【摘 要】
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土壤重金属污染已严重威胁着我国土壤质量安全,土壤重金属污染问题亟待治理。蚯蚓作为土壤生态系统中的重要指示生物,其生物量大且繁殖能力强,对重金属污染土壤有一定的净化能力,因此利用蚯蚓修复重金属污染土壤具有较好的应用潜力。目前,河北省部分土壤已遭受了重金属污染,为探究蚯蚓对土壤重金属复合污染的响应特征及适应能力,本研究对河北省保定周边地区进行野外实地取样,分析野生蚯蚓种群特征及多样性的变化,筛选出优势
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土壤重金属污染已严重威胁着我国土壤质量安全,土壤重金属污染问题亟待治理。蚯蚓作为土壤生态系统中的重要指示生物,其生物量大且繁殖能力强,对重金属污染土壤有一定的净化能力,因此利用蚯蚓修复重金属污染土壤具有较好的应用潜力。目前,河北省部分土壤已遭受了重金属污染,为探究蚯蚓对土壤重金属复合污染的响应特征及适应能力,本研究对河北省保定周边地区进行野外实地取样,分析野生蚯蚓种群特征及多样性的变化,筛选出优势蚯蚓种,建立田间蚯蚓与土壤环境的关系,明确主要土壤环境影响因子;再以优势蚯蚓种和模式蚯蚓种(赤子爱胜蚓(Eisenia fetida))为研究对象,采用室内培养方法,研究在原位土壤重金属复合污染条件下,野生蚓和模式蚓在个体和生化水平上对重金属污染的响应特征,阐明主要优势野生蚓在代谢水平上的变化,明确土壤重金属复合污染下蚯蚓的生态毒理效应,为土壤污染生态风险评价和重金属污染土壤修复提供理论依据。主要研究结果如下:(1)在研究区18个地点下共采集野生蚯蚓535条,采集到的蚯蚓隶属于3科6属10种,优势种为湖北远盲蚓和天锡杜拉蚓,分别占蚯蚓个体总数量的39.43%和37.76%。土壤理化性质和重金属含量与蚯蚓种群特征及多样性的协惯量分析和皮尔逊相关分析共同表明,随着土壤有机碳(SOC)和速效钾(AK)的提高,蚯蚓总数量(TO)、成蚓数量(AD)和幼蚓数量(JU)呈上升趋势(P<0.05);表栖型(Epigeic)蚯蚓的数量与土壤TP、AP呈正相关(P<0.05),与土壤含水率呈负相关(P<0.05),内栖型(Endogeic)蚯蚓的数量与土壤TK、AK、SOC和含水率呈正相关(P<0.05),与土壤TP、AP、CEC和地温呈负相关(P<0.05),深栖型(Anecic)蚯蚓的数量主要受土壤温度(TEMP)的影响;香农威纳指数(Shannon)与土壤AP呈负相关(P<0.05),均匀度指数(Pielou)与土壤TN呈正相关(P<0.05)。冗余分析表明,地温也是影响湖北远盲蚓数量的主要因子,土壤TK、AK和SOC是影响天锡杜拉蚓数量的主要因子。(2)在土壤重金属复合污染条件下,随着污染程度的增加,赤子爱胜蚓、湖北远盲蚓和天锡杜拉蚓的BAFCd、BAFCu和BAFPb均呈下降趋势(P<0.05)。随着培养天数的延长,Cd和Cu复合污染下,赤子爱胜蚓的BAFCd呈先上升后下降的趋势(P<0.05),培养至28d时最低,为1.59,BAFCu和BAFPb逐渐升高(P<0.05),湖北远盲蚓的BAFCd无显著差异(P>0.05),BAFCu呈先上升后下降的趋势(P<0.05),BAFPb则呈上升趋势(P<0.05),培养至28 d时最高,为1.89,天锡杜拉蚓的BAFCd、BAFCu和BAFPb均呈上升趋势,培养至28 d时最高,分别为7.20、0.40和1.93;Cd、Cu和Pb复合污染下,3种蚯蚓的BAFCd、BAFCu和BAFPb整体均呈上升的趋势。3种蚯蚓对重金属(Cd,Cu和Pb)富集能力的大小均表现为BAFCd>BAFCu>BAFPb;蚯蚓对Cd富集能力的大小规律为天锡杜拉蚓>湖北远盲蚓>赤子爱胜蚓,对Cu富集能力为湖北远盲蚓>天锡杜拉蚓>赤子爱胜蚓,对Pb的富集能力差异不大。(3)采用IBR综合评价表明,培养至28 d时,Cd和Cu复合污染下,赤子爱胜蚓体内TP、AChE和GSH被抑制,湖北远盲蚓体内AChE被抑制,天锡杜拉蚓体内AChE、GPx和GSH被激活;Cd、Cu和Pb复合污染下赤子爱胜蚓体内AChE和GPx活性增加,TP和GSH受到强烈抑制,天锡杜拉蚓和湖北远盲蚓体内TP、MDA、AChE、GSH和GPx均被激活,但湖北远盲蚓GPx和GSH的响应程度低于天锡杜拉蚓,其对重金属的解毒能力和适应性较弱。(4)土壤重金属复合污染对湖北远盲蚓体内代谢物的影响表明,湖北远盲蚓体内麦芽糖(Maltose)和葡萄糖(Glucose)水平降低,肌醇(myo-Inositol)水平升高,缬氨酸(Valine)、亮氨酸(Leucine)、异亮氨酸(Isoleucine)、苏氨酸(Threonine)、组氨酸(Histidine)、苯丙氨酸(Phenylalanine)、酪氨酸(Tyrosine)和谷氨酸(Glutamate)水平降低,导致能量物质消耗、氨基酸分解、渗透压失衡以及神经递质紊乱。综上,河北省保定周边地区优势野生蚓为湖北远盲蚓和天锡杜拉蚓,湖北远盲蚓和天锡杜拉蚓较赤子爱胜蚓对重金属的富集能力强,湖北远盲蚓和赤子爱胜蚓较天锡杜拉蚓在生化水平上对重金属复合污染的响应更为敏感,且湖北远盲蚓体内代谢紊乱。土壤重金属复合污染下蚯蚓的生态毒理效应研究,可为区域土壤污染生态风险评价和重金属污染土壤修复提供理论依据。
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