土壤中低等动物在重金属污染土壤修复中的研究进展

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　　摘要：土壤是人类生存发展的重要自然资源。当今，由于经济发展、人口增加等造成了严重的土壤污染，尤其是重金属污染问题，而重金属污染土壤的整治治理问题已成为国内外的热门课题。总结分析了国内外关于重金属治理的方法，并对低等动物（蚯蚓）在重金属污染治理中的重要作用进行了详细讨论。
　　关键词：低等动物;重金属;自然资源;环境问题
　　中图分类号：X53
　　文献标识码：A
　　DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.022
　　土壤是人类生存不可或缺的重要自然资源，而地球上的土壤层主要存在于陆地表面，是一个有机与无机共存的综合体;同时，土壤也是外界环境中不同要素之间产生相互作用的主要场所。因此，土壤、环境与人类息息相关，三者间既相互影响又相互利用，而近年来随着环境问题日益恶化，大量的土壤面临着严重的污染问题，这将同时引起相关资源要素如水体、大气、生物要素等的污染。土壤环境一旦被污染，尤其是重金属污染，其整治修复过程比大气和水更为困难[1]。从已有的重金属污染土壤修复技术研究到今天，人们对重金属污染土壤的修复并未得到一个价廉、效高的方法，而大多科学家目前对生物修复重金属污染土壤提高了关注度，一方面，生物修复是当前治理重金属污染土壤的一种全新方法，具有强大的生命力[2];另一方面，生物修复能有效降低修复成本，且达到长效净化的目的。近年来，国内外对生物技术的研究十分活跃，有些国家已将此技术用于污染土壤的实际修复，并取得了显著的效果[3]。因此重金属污染土壤的整治修复问题已然成为当今科生态、环境等研工作者竞相研究的热门话题。在门类众多的修复方法中，以生物方法进行修复是低成本且具有长效作用的修复方法。
　　1 国内外重用重金属修复方法研究
　　目前，国内外已存在大量的重金属污染土壤的修复方法，常见的有物理修复方法、化学修复方法、生物修复方法以及综合各类修复方法的多元修复方法。目前，受到众多关注的是生物方法，具体包括植物、微生物及动物等修复方法。植物修复是指利用具有富集、固化、分解或吸收利用重金属的植物类对污染土壤进行净化，此种方法的成效较慢，但不存在二次污染等负面影响。微生物修复是指利用土壤中天然存在的或利用人工特殊培训的一大类微生物群体对污染土壤中重金属进行富集或者转化，从而达到洁净土壤的目的。但此种方法中人工培育的微生物存在一定的潜在风险.比如其变异、排挤等可能对土壤中原本的微生物造成一定的影响。动物修复主要是利用土壤中的一些低等微生物对重金属污染土壤进行吸收利用、分解转化，从而达到去除或降低重金属的毒害作用，目前主要研究的低等动物是蚯蚓。蚯蚓作为土壤生态系统中的一个重要组成部分，能存活于重金属污染土壤，并且具有吸附土壤中重金属的作用。利用蚯蚓处理修复重金属污染土壤具有高效、经济、安全等特点。
　　2 低等动物修复重金属污染的必要性
　　目前，土壤重金属污染的日益加剧对人类的生存和生态维持构成了严重威胁，尤其是复合重金属污染，因此，污染土壤的生态安全评价和治理已成为环境研究领域中的热门课题之一，受到高度重视。利用生长在污染土壤中的蚯蚓作为指示生物，可以评价和预测土壤污染水平和生态风险。在自然生态系统中，蚯蚓生活在土壤中，是污染物从土壤到食物链高营养级转移的重要环节。因此，蚯蚓常被用作化学物质在土壤重金属实验的模拟生物来监测生态系统的状态和可能发生的变化，以此评判该土壤的生态和环境是否健康。综合分析，蚯蚓不仅可以作为土壤重金属污染的重要指示生物，而且对被重金属污染的土壤具有一定的净化能力。在自然界中，复合污染是一种普遍存在的现象，而通过低等动物修复具有普遍现实意义。
　　3 低等动物蚯蚓的修复作用
　　3.1 蚯蚓在重金属污染土壤修复过程中的作用
　　当今已有研究表明，通过蚯蚓活动能显著影响土壤生态系统的物理、化学、生物学性质的演化，从而改变植物生长和生态环境。低等动物蚯蚓在土壤中进行吞食、挖掘以及排泄活动，生产蚓粪和建造洞穴体系，极大地加速了土壤结构的形成，改善了土壤的通透性。蚯蚓吞食土壤和有机物质的过程促使二者充分混合，加速土壤生态系统中有机物质分解转化和养分释放、转移进程。由于蚯蚓增加土壤微生物及其他有益土壤动物的数量和组成，优化群落结构，促进活性微生物量的提高，改变土壤酶的活性，同时减少土壤中有害寄生虫尤其是线虫的数量，因此，蚯蚓被认为是健康土壤生态系统的必要元素之一。此外，蚯蚓有助于植物激素的分泌，能够改善植物的营养状况，从而促进作物的生长。
　　3.2 利用蚯蚓修复重金属污染土壤的方法研究
　　蚯蚓对于污染土壤的重金属胁迫具有较高的耐性是其应用于蚯蚓一植物提取技术、修复污染土壤的基本前提。NAHMANI[4]等总结了大量研究发现，这种耐性与蚯蚓的生物累积和排泄能力关系密切。蚯蚓的取食、作穴和排泄代谢产物等生命活动过程能够对土壤重金属地球化学行为产生直接或者间接的影响，蚓粪的重金属特征是其最终体现。随着蚯蚓消化作用的进行，排泄在土表和孔道中的蚓粪往往含有较高的重金属含量，其不仅影响重金属在土壤剖面的移动和分布，同时也会产生更多的金属离子。蚯蚓活动能够造成土壤重金属生物有效性的改变，这主要与金属元素、蚯蚓种类以及试验条件有关。对于土壤Pb有效性的变化，相关研究[6]显示，蚯蚓活動可促进DTPA-Pb含量的增加;WEN[7]等人发现，E.foetida具有增加水溶态、交换态和碳酸盐结合态Pb，但是有减少有机结合态Pb含量的作用。
　　3.3 蚯蚓对土壤性质的改变
　　蚯蚓活动能够改变土壤的pH值，从而影响土壤重金属形态和迁移转化能力。蚯蚓活动影响土壤有机物分解。由于土壤有机质是影响重金属形态的一个重要因素，蚯蚓在降解土壤有机质过程中提高土壤中腐殖质和有机酸含量，从而可能引起金属的移动性变化。特别是DOC含量的提高很可能是蚯蚓改变土壤重金属形态的最主要原因，DOC作为活性小分子有机物对重金属具有螯合作用，有利于增加重金属的溶解性，从而提高土壤重金属生物有效性。蚯蚓取食活动已被证实有助于传播微生物和增强微生物的活性和数量，有利于提升植物根系的菌根侵染率，从而增强植物吸收重金属的能力。蚯蚓在植物根系周围的取食挖掘活动能够促进细小根系的生长，从而也有可能增强植物吸收重金属的能力。但是，也有研究表明，蚯蚓肠道适宜的水分和湿度能够为某些微生物生长提供良好条件。DRAKE等人[8]研究发现，蚯蚓吞食土壤后，肠道内酵母菌比例显著增高。WEN等人[7]指出，蚓粪中真菌和细菌的生物量与活性显著增强。DEMPSEYl61报道，蚯蚓活动增加了细菌的量，而减少了真菌的量。在这种贫瘠土壤中，蚯蚓往往取食微生物丰富的土壤颗粒维持自己的生存。因此，污染土壤中的抗性微生物菌种有可能进入蚯蚓肠道，进而参与重金属的迁移转化。 　　3.4 蚯蚓在其他方面的作用
　　当前，兴起了蚯蚓在有机废弃物方面的管理、可持续农业发展和环境整治修复领域中的应用研究。在废弃有机物堆置处投放蚯蚓，可合理有效地利用蚯蚓本身的特点，完成对有机废弃物一定程度的清理。成杰明等人[9]在试验室条件下将蚯蚓应用于人工添加不同Cd2+浓度的土壤，发现蚯蚓活动能够加快黑麦草生长和增加植物根、茎Cd富集量。成杰民等通过在未污染土壤中人工加入3个浓度重金属Cu2+溶液，发现了对黑麦草生长促进的同时，增大了红壤中黑麦草地上部Cu富集總量。白建峰等人采集不同程度As污染农田的信息，并接种E.foetida，研究发现，无论土壤As浓度高低，蚯蚓活动显著增加了玉米地上部和地下部的生物量;同时，在中、高As土壤中，蚯蚓单独作用或与秸秆联合作用能够促使玉米地上部和地下部As含量分别达到最高水平，这与自然污染土壤中多金属同时存在的现象是不同的。一方面，在自然土壤中，多金属污染物相互之间的协同或拮抗效应很可能发生;另一方面，在试验室条件下，将高金属浓度含量的液体人工加入土壤，也可能造成土壤本身的生物有效性比自然污染土壤的真实情况更高，蚯蚓活化重金属量和植物提取金属量都可能存在一定的差异。因此，为了更真实地反映蚯蚓一植物提取修复技术在重金属污染土壤中的作用，选择自然污染土壤和进行田间大尺度试验研究尤为重要。此外，根据已有的蚯蚓在有机废物管理和可持续农田管理中的应用经验，有机物料添加可能是以有机物为食源，是蚯蚓生存和生物修复技术实施的必要条件。有机物料不仅为蚯蚓提供足够的能量、养分和适宜的生长环境，同时对重金属的地球化学特征也有一定程度的影响。
　　参考文献：
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　　[9]成杰民，俞协治，黄铭洪.蚯蚓一菌根相互作用对土壤植物Cd迁移转化的影响[J].环境科学报，2007，27（2）：228-234.
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