蚯蚓对设施菜地重金属胁迫的响应及机理研究

【摘要】近年来,设施菜地重金属污染问题日渐突出。重金属在设施菜地土壤中累积,不仅会毒害农作物,影响作物的品质和产量,还会通过食物链对人畜健康及生态环境带来潜在风险。本文在调查评价杭州市设施蔬菜基地重金属污染状况的基础上,以蚯蚓作为研究对象,重金属Pb、Cu、Ni作为目标重金属,通过蚯蚓土培毒性实验探究蚯蚓对设施菜地重金属的富集作用、蚯蚓活动对设施菜地土壤重金属赋存形态的影响机制以及蚯蚓对设施菜地土壤重金属的胁迫耐性响应机理,并获得能表征设施菜地重金属污染的蚯蚓早期预警指标。本研究主要得出以下几个结论：(1)对杭州市8个区域15个典型设施蔬菜基地表层土壤及对应蔬菜样品的采样分析表明,杭州市设施蔬菜基地土壤偏酸性,供水供肥能力良好,通过与国家土壤环境质量标准(GB156181995)中Ⅱ级标准的比较,表明土壤中Cd、Cu、Zn、Ni存在不同程度的超标现象,通过单项污染指数、Nemerow综合污染指数及Hakanson潜在生态风险指数对土壤重金属进行污染评价,表明杭州市设施蔬菜基地总体上土壤重金属污染严重,其中Cd为污染的主要贡献因子,而与超标率相比重金属Pb、Cu、Zn、Ni的风险较低。通过对蔬菜重金属的污染状况调查表明,设施蔬菜受不同程度的重金属污染,其中叶菜类受重金属Cd、Pb、Zn的污染较严重,果实类受Ni的污染较严重,设施蔬菜中重金属的累积主要受土壤重金属含量及pH值的影响。(2)通过外源添加不同浓度梯度的重金属Pb、Cu和Ni研究蚯蚓活动对土壤中重金属赋存形态的影响,线性拟合分析结果表明,蚯蚓对重金属的富集存在差异,富集能力依次为Pb>Cu>Nio同时发现,蚯蚓活动影响土壤中重金属Pb、Cu、Ni的赋存形态,重金属Pb、Ni主要向酸提取态和可还原态转变,重金属Cu主要向酸提取态转变,但对可还原态Cu的影响不显著,同时蚯蚓活动显著降低了可氧化态Cu的比例；重金属赋存形态与蚯蚓重金属富集量的相关性分析表明,可还原态Pb、Ni及可氧化态Cu对蚯蚓重金属富集作用具有显著影响；对实验结果的进一步分析表明,蚯蚓活动可提高重金属Pb、Cu的生物可利用性,降低重金属Ni的生物可利用性,从而影响重金属向食物链迁移的风险。此外,蚯蚓活动可通过降低重金属污染土壤的pH值(尤其是Cu污染土壤)、提高DOC含量从而间接影响土壤重金属的赋存形态,最终影响蚯蚓对重金属Pb、Cu、Ni的吸收富集作用。(3)通过蚯蚓土培毒性实验,研究了蚯蚓对设施菜地重金属的胁迫响应及机理,结果表明,重金属Pb、Cu、Ni可引起蚯蚓不同的急性毒性效应,对应14d半致死浓度LC50分别为2331.67、299.60、1757.05mgkg-1;通过蚯蚓对重金属Pb、Cu、Ni的胁迫响应研究,发现重金属低浓度长期胁迫及高浓度短期胁迫下蚯蚓体内超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽硫转移酶(GST)、细胞色素P450(CYP450)及热激蛋白(Hsp20、Hsp90)均出现应激上升,而高浓度长期胁迫下出现抑制下降的趋势,且随重金属胁迫剂量的增加呈现抑制下降的趋势。(4)将上述蚯蚓生化指标与土壤重金属总量进行相关性分析,结果表明,蚯蚓GST、CYP450活性与重金属Pb含量相关性较好,其中CYP450对土壤Pb污染更具敏感性；蚯蚓SOD酶活性与重金属Cu、Ni全量相关性较好,其中蚯蚓SOD酶活性更适合指示土壤重金属Ni的污染水平。对蚯蚓敏感指标与受蚯蚓活动显著影响的赋存形态的相关性分析结果表明,蚯蚓Pb胁迫的敏感指标GST、CYP450酶活性以及Ni胁迫的敏感指标SOD酶活性与土壤重金属Pb、Ni的酸提取态和可还原态呈显著正相关,而蚯蚓SOD酶活性与土壤中Cu酸提取态呈显著正相关,与可氧化态Cu相关性不显著。
【作者】曾燕燕；
【导师】沈东升；
【作者基本信息】浙江工商大学，环境工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】设施菜地；重金属；蚯蚓；赋存形态；生理胁迫；

【参考文献】
[1]任文武.城市体系性分布的经济学分析[D].中共中央党校,经济学,2004,硕士.
[2]冯林彬.公司对外担保效力的认定与处理[D].西南政法大学,民商法学（专业学位）,2012,硕士.
[3]安兵.需求与供给视角下的城市社区养老服务研究[D].湖南师范大学,社会保障,2013,硕士.
[4]计国君,韩尚清.基于第三方的易变质产品库存决策[J].控制与决策.
[5]田新利.12导联动态心电图对冠心病的诊断价值[D].山西医科大学,心血管内科,2002,硕士.
[6]黄煜坤.网络安全异常检测技术研究[J].电子测试,2015,05:40-42+45.
[7]缪志伟,缪立新.多级系统中心化库存控制策略[A].中国物流学会.第二届中国物流学术年会论文集[C].中国物流学会:,2003:5.
[8]元琴.IT员工职业压力及其干预研究[D].华东师范大学,发展与教育心理学,2004,硕士.
[9]覃小明.社会养老保险个人账户基金投资管理研究[D].广西师范大学,社会保障,2013,硕士.
[10]薛蕾.A1GaInP大功率红光发光二极管的研发[D].大连理工大学,集成电路工程（专业学位）,2012,硕士.
[11]宁凤翔.地域文化在城市形象标志中的运用[D].浙江理工大学,艺术设计（专业学位）,2014,硕士.
[12]杜学萍.电化学传感器在叶酸及三聚氰胺检测中的应用研究[D].河南大学,2014.
[13]王继选.基于碳捕集的太阳能—燃煤机组热力系统耦合特性研究[D].华北电力大学,动力机械及工程,2014,博士.
[14]王田田.基于TiO_2纳米结构的生物医用薄膜研究[D].浙江大学,材料科学与工程,2014,硕士.
[15]郝萌萌.双边市场平台厂商的纵向一体化策略研究[D].山东大学,产业经济学,2013,硕士.
[16]其其格.《黄金史》语言构词附加成分的研究[D].内蒙古师范大学,中国古典文献学,2013,硕士.
[17]谭文翰.河上肇的马克思主义观及其在中国的传播与影响研究[D].湖南师范大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[18]邱姝.科技基金多维分析系统的分析与设计[D].大连理工大学,2004.
[19]陈亚.主动式头枕机械及控制系统研究[D].湖南大学,机械工程,2014,硕士.
[20]李林.南京幕府山植物区系及其野生观赏植物资源应用研究[D].南京林业大学,园林植物与观赏园艺,2004,硕士.
[21]梁莉,谈锋.随气温下降大头茶膜脂脂肪酸组分及膜保护系统的适应性变化[J].植物生态学报,1997,01:35-39.
[22]李从东,杜红.面向分布式知识发现的知识网格框架研究[J].情报科学,2005,02:281-283+320.
[23]刘博.三株A型流感病毒致小鼠肥大细胞系P815凋亡的研究[D].中国农业大学,预防兽医学,2014,硕士.
[24]李露洋.《战地新歌》音乐创作研究[D].沈阳音乐学院,音乐学,2013,硕士.
[25]李依航.电厂主汽温神经网络逆控制研究[D].东北电力大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[26]尹美玲.痰培养标本验收及结果评价[D].蚌埠医学院,临床检验诊断学（专业学位）,2013,硕士.
[27]杨晓东,徐家倬,王金友.某钢厂钢铁生产流程节能减排监控一体化系统建设思考[J].冶金自动化,2011,05:17-21.
[28]张舒辰.实物期权法在环保工程类企业价值评估中的运用[D].北京交通大学,2014.
[29]宋金凤.ZSM-5/KIT-6复合分子筛的合成及其吸附脱硫性能的研究[D].燕山大学,化学工艺,2014,硕士.
[30]张慧.基于不同老年人的老年公寓交流空间设计研究[D].长安大学,建筑设计及其理论,2014,硕士.
[31]李兆捷.合信创杰公司市场营销策略研究[D].中国地质大学（北京）,工商管理,2012,硕士.
[32]李高龙.10kV配电网单相短路电流计算及跨步电压有限元分析[D].湖南大学,电气工程,2011,硕士.
[33]高春雪.石墨烯在锂离子电池负极中的应用研究[D].北京交通大学,2014.
[34]薛英.员工职业成长对其建言行为的影响及作用机制研究[D].西南交通大学,企业管理,2013,硕士.
[35]杨晓菊.基于顾客感知价值的一汽大众汽车品牌体验研究[D].大连海事大学,企业管理,2013,硕士.
[36]周玉.周紫芝诗歌研究[D].安徽大学,中国古代文学,2014,硕士.
[37]刘超丛.油田测井用无刷直流电机位置跟踪控制系统研究[D].哈尔滨工业大学,电气工程及自动化,2014,硕士.
[38]郭迎.嵌入式智能车载终端数据管理与索引技术[D].长安大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[39]张卫.基于GIS的农村健身设施空间分布研究[D].河北师范大学,体育人文社会学,2012,硕士.
[40]佟建锋.基于复脊波变换的SAR图像去噪与边缘检测方法研究[D].西北大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[41]王帅.双字低频未登录词识别研究[D].南京师范大学,语言学及应用语言学,2012,硕士.
[42]刘家胜.基于全寿命周期的公共体育场馆企业化运营研究[D].黑龙江大学,企业管理,2013,硕士.
[43]许志献,杜燕军,焦延鹏,冯伟.原位聚合制备聚丙烯腈-氧化石墨烯复合材料[J].安徽大学学报(自然科学版),2012,05:73-77.
[44]方良平.内蒙古资本市场融资能力战略性研究[D].内蒙古大学,高级管理人员工商管理,2013,硕士.
[45]尹俊.实验性咬合创伤及牙周炎大鼠牙周组织中血管内皮生长因子的表达变化及意义[D].河北医科大学,口腔临床医学,2013,硕士.
[46]杜凯.制造业中小企业融资结构选择研究[D].河北经贸大学,金融学,2013,硕士.
[47]宛玲羽.基于心理诱因的国企高管薪酬操纵研究[D].西南财经大学,财务管理,2014,博士.
[48]李巍.补饲量对山场放养河北柴鸡的生产性能和蛋品质的影响[D].河北农业大学,动物营养与饲料科学,2004,硕士.
[49]李凤仙.石墨烯复合材料薄膜的制备及其导热性能的研究[D].华东理工大学,2013.
[50]乔彦东.基于供应链思想的管理控制方法研究[D].河北工业大学,管理科学与工程,2004,硕士.