【摘 要】
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镉是我国污染最严重的重金属元素之一,对土壤质量、作物产量及人体健康等均会产生显著的负面影响,因此土壤重金属镉污染修复是目前研究的重要任务之一。为解决土壤重金属污染问题,纳米零价铁（n ZVI）和其他化学材料复合作用修复被广泛研究,但是关于n ZVI对土壤生物和土壤性质影响以及动物介导下n ZVI修复土壤重金属污染及修复过程中土壤生态环境响应的研究极为少见。本研究通过室内控制实验,以赤子爱胜蚓（Ei
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镉是我国污染最严重的重金属元素之一,对土壤质量、作物产量及人体健康等均会产生显著的负面影响,因此土壤重金属镉污染修复是目前研究的重要任务之一。为解决土壤重金属污染问题,纳米零价铁（n ZVI）和其他化学材料复合作用修复被广泛研究,但是关于n ZVI对土壤生物和土壤性质影响以及动物介导下n ZVI修复土壤重金属污染及修复过程中土壤生态环境响应的研究极为少见。本研究通过室内控制实验,以赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）（0、5条/桶）和n ZVI（质量比为0、0.05%、0.25%和0.5%）为研究对象,探讨了n ZVI对蚯蚓的毒性影响、蚯蚓和n ZVI复合作用对土壤性质的影响以及蚯蚓介导下n ZVI对土壤镉污染的修复效果及机理,以期为n ZVI和土壤动物复合修复土壤重金属污染提供理论依据。研究结果如下:1.纳米零价铁（n ZVI）对蚯蚓的毒性影响试验表明:在暴露初期（15 d）,n ZVI对蚯蚓会产生一定的负面影响,但随着暴露时间推移,45 d不同浓度的n ZVI系统中蚯蚓的相关指标均不存在显著差异;与暴露15 d相比,暴露45 d后5-0.5%系统（5代表蚯蚓条数、0.5%代表n ZVI占土壤总量的质量比）中蚯蚓的存活率和体内MDA含量降低29.63%和14.29%,然而,蚯蚓生物量减少量和CAT活性分别增加了1.2倍和2.62倍。2.蚯蚓和纳米零价铁（n ZVI）复合作用对土壤性质影响研究表明:（1）蚯蚓和n ZVI复合作用可显著提高土壤团聚体结构的稳定性（P＜0.05）,提高中土壤中大团聚体（d＞250μm）所占比例和团聚体平均重量直径,5-0.5%系统土壤中大团聚体（d＞250μm）所占比例和团聚体平均重量直径比空白处理（0-0系统）分别升高15.69%和12.59%;（2）n ZVI和蚯蚓复合作用会显著影响土壤中全氮含量（P=0.005）和速效磷含量（P=0.001）,对土壤中有机质、碱解氮和全磷含量不存在显著性影响（P＞0.05）,5-0.5%系统比0-0系统土壤中速效磷含量增加了21.2%、5-0.5%系统比0-0.5%系统土壤中碱解氮含量增加了15.14%;（3）0.5%n ZVI对土壤中门水平或属水平下微生物相对丰度和多样性指数均无显著影响（P＞0.05）,但蚯蚓活动和n ZVI复合作用提高了土壤中指示物种的相对丰度。3.蚯蚓介导下n ZVI对镉污染土壤修复研究表明:（1）蚯蚓和n ZVI复合作用显著降低Cd2+对蚯蚓的毒性影响。处理45 d比处理15 d,5-0.5%系统中蚯蚓体内SOD活性和CAT活性比处理分别降低了19.38%和38.45%,MDA含量略微升高,但明显低于处理45 d的其他修复系统;（2）蚯蚓和n ZVI复合作用极显著降低了土壤中的有效镉含量（P＜0.001）,5-0.25%系统土壤中有效镉含量最低,为7.40 mg kg-1,修复效率高达75.33%,高于单一的蚯蚓或n ZVI修复系统,与0-0.25%修复系统和5-0.5%修复系统相比,修复效率分别提高了21.3%和9.62%。蚯蚓和n ZV不仅显著降低了镉的有效性而且抑制了土壤中有机质、全磷、全氮、速效磷和碱解氮含量的损失,并改良了团聚体结构的稳定性和土壤p H;（3）蚯蚓和n ZVI复合作用显著提高了镉污染土壤中微生物的相对丰度和多样性以及指示物种的相对丰度。本研究发现在一定浓度范围内n ZVI对土壤蚯蚓和微生物无显著的毒性影响,同时,蚯蚓活动对土壤性质具有显著的改善作用;此外,蚯蚓和n ZVI复合作用对土壤中重金属污染具有良好的修复效果并明显减缓了重金属离子对土壤生物和理化性质的负面影响。因此,从材料环境安全性和修复效果分析,n ZVI和蚯蚓复合作用有被用于修复重金属污染土壤的潜力,本研究为土壤重金属污染修复材料的选择提供了科学依据。
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