淺析土壤Pb污染對土壤動物群落的影響

董煒華，韓德復，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污染主要通過固體廢物、污水和大氣沉降等方式進入土壤，過多的重金屬在土壤中聚集，很大程度上影響了土壤中動植物的生長發(fā)育和正常的生理活動，破壞了土壤的物質(zhì)循環(huán)和轉(zhuǎn)化過程，而且這些重金屬很難被降解，難以移動流失，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污染對土壤動物群落結(jié)構(gòu)和繁殖生長產(chǎn)生重要影響。如何有效地控制和改良土壤重金屬的污染，是一項十分重要的內(nèi)容。

1 Pb污染對土壤動物群落結(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污染對土壤動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)明顯的簡單化和不穩(wěn)定性，稀有的敏感類群消失，土壤動物多樣性降低[2-4]。目前，國內(nèi)大多數(shù)研究集中在通過實驗室模擬土壤Pb污染的濃度變化對土壤動物群落結(jié)構(gòu)的影響，但自然界大多數(shù)為多種重金屬復合污染效應[5]。

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

2 Pb污染對土壤動物生理特性的影響

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

蚯蚓是土壤生態(tài)系統(tǒng)的一個重要組成部分。蚯蚓的生物量大，人工飼養(yǎng)技術相對較成熟，Pb污染的室內(nèi)試驗多采用蚯蚓作為實驗動物。很多研究表明，土壤Pb污染可引起蚯蚓體表潰瘍，經(jīng)微觀放大實驗發(fā)現(xiàn)蚯蚓體壁、胃腸道及細胞微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴重損傷，胃腸道粘膜出血、萎縮，體內(nèi)線粒體細胞發(fā)生腫脹、斷裂，同時抑制蚯蚓酯酶同工酶的活性，影響機體的正常生理功能，對蚯蚓的生長、生存和繁殖產(chǎn)生不利影響，進而導致病變。蚯蚓的這些病變程度與土壤中污染程度相關[6,11-12]。隨著Pb濃度的增加，對蚯蚓的毒害作用越來越明顯，在高濃度Pb污染中，對蚯蚓有強烈的刺激作用，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價提供了重要的生物學指標[13-16]。

Pb污染對蚯蚓繁殖能力的研究，主要集中于Pb污染對蚯蚓的精子數(shù)量和質(zhì)量的影響。Pb污染導致精子畸形實驗表明，Pb對精子的影響和損傷，主要體現(xiàn)為頭部損傷，因為精子頭部基本上是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物基因突變一個主要的誘因，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。當Pb污染使生殖細胞的基因發(fā)生突變，或者干擾基因的表達，就會使精子發(fā)生畸形，增高畸形率，而且精子畸形會遺傳給后代[6,12]。如此往復，就會造成土壤動物種類的減少。

3 土壤動物對Pb污染的生物修復

Pb是土壤中最普遍的污染元素。土壤Pb污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性的特點，其對土壤動物的威脅很大，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，這個能力是通過土壤的環(huán)境容量來體現(xiàn)的。通過土壤動物，改變土壤的結(jié)構(gòu)，改良土壤環(huán)境，能夠加強土壤對Pb污染的抵御作用，降低土壤對重金屬的吸附能力，提高對污染物的抵抗能力，降低土壤毒性。

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

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