蚯蚓及蚓糞對植物修復(fù)Cu、Zn污染土壤的影響.pdf

1、近年來，蚯蚓在污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用得到了較多關(guān)注。有研究證實蚯蚓一方面可以改善土壤條件，促進(jìn)植物生長；另一方面可通過腸道消化和養(yǎng)分富集等過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，而沒有將超積累植物和蚯蚓結(jié)合起來修復(fù)污染土壤。同時對于蚯蚓活動在Cu、zn污染土壤中對微生物數(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，主要研究：(1)蚯蚓(Phe，efima sp．)對黑麥草(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、蚓糞對銅礦尾礦砂中黑麥草生長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，對重金屬污染的有一定的耐受性。蚓體對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，同時蚓糞中重金屬濃度高于蚓體，表明蚯蚓對cu、zn沒有強(qiáng)烈的富集作

4、用，可通過排泄等機(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，蚯蚓生長率隨污染濃度升高而下降，同時cu污染土壤中蚯蚓生物量降幅較大，表明Cu污染對蚯蚓的毒害作用較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．蚯蚓活動提高了zn各處理土壤的速效態(tài)N、P和NO<,3><'->-N含量，而對速效K和NH<,4><'+>-N含

5、量影響不大。蚯蚓對土壤速效養(yǎng)分的提高作用對提高植物產(chǎn)量具有非常重要的意義。 3．接種蚯蚓對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)了兩種植物對土壤zn的吸收，使其分別比對照提高了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，加之黑麥草對生長條件要求不高，可多次刈割，因而對

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)對植物地上部生物量無顯著影響，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，而對地下部生物量影響不大。單獨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，且單獨加蚯蚓處理的提高作用較單施秸稈處理的高。同時接種蚯蚓和秸稈處理(ME)的黑麥草生物量及其對Cu的修復(fù)效率不如單獨加蚯蚓處理的高，主要是由于秸稈C/N比較高，在分解過程中固持了

7、許多速效養(yǎng)分。四個處理植物地上部對Cu的富集系數(shù)大小順序為：E>ME>M>CK。 5．對于污染土壤的微生物指標(biāo)進(jìn)行研究后，發(fā)現(xiàn)zn污染對土壤微生物數(shù)量沒有顯著抑制作用，Cu污染主要表現(xiàn)出對細(xì)菌、放線菌的抑制作用，而對真菌影響不大。當(dāng)污染濃度為zn≥300 mg/kg、cu≥200mg/kg時，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土壤酶活性的抑制作用。秸稈的加入對Cu污染土壤的微生物數(shù)量和活性也有促進(jìn)作用，同時蚯蚓一秸稈交互作用對微生物數(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污染濃度這三個影響因素中，秸稈因子對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，蚯蚓活動對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分級法對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’)，而殘渣態(tài)Zn含量顯著降低。蚯蚓對Cu形態(tài)

10、的影響主要是使殘渣態(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)、殘渣態(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)有從殘渣態(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，且其轉(zhuǎn)化程度高于單獨加蚯蚓處理。上述結(jié)果表明蚯蚓活動促進(jìn)了殘渣態(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，同時加蚯蚓和秸稈處理(ME)的提高作用最顯著。 7．相對于純尾礦砂處理，蚓糞和土壤的混入都促進(jìn)了黑麥草生長，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植物的生長和植物對cu的吸收量影響很大。蚓糞比例為50％時，植株株高達(dá)到最大。蚓糞比例為75％時，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％時達(dá)到最

12、大。總體看來，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；(2)蚯蚓活動有助于分解土壤有機(jī)物，提高了土壤DOC含量，促進(jìn)土壤重金屬從無效態(tài)(殘渣態(tài))向有效態(tài)(