顺应能力,可利用皮肤呼吸,在氧分压低于21533kPa时也能保持正常呼吸,在临时缺氧要求下还能利用体内糖元的嫌气进行分解,为生命活动提供能源。

蚯蚓消化能力强、食性广,在生态系统中担当着分解者的角色,人们也利用蚯蚓来处置城市生活垃圾,工业污泥、废渣,和农作物秸秆、沼气废渣等有机废料。

蚯蚓作为土壤重金属浑浊指导生物

自20世纪90年代以来,用蚯蚓的份子、生物化学和生理反响(生物标记物)来监测土壤浑浊的变化情形已愈来愈遭到人们的关注,生物标记物为田间要求下指导土壤浑浊情形提供了有用的工具。传统的生态毒理学研究通常只丈量蚯蚓体内浑浊物的残留量或环境中化学物质的残留量,生物标记物的主要优势就在于它们弥补了传统环境毒理学办法的一些局限性。蚯蚓通常被视为土壤动物区系的代表类群而被用于指导、监测土壤浑浊,蚯蚓在陆地生态系统中的特别身份及其毒理学特征使它成为土壤无害化学物质的理想指导生物,近30年来,国际上几乎将蚯蚓用于所有重要土壤浑浊物的指导研究,蚯蚓的种群数目、种类品貌、多样性等参数都是评价浑浊物环境伤害的有用工具。从生态学的角度来看,蚯蚓处于食物链的底端,与土壤中的各类浑浊物接触亲密,利用蚯蚓作为指导物监测、评价土壤浑浊,可为保护全部土壤动物区系提供一个相比较安全的浑浊物浓度阈值。

AbudulRida和Bouch在一项研究中的大批分析证实,土壤重金属含量与蚓体含量的有关关系很亲密,蚯蚓对Cd、Pb、Zn具有极强的富集能力。Paoletti的研究指出,农业用地、城市及工业区土壤中的蚯蚓是监测各类浑浊的优越指导者。早期Bengtsson对瑞士东南部某黄铜制造厂附近土壤中正蚓科蚯蚓(Lumbricidae)的种类、种群密度进行了调查,获得了一样的规律:蚯蚓的密度和数目与浑浊源的距离成比例,离制造厂越近,浑浊越严重,蚯蚓的数目及种类越少。另外,最近几年来Mari?a等人对蚯蚓体DNA甲基化和重金属浑浊钳制的潜在关系进行了摸索,研究指出蚯蚓DNA甲基化作为土壤重金属浑浊生物标记物的也许性,还可用于评价DNA甲基化的表观遗传变化风险。

国内学者也在该领域进行了必定的研究,袁方曜等对华北地区代表性重金属浑浊农田与洁净农田蚯蚓群落比较发现,浑浊农田中昏暗异唇蚓、湖北远盲蚓和日本杜拉蚓3个本地潮土农田的建群种消失,而威廉腔蚓的种群密度大大增加,说明蚯蚓群落中的浑浊敏感种消失后,同时转变了耐受性种的生态位,耐受性种能够取代敏感种在土壤生态系统中的功能。王振中等对湖南株洲市某金属冶炼区附近土壤中的蚯蚓种群构造、数目进行了调查,结果表示:跟随Cd、As、Pb、Zn、Cu、Hg浑浊水平的增加,蚯蚓种类削减,浑浊严重的地区优势种体现出更强的优势度,重浑浊区3个种均为巨蚓科种类。朱江等报道了以蚯蚓的死亡率和细胞的凋亡率等敏感生物标记物评价土壤中重金属Cd和多环芳烃菲单一与复合浑浊的办法。常忠连等的研究指出,蚯蚓不只能够监测土壤重金属总量,而且能够与土壤因素相联合监测重金属的生态有用性。

蚯蚓对重金属的富集与释放

有关研究表示,蚯蚓对重金属有必定的忍受和富集能力,蚯蚓对重金属的富集主如果通过被动分散用处(passivediffusion)和摄食用处(resorption)2种途径,前者是浑浊物从土壤溶液穿过体表进入蚯蚓体内,尔后者则是浑浊物由土壤通过吞食用处进入蚯蚓体内,并在内脏器官内完成接收用处。有些蚯蚓种类能存活于重金属浑浊土壤(包含一些金属矿区),并能在体内富集必定量的重金属而不受损害或损害较轻。蚯蚓体内富集的重金属能够在食物链中传递和生物缩小,其过程取决于重金属化合物的耐久性和可富集性。在蚯蚓的忍受范围内,当蚯蚓接收的重金属积累到必定水平就会通过粪便和排泄物排出;假如蚯蚓接收的重金属超出了蚯蚓的忍受范围,则会直接迫害蚯蚓。

Hendriks和Ma通过室内模仿试验和田间试验,均证清楚蚯蚓对Cd具有极强的富集能力,这与寇永纲等的研究结论一致,跟随Pb浓度的增加,蚯蚓体内的富集量也增加;单位质量蚯蚓培育期内接收Pb量与Pb浓度梯度体现出极显著差异。Edwards等研究了蚯蚓体对Cu和Hg的生物可利用性,以为蚯蚓对二者均有富集用处。吴国英等采取室内接种法的研究结果表示,赤子爱胜蚓(Eiseniafoetida)对猪粪中重金属Cu、Zn具有必定的接收能力,富集系数分别为0.43、0.73。戈峰等的研究提醒了蚯蚓对Se、Cu有很强的富集用处,体内最高富集量分别可达33215和136719mg/kg,分别相当于体重的0.03%和0.12%,这些都表示蚯蚓对重金属均有较强的富集能力。郭永灿等的研究证实重金属在蚯蚓体内富集量随浑浊水平增加而上升,重浑浊区为中浑浊区的2.27倍,轻浑浊区的7.30倍。

同时,蚯蚓对重金属的忍受和富集能力是有选择性的,对不一样重金属最豪富集量的出现时间也不一样,对各类重金属的富集量跟随培育时间的增加而变化。牛明芬和崔玉珍通过蚯蚓处置垃圾及纳污河流底泥试验研究发现,蚯蚓可选择接收并富集垃圾及底泥中的Cd,但对其他重金属元素Pb,Cu,Zn等并没有此种富集接收现象。通过对富集系数K的比较研究,王振中等发现蚯蚓体对重金属接收次序为Cd>Hg>As>Zn>Cu>Pb,其中Cd的富集系数大于1,体现为强烈富集用处。Gregor等对8种不一样蚯蚓在丛林土壤中对Hg、Cd、Pb的富集情形进行了系统研究,结果表示蚯蚓对重金属的富集能力顺次为Cd>Hg>Pb,与上述研究结果一致。伏小勇等对渺小双胸蚯蚓的研究表示,蚯蚓对Cu、Pb富集量在第2周时达到最大,而对Zn的富集量在第4周时达到最大。陈玉成等研究表示,重金属富集系数与转化方法之间没有显著有关性,蚯蚓最易富集的金属元素是As和Cd,而不简单富集Hg。另外,关于重金属在蚯蚓体内的富集形状也进行了必定的研究,Anita等的研究表示,土壤中的As主要以砷酸盐形状存在,而蚯蚓体内的As除过砷酸和亚砷酸盐两种主要形状外,还有二甲砷酸检出。虽然蚯蚓富集重金属后不能够像超富集植物那样简单移除,但其对重金属的富集与释放关于土壤重金属浑浊修复具有积极意义,蚯蚓活动及其生理过程将能有用地增进重金属在土壤中的迁移,并能提升其生物可利用性。

重金属浑浊对蚯蚓的生态毒理研究

1重金属对蚯蚓的急性毒性

有关学者对蚯蚓的急性毒性进行了大批的研究,宋玉芳等的报道表示,蚯蚓个别对重金属毒性的耐受水平差异较大,其毒性阈值分别为:Cu300mg/kg,Zn1300mg/kg,Pb1700mg/kg,Cd300mg/kg;蚯蚓的半数致死浓度(LC50)分别为:Cu400~450mg/kg,Zn1500~1900mg/kg,Pb2350~2400mg/kg,Cd900mg/kg,这与郭永灿等的报道结果基本一致,各重金属元素48h的LD50分别为:Cd1000mg/kg,Pb81mg/kg,Cu633mg/kg,Hg304mg/kg,Zn528mg/kg,Cr428mg/kg。赵丽等采取滤纸接触法测得Cd、Cu对蚯蚓的LC50分别为1612.57mg/L和584.93mg/L,人工土壤法测得Cd、Cu对蚯蚓的LC50分别为875.05mg/kg和116.91mg/kg,表示Cu对该蚯蚓的毒性强于Cd。

同时,有关研究人员对复合浑浊的急性毒性也进行了研究,宋玉芳等的研究还表示,在Cu、Zn、Pb、Cd单一浑浊引发大于10%蚯蚓死亡浓度下,复合浑浊致使100%蚯蚓死亡,表示复合浑浊极强的协同效应。贾秀英等测定了Cu、Zn单一与复合浑浊对蚯蚓的急性致死及亚致死效应,结果表示,蚯蚓个别对Cu、Zn的耐受水平不一样,其毒性阈值Zn>Cu,此结果与宋玉芳等的研究结果相相符。Cu、Zn浓度与蚯蚓死亡率显著正有关,与体重增长率显著负有关。赵作媛等对镉-菲复合浑浊影响下蚯蚓的急性毒性进行了系统研究,结果表示,14地利镉、菲对蚯蚓的LC50分别为788.71mg/kg、42.51mg/kg,菲的毒性大于镉毒性。镉在各浓度下与菲复合,对蚯蚓的毒性都产生拮抗用处,且随镉浓度升高其下降菲毒性的水平下降,说明复合浑浊物的组成及各浑浊物的不一样浓度组合是决定混杂物毒性的重要因素。

2重金属对蚯蚓机体组织的影响

郭永灿等对重金属浑浊钳制下蚯蚓机体组织损坏进行了系统研究,对株洲冶炼厂附近重金属浑浊区采回的白颈环毛蚓(Pheretimacalifornica)电镜视察表示,蚯蚓胃肠道粘膜上皮细胞均产生不一样水平的毁伤,主要体现为胃肠道粘膜层出血、背血管肿胀,上皮细胞产生萎缩或溃疡灶。这些病变随浑浊水平的不一样而不一样,重浑浊区比轻浑浊区要严重,在重浑浊区的蚯蚓胃肠道粘膜上皮细胞核周腔扩展甚至崩溃,同时可见到线粒体肿胀、凝集及线粒体嵴消失,甚至空泡化或崩溃;高尔基复合体膨大,内质网扩大,溶酶体增生;细胞核膜间隙肿胀、断裂、核质外溢,胞质自溶。另外,重金属浑浊还会引发蚯蚓的体表溃疡甚至产生肿瘤,同时蚯蚓独有的黄色细胞也会因浑浊水平的不一样而显示出消长规律,重金属浑浊水平与上皮细胞超微构造病变大小呈正有关。

王盛权等采取滤膜法研究了Hg和Cd单一浑浊对赤子爱胜蚓血细胞微核的影响,结果表示,重金属浑浊能使其蚯蚓血细胞产生必定命量的微核,具有必定的遗传诱变效应,微核产生率随浑浊浓度的增加出现先上升后下降的趋向。其中,Hg在0~25.5mg/L的浓度范围内,微核率与处置浓度呈极显著正有关;在25.5~63.75mg/L浓度范围内,微核率与处置浓度呈极显著负有关。Cd在0~115mg/L浓度范围内,微核率与处置浓度呈极显著正有关;在115~143.75mg/L浓度范围内,微核率与处置浓度呈极显著负有关。

3重金属对蚯蚓体内酶活性的影响

有关研究表示,重金属浑浊对蚯蚓体内酶活性有重要影响。王振中等的研究表示,Cd中毒后蚯蚓过氧化物同工酶活性增加,脂酶同工酶活性削弱;Pb中毒后蚯蚓过氧化物酶和脂酶同工酶活性均增加。郭永灿等的报道也证实重金属对蚯蚓酯酶同工酶有抑活用处,而重金属对蚯蚓过氧化物酶同工酶有激活用处。郭永灿等还对株洲工业区蚯蚓酯酶及过氧化物酶同工酶进行比较研究,结果证实重金属浑浊土壤中蚯蚓体内酯酶同工酶酶带削减,酶活性下降,而其过氧化物酶酶带和酶活性有所增加。

吴国英和贾秀英研究了猪粪基质中重金属Cu、Cr和Cd对赤子爱胜蚓体重和体内纤维素酶活性的影响,结果显示Cu、Cr和Cd浑浊都可致使蚯蚓体重下降,而且降幅和各浑浊物浓度的增加和裸露时间呈正有关性,同时蚯蚓体内纤维素酶活性遭到克制,但不一样重金属、不一样裸露浓度对蚯蚓纤维素酶活力的用处效应不一样。林少琴和兰端芳报道了金属离子在体表里对蚯蚓SOD、CAT及GSH-Px酶活性的影响,不一样金属粒子在体内、体外对蚯蚓体内主要酶类活性体现出不一样的效应,Zn2+、Fe3+、Mn2+、Hg2+等在体外对蚯蚓SOD体现为强烈克制造用,克制率达0~30%,在体内不一样水高山体现为激活用处;Zn2+、Fe3+、Mn2+在体外对蚯蚓CAT有克制造用,Mg2+、Hg2+、Cd2+则对CAT体现为激活用处,但在体内Zn2+、Fe3+则转变出现出激活用处;Zn2+、Fe3+、Mn2+等在体外对蚯蚓GSH-Px体现出克制造用,在体内1天内体现出克制造用,但2天后体现为激活用处。Andrea等的研究还证实,在Hg浑浊土壤短时间(2天)和长久(44天)裸露下,蚯蚓谷胱甘肽复原酶会产生随时间变化的氧化应激,谷胱甘肽复原酶的氧化复原可用于土壤Hg浑浊评价。

4重金属浑浊对蚯蚓种群的影响

土壤重金属浑浊会对蚯蚓形成迫害用处,同时生计在重金属浑浊土壤中的蚯蚓会对此有所反响,重金属浑浊会引发土壤动物群落构造、生物种类和生物数目的变化。有关研究表示,不一样种类蚯蚓对重金属浑浊的反响有差异,一些种类蚯蚓对重金属很敏感,重金属会严重影响种群的个别数目和生育繁殖,如赤子爱胜蚓(Eiseniafoetida)就对土壤中Cd浑浊敏感。邓继福等报道了土壤重金属浑浊对土壤动物群落的生态影响,其中也专门说起了土壤大型动物蚯蚓,研究结果表示跟随重金属浑浊水平的增加,土壤中蚯蚓种类迅速削减。

Maboeta等的田间试验研究结果表示,施用氯氧化铜(杀真菌剂)对蚯蚓Microchaetussp.和Aporrectodeacaliginosa的生物量和种群数目产生了较大影响,两种蚯蚓数目显著下降。同时,对两种蚯蚓溶酶体膜完整性进行了检测,结果表示溶酶体膜在蚯蚓种群变化之前,已产生了变化。Svendsen和Week在研究Cu浑浊要求下蚯蚓腔胞溶酶体膜完整性的同时,也从生态学的角度系统研究了重金属浑浊与蚯蚓个别、种群水平变化的关系,结果表示仅在Cu浓度超出了标记物所能蒙受的极限浓度时,蚯蚓个别、种群水平才产生变化。通过上述研究,慢慢树立了细胞反响与蚯蚓在种群水平变化的关系。

重金属浑浊对蚯蚓的生态毒理研究获得了必定的研究成果,然而需求特别指出的是,如今大部分生态毒理试验所采取的蚯蚓均为表居型蚯蚓,该类蚯蚓主要以土表残落物为食,不一样生态型蚯蚓在土壤中所处地位不一样,食性各别,在今后的生态毒理研究中应增加耕层及以下土壤蚯蚓种类的有关毒理研究,使研究结果更客观真实。

蚯蚓对重金属浑浊土壤修复的机理

蚯蚓在重金属浑浊土壤修复中的用处,一方面体目前蚯蚓本身对重金属的耐性及富集接收,另外一方面则可归结为蚯蚓活动对土壤重金属的活化用处。

1蚯蚓对土壤重金属的耐性机制

许多研究表示蚯蚓对重金属具有耐性,蚯蚓对土壤重金属的富集和活化树立在其对重金属的耐性基础上,但对其耐性机理熟悉还不很清楚,各派学者对耐性机制的熟悉也不一致,今后应增强耐性机制的研究。有学者以为,蚯蚓体内含有丰富的酶类,包含过氧化氢酶、谷胱甘肽复原酶、谷胱甘肽过氧化物酶及超氧化物歧化酶等酶类组成的脂质过氧化保护酶系统,当蚯蚓裸露于重金属后,产生了氧化钳制,激起了这些酶的活性。Morgan等以为分隔、固定用处是蚯蚓耐受重金属的机制,他发现蚯蚓体后消化道组织集中了蚯蚓所积累的大部分的Cd、Pb、Zn,主要富集部位为细胞内的泡囊,而且重金属离子与磷键相联合,构成难溶性的金属磷酸钙盐,从而阻拦了金属向其他组织分散。

Sterzenbaum等研究者以为,蚯蚓耐受重金属也也许是因为重金属与富含半胱氨酸的小份子卵白质或金属硫卵白相联合,进而下降其毒性。Dallinger研究了蚯蚓对体内重金属的解毒机制和抗性机制,其中包含产生金属联合卵白络合金属元素。Ireland对金属联合卵白络合重金属元素、蚯蚓体腔内腔胞的溶酶体和细胞质粒克制重金属活性等机制也进行了系统研究,Morgan等的研究也证实蚯蚓还能够通过体腔内腔胞的溶酶体和细胞质粒克制重金属活性来进行解毒。另外,也有研究以为蚯蚓体内黄色组织中的黄色细胞具有蓄积某些重金属的用处。

2提升土壤重金属的生物有用性

蚯蚓的取食、作穴和代谢等生命活动能大大提升土壤中重金属元素的生物有用性,进而增进植物接收。同时,蚯蚓还能改良土壤要求,增进土壤营养循环,提升植物产量,进而影响植物对重金属的修复效率。Devliegher和Verstraete研究发现蚯蚓通过肠道消化和营养富集两个过程能够提升土壤中植物营养(Mg、Ca、Fe、Mn)和金属元素(Cr、Co)的有用性。白建峰等的报道也表示,接种蚯蚓能显著增加玉米生物量,提升根际土壤中联合态的As含量。Maboeta在用某Pb、Zn尾矿土壤培育蚯蚓,发现蚯蚓活动使土壤有用态Pb、Zn含量分别提升48.2%、24.8%。Cheng和Wong研究发现,参加蚯蚓可显著提升红壤中DTPA提取态Zn和黄泥土中的有机联合态Zn。俞协治和成杰民研究证实,蚯蚓活动显著增加红壤中DTPA提取态Cu的含量。刘德鸿等研究证实蚯蚓活动能显著提升高沙土和高丹草中碳酸盐联合态Cu、Cd和铁锰氧化物联合态Cu及Cd的含量。

蚯蚓活动能够转变土壤的酸碱度,土壤pH也是影响重金属生物有用性的重要因素。Cheng和Wong研究表示,红壤接种蚯蚓后,土壤pH下降0.03~0.18,而高砂土的pH则略有升高,不一样类型土壤引入不一样种类蚯蚓后,土壤pH转变有必定差异。同时,蚯蚓活动能够排泄大批含有-COOH、-NH2、-C=O等活性基团的胶黏物质,能络合、螯合重金属,提升土壤中重金属的活性,同时胶黏物质又是微生物的生活基质,会陆续被微生物分解。胶粘物质处于陆续排泄-陆续络合、螯合重金属-陆续分解的动态过程当中,这将比静态过程更为有力地推进土壤重金属的活化。

蚯蚓与植物、微生物的协同用处

1蚯蚓和植物的协同用处

大批研究证实,蚯蚓能改良重金属浑浊土壤要求,增强营养循环,增进植物生长,在必定水平上弥补了超积累植物生物量小这一缺乏。Basker的研究结果表示,蚯蚓用处后土壤有机物C/N比逐步下降,能够提升土壤营养的有用性和营养周转率,刘宾等的研究也获得了相似的结果。Abdul等研究证实蚯蚓活动显著增加了重金属浑浊土壤中黑麦草中Zn、Cu、Pb含量,黑麦草产量提升显著,俞协治和成杰民的模仿研究也证实了这一点,接种蚯蚓显著提升了Cd、Cu浑浊红壤中浓度低于400mg/kgCu和10mg/kgCd处置上的黑麦草的产量。胡锋等报道,蚯蚓工作过的红壤中矿质总氮、无机磷、有用SiO2、Mo、Zn都显著高于对比土壤。同时,死亡的蚯蚓也能为土壤提供大批的氮磷营养,据Amador预算,死亡蚯蚓释放的易利用态有机氮约21.1~38.6t/(hm2˙y)。

同时,蚯蚓在降解土壤有机废料过程当中还能提升土壤中腐殖质和有机酸含量,并增进植物生长。Ma等在对某Pb、Zn尾矿土壤修复研究中发现,在栽种大本豆科植物Leucaenaleueoeephala的同时引入蚯蚓,植物产量提升了10%~30%,由此植物接收重金属的比率提升了16%~53%。刘玉真等的研究发现,蚯蚓活动还能够增加水溶态重金属的含量,下降其有机态含量,蚯蚓活动能提升土壤微生物活性,增加植物生物量。Zhang等的研究表示,蚯蚓粘液中含有大批的可溶性有机碳(DOC)、NH4+-N、NO3--N、P和K等植物可利用营养成分,增进了植物生长及对重金属的富集。在Cd浑浊钳制下,蚯蚓粘液分别使番茄幼苗根系、茎和叶的鲜重增加123.9%、16.2%和32.0%,植物体中Cd浓度升高22.5%、14.4%和28.9%,Cd富集量增加173.2%、14.5%和75.4%。

2蚯蚓和微生物的协同用处

蚯蚓和微生物的联协用处对有机质的分解和矿物营养的释放起着特别重要的用处,蚯蚓活动不只对微生物种群构造和数目产生影响,而且还对微生物的活性产生影响。王丹丹等的报道表示,接种蚯蚓能够显著增加Cu浑浊土壤细菌、放线菌数目,但对真菌数目影响不大,可在必定水平上减缓Cu浑浊对土壤微生物数目和活性的影响。Kumar的研究证实,微生物的存在能够增进矿物营养的释放,增加肥效。张宝贵等和Devliegher和Verstraete的研究证实蚯蚓增进了土壤中被微生物固持营养的释放和增强士壤微生物种群活性,增强了微生物的代谢墒和纤维素分解活性。

成杰民等也对蚯蚓-菌根的协同用处进行了系统研究,结果表示蚯蚓能传播微生物并影响微生物的活性和数目,存在着增进菌根侵染植物根系的潜力。接种蚯蚓或菌根菌均能显著提升土壤中速效N、P的含量,菌根与蚯蚓不存在增加土壤中速效N、P、K的协同用处;蚯蚓活动增加了黑麦草根部Cd的积累,而菌根则增进Cd从黑麦草根部向地上部转移,二者均能增进黑麦草对Cd的接收,接种蚯蚓能够提升菌根的浸染率,所以体现出增进Cd向地上部分转移的协同用处;黑麦草接收Cd含量与土壤和蚓粪中DTPA提取态Cd含量之间呈显著正有关,蚓粪中DTPA-Cd含量显著高于土壤中的Cd含量,蚓粪中有用态Cd是植物接收Cd的重要供源。另外,蚯蚓体内存在着各类各样的酶,已发现的有纤维素酶、几丁质酶、卵白酶、脂肪酶、淀粉酶,过氧化物酶和糖酶等,这些天然酶活性极高,能够与微生物协同分解糜烂有机物。

蚯蚓粪作为重金属浑浊土壤的修复剂

蚯蚓粪具有很好的通气性、排水性和高持水量,能够增加土壤的孔隙度和聚会体数目,同时蚯蚓粪具有很大的表面积,吸附能力较强,能够较洪水高山吸附重金属,同时也给许多有益微生物制造优越的生境,具有优越的接收和坚持营养物质的能力。李扬等在综合有关领域研究的基础上,报道了蚯蚓粪能够通过钝化用处或活化用处机制,转变土壤中重金属的生物有用性,具有修复土壤重金属浑浊的潜能。

蚯蚓能把有机质分解转化为氨基酸、聚酚等简单化合物,进而在肠细胞排泄的酚氧化酶及微生物排泄酶的用处下,缩合构成腐殖质,腐殖质中主要活性部分为腐植酸,腐植酸自己是很强的吸附剂,能够吸附可溶态重金属,影响重金属生物有用性,蚯蚓粪中腐植酸含量约11.7%~25.8%。腐植酸还具有酚羟基、羧基、羰基、氨基等多种官能团,这些基团能够与土壤中重金属产生络合反响,从而转变重金属的活性。蚯蚓粪中还含有大批的细菌、放线菌和真菌,这些微生物不只使复杂物质矿化为植物易于接收的有用物质,而且还合成一系列有生物活性的物质。另外,有学者研究发现蚯蚓粪中还含有某些固氮微生物和硫化细菌,在增进作物生长、克制病原菌活性和改良土壤肥力等方面具有重要用处。

议论与展望

生物修复技术因其生态、高效等特征,在土壤重金属浑浊修复领域获得普遍承认,蚯蚓作为土壤环境中最罕见的大型无脊椎动物,对土壤重金属活性产生着重要的影响,蚯蚓对土壤重金属浑浊修复有着极好的增进用处。然而,蚯蚓活动也存在必定的环境风险,方婧等通过对流-弥散模型(CDE)拟合研究表示,蚯蚓孔能够构成显著的优势流现象,增加了重金属浑浊地下水的风险。如何进一步展开有关研究工作,完成蚯蚓在重金属浑浊土壤修复中的好处最大化,是今后该领域的主要尽力方向。

为此,联合有关研究成果,笔者以为蚯蚓在土壤重金属浑浊及其修复领域应重点展开以下几个方面的研究:

(1)微生物对蚯蚓具有特别重要的意义,蚯蚓、蚯蚓粘液和土壤微生物存在亲密的共生关系,深刻研究蚯蚓与微生物的互相用处及其共生机制,微生物在蚓粪中的演替过程,和微生物品貌、类型随时间的变化形式等。

(2)挑选敏感的生物标记物作为土壤重金属浑浊的早期预警信号,树立生物标记物的呼应情形与重金属浑浊钳制下蚯蚓个别、种群变化之间的关系。同时,系统研究典范重金属浑浊钳制下不一样蚯蚓类群的群落举动变化。

(3)研究重金属浑浊钳制下蚯蚓体内特异性卵白的表达,如金属硫卵白、热休克卵白及P450红细胞色素等的特异性表达,树立其与土壤重金属浑浊水平的“剂量-效应”关系,进而挑选特异性基因,从基因水平寻找重金属浑浊引发的DNA变异及表达。

原题目:研究| 蚯蚓在土壤重金属浑浊及其修复中的应用

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