王浩羽，韋杰，孫進(jìn)宇，宋言，顧強(qiáng)，宓文海，居靜，趙海濤*，封克

（1.揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127；2.江蘇省揚(yáng)州農(nóng)業(yè)環(huán)境安全技術(shù)服務(wù)中心，江蘇 揚(yáng)州 225127；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地質(zhì)量監(jiān)測與評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 揚(yáng)州 225127）

土壤鉻（Cr）污染對農(nóng)業(yè)的破壞和對動(dòng)植物的不利影響日益加劇，Cr中毒會抑制植物生長，引起動(dòng)物器官功能障礙，導(dǎo)致人類哮喘、皮炎，甚至癌癥等疾病。因此，土壤中Cr的遷移和轉(zhuǎn)化始終被廣泛關(guān)注。

蚯蚓被譽(yù)為陸地生態(tài)系統(tǒng)的“工程師”，其可以通過攝食和被動(dòng)擴(kuò)散作用富集土壤重金屬，對評估土壤污染物毒性具有重要的生態(tài)毒理學(xué)意義。重金屬污染的土壤會對蚯蚓產(chǎn)生氧化脅迫，導(dǎo)致其出現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng)，并且蚯蚓會通過改變自身功能酶活性和環(huán)境微生物群落結(jié)構(gòu)來響應(yīng)環(huán)境毒性。蚯蚓的取食活動(dòng)有助于增強(qiáng)土壤微生物的活性和數(shù)量，并改變微生物種群結(jié)構(gòu)特征。接種蚯蚓對不同酸堿性土壤中土壤微生物菌群結(jié)構(gòu)影響較大，可將與金屬遷移轉(zhuǎn)化相關(guān)的菌群轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)勢菌群。微生物能夠?qū)⒅亟饘匐x子吸附在其細(xì)胞壁表面，同時(shí)還可以通過氧化-還原作用、甲基化作用和脫烴作用，將重金屬離子轉(zhuǎn)化為其他化合物形式。土壤重金屬分為酸可提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)以及殘?jiān)鼞B(tài)4種，酸可提取態(tài)重金屬生物有效性較高，可還原態(tài)和可氧化態(tài)重金屬生物有效性較低，殘?jiān)鼞B(tài)重金屬為潛在不流動(dòng)部分。土壤pH值顯著影響重金屬賦存形態(tài)，特別是可交換態(tài)的賦存特征。蚯蚓能夠改變土壤中重金屬的賦存環(huán)境與賦存特征，繼而改變重金屬的生物有效性。研究表明，蚯蚓的活動(dòng)能夠改變土壤pH值，提高土壤中腐殖質(zhì)和有機(jī)酸含量，從而引起金屬元素移動(dòng)性發(fā)生改變。也有研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓可以分泌并釋放出—COOH和—CO等化學(xué)基團(tuán)激活重金屬，同時(shí)排出多種凝膠物質(zhì)，活化土壤重金屬離子。

綜上可知，土壤微生物區(qū)系特征和土壤pH值顯著影響土壤重金屬賦存形態(tài)，蚯蚓活動(dòng)顯著改變了土壤微生物區(qū)系特征和土壤pH值，繼而能夠改變土壤中重金屬賦存特征。然而鮮見蚯蚓活動(dòng)對土壤Cr賦存形態(tài)影響的研究。因此本研究以不同酸堿度、不同Cr含量的土壤為對象，研究蚯蚓對土壤Cr賦存和土壤細(xì)菌群落的影響，為利用蚯蚓移除土壤Cr提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試蚯蚓為赤子愛勝蚓（），3月齡，具有明顯生育環(huán)，大小基本一致，平均體質(zhì)量為512 mg·條；試驗(yàn)用重鉻酸鉀（KCrO）為優(yōu)級純。試驗(yàn)用酸性土壤取自福建省三明市，中性土壤取自江蘇省揚(yáng)州農(nóng)業(yè)環(huán)境安全技術(shù)服務(wù)中心沙頭試驗(yàn)基地，堿性土壤取自江蘇省鹽城市大豐區(qū)，土壤基本性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of test soil

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)土壤Cr濃度（C1：15 mg·kg、C2：50 mg·kg），接種蚯蚓（E0：不接種蚯蚓，E1：接種赤子愛勝蚓），土壤酸堿性（S：酸性，Z：中性，J：堿性）3種變量，共12個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。首先，供試土壤風(fēng)干后過2 mm篩，向土壤中定量加入30 g·L重鉻酸鉀溶液，攪拌混勻，將土壤中Cr濃度調(diào)為15 mg·kg（低Cr含量）和50 mg·kg（高Cr含量），敞口避光靜置45 d。其次，將靜置后的土壤放入圓柱形塑料桶中（口徑16 cm、底徑13 cm、高17.5 cm），每個(gè)塑料桶裝土1.0 kg，加入純凈水控制土壤含水量為飽和持水量的60%，靜置7 d，加入40條經(jīng)清腸處理的赤子愛勝蚓，以不添加蚯蚓為對照。第三，將各處理置于室內(nèi)培養(yǎng)，并在桶口蓋上一層紗布，防止蚯蚓逃逸，通過空調(diào)控制白天室溫20～26℃，夜晚室溫16～20℃，通過稱取質(zhì)量的方法每天補(bǔ)充純凈水，保持土壤含水量為飽和持水量的60%。蚯蚓處理30 d后，采集土壤、蚯蚓等樣品，測定各指標(biāo)。試驗(yàn)過程中無蚯蚓逃逸和死亡。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

土壤pH值采用5∶1水土比浸提法測定。土壤總Cr測定采用王小琳等提出的方法。Cr去除率=（接種蚯蚓前土壤總Cr含量-接種蚯蚓后土壤總Cr含量）/接種蚯蚓前土壤總Cr含量×100%。酸可提取態(tài)Cr、可還原態(tài)Cr、可氧化態(tài)Cr以及殘?jiān)鼞B(tài)Cr的測定采用張永利等提出的方法。各形態(tài)Cr含量占比=各形態(tài)Cr含量/總Cr含量×100%。

蚯蚓生物量測定：蚯蚓樣品收集后放入吸滿純凈水的定性濾紙上清腸12 h，然后，用吸水紙吸干蚯蚓體表水分，稱質(zhì)量。蚯蚓抑制率=（接種蚯蚓前蚯蚓生物量-接種蚯蚓后蚯蚓生物量）/接種蚯蚓前蚯蚓生物量×100%。蚯蚓體Cr富集量：清腸后的蚯蚓用吸水紙吸干蚯蚓體表水分，于-30℃下冷凍，然后放入烘箱65℃烘48 h，磨碎后采用王水-高氯酸消煮-原子吸收光譜法測定Cr含量。在測定土壤和蚯蚓體內(nèi)重金屬含量時(shí)加入標(biāo)準(zhǔn)土GBW07978（GSS-36），并保持加標(biāo)回收率在95%以上。

土壤細(xì)菌群落多樣性委托上海美吉生物制藥科技有限公司采用基于Illumina MiSeq測序平臺的高通量測序技術(shù)測定。利用雙末端測序（Paired-End）的方法，構(gòu)建小片段文庫進(jìn)行雙末端測序。細(xì)菌的PCR體系包括：擴(kuò)增時(shí)采用兩管平行的方式，擴(kuò)增體系為50 μL體系，包括Mix（Pfu·Easy）25 μL，上游引物27F-FAM 1 μL，下游引物907R 1 μL，ddHO 22 μL，以及DNA模板1 μL。PCR的反應(yīng)程序：94℃變性3 min；94℃30 s，58℃30 s，70℃1 min，循環(huán)30次；72℃延伸10 min。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，SPSS 23.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)正態(tài)分布檢驗(yàn)和轉(zhuǎn)換采用夏皮洛-威爾克檢驗(yàn)法（Shapiro-Wilk法），數(shù)據(jù)分析采用單因素方差分析（One way ANOVA）模型檢驗(yàn)，各處理間的差異顯著性使用新復(fù)極差法（Duncan分析），采用Origin 8.5和Excel軟件繪圖，細(xì)菌群落測序數(shù)據(jù)依托Majorbio平臺分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH值

不同酸堿性的Cr污染土壤在接種蚯蚓后，土壤pH值均發(fā)生了變化。由圖1可知，酸性土壤接種蚯蚓后，土壤pH值提高了4.19%（C1）和4.01%（C2），且從改善效果來看，低Cr含量處理優(yōu)于高Cr含量處理；中性和堿性土壤接種蚯蚓后，ZC1、ZC2、JC1和JC2的土壤pH值分別相應(yīng)降低了5.21%、4.38%、3.98%和3.11%，且接種蚯蚓后，低Cr含量土壤pH值變化量大于高Cr含量土壤；中性土處理優(yōu)于堿性土處理。綜上，接種蚯蚓后，土壤pH值均向中性轉(zhuǎn)變，雖無顯著差異，但總體上低Cr含量土壤的pH值變化量大于高Cr含量處理。

圖1 土壤中pH值的變化情況Figure 1 Changes of pH value in soil

2.2 土壤中Cr的賦存特征

2.2.1 土壤中Cr的去除率

已知在未接種蚯蚓，即靜置狀態(tài)下，土壤中Cr的去除率近似為0。由圖2可知，不同酸堿性的Cr污染土壤在接種蚯蚓后，土壤Cr去除率顯著提高了34.66～62.74個(gè)百分點(diǎn)。中性土處理優(yōu)于堿性土和酸性土處理，在低Cr含量土壤中，ZC1E1（62.74%）顯著高于JC1E1（54.94%）和SC1E1（60.69%），SC1E1顯著高于JC1E1，在高Cr含量土壤中，ZC2E1（37.51%）顯著高于JC2E1（35.40%）和SC2E1（34.66%）。在任一酸堿度土壤中，蚯蚓對低Cr含量土壤中的Cr去除率均優(yōu)于高Cr含量土壤。總體來說，接種蚯蚓能夠顯著提高Cr的去除率，并且對中性低Cr含量土壤的Cd去除率最好。

圖2 土壤中Cr的去除率Figure 2 The removal rate of Cr in the soil

2.2.2 土壤中Cr的各形態(tài)特征

不同酸堿性的Cr污染土壤在接種蚯蚓后，土壤Cr的賦存形態(tài)發(fā)生了顯著變化。由圖3可知，酸性土壤接種蚯蚓后，土壤中的酸可提取態(tài)Cr和可還原態(tài)Cr在低Cr含量土壤（C1）中分別提高了27.58個(gè)和26.70個(gè)百分點(diǎn)，在高Cr含量土壤（C2）中分別提高了21.99個(gè)和23.86個(gè)百分點(diǎn)；可氧化態(tài)Cr和殘?jiān)鼞B(tài)Cr在C1處理中分別降低了10.03個(gè)和44.24個(gè)百分點(diǎn)，在C2處理中分別降低了20.47個(gè)和25.39個(gè)百分點(diǎn)。中性土壤接種蚯蚓后，土壤中的酸可提取態(tài)Cr和可還原態(tài)Cr在C1處理中分別提高了26.65個(gè)和11.37個(gè)百分點(diǎn)，在C2處理中分別提高了23.58個(gè)和23.90個(gè)百分點(diǎn)；可氧化態(tài)Cr和殘?jiān)鼞B(tài)Cr在C1處理中分別降低了3.59個(gè)和34.42個(gè)百分點(diǎn)，在C2處理中分別降低了19.85個(gè)和27.64個(gè)百分點(diǎn)。堿性土壤接種蚯蚓后，土壤中的酸可提取態(tài)Cr和可還原態(tài)Cr在C1處理中分別提高了23.56個(gè)和21.53個(gè)百分點(diǎn)，在C2處理中分別提高了22.37個(gè)和23.41個(gè)百分點(diǎn)；可氧化態(tài)Cr和殘?jiān)鼞B(tài)Cr在C1處理中分別降低了19.49個(gè)和25.60個(gè)百分點(diǎn)，在C2處理中分別降低了17.83個(gè)和27.94個(gè)百分點(diǎn)。綜上，接種蚯蚓能夠有效提高土壤中Cr的生物有效性，土壤中穩(wěn)定態(tài)Cr（殘?jiān)鼞B(tài)、可氧化態(tài)）的含量顯著降低，活性態(tài)Cr（酸可提取態(tài)、可還原態(tài)）的含量顯著增加。蚯蚓對酸性低Cr含量土壤中的Cr的活化作用最強(qiáng)。

圖3 土壤中Cr的各形態(tài)占比變化情況Figure 3 Changes of various forms and proportions of Cr in soil

2.3 蚯蚓生物量抑制率與Cr富集量

由表2可知，蚯蚓吞食不同酸堿性的Cr污染土壤后蚯蚓生物量的抑制率為9.25%～26.58%，高Cr含量土壤中蚯蚓生物量的抑制率顯著高于低Cr含量土壤，堿性土、酸性土和中性土處理對蚯蚓生物量的抑制率依次降低。本試驗(yàn)條件下，蚯蚓能夠富集0.44～1.08 mg·g的土壤Cr，高Cr含量土壤中蚯蚓體Cr富集量顯著高于低Cr含量土壤，酸性土處理中蚯蚓體Cr富集量高于中性土和堿性土處理，但差異不顯著。綜上，高Cr含量土壤中蚯蚓生物量的抑制率和蚯蚓體Cr富集量均顯著高于低Cr含量土壤，堿性土處理中蚯蚓生物量的抑制率最高，酸性土處理中蚯蚓體Cr富集量最高。

表2 蚯蚓生物量抑制率與Cr富集量Table 2 Inhibition rate of earthworm body and Cr enrichment

2.4 土壤細(xì)菌群落變化情況

不同酸堿性的Cr污染土壤接種蚯蚓后，土壤細(xì)菌群落多樣性和豐度發(fā)生顯著變化。由表3可知，接種蚯蚓后，酸性土和中性土處理中土壤細(xì)菌群落的Shannon多樣性指數(shù)顯著降低，堿性土處理中土壤細(xì)菌群落的Shannon多樣性指數(shù)在低Cr含量下顯著降低，高Cr含量下變化不顯著。接種蚯蚓后，SC1E1和JC2E1處理中土壤細(xì)菌群落的Chao指數(shù)和ACE指數(shù)均顯著提高，中性土處理中土壤細(xì)菌群落的Chao指數(shù)和ACE指數(shù)變化不顯著，堿性土處理中土壤細(xì)菌群落的Chao指數(shù)和ACE指數(shù)均顯著高于酸性土和中性土處理。總體來說，接種蚯蚓提高了土壤Chao指數(shù)和ACE指數(shù)，即提高了細(xì)菌群落的豐度，降低了土壤Shannon多樣性指數(shù)，即降低了細(xì)菌群落的多樣性。

表3 土壤細(xì)菌群落多樣性和豐度分析（OTU水平）Table 3 Analysis of diversity and abundance of soil bacterial community（OTU level）

進(jìn)一步分析（圖4）可知，接種蚯蚓后，在門水平上3種酸堿度土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)物種豐度均發(fā)生了改變。變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteriota）、綠彎菌門（Chloroflexi）和擬桿菌門（Bacteroidota）為優(yōu)勢菌群。酸性土接種蚯蚓后（圖4A），土壤中變形菌門豐度提高了17個(gè)百分點(diǎn)（C1）；放線菌門豐度降低了22個(gè)百分點(diǎn)（C1）和13個(gè)百分點(diǎn)（C2）；綠彎菌門豐度提高了7個(gè)百分點(diǎn)（C2）；擬桿菌門豐度降低了2個(gè)百分點(diǎn)（C1）和4個(gè)百分點(diǎn)（C2）。中性土接種蚯蚓后（圖4B），土壤中變形菌門豐度C1處理提高了6個(gè)百分點(diǎn)，C2處理降低了27個(gè)百分點(diǎn)；放線菌門豐度提高了25個(gè)百分點(diǎn)（C2）；擬桿菌門豐度降低了2個(gè)百分點(diǎn)（C1）和10個(gè)百分點(diǎn)（C2）；綠彎菌門豐度提高了7個(gè)百分點(diǎn)（C2）。堿性土接種蚯蚓后（圖4C），土壤中變形菌門豐度降低了9個(gè)百分點(diǎn)（C1）和7個(gè)百分點(diǎn)（C2）；放線菌門豐度提高了23個(gè)百分點(diǎn)（C1）和5個(gè)百分點(diǎn)（C2）；擬桿菌門豐度兩處理均降低了6個(gè)百分點(diǎn)?？傊?，不同酸堿性Cr污染土壤接種蚯蚓，提高了土壤細(xì)菌群落中綠彎菌門豐度，降低了擬桿菌門豐度，酸性土處理的變形菌門豐度提高，放線菌門豐度降低，而中性土和堿性土處理的變形菌門豐度降低，放線菌門豐度提高，這與酸性土處理變化趨勢相反。

圖4 不同酸堿性土壤中細(xì)菌群落（門水平）變化情況Figure 4 Changes of bacterial community（phylum level）in soils with different pH

在屬水平上（圖5），各處理中豐度占比較高的物種為黃桿菌屬（）、關(guān)節(jié)桿菌屬（）、氣單胞菌屬（）、嗜糖假單胞菌屬（）、漢單胞菌屬（）、北里孢菌屬（）、叢毛單胞菌屬（）、鞘脂單胞菌屬（）和紅球菌屬（）。酸性土壤接種蚯蚓后，土壤的黃桿菌屬、氣單胞菌屬、類諾卡氏菌屬（）豐度降低，嗜糖假單胞菌屬、叢毛單胞菌屬豐度提高；中性土壤接種蚯蚓后，土壤的關(guān)節(jié)桿菌屬、漢單胞菌屬、北里孢菌屬、叢毛單胞菌屬的豐度提高，嗜糖假單胞菌屬的豐度降低；堿性土壤接種蚯蚓后，土壤的黃桿菌屬、氣單胞菌屬的豐度降低，紅球菌屬的豐度提高。

圖5 不同酸堿性土壤中細(xì)菌群落（屬水平）變化情況Figure 5 Changes of bacterial community（genus level）in soils with different pH

由相關(guān)性分析（圖6）可知，不同酸堿性的Cr污染土壤接種蚯蚓后，酸可提取態(tài)Cr含量與溶桿菌屬（）、劍菌屬（）呈顯著負(fù)相關(guān)，與假單胞桿菌屬（）、氣單胞菌屬呈極顯著負(fù)相關(guān)，與關(guān)節(jié)桿菌屬呈顯著正相關(guān)；可還原態(tài)Cr含量與假單胞桿菌屬呈顯著負(fù)相關(guān)，與氣單胞菌屬、溶桿菌屬呈極顯著負(fù)相關(guān)，與鞘脂單胞菌屬呈顯著正相關(guān)；可氧化態(tài)Cr含量與紅球菌屬、微桿菌屬（）呈顯著負(fù)相關(guān)，與鞘脂單胞菌屬呈顯著正相關(guān)；殘?jiān)鼞B(tài)Cr含量與類諾卡氏菌屬、微枝形桿菌屬（）呈顯著正相關(guān)。

圖6 土壤細(xì)菌群落與各形態(tài)Cr含量相關(guān)性分析Figure 6 Correlation analysis between soil bacterial community and Cr content of various forms

3 討論

3.1 接種蚯蚓對土壤pH值的影響

在接種蚯蚓后土壤pH值會發(fā)生改變，前人研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓對土壤pH值的影響是雙向的，蚯蚓既可以分泌化學(xué)基團(tuán)導(dǎo)致土壤酸化，又可以通過自身鈣化腺將鈣化合物排泄到環(huán)境中導(dǎo)致土壤pH值升高。而在本研究中，接種蚯蚓使土壤pH值趨向中性，這可能與蚯蚓腸道具有穩(wěn)定的中性pH值密切相關(guān)，土壤經(jīng)過蚯蚓腸道時(shí)，蚯蚓腸道中的酸堿平衡體系使得吞食后的土壤偏中性。土壤pH值是影響重金屬吸附-解吸行為和生物有效性的關(guān)鍵因素，在本試驗(yàn)中，接種蚯蚓前后，酸性土壤中Cr的生物有效性均是最高，許多研究也證實(shí)了土壤pH值與金屬有效性呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)，從蚯蚓對不同酸堿性土壤pH值的改善效果來看，低Cr含量處理優(yōu)于高Cr含量處理，而且接種蚯蚓對Cr的活化效果亦是如此，這表示蚯蚓對土壤pH值的改變可能與Cr的生物有效性存在一定聯(lián)系。

3.2 接種蚯蚓對土壤中Cr賦存的影響

蚯蚓能夠通過攝食和被動(dòng)擴(kuò)散作用富集土壤中的重金屬，其對重金屬的富集量隨著污染程度的增加而上升。本研究發(fā)現(xiàn)，接種蚯蚓后，高Cr含量土壤中的Cr去除率約為36%，低Cr含量土壤中的Cr去除率約為58%，高Cr含量土壤中蚯蚓體Cr富集量顯著高于低Cr含量處理。

蚯蚓可以提高土壤中重金屬的生物有效性，增加其流動(dòng)部分。本研究發(fā)現(xiàn)，接種蚯蚓后酸性土處理中酸可提取態(tài)Cr提高了約24個(gè)百分點(diǎn)，殘?jiān)鼞B(tài)Cr降低了約35個(gè)百分點(diǎn)；中性土處理中酸可提取態(tài)Cr提高了約25個(gè)百分點(diǎn)，殘?jiān)鼞B(tài)Cr降低了約31個(gè)百分點(diǎn)；堿性土處理中酸可提取態(tài)Cr提高了約22個(gè)百分點(diǎn)，殘?jiān)鼞B(tài)Cr降低了約26個(gè)百分點(diǎn)；土壤中Cr由潛在不流動(dòng)形態(tài)向生物有效性較高的形態(tài)遷移，從而提高了植物對Cr的吸收富集。前人研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓過腹可以活化土壤中的重金屬，并顯著增加植物的富集量，蚯蚓也可以強(qiáng)化伴礦景天對土壤中重金屬的修復(fù)效應(yīng)。研究證明蚯蚓的活動(dòng)可以改變土壤pH值，影響土壤有機(jī)物分解，提高土壤中的腐殖質(zhì)、有機(jī)酸含量和溶解性有機(jī)碳（DOC）含量，從而增加重金屬的溶解性，提高其生物有效性。有研究發(fā)現(xiàn)Cu在通過赤子愛勝蚓腸道后，由于有機(jī)質(zhì)的分解，形成了具有高Cu絡(luò)合能力的小分子有機(jī)酸，從而增加了Cu的流動(dòng)性。在物理方面，蚯蚓通過挖洞吞食行為，對土壤進(jìn)行了再分配，這被認(rèn)為是增加重金屬生物有效性的因素之一。蚯蚓活動(dòng)還可以刺激土壤微生物活動(dòng)，增加微生物數(shù)量并增強(qiáng)微生物活性，而微生物活動(dòng)可以直接或間接影響土壤重金屬的存在形態(tài)，如WANG等發(fā)現(xiàn)，蚯蚓與叢枝菌根真菌結(jié)合能夠提高土壤DTPA-Cr的含量。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)，接種蚯蚓不同時(shí)間后土壤中重金屬的形態(tài)變化也不同，張冬明等研究發(fā)現(xiàn)，長期接種蚯蚓（60 d）比短期接種蚯蚓（30 d）對磚紅壤中Pb的活化效果更好，而本試驗(yàn)僅選擇了常規(guī)的30 d這一周期，后續(xù)試驗(yàn)中還需要探究更長周期的規(guī)律。

3.3 接種蚯蚓對土壤細(xì)菌群落的影響

微生物活性和群落結(jié)構(gòu)變化能敏感地反映土壤質(zhì)量和健康狀況，是土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的重要生物學(xué)指標(biāo)，而細(xì)菌是微生物中主要且重要的構(gòu)成。有研究指出，土壤細(xì)菌群落特征對土壤重金屬賦存形態(tài)存在顯著影響。接種蚯蚓導(dǎo)致土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)、多樣性和豐度發(fā)生變化，從而提高了土壤中重金屬的生物有效性，增加了植物對重金屬的吸收。在本研究中，接種蚯蚓后，土壤的細(xì)菌群落多樣性（Shannon指數(shù)）降低，這與XIA等的研究具有較高的一致性。本研究還表明，接種蚯蚓后土壤細(xì)菌群落的豐度（Chao指數(shù)、ACE指數(shù)）顯著提高，原因可能是在Cd污染土壤中蚯蚓暴露會擾亂腸道中的微生物群落平衡，并提升蚯蚓腸道中的重金屬抗性細(xì)菌豐度，而蚓糞中菌群與蚯蚓腸道微生物相關(guān)性極高。另外蚯蚓腸道內(nèi)容物的pH值接近中性，水分和水溶性糖的含量均高于原土壤，從而為微生物的繁殖提供了條件，這也是導(dǎo)致菌群豐度提高的主要原因。本研究中，接種蚯蚓后，酸性土的變形菌門豐度提高，放線菌門豐度降低，而中性土和堿性土的變形菌門和擬桿菌門豐度降低，放線菌門豐度提高，并且低含量Cr土壤菌群豐度變化比高含量Cr土壤小，這與TANG等的研究類似，而且接種蚯蚓后優(yōu)勢菌群為變形菌門和放線菌門，這也與前人研究相符。優(yōu)勢菌群變化的原因可能是蚯蚓選擇性吞食菌種以及腸道液對微生物的刺激作用，而且蚯蚓通過攝取、改變和混合有機(jī)殘留物和礦質(zhì)土壤可以直接影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，這些行為改變了土壤結(jié)構(gòu)及其化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，從而改變了土壤細(xì)菌群落的組成。

在本研究中，接種蚯蚓后，土壤中芽孢桿菌屬和叢毛單胞菌屬的豐度增加，這兩者是耐重金屬污染和具有修復(fù)重金屬能力的細(xì)菌，且叢毛單胞菌屬也被證實(shí)對多種污染物有很好的降解效果。研究還發(fā)現(xiàn)假單胞桿菌屬與生物有效性較高的Cr形態(tài)呈負(fù)相關(guān)，而金屬載體通常由土壤中假單胞菌等產(chǎn)生，所以這也可能是接種蚯蚓使土壤中Cr去除和Cr活化增加的原因。此外，接種蚯蚓后，堿性土低Cr含量處理中芽孢桿菌屬的豐度高于高Cr含量處理。有研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓取食弱堿性礦區(qū)土壤和酸性礦區(qū)土壤會增加土壤中假單胞桿菌屬和芽孢桿菌屬的豐度，這可能是因?yàn)榇司鷮賹r具有較強(qiáng)的抗性。接種赤子愛勝蚓和威廉環(huán)毛蚓產(chǎn)生的鞘氨醇桿菌屬（）已被證明與超富集植物東南景天可聯(lián)合有效控制污染土壤中Cd含量，接種（sp.qz-1）產(chǎn)堿菌可以增加玉米對土壤Cr的吸收量，而植物對重金屬的吸收與其生物有效性密切相關(guān)，這證明了細(xì)菌和重金屬活性存在著一定的相關(guān)性，而蚯蚓就極有可能是二者間的橋梁。

4 結(jié)論

（1）不同酸堿性的Cr污染土壤在接種蚯蚓后，土壤pH值趨向中性。

（2）接種蚯蚓顯著提高了土壤的Cr去除率，其中中性低Cr含量處理的效果最佳；同時(shí)能夠有效提高土壤中Cr的生物有效性，且對酸性低Cr含量處理的活化效果最好。

（3）接種蚯蚓改變了土壤細(xì)菌群落的構(gòu)成：變形菌門、放線菌門、綠彎菌門和擬桿菌門為優(yōu)勢菌群，降低了菌群的多樣性，提高了菌群的豐度。土壤中酸可提取態(tài)和可還原態(tài)Cr含量與溶桿菌屬、劍菌屬、假單胞桿菌屬、氣單胞菌屬呈負(fù)相關(guān)，與關(guān)節(jié)桿菌屬呈正相關(guān)；土壤中殘?jiān)鼞B(tài)和可氧化態(tài)Cr含量與紅球菌屬、微桿菌屬呈負(fù)相關(guān)，與類諾卡氏菌屬、微枝形桿菌屬呈正相關(guān)。