蚯蚓及蚓糞對(duì)植物修復(fù)Cu、Zn污染土壤的影響.pdf

1、近年來(lái)，蚯蚓在污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用得到了較多關(guān)注。有研究證實(shí)蚯蚓一方面可以改善土壤條件，促進(jìn)植物生長(zhǎng)；另一方面可通過(guò)腸道消化和養(yǎng)分富集等過(guò)程提高重金屬的生物有效性從而提高重金屬污染土壤的植物修復(fù)效率。但是以往的研究中只涉及了耐性植物，而沒(méi)有將超積累植物和蚯蚓結(jié)合起來(lái)修復(fù)污染土壤。同時(shí)對(duì)于蚯蚓活動(dòng)在Cu、zn污染土壤中對(duì)微生物數(shù)量、活性以及酶活性的改善作用也關(guān)注較少。而且以往用蚯蚓修復(fù)污染土壤的研究中，由于沒(méi)有向土壤中加入有機(jī)物，往往出現(xiàn)

2、培養(yǎng)結(jié)束后，蚯蚓活性和體重明顯下降的現(xiàn)象，影響了蚯蚓的修復(fù)效果。據(jù)此，為了進(jìn)一步完善蚯蚓一植物修復(fù)污染土壤的體系，本文設(shè)置了一系列培養(yǎng)和盆栽試驗(yàn)，主要研究：(1)蚯蚓(Phe，efima sp．)對(duì)黑麥草(L．multiflorum)和印度芥菜(Brassicajuncea)修復(fù)zn污染土壤的影響；(2)蚯蚓一秸稈及其相互作用對(duì)黑麥草修復(fù)Cu污染土壤的影響：(3)蚯蚓一秸稈及其相互作用對(duì)Cu污染土壤中微生物區(qū)系及微生物活性的影響；(4)

3、蚓糞對(duì)銅礦尾礦砂中黑麥草生長(zhǎng)及其銅吸收量的影響，試圖揭示蚯蚓一植物相互作用在修復(fù)cu、zn污染土壤中的作用、影響因素與機(jī)理。主要結(jié)果如下： 1．研究發(fā)現(xiàn)供試蚯蚓(Pheretima sp．)能存活于設(shè)定濃度的Cu、Zn污染土壤中，對(duì)重金屬污染的有一定的耐受性。蚓體對(duì)cu、zn的富集系數(shù)為0.18-0.31，0.21-0.29，且富集系數(shù)隨重金屬污染濃度升高而降低，同時(shí)蚓糞中重金屬濃度高于蚓體，表明蚯蚓對(duì)cu、zn沒(méi)有強(qiáng)烈的富集作

4、用，可通過(guò)排泄等機(jī)制將吸收的cu、zn排出體外。然而重金屬污染仍明顯抑制了蚯蚓的生長(zhǎng)，蚯蚓生長(zhǎng)率隨污染濃度升高而下降，同時(shí)cu污染土壤中蚯蚓生物量降幅較大，表明Cu污染對(duì)蚯蚓的毒害作用較zn污染強(qiáng)。此外，施用秸稈為蚯蚓提供了食源，并在一定程度上緩解了Cu對(duì)蚯蚓的毒害作用，使蚯蚓富集系數(shù)降低，有利于提高蚯蚓的活性。 2．蚯蚓活動(dòng)提高了zn各處理土壤的速效態(tài)N、P和NO<,3><'->-N含量，而對(duì)速效K和NH<,4><'+>-N含

5、量影響不大。蚯蚓對(duì)土壤速效養(yǎng)分的提高作用對(duì)提高植物產(chǎn)量具有非常重要的意義。 3．接種蚯蚓對(duì)印度芥菜和黑麥草地上部和地下部生物量及土壤中的植物有效態(tài)zn含量(DTPA-zn)均有提高作用，并促進(jìn)了兩種植物對(duì)土壤zn的吸收，使其分別比對(duì)照提高了57.8％-131.6％、51.4％～150.5％。雖然黑麥草植株的zn濃度明顯低于印度芥菜，但因黑麥草的生物量較高，其Zn累積量高于印度芥菜，加之黑麥草對(duì)生長(zhǎng)條件要求不高，可多次刈割，因而對(duì)

6、中輕度zn污染土壤具有更大的修復(fù)潛力。 4．單施秸稈處理(M)對(duì)植物地上部生物量無(wú)顯著影響，但提高了植物地下部生物量。只加蚯蚓處理(E)則顯著提高了地上部生物量，而對(duì)地下部生物量影響不大。單獨(dú)加蚯蚓和單施秸稈處理都提高了植物體地上部和地下部Cu濃度，且單獨(dú)加蚯蚓處理的提高作用較單施秸稈處理的高。同時(shí)接種蚯蚓和秸稈處理(ME)的黑麥草生物量及其對(duì)Cu的修復(fù)效率不如單獨(dú)加蚯蚓處理的高，主要是由于秸稈C/N比較高，在分解過(guò)程中固持了

7、許多速效養(yǎng)分。四個(gè)處理植物地上部對(duì)Cu的富集系數(shù)大小順序?yàn)椋篍>ME>M>CK。 5．對(duì)于污染土壤的微生物指標(biāo)進(jìn)行研究后，發(fā)現(xiàn)zn污染對(duì)土壤微生物數(shù)量沒(méi)有顯著抑制作用，Cu污染主要表現(xiàn)出對(duì)細(xì)菌、放線菌的抑制作用，而對(duì)真菌影響不大。當(dāng)污染濃度為zn≥300 mg/kg、cu≥200mg/kg時(shí)，微生物生物量碳受到顯著抑制。另外，zn的加入使土壤蔗糖酶、脲酶活性降低，對(duì)磷酸酶活性影響不大。以上結(jié)果均表明，污染條件下土壤的生態(tài)環(huán)境受到

8、一定的破壞。而接種蚯蚓后，Cu、Zn污染土壤的細(xì)菌、放線菌數(shù)量，微生物生物量碳含量顯著提高，蚯蚓還顯著提高了Zn污染土壤的蔗糖酶、脲酶、磷酸酶等酶活性，一定程度上減輕了重金屬對(duì)土壤酶活性的抑制作用。秸稈的加入對(duì)Cu污染土壤的微生物數(shù)量和活性也有促進(jìn)作用，同時(shí)蚯蚓一秸稈交互作用對(duì)微生物數(shù)量和活性的提高具有協(xié)同作用。方差分析顯示：蚯蚓、秸稈、Cu污染濃度這三個(gè)影響因素中，秸稈因子對(duì)三大菌和微生物生物量碳的影響最大，蚯蚓因子其次，表明污染土壤

9、中有機(jī)物的供給仍是影響微生物數(shù)量和活性的主要因素。因此有機(jī)物在改善污染土壤生態(tài)環(huán)境具有舉足輕重的作用。 6．在多數(shù)模擬cu、zn污染水平下，蚯蚓活動(dòng)對(duì)DTPA態(tài)土壤Cu、zn含量有顯著提高作用，相關(guān)分析顯示植物體重金屬濃度與DTPA態(tài)重金屬含量具有顯著正相關(guān)。進(jìn)一步用BCR分級(jí)法對(duì)污染土壤的重金屬形態(tài)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)蚯蚓處理(E)中交換態(tài)zn和鐵錳氧化態(tài)zn含量顯著提高(p<0.05’)，而殘?jiān)鼞B(tài)Zn含量顯著降低。蚯蚓對(duì)Cu形態(tài)

10、的影響主要是使殘?jiān)鼞B(tài)Cu向有機(jī)結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)和可交換態(tài)轉(zhuǎn)變，秸稈使可交換態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)Cu降低，而提高了有機(jī)結(jié)合態(tài)Cu。蚯蚓加秸稈處理(ME)中土壤重金屬形態(tài)有從殘?jiān)鼞B(tài)向可交換態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，且其轉(zhuǎn)化程度高于單獨(dú)加蚯蚓處理。上述結(jié)果表明蚯蚓活動(dòng)促進(jìn)了殘?jiān)鼞B(tài)Cu向可交換態(tài)和鐵錳氧化態(tài)轉(zhuǎn)變，有利于提高了土壤重金屬的生物有效性。另外，土壤DOC(可溶性有機(jī)碳)含量是影響土壤中重金屬形態(tài)的重要因子，秸稈和蚯蚓處

11、理均提高了土壤的DOc含量，同時(shí)加蚯蚓和秸稈處理(ME)的提高作用最顯著。 7．相對(duì)于純尾礦砂處理，蚓糞和土壤的混入都促進(jìn)了黑麥草生長(zhǎng)，且蚓糞的促進(jìn)作用較土壤高。另外，蚓糞、土壤與尾礦砂的不同配比對(duì)植物的生長(zhǎng)和植物對(duì)cu的吸收量影響很大。蚓糞比例為50％時(shí)，植株株高達(dá)到最大。蚓糞比例為75％時(shí)，黑麥草地上部和地下部生物量最高，且地上部的Cu吸收量此時(shí)也達(dá)到最大。但是黑麥草地下部Cu吸收量和Cu總吸收量在蚓糞比例為25％時(shí)達(dá)到最

12、大?？傮w看來(lái)，加蚓糞各處理的黑麥草Cu濃度以及Cu吸收量顯著高于加土壤的相應(yīng)處理，不同配比中，以尾礦砂75％+蚓糞25％的處理最為經(jīng)濟(jì)、適用。 8．根據(jù)上述結(jié)果以及前人研究資料，蚯蚓提高植物修復(fù)重金屬污染效率的機(jī)理可歸納為：(1)蚯蚓活動(dòng)提高了污染土壤的微生物數(shù)量和酶活性，加速土壤養(yǎng)分循環(huán)并提高養(yǎng)分生物有效性，從而促進(jìn)了植物生長(zhǎng)；(2)蚯蚓活動(dòng)有助于分解土壤有機(jī)物，提高了土壤DOC含量，促進(jìn)土壤重金屬?gòu)臒o(wú)效態(tài)(殘?jiān)鼞B(tài))向有效態(tài)(