蚯蚓對設(shè)施菜地重金屬脅迫的響應(yīng)及機(jī)理研究.pdf

1、近年來，設(shè)施菜地重金屬污染問題日漸突出。重金屬在設(shè)施菜地土壤中累積，不僅會毒害農(nóng)作物，影響作物的品質(zhì)和產(chǎn)量，還會通過食物鏈對人畜健康及生態(tài)環(huán)境帶來潛在風(fēng)險。本文在調(diào)查評價杭州市設(shè)施蔬菜基地重金屬污染狀況的基礎(chǔ)上，以蚯蚓作為研究對象，重金屬Pb、Cu、Ni作為目標(biāo)重金屬，通過蚯蚓土培毒性實(shí)驗(yàn)探究蚯蚓對設(shè)施菜地重金屬的富集作用、蚯蚓活動對設(shè)施菜地土壤重金屬賦存形態(tài)的影響機(jī)制以及蚯蚓對設(shè)施菜地土壤重金屬的脅迫耐性響應(yīng)機(jī)理，并獲得能表征設(shè)施菜地

2、重金屬污染的蚯蚓早期預(yù)警指標(biāo)。本研究主要得出以下幾個結(jié)論:
　　(1)對杭州市8個區(qū)域15個典型設(shè)施蔬菜基地表層土壤及對應(yīng)蔬菜樣品的采樣分析表明，杭州市設(shè)施蔬菜基地土壤偏酸性，供水供肥能力良好，通過與國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB156181995)中Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)的比較，表明土壤中Cd、Cu、Zn、Ni存在不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象，通過單項(xiàng)污染指數(shù)、Nemerow綜合污染指數(shù)及Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)對土壤重金屬進(jìn)行污染評價，表明杭州市

3、設(shè)施蔬菜基地總體上土壤重金屬污染嚴(yán)重，其中Cd為污染的主要貢獻(xiàn)因子，而與超標(biāo)率相比重金屬Pb、Cu、Zn、Ni的風(fēng)險較低。通過對蔬菜重金屬的污染狀況調(diào)查表明，設(shè)施蔬菜受不同程度的重金屬污染，其中葉菜類受重金屬Cd、Pb、Zn的污染較嚴(yán)重，果實(shí)類受Ni的污染較嚴(yán)重，設(shè)施蔬菜中重金屬的累積主要受土壤重金屬含量及pH值的影響。
　　(2)通過外源添加不同濃度梯度的重金屬Pb、Cu和Ni研究蚯蚓活動對土壤中重金屬賦存形態(tài)的影響，線性擬合分

4、析結(jié)果表明，蚯蚓對重金屬的富集存在差異，富集能力依次為Pb＞Cu＞Ni。同時發(fā)現(xiàn)，蚯蚓活動影響土壤中重金屬Pb、Cu、Ni的賦存形態(tài)，重金屬Pb、Ni主要向酸提取態(tài)和可還原態(tài)轉(zhuǎn)變，重金屬Cu主要向酸提取態(tài)轉(zhuǎn)變，但對可還原態(tài)Cu的影響不顯著，同時蚯蚓活動顯著降低了可氧化態(tài)Cu的比例;重金屬賦存形態(tài)與蚯蚓重金屬富集量的相關(guān)性分析表明，可還原態(tài)Pb、Ni及可氧化態(tài)Cu對蚯蚓重金屬富集作用具有顯著影響;對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的進(jìn)一步分析表明，蚯蚓活動可提高

5、重金屬Pb、Cu的生物可利用性，降低重金屬Ni的生物可利用性，從而影響重金屬向食物鏈遷移的風(fēng)險。此外，蚯蚓活動可通過降低重金屬污染土壤的pH值（尤其是Cu污染土壤）、提高DOC含量從而間接影響土壤重金屬的賦存形態(tài)，最終影響蚯蚓對重金屬Pb、Cu、Ni的吸收富集作用。
　　(3)通過蚯蚓土培毒性實(shí)驗(yàn)，研究了蚯蚓對設(shè)施菜地重金屬的脅迫響應(yīng)及機(jī)理，結(jié)果表明，重金屬Pb、Cu、Ni可引起蚯蚓不同的急性毒性效應(yīng)，對應(yīng)14d半致死濃度LC50

6、分別為2331.67、299.60、1757.05 mg kg-1;通過蚯蚓對重金屬Pb、Cu、Ni的脅迫響應(yīng)研究，發(fā)現(xiàn)重金屬低濃度長期脅迫及高濃度短期脅迫下蚯蚓體內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(GST)、細(xì)胞色素P450(CYP450)及熱激蛋白(Hsp20、Hsp90)均出現(xiàn)應(yīng)激上升，而高濃度長期脅迫下出現(xiàn)抑制下降的趨勢，且隨重金屬脅迫劑量的增加呈現(xiàn)抑制下降的趨勢。
　　(4)將上述蚯蚓生化指標(biāo)與土壤重金屬總量進(jìn)

7、行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，蚯蚓GST、CYP450活性與重金屬Pb含量相關(guān)性較好，其中CYP450對土壤Pb污染更具敏感性;蚯蚓SOD酶活性與重金屬Cu、Ni全量相關(guān)性較好，其中蚯蚓SOD酶活性更適合指示土壤重金屬Ni的污染水平。對蚯蚓敏感指標(biāo)與受蚯蚓活動顯著影響的賦存形態(tài)的相關(guān)性分析結(jié)果表明，蚯蚓Pb脅迫的敏感指標(biāo)GST、CYP450酶活性以及Ni脅迫的敏感指標(biāo)SOD酶活性與土壤重金屬Pb、Ni的酸提取態(tài)和可還原態(tài)呈顯著正相關(guān)，而蚯蚓S