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2蚯蚓和微生物的协同作用
蚯蚓和微生物的联合作用对有机质的分解以及矿物营养的释放起着非常重要的作用,蚯蚓活动不仅对微生物种群结构和数量产生影响,而且还对微生物的活性产生影响。王丹丹等的报道表明,接种蚯蚓可以显著增加Cu污染土壤细菌、放线菌数量,但对真菌数量影响不大,可在一定程度上减缓Cu污染对土壤微生物数量和活性的影响。Kumar的研究证明,微生物的存在可以促进矿物营养的释放,增加肥效。张宝贵等以及Devliegher和Verstraete的研究证实蚯蚓促进了土壤中被微生物固持养分的释放和增强士壤微生物种群活性,增强了微生物的代谢墒和纤维素分解活性。
成杰民等也对蚯蚓-菌根的协同作用进行了系统研究,结果表明蚯蚓能传播微生物并影响微生物的活性和数量,存在着促进菌根侵染植物根系的潜力。接种蚯蚓或菌根菌均能显著提高土壤中速效N、P的含量,菌根与蚯蚓不存在增加土壤中速效N、P、K的协同作用;蚯蚓活动增加了黑麦草根部Cd的积累,而菌根则促进Cd从黑麦草根部向地上部转移,两者均能促进黑麦草对Cd的吸收,接种蚯蚓可以提高菌根的浸染率,所以表现出促进Cd向地上部分转移的协同作用;黑麦草吸收Cd含量与土壤和蚓粪中DTPA提取态Cd含量之间呈显著正相关,蚓粪中DTPA-Cd含量显著高于土壤中的Cd含量,蚓粪中有效态Cd是植物吸收Cd的重要供源。此外,蚯蚓体内存在着各种各样的酶,已发现的有纤维素酶、几丁质酶、蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶,过氧化物酶以及糖酶等,这些天然酶活性极高,能够与微生物协同分解腐烂有机物。
蚯蚓粪作为重金属污染土壤的修复剂
蚯蚓粪具有很好的通气性、排水性和高持水量,能够增加土壤的孔隙度和团聚体数量,同时蚯蚓粪具有很大的表面积,吸附能力较强,可以较大程度地吸附重金属,同时也给许多有益微生物创造良好的生境,具有良好的吸收和保持营养物质的能力。李扬等在综合相关领域研究的基础上,报道了蚯蚓粪能够通过钝化作用或活化作用机制,改变土壤中重金属的生物有效性,具有修复土壤重金属污染的潜能。
蚯蚓能把有机质分解转化为氨基酸、聚酚等简单化合物,进而在肠细胞分泌的酚氧化酶及微生物分泌酶的作用下,缩合形成腐殖质,腐殖质中主要活性部分为腐植酸,腐植酸本身是很强的吸附剂,能够吸附可溶态重金属,影响重金属生物有效性,蚯蚓粪中腐植酸含量约11.7%~25.8%。腐植酸还具有酚羟基、羧基、羰基、氨基等多种官能团,这些基团能够与土壤中重金属发生络合反应,从而改变重金属的活性。蚯蚓粪中还含有大量的细菌、放线菌和真菌,这些微生物不仅使复杂物质矿化为植物易于吸收的有效物质,而且还合成一系列有生物活性的物质。此外,有学者研究发现蚯蚓粪中还含有某些固氮微生物和硫化细菌,在促进作物生长、抑制病原菌活性和改善土壤肥力等方面具有重要作用。
讨论与展望
生物修复技术因其生态、高效等特性,在土壤重金属污染修复领域获得广泛认可,蚯蚓作为土壤环境中最常见的大型无脊椎动物,对土壤重金属活性产生着重要的影响,蚯蚓对土壤重金属污染修复有着极好的促进作用。但是,蚯蚓活动也存在一定的环境风险,方婧等通过对流-弥散模型(CDE)拟合研究表明,蚯蚓孔能够形成明显的优势流现象,增加了重金属污染地下水的风险。如何进一步开展相关研究工作,实现蚯蚓在重金属污染土壤修复中的利益最大化,是以后该领域的主要努力方向。
为此,结合相关研究成果,笔者认为蚯蚓在土壤重金属污染及其修复领域应重点开展以下几个方面的研究:
(1)微生物对蚯蚓具有非常重要的意义,蚯蚓、蚯蚓黏液和土壤微生物存在密切的共生关系,深入研究蚯蚓与微生物的相互作用及其共生机制,微生物在蚓粪中的演替过程,以及微生物丰度、类型随时间的变化模式等。
(2)筛选敏感的生物标志物作为土壤重金属污染的早期预警信号,建立生物标志物的响应情况与重金属污染胁迫下蚯蚓个体、种群变化之间的关系。同时,系统研究典型重金属污染胁迫下不同蚯蚓类群的群落行为变化。
(3)研究重金属污染胁迫下蚯蚓体内特异性蛋白的表达,如金属硫蛋白、热休克蛋白及P450红细胞色素等的特异性表达,建立其与土壤重金属污染水平的“剂量-效应”关系,进而筛选特异性基因,从基因水平探求重金属污染引起的DNA变异及表达。
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