赤子爱胜蚓Eiseniafoetida对三种土壤Zn、Pb有效态含量的影响.docx

赤子爱胜蚓(Eiseniafoetida)对三种土壤Zn.Pb有效态含量的影响刘玉真1,朱宇恩2,成杰民1*1 .山东师范大学人口资源与环境学院，山东济南250014;2.山西大学环境学院,山西太原030006摘要：以褐土(CinnamonsoilX潮棕壤(Aquicbrownsoil)和酸性棕壤(Acidbrownsoil)为供试土壤，通过培养实验,研究了土壤中重金属Zn.Pb对赤子爱胜蚓(Eiseniafoetida)生长率的影响，赤子爱胜蚓(Eiseniafoetida)对不同土壤中有效态Zn、Pb含量的影响，并与野生环境中生长的灰暗异唇蚓(A/H帅印AoracHig加OSa)进行比较。结果表明：重金属的污染明显抑制了赤子爱胜蚓的生长；赤子爱胜蚓可以显著提高潮棕壤中DTPA-Pb的含量，对DTPA-Zn的含量影响不大；加赤子爱胜蚓，褐土中DTPA-Zn和Pb的含量显著高于加灰暗异唇蚓，潮棕壤中DTPA-Zn的含量和酸性棕壤中大DTPA-Pb的含量则相反。关键词：植物修复；蚯蚓；土壤；重金属中图分类号：X131.3文献标识码：A文章编号：1672-2175(26)04-0739-04重金属污染土壤植物修复是一种新兴的绿色生物技术，但土壤中重金属生物有效性低是该项技术成功应用的主要限制因素之一。近年来提出的螯合诱导-植物修复技术虽能提高修复效率，但环境风险大，成本高，难以推广应用U-2。有研究表明环毛蚓(Phcrctimasp.)可以通过取食、作穴、代谢合排泄等生命活动过程，提高土壤中的重金属的生物有效性口。因此有研究建议将蚯蚓用于重金属污染土壤的植物修复,既可促进植物生长又能提高植物对重金属的吸收能力。但是作为一项技术成功地应用于实践，需要更多的耐重金属蚯蚓品种，尤其是便于人工饲养的、易繁殖的品种。只有有了更多的蚯蚓品种才有可能满足不同生态条件、不同污染程度、不同重金属污染的土壤的治理要求。本文以褐土、潮棕壤、酸性株壤为供试土壤，以人工饲养的赤子爱胜蚓(Eiseniafoetida)为供试蚯蚓，着重研究蚯蚓对模拟污染土壤中Zn,Pb的有效态含量的影响。目的在于认识蚯蚓对土壤中重金属化学行为的影响，为促进植物修复技术进一步发展提供理论依据。1实验部分1.1 实验仪器与材料供试土壤：分别采自于山东省济南市千佛山石灰岩类褐土(Cinnamonsoil)山东农业大学农场潮棕壤(AqUiCbrownsoil)、泰安市普照寺东酸性棕壤(Acidbrownsoil),主要采集表层土壤(020cm),土壤基本性状见表1。表1供试土壤基本理化性状TableIThephysicalandchemicalpropertiesofsoilforpotexperinent土壤物质含<0.01mm/%有机质/(gkg,)全N/%全P/%速效N/%速效P/%PH(CaCI2)全锌/(mgkg,)全铅/(mgkgl)有效态锌/(mgkgl)有效态钳/(mgkg,)褐土35.063.080.1680.041627.67.7085.5660.4612.00潮标壤23.30.920.0570.063455.56.6478.6450.779.68酸性粽填221.430.0640.053653.55.1387.2221.474.51供试蚯蚓：赤子爱胜蚓(Eiseniafoetida),购自天津宁河县蚯蚓饲养场，灰暗异唇蚓(AUolobaphoraCaliginOSa)采自济南市千佛山未扰动土壤。用去离子水冲洗净蚯蚓身上的泥土，吸去水分，每10条称质量，平均单鲜质量约0.5g,平均体长约8cmo1.2 实验方法1.2.1 研究方法称取0.5kg过20目筛的风干土壤于塑料钵中，分别加入一定量的Zn(ZnSO4VH2O)或Pb(Pb(CH3COO)2SH2O),在室内干湿交替培养45d,待土壤中重金属平衡后,每钵中加灰暗异唇蚓7条、并以赤子爱胜蚓的相应处理作对比。温室内培养15d后收获。培养过程中保持土壤水分在田间持水量的60%70%o三种土壤共设24个处理，每个处理重复3次。1.2.2 分析方法土壤中Zn、Pb有效形态的分析：以DTPA(PH7.3、液土比2:1)浸提，原子吸收分光光度法测定2结果与讨论重金属含量；土壤理化性质测定见参考文献7、8o2.1土壤中重金属ZmPb对赤子爱胜蚓生长率的影响在整个实验过程中，赤子爱胜蚓均未出现死亡现象，说明赤子爱胜蚓对重金属有一定的耐性。但培养一个月后，所有处理中蚯蚓质量显著降低，酸性棕壤中平均生长率为-8%-52%,潮标壤中平均生长率为-13%-48%,褐土中平均生长率为-10%-38%,且均随土壤中Pb、Zn质量分数的增加，蚯蚓生长率降低(表2b说明Pb、Zn会对蚯蚓表2土壤重金属Zn、Pb对赤子爱胜蚓生长率的影响Table2Effect(Eiseniafoetida)ofsoilmetalonearthwormgrowth土壤项目一H(Zn)(mgkg,)H<Pb)(mgkg,)010020040002004008培养前蚯蚓鲜加量/(gplT)5.82a5.95a6.35a5.76a5.82a5.80a5.96a5.85a褐土培养后蚯蚓鲜质,(gpor)5.24b4.08b4.30b3.54b5.24b3.91b3.79b3.6()b蚯始生长率7%-10-31-32-38-10-32-36-38培养前蚯蚓鲜质(gpod)5.75a5.33a5.12a5.40a5.75a5.57a5.64a5.52a潮粽填培养后蚯蚓鲜质(gpod)5.00b3.95b2.81b2.8lb5.00b3.91b3.65b3.33b蚯蚓生长率7%-13-24-45-48-13-29-35-39培养前蚯蚓鲜质量J'(gpor)6.93a6.84a5.96a6.38a6.93a6.7la6.37a5.75a酸性棕墩培养后蚯蚓鲜质(gpod)6.38b3.10b3.97b3.06b6.38b4.36b3.95b3.11b蚯嫄生长率7%-8-42-48-52-8-35-3846女用方差分析统计，同列若有相同字母表示蚯蚓培养前后无显著差异(pX)O5)造成毒害，抑制蚯蚓的生长。比较加Zn和加Pb的处理可知：Zn处理蚓质量降低幅度要大于Pb处理，说明Zn与Pb相比，Zn对蚯蚓的毒害要大；比较三种供试土壤，蚯蚓生长的抑制程度由大到小依次为：酸性棕壤；潮棕壤；褐土。不管是加Zn处理还是加Pb处理，酸性棕壤中处理蚯蚓的生长率都低于其他两种土壤的相应处理，其主要原因是酸性棕壤PH值较低(5.13),重金属活性较高，因而对蚯蚓的毒性较大；而中性潮棕壤(PH6.64)和弱碱性的褐土(PH7.70)中重金属活性较低，对蚯蚓生长影响相对较小。未加重金属的土壤，蚯蚓生长率也有所降低，主要原因是赤子爰胜蚓为饲养品种，原生环境为腐殖质含量丰富的堆肥，杂质含量少，而供试土壤较蚯蚓原生环境有机质含量低，杂质多，不利于蚯蚓的消化和吸收，造成蚓质量下降1刈。2.2赤子爱胜蚓对不同土壤中有效态Zn、Pb含量的影响赤子爱胜蚓对三种土壤中DTPA提取态Zn.Pb含量的影响存在着明显的差异(表3卜加蚯蚓表3赤子爱胜蚓对土壤中DTPAZn.Pb含的影响Table3Effect(EiseniaJbeiida)ofearthwormonDTPA-Zn,Pbinthethreesoils土壤处理一u<Zn)(n)gkg*)0100200400褐土不加蚯蚓0.46±0.00a10.23±0.05a12.60±0.01a21.4310.22b加蚯蚓0.42±0.00a9.79±0.03a|3.10±0.13a2332±033a潮榇填不加蚯蚓0.73±0.00a9.62±0.02a15.04±0.07a27.36±0.26a加蚯蚓0.78±0.00a10.4710.06al5.59±0.16a29.57±0.21a酸性粽填不加蚯蚓1.47±0.0la10.72±032a16.39±0.04b25.83±0.20b加蚯蚓1.43±0.0la10.()9±0.06a18.01±0.17a35.65+1.73a土壤H(Pb)(mgkg,)处理0200400800褐土不加蚯蚓0.45±0.34a44.03±051a92.16±0.49a182.59±0.08a加蚯蚓0.44±0.50a42.20±0.94a95.89±0.69a178.l4±0.44b潮棕埴不加蚯蚓0.96±0.06b43.2O±O.12b89.11±0.62b172.82±0.50b加蚯蚓0.98±0.02a44.16±O.I8a93.05±0.82a176.65±0.74a酸性粽填不加蚯蚓I.20±0.06a49.l6±0.32a9l.39±0.74a19l.83±050a加蚯蚓1.21±O.I9a5l.34±1.06a92.85±0.28aI88.53±.87b对各Zn添加质量分数的潮棕壤中DTPA-Zn含量的影响不大，但是显著提高了各Pb添加质量分数中DTPA-Pb的含量。当褐土中Zn添加质量分数为400mgkgl和酸性棕壤中Zn添加质量分数为200和400mgkgl时，加蚯蚓显著提高了土壤中DTPA-Zn的含量。当Pb的添加质量分数为800mgkg,加蚯蚓反而显著降低了两种土壤中DTPA-Pb的含量。上述实验结果表明，蚯蚓活动可在一定程度上活化土壤中重金属Zn和Pb,增加土壤中重金属有效态含量，这与文献4研究结果蚯蚓通过与土壤微生物的作用增加土壤中Cd的有效性相吻合。蚯蚓活动对三种土壤中DTPA提取态Zn.Pb的含量影响存在着明显的差异，主要因为：重金属的生物有效性不仅受土壤类型同、土壤性质皿如pH、Eh、有机质、磷酸根、阳离子交换容量等因子所制约，而且与重金属本身性质有关。蚯蚓本身在取食、消化和分解过程中，一方面把土壤大量分解的有机物质充分混合，使土壤中重金属与有机质、腐殖质和微生物等充分反应，生成重金属活性物质，富集在团聚体中；另一方面在蚯蚓活动和新陈代谢过程中，分泌大量粘液蛋白，可以络合土壤中的重金属，有利于活化重金属U因此，蚯蚓活动能直接或间接地影响各土壤的性质口町，从而影响重金属的有效性。2.3不同蚯蚓品种对土壤中有效态Zn、Pb含量的影响在褐土中，不管DTPA-Zn还是DTPA-Pb的含量，加赤子爱胜蚓的处理均高于加灰暗异唇蚓的处理；在潮棕壤中，加赤子爱胜蚓的处理的DTPA-Zn的含量低于加灰暗异唇蚓的处理，而两者DTPA-Pb的含量无显著差异；在酸性棕壤中，加赤子爱胜蚓的处理的DTPA-Zn的含量高于加灰暗异唇蚓的处理，DTPA-Pb的含量结果相反(表4卜由此看出，蚯蚓活动能直接或间接地影响土壤的理化性质，从表4赤子爱胜蚓与灰暗异野蚓对土填中DTPA提取态Pb、Zn含的影响Table4EffectOfearthworms(EiseniafoetidaandEisenuifi)eti(k)onDTPA-PbandDTPA-Znintheresoils蚯蚓品种±中DTPA提取态Zn含取00mgk“)土壤中DTPA提取态Pb含“400mgk“)褐土潮棕塘酸性棕壤褐土潮棕壤酸性棕堰赤子爱胜蚓灰暗异唇蚓14.7±0.02a12.5±O.O5b18.6±0.19a95.310.39a97.8±0.88a92.8±0.28b14.5±0.02b12.9±0.01a18.010.01b88.4±1.04b98.9±1.78a98.0±0.36a而影响重金属的有效性，但这种影响不仅与土壤的理化性质、重金属种类有关，还与蚯蚓品种有关。因此，将蚯蚓应用于重金属污染土壤的植物修复中时，应筛选适宜的蚯蚓品种。3结论本文选用的赤子爱胜蚓能存活于一定质量分数的Zn.Pb污染土壤中，但重金属的污染明显抑制了蚯蚓的生长，其对重金属的耐受能力不仅与重金属的种类、质量分数有关，还与土壤性质有关。赤子爱胜蚓可以显著提高潮棕壤和酸性棕壤中DTPA-Pb的含量。当褐土中Zn添加质量分数为400mgkg-1和酸性棕壤Zn添加质量分数为200mgkgl时，也能显著提高土壤中DTPA-Zn的含量。这种差异，不仅与土壤理化性质有关，还与重金属种类有关。加赤子爱胜蚓褐土中DTPA-Zn和Pb的含量显著高于加灰暗异唇蚓，潮棕壤中DTPA-Zn的含量和酸性棕壤中大DTPA-Pb的含量则相反。因此，将蚯蚓应用于重金属污染土壤的植物修复中时，应筛选适宜的蚯蚓品种，以满足不同生态条件、不同污染程度、不同重金属污染的土壤的治理要求。参考文献：1BLAYLOCKMJ.SALTDE.DushenkovS.ctal.I.EnhancedaccumulationofPbinIndianmustardbysoil-appliedchelatingagentsJ.Environment.ScienceTechnoIogy,1997,31：860-865.2骆永明强化植物修复的整合逶导技术及其环境风险J.土度.2000.32(20):57-61.LUOYongming.ChelateinducedTechnologyofEnhancedphytore-mediationandEnvironmentalRiskJ.Soil.2000,32(20):57-61.3MAY.DickinsonNM.WONGMH.TbxicityofPb/ZnminetailingstotheearthwormPhcrctimaandtheeffectsofburrowingonmetalavailability(J.BiolTcrtilSoils.2002,36:79-86.4俞协治.成杰民.蚯蚓对土壤中铜、镉生物有效性的影响J.生态学报,2003,23(5):922-928.YUXiezhi,CHENGJiemin.Effectofearthwormonbio-availabilityofCuandCdinsoils(J.AclaEcologiesSinica.2003,23(5):922-928.5ChENGJM.WONGMH.EffectsofearthwormsonZnfractionationinsoilsJ.BiolFcrtilSoils.2002,36:72-78.6成杰民.俞协治.黄品洪.蚯蚓-菌根在植物修复镉污染土壤中的作用UL生态学报.2005,25(6):125&1263.CHENGJietnin,YUXiezhi,HUANGMinghong.RolesofCanhWOrm-mycorrhizainIcractionsonphytorcmediationofCdcontaminatedsoil(J.ActaEcologicaSinica.2005.25(6):1256-1263.7)城乡建设环境保护部环境保护局.环境监测分析方法M.北京：中国环境科学出版社.1986:300-302.NationalEnvironmentalProiectionAgency.TheStandardAnalyticalMethodsinEnvironmentalMonitoringIM.Beijing:ChinaEnvironmentalSciencePress,1986:300-302.8史瑞和,土壤农化分析M,北京：农业出版社，1996:44-66.SHIRuihe.TheAnalyticalMethodsofSoilAgriculturalChemistryIM.Beijing:ChineseAgriculturalPress,1996:44-66.9陈怀满.土壤-植物系统中的重金属污染M.北京：科学出版社,1996:207-210.CHENHuaiman.HeavyMctalPollutioninSoil-plantSystcm(M).Beijing:SciencePress.1996:207-210.0黄福珍.蚯蚓M.北京：衣业出版社，1982:28-36.HUANGFuzhen.EarthwonM.Beijing:AgriculturalPress,1982:28-36.11 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SchoolofPopulationResourcesandEnvironment,ShandongNormalUniversity,Jinan25(X)14,China;2. SchoolOfEnvironmentaIScienceandEngineering,ShanxiUniversity,Taiyuan030006,ChinaAbStract:Threesoils,Acidbrownsoil,AquicbrownsoilfromTaian,andCinnamonsoilfromJinan,wereusedtoinvestigatetheeffectofearthworm(Eiseniafoetida)onavailableZnandPbinthreesoils.Theresultsindicatedthattheearthworm's(Eiseniafoetida)growthwasrestrainedinthreesoilsofcontaminationofZnorPb.TheearthwormactivityincreasedsignificantlythePbconcentrationsofextractedbyDTPAinAquicbrownsoil,butnotenhancetheZnconcentrationsofextractedbyDTPAcomparingwithoutearthworm.BothZnandPbconcentrationsofextractedbyDTPAinCinnainonsoilwithearthworm(Eiseniafoetida)werehigherthan(heywithearthwon(AllolobaphoraCaliginosabutitwascontrarytotheZnconcentrationextractedbyDTPAinAquicbrownsoilandPbinAcidbrownsoil.Keywords:phytoremediation;earthworm;soil;heavymetal