Monitoring of soil heavy metal pollution by earthworm

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｒｅｃｅｎｔｈａｌｆａｃｅｎｔｕｒｙ，ｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｅａｒｔｈｗｏｒｍｓｈａｓａｌｍｏｓｔｂｅｅｎｌｉｍｉｔｅｄｔｏｒｅｇｉｏｎ，ｃｌａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｂｉｏｇｅｏｇｒａｐｈｙ，ｔｈｅｈｉｓｔｏｒｙｏｆｎａｔ...     

Cd、Zn、菲和多效唑复合污染土壤的微生物生态毒理效应

以土壤脱氢酶、呼吸强度和微生物生物量作为生态毒理指标,通过正交实验,在室内培养条件下考察了4种不同性质的有机与无机污染物（Cd、Zn、菲和多效唑）复合污染的土壤微生物生态效应。复合投加这4种污染物能使土壤微生物活性受到不同程度的抑制,且抑制率随时间的推移而下降;3种微生物生态毒理指标之间存在着很好的相关性,但脱氢酶活性在三者中最敏感;影响土壤微生物活性的主要因子依次为：菲＞Cd＞Zn＞Zn与菲的交互作用＞Zn与多效唑的交互作用;实验表明,Zn与菲的交互作用为拮抗作用,但Zn与多效唑的复合效应机制仍不明确     

农药污染对蚯蚓的群落结构与超微结构影响的研究

报道了农药污染对蚯蚓的群落结构与超微结构影响的研究,结果表明：随着农药污染程度增加,蚯蚓的种类和数量则减少。超微结构在扫描电镜下可观察到重污染区壮伟环毛蚓（Pheretimarobusta）胃粘膜出现溃疡灶,并产生穿孔现象;在中污染区只有微绒毛萎缩病变;在重污染区发现肠粘膜上的纤毛发生紊乱及萎缩,纤毛顶端膨大呈球形。对精子观察可见在中污染区就出现了畸形精子。在透射电镜下观察可见重污染区壮伟环毛蚓胃肠道粘膜上皮细胞中的粗面内质网（RER）出现扩张,高尔基复合体也产生扩张状,线粒体发生肿胀,线粒体嵴消失呈空泡状。另可见细胞核膜间隙扩张、断裂,核染色质边集或减少,胞质呈大片空白。蚯蚓以上病变指标均能很灵敏反映土壤农药污染程度。     

组配改良剂对稻田土壤中镉铅形态及糙米中镉铅累积的影响

通过田间实验,研究了镉(Cd)和铅(Pb)复合污染稻田土壤中施加组配改良剂(LS,石灰石+海泡石)对黄华占和丰优9号2种水稻种植土壤中p H、Cd和Pb形态转化以及水稻糙米中Cd和Pb累积量的影响.结果表明,施加LS,通过提高2种水稻土壤的p H值,可以有效地改变土壤中Cd和Pb的存在形态,使土壤Cd和Pb由酸可提取态不同程度地转化为铁锰氧化态和有机结合态.LS施加量为2.0~8.0 g·kg-1时,使黄华占水稻土壤中Cd和Pb的酸可提取态含量分别降低19.6%~23.8%、7.7%~14.3%,丰优9号水稻土壤中Cd和Pb的酸可提取态含量分别降低7.6%~31.1%、11.7%~24.8%,且降低效果为CdPb.LS还能显著降低2种水稻糙米中Cd和Pb含量,LS施加量为2.0~8.0 g·kg-1时,黄华占和丰优9号2种水稻糙米中Cd含量分别降低了56.5%~67.2%、29.0%~38.7%,Pb含量分别降低了9.8%~34.2%、6.8%~45.4%,同种水稻Cd和Pb含量降低效果为CdPb.研究表明,土壤中Cd和Pb酸可提取态含量能很好地反映土壤中Cd和Pb的生物有效性和迁移性.     

甲胺磷、乙草胺和铜单一与复合污染对黑土环境安全的胁迫研究

以黑土为环境介质,通过急性毒性试验法研究了东北黑土区普遍存在的2种农用化学品甲胺磷和乙草胺与重金属Cu对赤子爱胜蚓(Eiseniafoetida)的单一与复合毒性效应.单一毒性试验结果表明,3者对蚯蚓均有毒性,顺序为甲胺磷>乙草胺>Cu.复合毒性实验结果表明,2种有机农药与重金属Cu复合毒性效应十分复杂,与不同的浓度组合及染毒历时有关,一般随时间的延长,毒性加剧.2种有机农药通过不同途径毒害蚯蚓,复合毒性效应表现为协同作用.可见,3者对土壤生态系统环境安全性和土壤健康质量存在潜在危害,同时这几种污染物的共存进一步加大了潜在危害性,且复合毒性效应与各组浓度组合及污染暴露时间密切相关.     

2种组配改良剂修复镉砷复合污染稻田土壤的研究

将2种复合改良剂LI(碳酸钙+铁粉)和HI(羟基磷灰石+铁粉)施加于镉、砷复合污染稻田土壤,设置投加比例分别为1∶2、1∶1、2∶1,通过分析熟化后土壤的p H值、毒性浸出(TCLP提取态)镉、砷含量及交换态镉和砷含量,研究了复合改良剂同时固定这两种污染元素的效果.结果表明,施加LI使土壤p H值提高了0.60~1.21,降低了土壤TCLP提取态镉、交换态镉含量,以及TCLP提取态砷和交换态砷含量;与对照相比,配比为2∶1的LI使土壤TCLP提取态镉含量降低了60.97%,效果较好;配比为1∶2和1∶1的LI分别使TCLP提取态砷含量降低了29.81%、29.85%;配比为1∶2的LI使交换态砷含量降低了55.18%.施加HI同样提高了土壤的p H值(升高了0.51~0.73),同时降低了土壤中97.05%~98.09%的TCLP提取态镉含量,效果显著;施加HI略微提高了土壤TCLP提取态砷含量,但却略微降低了土壤交换态砷含量.在本实验条件下,综合考虑土壤中镉和砷的稳定化效果,LI的效果明显好于HI.其中,从TCLP提取态镉和砷含量来评价,2∶1的LI施用效果最佳;从交换态镉和砷含量来评价,1∶2的LI施用效果最佳.     

Toxic effects of acetochlor and methamidophos on earthworm Eisenia fetida in phaiozem, northeast China

Introduction W ith the increase in types and am ount of pollutants releasing into soil ecosystem s, research on the joint effects of m ore than one pollutant in soil-plant, soil-anim al and soil-m icroorganism system s is increasingly concerned (Zhou and …     

彗星实验检测渤海主要入海河流遗传毒性

利用彗星实验检测渤海区主要入海河流遗传毒性.以虾虎鱼为受试生物,暂养在河口水样中,染毒48h,取外周血细胞,运用彗星实验检测外周血细胞内DNA损伤程度,以尾相(TM)作为DNA损伤程度指标,并据此评估入海河流邻近海域遗传毒性风险.实验结果表明,入海河流中的特征污染物可导致虾虎鱼外周血细胞的DNA损伤,且损伤程度可以通过彗星实验定量分析,同时该试验方法操作简便、快速、灵敏度高,能够反映出多种污染因子的综合致毒能力.因此,通过彗星实验建立实验室检测入海河流遗传毒性方法具有可行行和创新性.     

微塑料污染和蚯蚓活动对黄棕壤温室气体排放的影响

为明确蚯蚓暴露于不同量聚丙烯（PP）微塑料后对土壤CO₂、N₂O排放的影响,采用湖北当阳橘园土壤,进行室内培养试验,设置了5个处理：对照（CK）、接种蚯蚓（E）、接种蚯蚓并添加低量聚丙烯（0.25%干土重m/m,M1+E）、接种蚯蚓并添加中量聚丙烯（2%干土重m/m,M2+E）和接种蚯蚓并添加高量聚丙烯（7%干土重m/m,M3+E）.结果表明：接种蚯蚓可以显著增加土壤CO₂、N₂O的排放,相比未接种蚯蚓（CK）处理,土壤的CO₂、N₂O累积排放量分别增加了4.17、1.79倍,且接种蚯蚓显著提高了土壤p H.而微塑料添加后显著降低了土壤CO₂、N₂O排放,其中,接种蚯蚓并添加高量微塑料对土壤的CO₂、N₂O排放抑制效果最明显,分别降低了16.99%、27.28%.微塑料的添加会显著降低蚯蚓生物量,低、中、高量微塑料处理下蚯蚓生物量损失值较仅接种蚯蚓增加了29%、48%、...     

镉胁迫下缢蛏(Sinonovacula constricta)抗氧化酶活性及DNA损伤的研究

通过重金属暴露法,研究了不同质量浓度Cd2+在96 h内对缢蛏(Sinonovacula constricta)消化腺和鳃组织三种抗氧化酶(SOD、CAT、GSH-Px)活性的影响及DNA的损伤.结果显示:暴露的短时间内Cd2+对缢蛏两种组织SOD和CAT的激活作用随Cd2+浓度的升高而升高,最高浓度组(0.1 mg/...     

耐镉细菌联合电动技术修复镉污染土壤的研究

为提高传统电动技术对重金属污染土壤的修复效果以及经济效益,本研究采用耐镉细菌联合电动修复技术修复镉污染土壤.通过在含镉土壤中接种3种耐镉细菌Escherichia coli strain、Bacillus sp.和Bacillus cereus strain,以电压梯度1 V·cm^-1通电10 d,比较不同耐镉细菌对土壤Cd去除和形态转化,以及电能消耗的影响.结果表明,接种Escherichia coli strain、Bacillus sp.、Bacillus cereus strain的试验组比传统电动修复的Cd去除率分别提高7.63%、17.21%、19.53%;单位修复能耗分别降低64.78、109.52、116.54 kW·min·mg^-1.由于Bacillus cereus strain对Cd²⁺的吸附量高于Escherichia coli strain和Bacillus sp.,且能有效降低土壤中Cd的生物毒性,因此采用Bacillus cereus strain联合电动技术修复镉污染土壤时效果最佳,Cd去除率达到30.77%,单位修复耗能为48.94 kW·min·mg^-1.     

BaP和Cd单一复合对BaP蚯蚓亚细胞分配的影响

选用钙离子通道阻断剂氯化镧（LaCl₃）和巯基蛋白阻断剂N-乙马来酰亚胺（NEM）对赤子爱胜蚓进行预暴露,然后构建BaP单一或Cd-BaP复合污染,研究不同阻断剂对BaP在蚯蚓不同亚细胞组分（Fraction C：细胞溶质组分;Fraction D：固体颗粒组分;Fraction E：细胞碎片组分）中分配积累特征的影响.结果表明,无论单一或复合污染,BaP主要分布于细胞碎片组分中（占55.42%~69.96%）,其次为固体颗粒组分（占27.91%~32.90%）,在细胞溶质组分中的浓度最低（占2.13%~11.67%）.单一BaP污染下,两种阻断剂对BaP的作用相近,即LaCl₃和NEM的加入均能不同程度地促进3个亚细胞组分中BaP的积累.而在Cd和BaP复合污染下,两种阻断剂对BaP的分布积累的影响略有不同,LaCl₃能够促进复合污染下BaP在3个亚细胞组分中的积累,而NEM促进了复合污染下BaP在固体颗粒组分和细胞碎片组分中的积累,但抑制了BaP在细胞溶质组分中的积累,浓度从原来的0.99mg/kg降低至0.59mg/kg.因此,钙离子通道和巯基蛋白可能参与BaP在蚯蚓亚细胞的分配积累,相比单一污染,Cd的复合污会进一步改变BaP的积累分配特征.     

Sakaguchia cladiensis对磺胺甲嘧啶/铜复合污染中抗生素的降解

以某畜禽养殖场土壤筛选分离到的一株对磺胺甲嘧啶（Sulfamethazine,SMZ）具有耐受性的酵母菌（Sakaguchia cladiensis,A5）为研究对象,开展生长特性及其对SMZ-Cu²⁺复合污染中SMZ降解特性研究.结果表明,SMZ和Cu²⁺胁迫下,菌A5也能较好生长.降解性能研究显示,菌A5在复合污染体系中反应3d,SMZ去除率达37.3%,共存的Cu²⁺对SMZ降解具有促进作用.当投菌量为1g/L,溶液pH值为中性,菌A5对1mg/L SMZ的降解效果最佳.透射电镜分析表明,SMZ和Cu²⁺共存时,菌A5的细胞壁膜破损严重,导致细胞质外流.     

乙草胺、铜污染共存对土壤甲胺磷蚯蚓降解过程的影响研究

为揭示利用蚯蚓活动强化甲胺磷降解的可行性,采用了微宇宙培养方法,通过有蚯蚓和无蚯蚓的对比实验,考察了乙草胺和铜分别与甲胺磷共存条件下污染黑土中甲胺磷降解过程的动态变化.结果表明,无论是否加入蚯蚓,甲胺磷单一污染的土壤中甲胺磷的降解符合一级反应动力学规律;蚯蚓活动能促进甲胺磷降解过程的进行.土壤中乙草胺或铜与甲胺磷共存时,均明显地干扰了甲胺磷降解过程随时间的动态变化;根据化学结构分析,推测两者对甲胺磷降解规律的影响机制可能类似.铜与甲胺磷复合污染的土壤中甲胺磷含量明显高于乙草胺与甲胺磷复合组,说明铜较乙草胺对土壤甲胺磷降解过程的延缓作用更强.     

Molecular toxicity of earthworms induced by cadmium contaminated soil and biomarkers screening

Earthworms (Eisenia fetida) were used to study the impact of low-dose cadmium in treated artificial soil (0, 0.6, 3, 6, 15, 30 mg/kg) and contaminated natural soil (1.46 mg/kg). The changes of earthworms' physiological related gene expressions of metallothionein (MT), annetocin, calreticulin and antimicrobial peptides were detected using real-time PCR after a 70-day incubation period. The results showed that low doses of cadmium could up regulate earthworms' MT and down regulate annetocin gene expression and show a significant positive and negative correlation respectively. The expression of two other genes, calreticulin and anti-microbial peptides, was induced at low doses of cadmium (highest gene expression at 0.6 mg/kg for calreticulin and 6 mg/kg for anti-microbial peptides) and inhibited at high doses. No significant correlation was found for these two genes. This study shows that MT and annetocin genes expression found in earthworms in contaminated soil have the potential to be developed as biomarkers of soil cadmium pollution.     

蚯蚓-菌根相互作用对土壤-植物系统中Cd迁移转化的影响

以灰化土(Aquods soil)为供试土壤,分别加入4种含量的Cd2 (0、5、10、20 mg·kg-1)模拟土壤污染,设置单独加8条蚯蚓(Pheretima sp.)、单独接种菌根(Inoculum Endorize-Mix2)、同时接种蚯蚓和菌根的3种处理,以不加蚯蚓和菌根为对照,各处理均种植黑麦草(Lolium multiflorum),研究蚯蚓、菌根相互作用对土壤-植物系统中Cd迁移转化的影响.结果表明:(1)菌根对土壤pH无明显影响,加蚯蚓可使土壤pH比对照约降低0.2,蚯蚓和菌根同时作用对土壤pH降低没有协同作用.(2)蚯蚓或菌根的加入均能显著增加土壤中可溶性有机碳(DOC)含量,蚯蚓的影响大于菌根,同时加入蚯蚓和接种菌根对土壤中DOC的增加有一定的拮抗作用.(3)蚯蚓活动增加了黑麦草根部Cd的积累,菌根则能促进Cd从黑麦草根部向地上部转移,二者具有促进Cd向地上部分转移的协同作用.(4)蚓粪和土壤中DTPA提取态Cd含量与黑麦草吸收Cd量呈显著相关(p＜0.01),而蚓粪中DTPA提取态Cd含量均显著高于土壤中的含量(p＜0.05).因此,蚓粪中有效态Cd是植物吸收Cd的重要供源.     

组配改良剂联合硅肥对Cd污染稻田的修复效果

选取湖南省浏阳市某Cd污染稻田进行田间试验,研究组配改良剂石灰石+海泡石（LS）、基施硅肥及叶面喷施硅肥对Cd污染稻田修复效果,结果表明：（1）基施硅肥90kg/hm²和叶面喷施硅肥（0.2,0.4g/L）对土壤pH值无明显影响,添加LS（2250,4500kg/hm²）的各处理均显著提高土壤pH值（P < 0.05）.（2）基施硅肥90kg/hm²分别降低土壤交换态、毒性特征浸出（TCLP）提取态Cd含量20.0%和18.5%,叶面喷施硅肥对土壤Cd两种提取态含量无明显影响,添加LS的各处理（2250,4500kg/hm²）分别使土壤交换态、TCLP提取态Cd含量降低25.8%~49.9%、26.4%~44.5%.（3）3种单一技术措施均能明显降低水稻各部位Cd含量,但降低糙米中Cd含量的效果低于3种技术措施的组合处理;“组配改良剂LS+基施硅肥+叶面喷施硅肥”各处理（JL1F1、JL1F2、JL2F1、JL2F2）使水稻糙米中Cd含量降低25.6%~70.5%.（4）“组配改良剂LS+基施硅肥+叶面喷施硅肥”的组合技术处理能显著降低土壤中Cd的有效性,显著降低水稻各部位中Cd含量,其中JL2F2处理效果最佳,能使对照糙米Cd含量从0.66mg/kg降低到0.19mg/kg,实现中重度Cd污染稻田的水稻安全生产.     

镉污染农田农业生态整治与安全高效利用模式

传统的镉污染治理策略多以改造和净化环境、恢复土壤质量为宗旨。作者从有效利用污染农田的角度,提出了农业生态整治策略,即将污染农田作为一种特殊资源,通过发掘利用生物（植物）自身的耐（抗）镉基因,使污染土地在农业领域重新获得安全而高效的利用。介绍了对某铀矿区近40hm²镉污染农田进行治理利用的成功实践。通过采用桑蚕生产模式替代粮作生产模式,杜绝了污灌污染,消除了食物链中镉的危害,使土壤生产力得到恢复,农田年均产值比水稻模式提高2880元/hm²,比种玉米提高8880元/hm²,利税增加1980元/hm²,耕层土壤镉含量年平均下降1.33mg/kg。还论述了镉在桑树中的分布特征及其对桑树生长和蚕茧质量的影响。     

土壤不同有机质组分对菲的吸附特征研究

采用批次实验,研究了三种不同类型土壤黄红壤、水稻土和草甸土的全土、重组、去松结态和紧结态4个组分对菲的吸附,结果表明,菲在不同土壤及其组分上的吸附等温线都能用Freundlich方程进行拟合,所有等温线都具有一定程度的非线性,指数N值的大小顺序基本都为全土>重组>去松结态>紧结态.除了黄红壤的紧结态比去松结态对菲的吸附容量KF值略小外,不同土壤及其组分对菲吸附的KF值以及有机碳归一化的KFoc值大小顺序都为紧结态>去松结态>重组>全土.不同类型土壤之间的KF值大小顺序为草甸土>水稻土>黄红壤,而KFoc值大小顺为水稻土>草甸土>黄红壤.KF值与有机碳含量之间呈显著性正相关(P<0.05),KFoc与N之间呈极显著负相关(P<0.001).土壤及其组分对菲的吸附强度与有机质的结构特征和聚合程度有关.     

锌、镉在紫色土中的竞争吸附

研究了3种紫色土及2种黏土矿物对Zn、Cd的吸附特点.结果表明,中性紫色土中Zn、Cd的吸附特点相似,等温吸附符合Langmuir方程,最大吸附量分别为147.9,104.7 mg/kg其吸附动力学过程先快后慢,符合一级动力学方程与Elovich方程,快速吸附段的吸附量与易解吸量相近,且符合一级动力学方程,为交换吸附;慢速吸附段的吸附量与难解吸量相近,且满足Elovich方程,可能属于深层吸附或专性吸附,3种紫色土及2种黏土矿物对Zn、Cd的吸附量及其土壤理化性质的相关分析表明,CEC与最大吸附量显著相关,表明紫色土对Zn、Cd的吸附机理为交换吸附所控制.Zn、Cd共存时吸附速度与吸附量降低,表明二者对吸附位的竞争,竞争吸附服从质量作用定律,高浓度者占优,高浓度Zn对Cd的吸附有明显抑制,完善的土壤重金属阈限指标应包含复合污染的考虑.