淺析土壤Pb污染對(duì)土壤動(dòng)物群落的影響

董煒華，韓德復(fù)，吳祥文，高曉帥，張亞雄

隨著現(xiàn)代工、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，土壤Pb污染逐漸引起了人們的重視。土壤中Pb污染主要通過(guò)固體廢物、污水和大氣沉降等方式進(jìn)入土壤，過(guò)多的重金屬在土壤中聚集，很大程度上影響了土壤中動(dòng)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和正常的生理活動(dòng)，破壞了土壤的物質(zhì)循環(huán)和轉(zhuǎn)化過(guò)程，而且這些重金屬很難被降解，難以移動(dòng)流失，一定程度上減少了土壤中的氧氣含量，降低了土壤中生物的生存能力[1]。土壤Pb污染對(duì)土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和繁殖生長(zhǎng)產(chǎn)生重要影響。如何有效地控制和改良土壤重金屬的污染，是一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容。

1 Pb污染對(duì)土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響

重金屬Pb是土壤污染中危害較大的有毒金屬物質(zhì)。Pb污染對(duì)土壤動(dòng)物的群落組成具有一定的破壞性。隨著污染物的增加，土壤動(dòng)物群落種類和數(shù)量急劇減少，群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明顯的簡(jiǎn)單化和不穩(wěn)定性，稀有的敏感類群消失，土壤動(dòng)物多樣性降低[2-4]。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)研究集中在通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬土壤Pb污染的濃度變化對(duì)土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響，但自然界大多數(shù)為多種重金屬?gòu)?fù)合污染效應(yīng)[5]。

蚯蚓、甲螨亞目和彈尾目等大型土壤動(dòng)物受重金屬污染的影響，種類和個(gè)體數(shù)急劇減少。李燦陽(yáng)等(2007)對(duì)金華市羅店鎮(zhèn)附近的農(nóng)田土壤進(jìn)行PbNO3染毒實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)實(shí)驗(yàn)濃度由低濃度增加到高濃度時(shí)，甲螨種類由9種減少到6種，可見(jiàn)土壤Pb污染對(duì)土壤動(dòng)物種類的影響。彈尾目、前氣門亞目和甲瞞亞目是PbNO3污染土壤的優(yōu)勢(shì)類群，這些優(yōu)勢(shì)類群中動(dòng)物個(gè)體數(shù)量隨污染物濃度增加而減少。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，隨著Pb溶液濃度的增加，土壤動(dòng)物的個(gè)體數(shù)量由無(wú)污染的426個(gè)減小到302個(gè)，當(dāng)Pb溶液濃度繼續(xù)增加時(shí)，土壤動(dòng)物數(shù)量降到244個(gè)，由以上數(shù)據(jù)可知，土壤中的Pb溶液的濃度對(duì)土壤動(dòng)物個(gè)體數(shù)量產(chǎn)生很大影響[6]。以上結(jié)果與野外實(shí)際調(diào)查結(jié)論重金屬Pb污染可使土壤動(dòng)物群落表現(xiàn)出不穩(wěn)定性，引起土壤動(dòng)物群落種類減少，優(yōu)勢(shì)類群數(shù)量急劇減少，稀有類群消失的結(jié)論類似[7-10]。

2 Pb污染對(duì)土壤動(dòng)物生理特性的影響

重金屬Pb污染在土壤中可以與礦物質(zhì)相結(jié)合。土壤動(dòng)物對(duì)這些物質(zhì)具有一定的富集作用。隨著時(shí)間的推移，這些污染物在食物鏈中富集，對(duì)人類生存健康造成很大潛在危害。Pb污染在土壤動(dòng)物體內(nèi)對(duì)細(xì)胞、酶活性和細(xì)胞器產(chǎn)生重要影響。長(zhǎng)期接觸重金屬Pb污染，會(huì)影響土壤動(dòng)物的繁殖與生殖功能，直接影響動(dòng)物的生長(zhǎng)、性腺發(fā)育，并且破壞生物體內(nèi)酶的活性，導(dǎo)致病變。過(guò)多土壤Pb污染，會(huì)對(duì)蚯蚓的生長(zhǎng)、生存和繁殖產(chǎn)生不利影響。

蚯蚓是土壤生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。蚯蚓的生物量大，人工飼養(yǎng)技術(shù)相對(duì)較成熟，Pb污染的室內(nèi)試驗(yàn)多采用蚯蚓作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。很多研究表明，土壤Pb污染可引起蚯蚓體表潰瘍，經(jīng)微觀放大實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蚯蚓體壁、胃腸道及細(xì)胞微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷，胃腸道粘膜出血、萎縮，體內(nèi)線粒體細(xì)胞發(fā)生腫脹、斷裂，同時(shí)抑制蚯蚓酯酶同工酶的活性，影響機(jī)體的正常生理功能，對(duì)蚯蚓的生長(zhǎng)、生存和繁殖產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而導(dǎo)致病變。蚯蚓的這些病變程度與土壤中污染程度相關(guān)[6,11-12]。隨著Pb濃度的增加，對(duì)蚯蚓的毒害作用越來(lái)越明顯，在高濃度Pb污染中，對(duì)蚯蚓有強(qiáng)烈的刺激作用，出現(xiàn)逃逸、卷曲、分泌黃色物質(zhì)、皮疹、生成血絲、體重降低，最后致死等現(xiàn)象。這些病理特征的定性研究為重金屬的毒性評(píng)價(jià)提供了重要的生物學(xué)指標(biāo)[13-16]。

Pb污染對(duì)蚯蚓繁殖能力的研究，主要集中于Pb污染對(duì)蚯蚓的精子數(shù)量和質(zhì)量的影響。Pb污染導(dǎo)致精子畸形實(shí)驗(yàn)表明，Pb對(duì)精子的影響和損傷，主要體現(xiàn)為頭部損傷，因?yàn)榫宇^部基本上是DNA成分，所以判定Pb與精子的DNA相互干擾，蚯蚓中毒死亡。精子的異常是土壤動(dòng)物基因突變一個(gè)主要的誘因，也是根本原因。精子形態(tài)的改變可能是誘發(fā)精子形成的某些基因發(fā)生了突變，或者使相關(guān)染色體發(fā)生突變的結(jié)果。精子是多基因控制的，性染色體和一些常染色體決定了精子的形狀和基因的表達(dá)。當(dāng)Pb污染使生殖細(xì)胞的基因發(fā)生突變，或者干擾基因的表達(dá)，就會(huì)使精子發(fā)生畸形，增高畸形率，而且精子畸形會(huì)遺傳給后代[6,12]。如此往復(fù)，就會(huì)造成土壤動(dòng)物種類的減少。

3 土壤動(dòng)物對(duì)Pb污染的生物修復(fù)

Pb是土壤中最普遍的污染元素。土壤Pb污染具有隱蔽性、長(zhǎng)期性和不可逆性的特點(diǎn)，其對(duì)土壤動(dòng)物的威脅很大，土壤一旦受到重金屬污染則難以徹底消除。土壤本身具有一定的自凈能力，這個(gè)能力是通過(guò)土壤的環(huán)境容量來(lái)體現(xiàn)的。通過(guò)土壤動(dòng)物，改變土壤的結(jié)構(gòu)，改良土壤環(huán)境，能夠加強(qiáng)土壤對(duì)Pb污染的抵御作用，降低土壤對(duì)重金屬的吸附能力，提高對(duì)污染物的抵抗能力，降低土壤毒性。

土壤動(dòng)物在出生、成長(zhǎng)階段體內(nèi)富集的Pb含量有顯著的差異，所以在不同的生長(zhǎng)和繁殖階段顯現(xiàn)出的對(duì)土壤污染物的抵御力也明顯不同。土壤動(dòng)物的生物修復(fù)對(duì)土壤污染進(jìn)行改良，已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。土壤中大型土壤動(dòng)物蚯蚓對(duì)Pb有一定的忍耐和富集能力，用蚯蚓修復(fù)Pb污染的土壤具有一定的應(yīng)用價(jià)值，但蚯蚓對(duì)Pb的忍耐和富集能力是有限度的。蚯蚓活動(dòng)可以改變土壤中的Pb的生物有效性[2,8,13]。在蚯蚓的忍受范圍內(nèi)，當(dāng)蚯蚓吸收的重金屬積累到一定程度就會(huì)通過(guò)糞便和身體分泌物排出；但若蚯蚓吸收的重金屬超過(guò)了蚯蚓的忍受范圍，則土壤中過(guò)高的Pb含量會(huì)直接毒害蚯蚓。我國(guó)很多學(xué)者正在研究土壤動(dòng)物對(duì)Pb污染土壤的修復(fù)[10,14]。

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