收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

食土蚯蚓对土壤有机质和酚类有机污染物降解转化研究

单军  
【摘要】:土壤有机质是全球陆地生态系统中最大的碳库,其稳定性的变化对于农业可持续发展,温室气体的排放及全球气候变化具有重要影响。土壤生物特别是土壤动物对土壤的理化性质及微生物生境具有直接和强烈的影响,因而对土壤有机质的稳定性具有重要的调控作用。蚯蚓作为土壤动物中的典型代表,在土壤有机物的降解转化、营养的周转和流通过程中扮演着重要角色,同时蚯蚓的各类活动也会强烈影响和改变土壤中有机污染物的行为和归趋。然而,目前有关食土蚯蚓对土壤有机质,特别是稳态土壤有机质(如腐殖物质)的降解、活化等方面的影响仍不清楚,有关蚯蚓对腐殖物质、腐殖物质特定组分降解转化方面的研究尚处于空白。微生物生物量(Microbial biomass)是土壤中土壤有机质的重要组成成分,其细胞的主要组分糖类、多肽、儿丁质等是土壤中非腐殖物质的典型代表,食土蚯蚓对土壤中各类微生物及其细胞主要组分降解转化的影响以及蚯蚓对微生物生物量同化和利用情况也还缺乏相关研究。蚯蚓对土壤中传统有机污染物(如农药、石油烃、多环芳烃(PAHs)和多氯联苯(PCBs)等)降解转化的研究已有很多报道,但其对当前因城市污泥的农业资源化利用而在土壤中大量出现的新兴(Emerging)有机污染物(如苯酚类内分泌干扰物)的影响还鲜有涉及,此外,关于蚯蚓活动影响有机污染物土壤降解转化机理的研究也还很不足,目前多数实验只是研究了蚯蚓对土壤中污染物去除的总影响,蚯蚓活动对土壤中有机污染物生物有效性的影响以及蚯蚓体内有机污染物代谢和转化情况的研究还很少。针对目前上述研究中存在的问题,本文采用14C示踪技术,以实验室合成和制备得到的14C标记的天然有机质和酚类有机污染物为研究对象,以食土蚯蚓为目标生物,研究了其对土壤中各类天然有机质降解与转化,考察了典型苯酚类内分泌干扰物壬基酚在蚯蚓体内的富集、代谢及转化,并研究了食土蚯蚓对酚类有机污染物生物有效性和土壤环境归趋的影响。主要的研究结果如下: 1.研究了两种食土蚯蚓(深层种Metaphire guillelmi和内层种Amynthas corrugatus)对腐殖物质的降解与转化,发现,M. guillelmi和A. corrugatus均能够选择性的消化和利用腐殖物质中的蛋白质组分,表明食土蚯蚓可以矿化和利用稳态的土壤有机质,但蚯蚓对腐殖物质的总体利用率较低,实验中只有不到3%的腐殖物质可以被蚯蚓同化吸收。同时,食土蚯蚓对腐殖物质蛋白质组分的选择性消化提高了蚓粪中无机氮的含量,可能会对十壤中氮的循环产生潜在影响。 2.研究了食土蚯蚓M. guillelmi对微生物细胞(Escherichia coli,Bacillus megaterium, Penicillium. chrysogenum)及微生物细胞主要组分(蛋白质,肽聚糖和几丁质)的降解转化。结果表明,蚯蚓能够显著促进微生物细胞尤其是微生物细胞组分在土壤中的矿化,真菌和几丁质被蚯蚓的同化和利用率较高,表明真菌可能是蚯蚓相对重要的食物和能量来源。同时,上述微生物细胞及其细胞主要组分被蚯蚓降解和转化后,其在土壤中的腐殖化程度(在腐殖碳库中的相对分布)也发生了显著改变。 3.食土蚯蚓对土壤腐殖物质的选择性消化和降解会导致腐殖物质结构和功能的改变并可能进而影响其对土壤中有机污染物的吸附能力,为此我们研究了三种典型氯代苯酚化合物(2,4-氯苯酚,2,4,6-三氯苯酚及五氯苯酚)在不同老化时间蚓粪和母体土壤上的吸附/解吸行为。结果表明,在实验的浓度范围内,氯代苯酚在不同老化时间蚓粪和母体土壤上的吸附符合线性等温线模型,三种氯代苯酚在不同老化时间蚓粪和母体土壤上的吸附容量大小顺序为:五氯苯酚2,4-氯苯酚2,4,6-三氯苯酚。三种氯代苯酚在不同老化时间蚓粪上的吸附容量均大于母体土壤,表明蚯蚓的肠道传输过程提高了氯代苯酚在土壤上的吸附容量,蚓粪对氯代苯酚具有高吸附容量的主要原因是其内具有高含量的粘粒和粉粒及土壤有机质性质的改变。 4.研究了四种典型支链对位壬基酚(4-NP)异构体(14C-4-NP111,4-NP112,4-NP65和13C-4-NP38)和一种直链4-NP(4-NP1)在土壤中的好氧降解。研究发现,五种4-NP异构体在土壤中的降解符合生物有效性校正后的一级动力学模型,并且具有异构体特异性的特点,其降解半衰期大小为:4-NP111(10.3 d)4-NP112(8.4 d)4-NP65(5.8d)4-NP38(2.1d)4-NP1(1.4 d),该降解半衰期与其文献中报道的雌激素活性大小一致,暗示随着4-NPs降解的进行,残留在土壤中的4-NPs的单位雌激素活性将会升高。4-NP111在土壤中的降解形成了一种极性小于4-NP111的代谢产物,该代谢产物形成很快,并在实验周期内含量保持稳定。4-NP111在降解过程中也形成了大量的结合态残留,并且结合态残留在土壤有机质中的主要结合组分为胡敏素。 5.研究了14C-4-NP111在食上蚯蚓M. guillelmi体内的生物蓄积、消除及结合态残留形成情况。结果显示,14C-4-NP111在蚯蚓体内蓄积很快,20 d后,14C在蚯蚓体内的蓄积几乎达到平衡,此时蚯蚓体内的14C约有77%以结合态残留的形式存在。14C-4-NP111在蚯蚓体内的消除动力学符合生物有效性校正后的·级动力学模型,蚯蚓体内总14C,结合态残留14C以及可提取态14C的半哀期分别为25.1d,22.6 d和1.9 d,结合态残留14C的消除是蚯蚓体内总14C消除的限速步骤。放射性薄层色谱(14C-TLC)分析表明,蚯蚓体内有机溶剂可提取态14C中含有自由态4-NP111、代谢产物(M1)以及大量极性化合物,其中自由态4-NP111仅占9%。经β-葡萄糖醛酸酶酶解后的蚯蚓有机溶剂提取液中自由态4-NP111和M1的含量分别增加4.3%和6.2%,表明有4.3%的4-NP111以及6.2%的代谢产物M1以葡萄糖醛酸共轭物的形式结合在蚯蚓体内。 6.研究了双酚A (BPA)和壬基酚(4-NP111)在上壤中的矿化、降解及结合态残留的形成情况,并考察了食土蚯蚓Aporrectodea longa对土壤中BPA和4-NP111环境归趋的影响。结果表明,BPA和4-NP111在土壤中的归趋具有很大差异,BPA在土壤中的矿化和降解快于4-NP111,BPA及其残留物在腐殖物质上的结合相对均匀,而4-NP111及其残留物偏向于和腐殖物质中的大分子结合,BPA和4-NP111在土壤降解过程中均形成了大量污染物结合态残留。蚯蚓对土壤中BPA和4-NP111归趋的影响不同,蚯蚓抑制了4-NP111在土壤中的矿化、降低了4-NP111在土壤中结合态残留的形成及胡敏素中共价键结合形式的4-NP111及其残留物的含量,而蚯蚓仅改变了BPA残留物在土壤腐殖物质上的分布。 食土蚯蚓对腐殖物质蛋白质组分的选择性消化和降解不仅首次证明了食土蚯蚓可以利用腐殖物质中多肽形式存在的大量高质量氮源,同时也提供了食土蚯蚓可以矿化和同化腐殖物质的直接证据,但不同生态类型食土蚯蚓矿化和利用腐殖物质的差异还有待于进一步的研究。深层种食土蚯蚓对微生物生物量及其细胞组分的降解转化结果暗示,相比于细菌,真菌可能是食土蚯蚓相对重要的食物来源,但该结论是否适用于内层种食土蚯蚓也还有待于进一步研究。蚯蚓的肠道传输过程以及在该过程中蚯蚓对土壤腐殖物质的选择性降解改变了氯代苯酚在土壤中的吸附行为,并可能会对氯代苯酚在土壤中的生物有效性产生潜在影响。不同工业壬基酚异构体在上壤中的好氧降解具有异构体特异性的特点,并且壬基酚在土壤中降解形成了大量极性小于壬基酚的代谢产物,表明在评价壬基酚土壤生态风险时不仅要考虑不同异构体之间的差异,也要考察其在土壤中的降解产物形成情况。壬基酚可以以自由态、代谢产物、葡萄糖醛酸共轭物以及结合态残留的形式蓄积到蚯蚓体内,并且结合态残留形式的壬基酚是蚯蚓体内蓄积壬基酚的主要存在形态,表明在评价壬基酚的生物富集能力时不应仅只考虑蚯蚓体内自由态壬基酚含量,还须综合考察其在蚯蚓体内的代谢和结合态残留情况。食土蚯蚓对土壤中苯酚类内分泌干扰物(即BPA和4-NP111)环境归趋的影响因化合物自身结构的不同而不同。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 江玉,韩秀荣,张军,祝陈坚,蒋凤华,王修林;海洋浮游植物对2-甲基萘的生物富集研究[J];青岛海洋大学学报(自然科学版);2002年01期
2 张军,王修林,韩秀荣,祝陈坚,石晓勇;海洋浮游植物对0号柴油水溶组分的生物富集动力学模型[J];环境科学;2004年01期
3 刘德明;生物富集黄金与人类采金[J];生物学教学;1994年03期
4 王公德;;关于生物富集的几个问题[J];生物学杂志;1993年05期
5 李正炎,Donghao Li;西瓦湖中壬基酚和双酚A的污染特征[J];青岛海洋大学学报(自然科学版);2003年06期
6 甘剑英,孙锦荷,陈子元;呋喃丹在模拟水稻-鱼和水稻-萍-鱼生态系统中行为归趋的比较研究[J];环境科学学报;1989年01期
7 李志勇,郭礼远,李琳,蔡妙颜;藻类对微量元素的生物富集及其应用[J];微生物学通报;1997年06期
8 薛秋红,孙耀,王修林,张军;紫贻贝对石油烃的生物富集动力学参数的测定[J];海洋水产研究;2001年01期
9 陆光华,赵元慧,汤洁;绿藻对硝基苯类化合物的富集与释放研究[J];环境科学研究;2001年03期
10 邓旭,李清彪,孙道华,黄益丽,Wilson David B;利用基因工程菌去除电解废水中的汞离子[J];厦门大学学报(自然科学版);2002年03期
11 张少娜,孙耀,宋云利,于志刚;紫贻贝(Mytilus edulis)对4种重金属的生物富集动力学特性研究[J];海洋与湖沼;2004年05期
12 雷安平,胡章立,黄玉山,谭凤仪;藻类对多环芳香烃(PAHs)的富集和代谢(英文)[J];武汉植物学研究;2005年03期
13 曾文辉;何艳宇;万云鹏;林志立;;钝顶螺旋藻生物富集铬及藻体中铬的存在形态研究[J];广东化工;2006年07期
14 李爱;胡莹莹;王菊英;马德毅;;氯霉素在菲律宾蛤仔体内生物富集和残留消除规律的研究[J];水产科学;2006年08期
15 李秋华;白慧卿;彭滨;;螺旋藻生物富集镍的影响因素研究[J];广州化学;2007年03期
16 吕蓉;张波;;海洋微藻富集微量元素研究进展[J];广东微量元素科学;2007年08期
17 汪苹;胡章立;;衣藻细胞的重金属结合特性及其抗性机制[J];环境科学与技术;2009年01期
18 赵忠桂;李鹏;;双酚A和壬基酚联合喂养对黄鳝周围血细胞姐妹染色单体交换的影响[J];中国职业医学;2009年06期
19 陈祖义,程薇,章力干;稀土元素钷(~(147)Pm)在水生食物链中的生物富集研究[J];中国核科技报告;1998年S6期
20 许梅;许峰;任轩;贾乐;;富硒大球盖菇抗氧化能力研究[J];山东科学;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 沙晋明;陈鹏程;陈松林;;土壤有机质光谱响应特性研究[A];土地覆被变化及其环境效应学术会议论文集[C];2002年
2 黃富昌;李中光;;有机污染物于改质土壤中传输宿命之研究[A];2010年海峡两岸环境与能源研讨会摘要集[C];2010年
3 梁重山;党志;刘丛强;黄伟林;;有机质对菲的吸附-解吸过程的影响研究[A];中国矿物岩石地球化学学会第十届学术年会论文集[C];2005年
4 牛香;魏江生;周梅;刘斌;;兴安落叶松林下土壤有机质的研究[A];2007自然科学学术论文(土壤肥料与农业可持续发展)[C];2007年
5 孙红文;黄国兰;杨颖;;藻类与壬基酚聚氧乙烯醚及壬基酚的相互作用研究[A];第二届全国环境化学学术报告会论文集[C];2004年
6 申秋秀;冉景丞;容丽;兰洪波;鲁成巍;郭莹露;;茂兰喀斯特森林土壤中有机质的空间动态变化[A];长江流域生态建设与区域科学发展研讨会优秀论文集[C];2009年
7 和振云;魏新梅;段九存;张旺强;;烘箱加热法测定土壤有机质的研究[A];甘肃省化学会二十六届年会暨第八届中学化学教学经验交流会论文集[C];2009年
8 周鑫斌;施卫明;王校常;;太湖流域典型地区土壤有机质、pH和速效磷钾的分布研究[A];第九届中国青年土壤科学工作者学术讨论会暨第四届中国青年植物营养与肥料科学工作者学术讨论会论文集[C];2004年
9 曹蕴宁;刘卫国;宁有丰;张庆乐;王政;;氧化条件对样品有机碳同位素测定的影响因素讨论[A];第八届全国同位素地质年代学和同位素地球化学学术讨论会论文集[C];2005年
10 曹蕴宁;刘卫国;宁有丰;张庆乐;王政;;氧化条件对样品有机碳同位素测定的影响因素讨论[A];第八届全国同位素地质年代学、同位素地球化学学术讨论会资料集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 单军;食土蚯蚓对土壤有机质和酚类有机污染物降解转化研究[D];南京大学;2011年
2 徐香;海洋环境中有机污染物降解机理及构效关系的理论研究[D];中国海洋大学;2012年
3 王晓东;饮用水中典型内分泌干扰物的检测和去除的研究[D];天津大学;2007年
4 苗颂;BPA对大鼠雌激素受体α及相关细胞因子表达的影响:F_0、F_1两代动物的研究[D];山东大学;2008年
5 肖晶;双酚A和烷基酚的检测与暴露评估[D];中国疾病预防控制中心;2008年
6 曾红燕;环境雌激素的色谱测定方法研究[D];四川大学;2004年
7 黎娜;双酚A在表层沉积物主要组分上的吸附及其生物降解规律研究[D];吉林大学;2008年
8 李志斌;基于地统计学方法和Scorpan模型的土壤有机质空间模拟研究[D];中国农业科学院;2010年
9 冯敏毅;壬基酚对雄性花背蟾蜍抱对、精子及早期发育的影响[D];兰州大学;2011年
10 邹爱美;生物富集/细胞萃取在痕量重金属分离富集及形态分析中的应用研究[D];东北大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵艳红;引黄水中内分泌干扰物壬基酚、邻苯二甲酸二丁酯、双酚A的现状分析及降解研究[D];山西大学;2005年
2 孙亚军;双酚A和壬基酚的遗传毒性研究[D];四川大学;2004年
3 黄晔;NP、BPA和B[a]P联合暴露对斑马鱼(Danio rerio)体内雌激素/抗雌激素效应的研究[D];华东师范大学;2008年
4 孙春云;儿童玩具中环境雌激素的溶出行为研究[D];四川大学;2005年
5 朱俐;水体中痕量双酚A、烷基酚、菊酯类环境激素的测定及它们与ctDNA相互作用的研究[D];北京化工大学;2009年
6 潘世娟;长期定位施肥条件下水田土壤有机质和全氮累积变化研究[D];西北农林科技大学;2011年
7 高园园;温度控制离子液体微富集技术在环境分析化学中的应用研究[D];河南师范大学;2011年
8 王燕;环境雌激素壬基酚对两性卤虫种群的毒性效应研究[D];燕山大学;2011年
9 张月鲜;我国西北地区不同类型草原土壤有机质的稳定碳同位素组成及其差异[D];北京林业大学;2012年
10 黄智磊;湘西保靖县耕地土壤有机质和全氮现状及其影响因素研究[D];湖南农业大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 特约通讯员 薛建登;稷山县土壤有机质提升工程启动[N];运城日报;2009年
2 记者 曾四丹;我市三县成为国家土壤有机质提升试点县[N];桂林日报;2007年
3 本报记者 张桂英;黑土地急需科学“进补”[N];黑龙江日报;2009年
4 邹建丰;我省秸秆还田独辟蹊径[N];新华日报;2007年
5 宁安中;以草代肥技术待开发[N];山东科技报;2007年
6 杨建明;农民如何应对高价肥时代[N];瓜果蔬菜报.农业信息周刊;2008年
7 于东亮 程根力;早购肥 施好肥[N];丹东日报;2007年
8 本报记者 袁万茂 通讯员 夏海鳌;十二县市实施“喂”地行动[N];湖南科技报;2006年
9 王永利;生物技术解决秸秆禁烧难题[N];科技日报;2009年
10 记者  张尚武 通讯员  谢卫国;省农业厅创办十个示范点[N];湖南日报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978