蚯蚓（威廉环毛蚓）对土壤汞的生物富集研究

摘要

我国土壤汞污染问题严重，已引起广泛关注。汞在土壤中通过植物或者动物吸收进入生物圈并沿食物链传递，威胁人体健康。本论文拟以威廉环毛蚓（Pheretima guillemi）为实验生物，研究不同生物地球化学因素（汞的浓度、形态和土壤成分）对土壤汞的生物富集的影响，阐明土壤汞在蚯蚓体内富集机制，以全面评估土壤汞污染的生态风险，为降低土壤汞的生物可利用性及生态与环境风险提供理论依据。主要研究结果包括：
　　1.万山矿区土壤汞对蚯蚓的生物富集研究
　　本研究旨在了解贵州万山矿区水稻土中汞（总汞：1.2-69 mg kg-1；甲基汞：0.65-3.8μg kg-1）的生物有效性。暴露实验结果表明，矿区土壤中甲基汞的生物富集因子（BAF）为5.4-17.6，高于无机汞的生物富集因子（0.12-1.1）(甲基汞的BAF要比无机汞高9-75倍)，说明甲基汞比无机汞的生物有效性更高，具有潜在的生物放大效应。同时对蚯蚓体内汞形态分析表明，蚯蚓体内甲基汞占总汞比例为0.52％-4.2％，高于土壤中甲基汞的比例（<0.1％）。随着土壤中汞浓度的增加，蚯蚓体内无机汞（0.19-10.2 mg kg-1）及甲基汞（7.3-47.8μg kg-1）的含量增加。土壤和蚯蚓体内无机汞呈现良好的线性相关，但是对于甲基汞则没有显著的关系。综合文献调研结果，发现土壤无机汞浓度能较好的预测蚯蚓体内无机汞的富集。尽管万山矿区汞被认为为“惰性汞”，本研究表明这些汞对蚯蚓仍具有较高的有效性，并可能在陆生系统中对蚯蚓捕食者产生潜在的生态风险。
　　2.土壤性质和肠液吸收对土壤汞生物富集的影响
　　本研究旨在了解影响甲基汞和总汞对蚯蚓有效性的关键土壤性质及蚯蚓消化过程。将采自全国的六种不同土壤进行标记，并进行蚯蚓的暴露实验；同时，收集蚯蚓肠液萃取土壤中的汞。36天暴露实验表明甲基汞和总汞的生物富集因子分别为7.5-31.0和0.2-0.6，且蚯蚓体内甲基汞占总汞比例的17-58％。土壤和蚯蚓中的总汞和甲基汞与土壤总有机碳呈负相关关系。蚯蚓体内总汞和甲基汞浓度随着土壤 pH的增加而增加。肠液萃取的甲基汞和总汞分别占土壤汞含量的8.3-18.1％和0.4-1.3％，而且甲基汞的肠液萃取效率高于 CaCl2。结合生物动力学模型模拟结果，土壤摄食是蚯蚓富集甲基汞的重要途径。
　　3.蚯蚓对不同形态汞的吸收动力学
　　通过蚯蚓对不同形态的汞（无机汞和甲基汞）的吸收动力学来探究土壤汞的生物有效性并甄别不同暴露途径对蚯蚓富集汞的相对贡献。蚯蚓对间隙水中的无机汞和甲基汞吸收表现为一级动力学，计算表明蚯蚓对无机汞和甲基汞的吸收速率常数分别为0.087 L g-1d-1和0.553 L g-1d-1，说明间隙水中甲基汞比无机汞具有更高的生物有效性。蚯蚓对土壤固相中甲基汞的同化效率为89.7±1.2％，而对无机汞的同化效率为7.2-21.0％。蚯蚓对土壤颗粒的摄食量为1.34–4.92 g g-1d-1。通过生物动力学模拟，发现土壤摄食和间隙水吸收这两种吸收途径的相对贡献与汞的分配系数（Kd）有关。在低Kd值时，间隙水吸收是蚯蚓富集汞的主要途径，当Kd值增加后，土壤摄食成为蚯蚓富集汞的主要途径。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究进展

1.3 研究内容及技术路线

第二章 蚯蚓对万山矿区土壤汞生物富集的研究

2.1 材料与方法

2.2 结果与讨论

2.3 小结

第三章 不同土壤性质对蚯蚓富集汞影响的研究

3.1 材料与方法

3.2 结果与讨论

3.3 小结

第四章 蚯蚓对不同形态汞的吸收动力学研究

4.1 材料与方法

4.2 结果和讨论

4.3 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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