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随着国家和区域工业化的发展,土壤中PAHs污染越来越严重,已经引起国际社会的广泛关注。蚯蚓是土壤中分布最广泛、最主要的大型动物之一,被誉为土壤生态系统“工程师”。关于二者在土壤中如何相互影响,目前缺少较全面和系统的研究。因此,本文通过不同的萃取方法研究了PAHs在土壤中的老化规律,考察了蚯蚓活动对不同老化时间PAHs的降解,探究了老化的PAHs对蚯蚓的生长,生物有效性,抗氧化酶的影响。
主要结果如下:
1.土壤易解吸态菲的百分比从Od的82%下降到150d的65%,难解吸态菲的百分比从18%增加到31%。芘的易解吸态和难解吸态在整个老化过程中的变化没有明显的规律。整个老化期间,易解吸态芘的百分比总体上小于菲,而难解吸态则是相反的趋势。150d的老化时间后,菲和芘的结合态均呈现增加的趋势,分别从0.2%增加到4.7%和0.1%增加到1.2%。蚯蚓对PAHs(菲和芘)的吸收率和生物富集系数表现出如下的趋势:前15d迅速下降,随后的135d下降速度减慢。整个培养时间,蚯蚓对菲的吸收率和生物富集系数都大于芘,表明菲的生物有效性大于芘。PAHs的萃取率和蚯蚓吸收率的相关性分析表明三步萃取法是能预测土壤中老化的菲的生物有效性的方法,但对芘有一定的缺陷。
2.土壤中菲和芘的老化规律:主要发生在初始阶段,随后老化作用减弱。不同的老化时间,有机溶剂二氯甲烷超声萃取量高于温和型水溶性试剂HPCD震荡萃取量。菲的三步萃取结果表明,随着老化时间的延长,不同浓度的易解吸态菲均呈先快后慢的下降趋势;不同浓度的难解吸态菲均呈现相似规律的增加趋势;而不同浓度结合残留态的菲呈现先慢后快的增加趋势。芘的三步萃取结果表明,随着老化时间的延长,高浓度(100 mg kg-1)易解吸态的芘呈现下降的趋势,低浓度无明显的规律;不同浓度的难解吸态芘呈先升后降的趋势;不同浓度的结合态残留的芘在60-150d明显增加。可能是因为芘的分子结构与HPCD的空腔结构有关。不同浓度的菲和芘污染土壤,在不同老化时间培养蚯蚓7d后,超声萃取萃取和三步萃取法菲和芘的含量均有所下降,表明蚯蚓和微生物的相互作用共同促进了土壤中PAHs的降解。
3.整个培养时间,高浓度菲(25 mg kg-1)污染土壤蚯蚓的生长抑制率显著高于对照(p<0.05),低浓度菲(10 mg kg-1)污染土壤蚯蚓的生长抑制率与对照无显著差异(p<0.05)。芘污染土壤中,污染组蚯蚓的生长抑制率在前60d均大于对照,150d与对照相比无显著差异(p<0.05)。土壤中初始菲和芘的浓度越大,蚯蚓体内菲和芘浓度就越大。蚯蚓体内菲和芘的浓度随着老化时间的延长均呈现先快后慢的下降趋势,芘的下降速度落后于菲。不同浓度的菲,以30d作为分界点(不包括30d),其前后蚯蚓表皮和肠道的浓度表现出差异显著(p<0.05)。不同浓度的芘,以60d(不包括60d)作为分界点,其前后蚯蚓表皮和肠道的浓度表现出差异显著(p<0.05)。不同浓度的菲和芘污染的土壤,蚯蚓肠道吸收菲和芘的浓度高于表皮,说明蚯蚓主要通过主动吞食土壤颗粒作用富集土壤中的PAHs而不是表皮的被动穿透。菲胁迫时,与对照相比,0d污染组的SOD活性被抑制,60和150d高浓度被显著激活(p<0.05);与对照相比,CAT活性在前60d污染组被抑制,第150d时高浓度被显著诱导(p<0.05);MDA含量在前60d污染组被诱导,且30d和60d与对照表现出显著差异(p<0.05),第150d时与对照无显著差异。芘胁迫时,污染组SOD活性的促进作用逐渐减弱,第150d时与对照相比显著被抑制(p<0.05);与对照相比,高浓度污染组(100mg kg-1)的CAT活性在前60天被显著促进(p<0.05),第150d无显著差异;与对照相比,污染组MDA含量随着老化时间的延长逐渐表现出差异,直到150d时高浓度(50和100mg kg-1)表现出显著差异(p<0.05)。
4.自然条件超声和索氏萃取,土壤中的荧蒽浓度随着老化时间的延长均呈现下降的趋势,灭菌条件的结果相似。不同的老化时间,荧蒽的索氏萃取量均大于超声萃取量。三步萃取的结果表明,易解吸态的荧蒽含量随着老化时间的延长而降低,而难解吸态表现出相反的趋势。与灭菌条件相比,总体上自然条件索氏萃取和超声萃取土壤中荧蒽浓度均较小。不同的老化时间培养蚯蚓7d后,索氏萃取,二氯甲烷萃取,易解吸态和难解吸态的土壤荧蒽浓度均降低,表明蚯蚓连同土壤中的微生物能共同促进土壤中荧蒽的降解。
5.自然和灭菌条件,随着荧蒽老化时间的延长,蚯蚓体重比率均呈现增加的趋势,自然条件蚯蚓的体重比率高于灭菌条件。蚯蚓表皮和肠道的荧蒽浓度和BCF均呈现先增加后减少的趋势,但自然条件总体低于灭菌条件。整个培养期间,蚯蚓肠道的荧蒽浓度和BCF高于表皮。自然和灭菌条件,蚯蚓体内SOD,POD,PPO酶活性和MDA含量随着老化时间的延长逐渐下降,而CAT活性则呈现先下降后上升的趋势。蚯蚓的体重比率,POD和PPO活性的敏感性与土壤中荧蒽浓度的下降密切相关,SOD活性落后于它。