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(Eisenia foetida)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( Cinnamon soil 潮棕壤(Aquic brown soil )和酸性棕壤(Acid brown soil )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(仅叶力。)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：X13L3文献标识码：A文章编号：1672-2175 ( 2006 ) 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，难以推广应用口2。有研 究表明环毛蚓(Pheretima sp.)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3-% 因此有研究建议将蚯蚓 用于重金属污染土壤的植物修复网,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、酸性棕壤为供试土壤， 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(Cinnamon soil)、山东农业大学农场潮 棕壤(Aquic brown soil)、泰安市普照寺东酸性棕壤 (Acid brown soil),主要采集表层土壤(020 cm ), 土壤基本性状见表lo表1供试土壤基本理化性状Table 1 The physical and chemical properties of soil for pot experiment土壤物质含量0.()1 mm /%有机质 /(gkg")全N /%全P /%速效N/%速效P/%PH (CaCl2)全锌 /(mg-kg-1)全铅 /(mg-kg-1)有效态锌 /(mg-kg1)有效态铅 /(mg-kg1)褐土35.063.080.1680.041627.67.7085.5660.4612.00潮棕壤23.30.920.0570.063455.56.6478.6450.779.68酸性棕壤221.430.0640.053653.55.1387.2221.474.51供试蚯蚓：赤子爱胜蚓(Eisenia foetida),购 自天津宁河县蚯蚓饲养场，灰暗异唇蚓 (Allolobaphora caliginosa)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0.5 g ,平 均体长约8 cmo 1.2实验方法1.2.1 研究方法称取0.5 kg过20目筛的风干土壤于塑料钵中， 分别加入一定量的Zn ( ZnSO4-7H2O )或Pb (Pb(CH3COO)2-3H2O ),在室内干湿交替培养45 d , 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15 d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 重金属含量；土壤理化性质测定见参考文献7、8o2结果与讨论2.1 土壤中重金属Zn、Pb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% ,潮棕壤中平均 生长率为一13%-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2卜说明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Table 2 Effect ( Eisenia foetida ) of soil metal on earthworm growth土壤项目一w(Zn)/(mgkg")w(Pb)/(mgkg")01002004000200400800培养前蚯蚓鲜质量(gpor )5.82a5.95a6.35a5.76a5.82a5.80a5.96a5.85a褐土培养后蚯蚓鲜质量/(gpot")5.24b4.08b4.30b3.54b5.24b3.91b3.79b3.60b蚯蚓生长率/%-1()-31-32-38-1()-32-36-38培养前蚯蚓鲜质量/(gpot”)5.75a5.33a5.12a5.40a5.75a5.57a5.64a5.52a潮棕壤培养后蚯蚓鲜质量/(g,pot")5.00b3.95b2.81b2.81b5.00b3.91b3.65b3.33b蚯蚓生长率/%-13-24-45-48-13-29-35-39培养前蚯蚓鲜质量/(gpod)6.93a6.84a5.96a6.38a6.93a6.71a6.37a5.75a酸性棕壤培养后蚯蚓鲜质量/(gpod)6.38b3.10b3.97b3.06b6.38b4.36b3.95b3.11b蚯蚓生长率/%-8-42-48-52-8-35-3846*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(p>0.05 )造成毒害，抑制蚯蚓的生长。中重金属活性较低，对蚯蚓生长影响相对较小。比较加Zn和加Pb的处理可知：Zn处理蚓质未加重金属的土壤，蚯蚓生长率也有所降低，量降低幅度要大于Pb处理，说明Zn与Pb相比， 主要原因是赤子爱胜蚓为饲养品种，原生环境为腐 Zn对蚯蚓的毒害要大；比较三种供试土壤，蚯蚓生殖质含量丰富的堆肥，杂质含量少，而供试土壤较长的抑制程度由大到小依次为：酸性棕壤；潮棕壤；蚯蚓原生环境有机质含量低，杂质多，不利于蚯蚓褐土。不管是加Zn处理还是加Pb处理，酸性棕壤的消化和吸收，造成蚓质量下降口叫中处理蚯蚓的生长率都低于其他两种土壤的相应 2.2赤子爱胜蚓对不同土壤中有效态Zn、Pb含量 处理，其主要原因是酸性棕壤pH值较低(5.13 ), 的影响 重金属活性较高,因而对蚯蚓的毒性较大；而中赤子爱胜蚓对三种土壤中DTPA提取态Zn、性潮棕壤(pH 6.64 )和弱碱性的褐土( pH 7.70 ) Pb含量的影响存在着明显的差异(表3 >>加蚯蚓表3赤子爱胜蚓对土壤中DTPA-Zn、Pb含量的影响Table 3 Effect ( Eisenia foetida ) of earthworm on DTPA- Zn、Pb in the three soils土壤处理w(Zn)/(mg.kg")01002(X)400不加蚯蚓褐土加蚯蚓不加蚯蚓 潮棕壤，口蚯蚓酸性棕壤2吃F加蚯蚓0.46±0.00aIO.23±O.O5a12.60+0.0 la21.43±0.22b0.42+ 0.00a9.79±0.03a13.10+0.13a23.32±0.33a0.73±0.00a9.62±0.02a15.04±0.07a27.36±0.26a0.78±0.00a10.47±0.06a15.59+0.16a29.57±0.21a1.47+0.0 la10.72±0.32a16.39±0.04b25.83±0.20b1.43+0.0 la10.09±0.06a18.01+0.17a35.65+1.73a土壤处理vv(Pb)/(mgkg-')0200400800不加蚯蚓得加蚯蚓潮棕壤瞿誉加蚯蚓酸性棕壤不加蚯蚓加蚯蚓0.45±0.34a44.03±0.51a92.16±0.49a182.59±0.08a0.44±0.50a42.20±0.94a95.89±0.69a178.I4±0.44b0.96±0.06b43.20±0.12b89.11±0.62b172.82±0.50b0.98±0.02a44.16±0.18a93.05±0.82a176.65±0.74a1.20 ±0.06a49.16±0.32a91.39±0.74a191.83±0.50a1.21 ±0.19a51.34±1.06a92.85±().28a188.53±().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400 mg-kg1和酸性棕壤中Zn添加质量分数为200和400 mg-kg1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800 mg-kg1,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、土壤性质口2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， 有利于活化重金属口3。因此，蚯蚓活动能直接或 间接地影响各土壤的性质口旬,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唇蚓对土壤中DTPA提取态Pb、Zn含量的影响Tabic 4 Effect of earthworms ( Eisenia foetida and Eisenia foetida ) on DTPA- Pb and DTPA-Zn in there soils蚯蚓品种土壤中DTPA提取态Zn含量, (200 mgkg/)土壤中DTPA提取态Pb含量/(400 mgkg) 褐土潮棕壤酸性棕壤褐土潮棕壤酸性棕壤赤子爱胜蚓 灰暗异唇蚓14.7±0.02a12.5±0.05b18.6+0.19a95.3±0.39a97.8±0.88a92.8±0.28b14.5±0.02b12.9±0.01a18.0+0.0lb88.4±i.04b98.9± 1.78a98.0±0.36 a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400 mg-kg-1和酸性棕壤Zn添加质量分数为200 mgkg" 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：11 BLAYLOCK M J, SALT D E, Dushenkov S, et al. 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The results indicated that the earthworm's ( Eisenia foetida ) growth was restrained in three soils of contamination of Zn or Pb. The earthworm activity increased significantly the Pb concentrations of extracted by DTPA in Aquic brown soil, but not enhance the Zn concentrations of extracted by DTPA comparing without earthworm. Both Zn and Pb concentrations of extracted by DTPA in Cinnamon soil with earthworm (Eisenia foetida) were higher than they with earthwonn( Allolobaphora caliinosa ), but it was contrary to the Zn concentration extracted by DTPA in Aquic brown soil and Pb in Acid brown soil.Key words: phytoremediation; earthworm; soil; heavy metal