葉勝蘭　牛巖

摘要：土壤是人類生存發(fā)展的重要自然資源。當(dāng)今，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增加等造成了嚴(yán)重的土壤污染，尤其是重金屬污染問題，而重金屬污染土壤的整治治理問題已成為國內(nèi)外的熱門課題。總結(jié)分析了國內(nèi)外關(guān)于重金屬治理的方法，并對低等動物（蚯蚓）在重金屬污染治理中的重要作用進(jìn)行了詳細(xì)討論。

關(guān)鍵詞：低等動物;重金屬;自然資源;環(huán)境問題

中圖分類號：X53

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.022

土壤是人類生存不可或缺的重要自然資源，而地球上的土壤層主要存在于陸地表面，是一個有機(jī)與無機(jī)共存的綜合體;同時，土壤也是外界環(huán)境中不同要素之間產(chǎn)生相互作用的主要場所。因此，土壤、環(huán)境與人類息息相關(guān)，三者間既相互影響又相互利用，而近年來隨著環(huán)境問題日益惡化，大量的土壤面臨著嚴(yán)重的污染問題，這將同時引起相關(guān)資源要素如水體、大氣、生物要素等的污染。土壤環(huán)境一旦被污染，尤其是重金屬污染，其整治修復(fù)過程比大氣和水更為困難[1]。從已有的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究到今天，人們對重金屬污染土壤的修復(fù)并未得到一個價廉、效高的方法，而大多科學(xué)家目前對生物修復(fù)重金屬污染土壤提高了關(guān)注度，一方面，生物修復(fù)是當(dāng)前治理重金屬污染土壤的一種全新方法，具有強(qiáng)大的生命力[2];另一方面，生物修復(fù)能有效降低修復(fù)成本，且達(dá)到長效凈化的目的。近年來，國內(nèi)外對生物技術(shù)的研究十分活躍，有些國家已將此技術(shù)用于污染土壤的實際修復(fù)，并取得了顯著的效果[3]。因此重金屬污染土壤的整治修復(fù)問題已然成為當(dāng)今科生態(tài)、環(huán)境等研工作者競相研究的熱門話題。在門類眾多的修復(fù)方法中，以生物方法進(jìn)行修復(fù)是低成本且具有長效作用的修復(fù)方法。

1 國內(nèi)外重用重金屬修復(fù)方法研究

目前，國內(nèi)外已存在大量的重金屬污染土壤的修復(fù)方法，常見的有物理修復(fù)方法、化學(xué)修復(fù)方法、生物修復(fù)方法以及綜合各類修復(fù)方法的多元修復(fù)方法。目前，受到眾多關(guān)注的是生物方法，具體包括植物、微生物及動物等修復(fù)方法。植物修復(fù)是指利用具有富集、固化、分解或吸收利用重金屬的植物類對污染土壤進(jìn)行凈化，此種方法的成效較慢，但不存在二次污染等負(fù)面影響。微生物修復(fù)是指利用土壤中天然存在的或利用人工特殊培訓(xùn)的一大類微生物群體對污染土壤中重金屬進(jìn)行富集或者轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到潔凈土壤的目的。但此種方法中人工培育的微生物存在一定的潛在風(fēng)險.比如其變異、排擠等可能對土壤中原本的微生物造成一定的影響。動物修復(fù)主要是利用土壤中的一些低等微生物對重金屬污染土壤進(jìn)行吸收利用、分解轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到去除或降低重金屬的毒害作用，目前主要研究的低等動物是蚯蚓。蚯蚓作為土壤生態(tài)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，能存活于重金屬污染土壤，并且具有吸附土壤中重金屬的作用。利用蚯蚓處理修復(fù)重金屬污染土壤具有高效、經(jīng)濟(jì)、安全等特點(diǎn)。

2 低等動物修復(fù)重金屬污染的必要性

目前，土壤重金屬污染的日益加劇對人類的生存和生態(tài)維持構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，尤其是復(fù)合重金屬污染，因此，污染土壤的生態(tài)安全評價和治理已成為環(huán)境研究領(lǐng)域中的熱門課題之一，受到高度重視。利用生長在污染土壤中的蚯蚓作為指示生物，可以評價和預(yù)測土壤污染水平和生態(tài)風(fēng)險。在自然生態(tài)系統(tǒng)中，蚯蚓生活在土壤中，是污染物從土壤到食物鏈高營養(yǎng)級轉(zhuǎn)移的重要環(huán)節(jié)。因此，蚯蚓常被用作化學(xué)物質(zhì)在土壤重金屬實驗的模擬生物來監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)和可能發(fā)生的變化，以此評判該土壤的生態(tài)和環(huán)境是否健康。綜合分析，蚯蚓不僅可以作為土壤重金屬污染的重要指示生物，而且對被重金屬污染的土壤具有一定的凈化能力。在自然界中，復(fù)合污染是一種普遍存在的現(xiàn)象，而通過低等動物修復(fù)具有普遍現(xiàn)實意義。

3 低等動物蚯蚓的修復(fù)作用

3.1 蚯蚓在重金屬污染土壤修復(fù)過程中的作用

當(dāng)今已有研究表明，通過蚯蚓活動能顯著影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)的演化，從而改變植物生長和生態(tài)環(huán)境。低等動物蚯蚓在土壤中進(jìn)行吞食、挖掘以及排泄活動，生產(chǎn)蚓糞和建造洞穴體系，極大地加速了土壤結(jié)構(gòu)的形成，改善了土壤的通透性。蚯蚓吞食土壤和有機(jī)物質(zhì)的過程促使二者充分混合，加速土壤生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分釋放、轉(zhuǎn)移進(jìn)程。由于蚯蚓增加土壤微生物及其他有益土壤動物的數(shù)量和組成，優(yōu)化群落結(jié)構(gòu)，促進(jìn)活性微生物量的提高，改變土壤酶的活性，同時減少土壤中有害寄生蟲尤其是線蟲的數(shù)量，因此，蚯蚓被認(rèn)為是健康土壤生態(tài)系統(tǒng)的必要元素之一。此外，蚯蚓有助于植物激素的分泌，能夠改善植物的營養(yǎng)狀況，從而促進(jìn)作物的生長。

3.2 利用蚯蚓修復(fù)重金屬污染土壤的方法研究

蚯蚓對于污染土壤的重金屬脅迫具有較高的耐性是其應(yīng)用于蚯蚓一植物提取技術(shù)、修復(fù)污染土壤的基本前提。NAHMANI[4]等總結(jié)了大量研究發(fā)現(xiàn)，這種耐性與蚯蚓的生物累積和排泄能力關(guān)系密切。蚯蚓的取食、作穴和排泄代謝產(chǎn)物等生命活動過程能夠?qū)ν寥乐亟饘俚厍蚧瘜W(xué)行為產(chǎn)生直接或者間接的影響，蚓糞的重金屬特征是其最終體現(xiàn)。隨著蚯蚓消化作用的進(jìn)行，排泄在土表和孔道中的蚓糞往往含有較高的重金屬含量，其不僅影響重金屬在土壤剖面的移動和分布，同時也會產(chǎn)生更多的金屬離子。蚯蚓活動能夠造成土壤重金屬生物有效性的改變，這主要與金屬元素、蚯蚓種類以及試驗條件有關(guān)。對于土壤Pb有效性的變化，相關(guān)研究[6]顯示，蚯蚓活動可促進(jìn)DTPA-Pb含量的增加;WEN[7]等人發(fā)現(xiàn)，E.foetida具有增加水溶態(tài)、交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)Pb，但是有減少有機(jī)結(jié)合態(tài)Pb含量的作用。

3.3 蚯蚓對土壤性質(zhì)的改變

蚯蚓活動能夠改變土壤的pH值，從而影響土壤重金屬形態(tài)和遷移轉(zhuǎn)化能力。蚯蚓活動影響土壤有機(jī)物分解。由于土壤有機(jī)質(zhì)是影響重金屬形態(tài)的一個重要因素，蚯蚓在降解土壤有機(jī)質(zhì)過程中提高土壤中腐殖質(zhì)和有機(jī)酸含量，從而可能引起金屬的移動性變化。特別是DOC含量的提高很可能是蚯蚓改變土壤重金屬形態(tài)的最主要原因，DOC作為活性小分子有機(jī)物對重金屬具有螯合作用，有利于增加重金屬的溶解性，從而提高土壤重金屬生物有效性。蚯蚓取食活動已被證實有助于傳播微生物和增強(qiáng)微生物的活性和數(shù)量，有利于提升植物根系的菌根侵染率，從而增強(qiáng)植物吸收重金屬的能力。蚯蚓在植物根系周圍的取食挖掘活動能夠促進(jìn)細(xì)小根系的生長，從而也有可能增強(qiáng)植物吸收重金屬的能力。但是，也有研究表明，蚯蚓腸道適宜的水分和濕度能夠為某些微生物生長提供良好條件。DRAKE等人[8]研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓吞食土壤后，腸道內(nèi)酵母菌比例顯著增高。WEN等人[7]指出，蚓糞中真菌和細(xì)菌的生物量與活性顯著增強(qiáng)。DEMPSEYl61報道，蚯蚓活動增加了細(xì)菌的量，而減少了真菌的量。在這種貧瘠土壤中，蚯蚓往往取食微生物豐富的土壤顆粒維持自己的生存。因此，污染土壤中的抗性微生物菌種有可能進(jìn)入蚯蚓腸道，進(jìn)而參與重金屬的遷移轉(zhuǎn)化。

3.4 蚯蚓在其他方面的作用

當(dāng)前，興起了蚯蚓在有機(jī)廢棄物方面的管理、可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展和環(huán)境整治修復(fù)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。在廢棄有機(jī)物堆置處投放蚯蚓，可合理有效地利用蚯蚓本身的特點(diǎn)，完成對有機(jī)廢棄物一定程度的清理。成杰明等人[9]在試驗室條件下將蚯蚓應(yīng)用于人工添加不同Cd2+濃度的土壤，發(fā)現(xiàn)蚯蚓活動能夠加快黑麥草生長和增加植物根、莖Cd富集量。成杰民等通過在未污染土壤中人工加入3個濃度重金屬Cu2+溶液，發(fā)現(xiàn)了對黑麥草生長促進(jìn)的同時，增大了紅壤中黑麥草地上部Cu富集總量。白建峰等人采集不同程度As污染農(nóng)田的信息，并接種E.foetida，研究發(fā)現(xiàn)，無論土壤As濃度高低，蚯蚓活動顯著增加了玉米地上部和地下部的生物量;同時，在中、高As土壤中，蚯蚓單獨(dú)作用或與秸稈聯(lián)合作用能夠促使玉米地上部和地下部As含量分別達(dá)到最高水平，這與自然污染土壤中多金屬同時存在的現(xiàn)象是不同的。一方面，在自然土壤中，多金屬污染物相互之間的協(xié)同或拮抗效應(yīng)很可能發(fā)生;另一方面，在試驗室條件下，將高金屬濃度含量的液體人工加入土壤，也可能造成土壤本身的生物有效性比自然污染土壤的真實情況更高，蚯蚓活化重金屬量和植物提取金屬量都可能存在一定的差異。因此，為了更真實地反映蚯蚓一植物提取修復(fù)技術(shù)在重金屬污染土壤中的作用，選擇自然污染土壤和進(jìn)行田間大尺度試驗研究尤為重要。此外，根據(jù)已有的蚯蚓在有機(jī)廢物管理和可持續(xù)農(nóng)田管理中的應(yīng)用經(jīng)驗，有機(jī)物料添加可能是以有機(jī)物為食源，是蚯蚓生存和生物修復(fù)技術(shù)實施的必要條件。有機(jī)物料不僅為蚯蚓提供足夠的能量、養(yǎng)分和適宜的生長環(huán)境，同時對重金屬的地球化學(xué)特征也有一定程度的影響。

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