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      赤子愛勝蚓對(duì)不同鹽分含量土壤的耐受性研究

      2012-12-31 00:00:00伍玉鵬張寧孫振鈞
      湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2012年17期

      摘要:采用急性毒性試驗(yàn)和回避試驗(yàn)研究了赤子愛勝蚓(Eisenia fetida)對(duì)不同鹽分含量土壤的耐受性。急性毒性試驗(yàn)顯示,濾紙接觸法下NaCl鹽溶液對(duì)蚯蚓的48 h LC50為1.12%(質(zhì)量分?jǐn)?shù));土壤法測(cè)得人工鹽堿土壤和自然鹽堿土壤電導(dǎo)率分別為2.23、2.62 mS/cm時(shí),蚯蚓14 d后的死亡率為50%;回避試驗(yàn)表明,人工鹽堿土壤電導(dǎo)率為1.67 mS/cm,自然鹽堿土壤電導(dǎo)率為2.43 mS/cm時(shí),蚯蚓具有回避反應(yīng)。

      關(guān)鍵詞:赤子愛勝蚓(Eisenia fetida);耐鹽性;急性毒性;回避反應(yīng)

      中圖分類號(hào):S156.4+9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2012)17-3722-04

      Salt Tolerance of Eisenia fetida in Soil

      WU Yu-peng,ZHANG Ning,SUN Zhen-jun

      (College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China)

      Abstract: The salt-tolerance of Eisenia fetida was determined by acute toxicity test and avoidance test. The results showed that the LC50 of NaCl solution for E. fetida was 1.12%(mass ratio) according to the contact filter paper test. When the electric conductivity of artificial and natural saline soil was 2.23 mS/cm and 2.62 mS/cm, respectively, the death rate of earthworm was 50% after 14 d. Earthworm showed avoidance behavior when electric conductivity of artificial saline soil and natural saline soil was 1.67, 2.43 mS/cm respectively.

      Key words: Eisenia fetida; salt-tolerant; acute toxicity; avoidance behavior

      土壤鹽堿化和次生鹽堿化是制約中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素,改造治理及合理開發(fā)利用鹽堿地是促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要途徑之一,也對(duì)改善生態(tài)環(huán)境,推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義[1]。目前對(duì)鹽堿地的治理研究主要集中在植物研究耐鹽性、利用劣質(zhì)水進(jìn)行灌溉、覆蓋改良鹽堿地和化學(xué)改良鹽堿地等方面[2],土壤動(dòng)物對(duì)鹽堿地改良作用的研究則較少。蚯蚓是土壤生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分,研究表明蚯蚓能夠促進(jìn)廢棄物分解、有機(jī)物質(zhì)礦化、提高土壤養(yǎng)分含量、改良土壤理化性質(zhì),從而促進(jìn)微生物發(fā)育、促進(jìn)生態(tài)修復(fù)、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。在鹽堿地中通過蚯蚓加強(qiáng)土壤培肥和種植,可以鞏固鹽堿地改良效果、促進(jìn)鹽堿地的持續(xù)利用[4]。本研究通過室內(nèi)模擬試驗(yàn),探討蚯蚓對(duì)不同鹽分含量土壤的耐受能力,旨在為蚯蚓在鹽堿地地區(qū)的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

      1 材料和方法

      1.1 供試材料

      1.1.1 試驗(yàn)動(dòng)物 赤子愛勝蚓(Eisenia fetida)由北京上莊蚯蚓養(yǎng)殖場(chǎng)提供,預(yù)養(yǎng)一段時(shí)間后,挑選大小相同、具有環(huán)帶、體重0.3~0.6 g的健壯成體作為試驗(yàn)用蚯蚓。將直徑15 cm的濾紙鋪于1 L燒杯杯底,加少量水,以剛浸沒濾紙為宜,并將所挑選的蚯蚓清洗干凈,放于燒杯中,用保鮮膜封口,解剖針扎孔。將燒杯置于溫度(20±1) ℃、濕度(75±7)%的人工氣候箱中清腸24 h。

      1.1.2 供試土壤 供試土壤包括人工鹽堿土和自然鹽堿土兩種。人工鹽堿土由人工向自然普通土壤中添加NaCl獲得,自然普通土壤采集于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)綠化地,自然鹽堿土壤采集于天津市河濱新區(qū)海河大橋附近。土壤采回后在陰涼處風(fēng)干,研細(xì),過2 mm篩。測(cè)定土壤基本性質(zhì)如表1[5]。

      1.1.3 主要試劑及儀器 NaCl,分析純,北京化工廠;HPG-280H人工氣候箱,哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司;DDSJ-308A電導(dǎo)率儀,上海精密科學(xué)儀器有限公司。

      1.2 試驗(yàn)方法

      參照蚯蚓急性毒性試驗(yàn)方法[6]和蚯蚓回避試驗(yàn)方法[7,8],分別進(jìn)行人工鹽堿土和自然鹽堿土的蚯蚓耐鹽性試驗(yàn)。

      1.2.1 蚯蚓急性毒性試驗(yàn)

      1)濾紙接觸法。在直徑15 cm的培養(yǎng)皿底鋪襯濾紙,以剛好遮住皿底為宜。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%的NaCl溶液,各?。?mL倒入培養(yǎng)皿中,使其剛好浸沒濾紙。將清腸后的蚯蚓沖洗干凈,用濾紙吸干體表水分,每一培養(yǎng)皿放入5條蚯蚓。每個(gè)濃度設(shè)置10個(gè)重復(fù),并設(shè)置不含NaCl的對(duì)照。培養(yǎng)皿用保鮮膜封口,解剖針扎孔后置于人工氣候箱中,培養(yǎng)條件為溫度(20±1) ℃、濕度(75±7)%,光照度1 333 lx,光照時(shí)間12 h/d。培養(yǎng)后24、48 h時(shí)記錄蚯蚓死亡數(shù)及中毒癥狀,蚓體對(duì)針刺無反應(yīng)判為死亡。

      2)土壤法。稱?。担埃?g自然普通土壤放入小桶中,分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%、1.7%、1.9%、2.1%、2.3%、2.5%的NaCl溶液125 mL,混合均勻,作為人工鹽堿土壤的試驗(yàn)用土。按照質(zhì)量比1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3配制不同比例的自然鹽堿土與自然普通土混合土壤,并取混合土壤500 g放入小桶,加入125 mL去離子水,混合均勻,作為自然鹽堿土壤的試驗(yàn)用土。每處理設(shè)4個(gè)重復(fù),并設(shè)一個(gè)自然普通土壤加去離子水的對(duì)照,用電導(dǎo)率儀測(cè)定各土壤的電導(dǎo)率。每處理放入清腸后的蚯蚓10條,待蚯蚓進(jìn)入土壤中后用保鮮膜封口,扎孔。其他培養(yǎng)條件同濾紙接觸法,培養(yǎng)7、14 d時(shí)記錄蚯蚓死亡數(shù)及中毒癥狀。

      1.2.2 蚯蚓的回避性試驗(yàn) 參照蚯蚓急性毒性試驗(yàn)土壤法配制土壤。如圖1,將方形塑料容器(12 cm×8 cm×8 cm)用塑料板隔成2室,一室放入潔凈土壤300 g,另一室放入鹽堿土壤300 g,每個(gè)處理重復(fù)5次。待土壤放好后移走中間的塑料片,并將10條蚯蚓放置于容器中土壤分界線的上方,蓋上帶通氣孔的透明蓋子,置于氣候箱中培養(yǎng),培養(yǎng)條件為溫度(20±1)℃,光照時(shí)間8 h/d。48 h后,用塑料片小心地重新隔開對(duì)照土壤及試驗(yàn)土壤,并對(duì)不同土壤中的蚯蚓計(jì)數(shù)。在分界線上的蚯蚓均記為兩邊各0.5條。試驗(yàn)結(jié)果用蚯蚓的回避率(NR)表示,NR=[(C-T)/N]×100%(C為潔凈土壤中蚯蚓的數(shù)目,T為鹽堿土壤中蚯蚓數(shù)目,N為加入土壤中蚯蚓的總數(shù))。當(dāng)潔凈土壤中蚯蚓數(shù)目與鹽堿土壤中蚯蚓數(shù)目相等時(shí),NR為0,即無效應(yīng)濃度;當(dāng)NR大于0時(shí),計(jì)算回避率,當(dāng)回避率大于80%的時(shí)候,表明蚯蚓具有回避反應(yīng)。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 蚯蚓急性毒性試驗(yàn)結(jié)果

      2.1.1 濾紙接觸法試驗(yàn)結(jié)果 濾紙接觸法試驗(yàn)中蚯蚓的死亡癥狀為環(huán)帶腫大、身體變軟、有少量黃色液體滲出。以NaCl溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)、蚯蚓死亡率為縱坐標(biāo)繪制NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)與蚯蚓死亡率的關(guān)系曲線如圖2,NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.1%~1.4%范圍內(nèi)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X//%)與蚯蚓48 h死亡率(Y//%)的線性回歸方程為Y=320.00X-356.67,相關(guān)系數(shù)r=0.922。由此方程計(jì)算出NaCl對(duì)蚯蚓的48 h半致死濃度為1.12%。

      2.1.2 土壤法試驗(yàn)結(jié)果 土壤法試驗(yàn)中蚯蚓的死亡癥狀為環(huán)帶腫大,有黃色體液滲出,身體萎縮、腐爛,有斷裂現(xiàn)象;未死者蠕動(dòng)能力明顯減弱,且大多纏繞成團(tuán)。

      1)人工鹽堿土壤試驗(yàn)結(jié)果。以土壤的電導(dǎo)率為橫坐標(biāo)、蚯蚓死亡率為縱坐標(biāo)繪制土壤電導(dǎo)率與蚯蚓死亡率的關(guān)系圖(圖3),土壤電導(dǎo)率(X//mS/cm)與蚯蚓14 d死亡率(Y//%)的線性回歸方程為Y=0.818 7X-1.395 3,相關(guān)系數(shù)r=0.946。由此方程計(jì)算出當(dāng)人工鹽堿土壤電導(dǎo)率為2.23 mS/cm時(shí),14 d時(shí)蚯蚓死亡率為50%。

      2)自然鹽堿土壤試驗(yàn)結(jié)果。以各土壤的電導(dǎo)率為橫坐標(biāo)、蚯蚓死亡率為縱坐標(biāo),自然鹽堿土壤蚯蚓急性毒性試驗(yàn)結(jié)果如圖4,土壤電導(dǎo)率(X//mS/cm)與蚯蚓14 d死亡率(Y//%)的線性回歸方程為Y=0.446 4X-0.671 1,相關(guān)系數(shù)r=0.906 0。由此方程計(jì)算出當(dāng)土壤電導(dǎo)率為2.62 mS/cm的時(shí)候,14 d自然鹽堿土壤蚯蚓死亡率為50%。

      2.2 蚯蚓的回避性試驗(yàn)結(jié)果

      2.2.1 人工鹽堿土壤的試驗(yàn)結(jié)果 48 h時(shí)人工鹽堿土壤的蚯蚓回避性試驗(yàn)結(jié)果如圖5,當(dāng)土壤的電導(dǎo)率為1.67 mS/cm時(shí),蚯蚓的回避率達(dá)到80%,即此時(shí)蚯蚓對(duì)人工鹽堿土壤具有回避反應(yīng)。

      2.2.2 自然鹽堿土壤的試驗(yàn)結(jié)果 48 h時(shí)自然鹽堿土中蚯蚓回避性試驗(yàn)結(jié)果如圖6,當(dāng)土壤的電導(dǎo)率為2.43 mS/cm時(shí),蚯蚓的回避率達(dá)到80%,即此時(shí)蚯蚓對(duì)自然鹽堿土壤具有回避反應(yīng)。

      3 小結(jié)與討論

      從試驗(yàn)結(jié)果看,急性毒性試驗(yàn)中濾紙接觸法試驗(yàn)的NaCl溶液對(duì)蚯蚓的半致死濃度為1.12%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),此時(shí)溶液的電導(dǎo)率為21.20 mS/cm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壤法中的2.23、2.62 mS/cm,可能是因?yàn)椋危幔茫毂旧韺?duì)蚯蚓的毒性并不強(qiáng),而是高濃度的鹽溶液導(dǎo)致蚯蚓失水死亡,失水過程較中毒過程更為緩慢,因此蚯蚓能夠在較短時(shí)間內(nèi)耐受較高濃度的NaCl溶液。

      自然鹽堿土和人工鹽堿土中蚯蚓的14 d半致死電導(dǎo)率、80%回避率均存在差異,可能是不同土壤中所含鹽的種類不同導(dǎo)致的。自然鹽堿土中的鹽較為復(fù)雜,含有多種離子,而人工鹽堿土中主要是人為添加的可溶性NaCl,從而導(dǎo)致不同土壤中鹽的生物可利用性不同[7]。蚯蚓對(duì)不同土壤的回避率濃度與半致死濃度相比均更低,這與其他化學(xué)物的回避性試驗(yàn)結(jié)果一致[9],試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),在引起蚯蚓死亡的鹽堿土壤中,蚯蚓投入初期幾乎全部停留于土壤表面拒絕進(jìn)入并試圖逃避土壤,對(duì)不適土壤較快地顯示出了反應(yīng),這是因?yàn)轵球颈砥さ慕琴|(zhì)層較普通陸生生物要薄,加之其上有許多與外界相通的腺孔,因此蚯蚓對(duì)土壤中的一些刺激性物質(zhì)十分敏感,一旦受到刺激,即出現(xiàn)逃逸或遷移行為,以躲避危害環(huán)境[10]。利用回避性試驗(yàn)來監(jiān)測(cè)土壤的鹽堿化過程能夠較早地獲得預(yù)警,并及時(shí)采取措施。

      蚯蚓對(duì)土壤的作用發(fā)生于蚯蚓的生命活動(dòng)過程中,利用蚯蚓改良鹽堿地必須保證蚯蚓的正常生長。有報(bào)道顯示,蚯蚓對(duì)不同鹽度土壤的敏感度為繁殖>生長>回避>生存[8,11]。因此,在鹽堿土壤的實(shí)際應(yīng)用中,可以用蚯蚓產(chǎn)生回避反應(yīng)時(shí)的土壤鹽度作為鹽堿地蚯蚓修復(fù)的閾值濃度,大于這一濃度的鹽堿地需要利用其他方法進(jìn)行預(yù)處理后再使用蚯蚓進(jìn)行修復(fù)才能取得較好的效果。

      本研究中蚯蚓對(duì)含鹽土壤的回避率與之前的報(bào)道[8,11]存在較大差異,這種差異可能來源于蚯蚓種類、土壤種類以及試驗(yàn)蚯蚓污染暴露史等[12-14]。因此,在不同條件下利用蚯蚓改良鹽堿土壤的回避閾值濃度可能存在一定差異。另外,也可以通過蚯蚓耐鹽度馴化和選擇更為耐鹽的蚯蚓品種來提高蚯蚓修復(fù)鹽堿土的鹽度閾值,達(dá)到較廣的應(yīng)用范圍。

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