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从以上事实可以看出:蚯蚓能通过直接或间接作用强化植物修复的效果。Ma等研究了在种植木本豆科植物Leucaena leucocephala的同时,引入蚯蚓对恢复广东省某Pb/Zn尾矿土壤的影响,结果发现由于蚯蚓的存在Leucaena leucocephala的产量提高了10%~30%,由此而导致的植物吸收金属比率的提高可达到16%~53%。目前,有机污染的原位生物修复技术越来越受到人们的青睐。对土壤中有毒有害有机污染物的生物修复,主要是利用自然环境中生息的微生物,或接种特殊驯化与构建的工程微生物,以及进行微生物强化作用,将目标污染物分解为CO2和H2O,或转化为无害物质。若想减少甚至避免对生态系统的扰动,采用自然的原位修复技术(不进行任何工程辅助措施),有机污染物的微生物修复过程会受到土壤环境条件的限制,如:碳源和能源、微生物代谢所需的无机营养物质、合适的可利用水分、对酸碱度的缓冲能力。那么,蚯蚓是不是也可以在一定程度上解决这一难题,强化有机污染物生物修复过程呢?可做如下分析:
关于蚯蚓在促进植物生长方面起的积极作用已被大量研究证明。蚯蚓也能通过取食、排泄等生命活动影响土壤-植物系统中重金属的化学行为。土壤通气条件是制约有机污染物生物修复成功与否的一个重要因素,这主要是因为有机污染物的分解过程实质上是还原物质失去电子的氧化过程。其中当微生物利用分子氧作为末端电子受体时,污染物被降解得最彻底(分解产物为CO2和H2O)。以PCBs生物降解为例:虽然在厌氧条件下有利于PCBs的脱氯过程,但要彻底矿化这些有机污染物离不开一个通气良好的土壤环境条件。由于在通常情况下污染土壤的亚表层通气性较差,氧气供应不足,这样就会明显抑制PCBs的降解速度。研究表明蚯蚓的活动和挖掘行为能很好地改善土壤通气性。
对于异型生物质,如果污染新近发生,很少会有土著微生物能降解它们。通常需经过实验室研究筛选出高效降解菌,然后找到降解过程的最适条件,再将菌株接种到污染土壤中。但是,接种体的传播和扩散能力较差,给微生物扩增过程带来一定的困难。研究表明蚯蚓作为土壤生态环境的一个重要组成部分,能够通过自身的生命活动,如:运动、取食、挖掘等行为,促进土壤接种菌的传播。
蚯蚓还能通过它们的排泄物和分泌的黏液,提高土壤微生物的活性和矿质养分的有效性,从而为微生物的生命活动提供充足的无机营养盐。
还有研究表明蚯蚓能够通过取食行为,将有机污染物从土壤表面转移,并使得土壤中稳定态有机污染物增加,从而降低有机污染物向下淋溶,污染水体的风险。
关于蚯蚓存在条件下有机污染物降解情况的研究还不多。Singer等研究表明在培养蚯蚓的污染土壤中,PCBs的降解率为55%,而在未培养蚯蚓的污染土壤中,PCBs的降解率仅为39%。
在线虫-植物-根际微生物三者之间的关系研究中,发现三者关系密切,且互相制衡促进,线虫能刺激细菌和酶活性剂已经细菌数量的增长来促进PAHs降解。
牛明芬、高岩、俞协治、郭永灿等已经用蚯蚓等动物来修复污染土壤。蚯蚓不但能够富集重金属,还能改良土壤,保持土壤的肥力。土壤动物不仅直接富集重金属,还和微生物、植物协同富集重金属,改变重金属的形态,使重金属钝化而失去毒性,特别是蚯蚓等动物的活动促进了微生物的转移,使得微生物在土壤修复的作用更加明显;同时土壤动物把土壤有机物分解转化为有机酸等,使重金属钝化而失去毒性。
利用蚯蚓与黑麦草进行联合修复土壤中的荧蒽时,蚯蚓的活动不仅能促进植物的生长,还发现蚯蚓分泌的粘液能促进黑麦草对荧蒽的吸收积累,且促进了黑麦草根系中SOD酶活性的增强。
腐生波豆虫和梅氏扁豆虫都能富集铅,并被认为是污染土壤中铅锌类污染物的指示品种。
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