参状远盲蚓在生物炭修复镉污染土壤中的生态毒理响应OA

本研究通过制备入侵植物鬼针草(Bidens pilosa L.)和常规农业废弃物玉米秸秆两种生物炭,模拟生物炭在镉(Cd)污染土壤中的修复过程,探讨生物炭的类型和添加量对参状远盲蚓(Amynthas aspergillum)生态毒理特征的影响,分析其与土壤Cd形态转化及化学因子的关系,并解析修复过程中深栖型蚯蚓对土壤因子变化的响应规律。研究设置Cd污染土壤盆栽培养实验,以鬼针草生物炭(BC)和玉米秸秆生物炭(CC)为供试材料,设置1%、3%和5%添加量,并接种参状远盲蚓,进行21 d室内培养。测定蚯蚓存活率、生物量、Cd富集量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和总蛋白(TPr)等指标,并计算综合生物标志物响应指数(IBRv2)。此外,测定土壤Cd形态(弱酸提取态、可还原态、可氧化态、残渣态)与土壤化学性质(pH、有机碳和全氮)。结果表明:蚯蚓在3%和5%BC处理下全部死亡,1%BC处理也显著增加了蚯蚓死亡率并降低了其生物量;两种生物炭处理中蚯蚓Cd富集量和富集系数均明显降低,特别是3%CC处理组蚯蚓Cd富集系数较无生物炭施用组(CK)显著下降47.49%(P<0.05);蚯蚓体内还原型谷胱甘肽(GSH)含量无显著差异,CAT活性随生物炭添加量增加先降低后升高,SOD在1%CC处理组显著降低,而3%CC处理组则同时导致TPr含量显著降低和丙二醛(MDA)含量显著升高;随着两种生物炭施用量的增加,土壤pH和有机碳含量显著提升,且在5%添加量时达到峰值。BC较CC处理组土壤pH显著增加0.06~3.78个pH单位,有机碳含量显著增加18.22%~160.94%,两种生物炭均显著降低弱酸提取态Cd含量并促进其向更稳定形态转化;协惯量分析表明,与对照相比,添加生物炭处理后蚯蚓生理特征、土壤化学性质及Cd形态均有明显差异,且不同处理组间土壤化学性质及Cd各形态含量显著影响蚯蚓生理指标;pH是导致1%BC处理蚯蚓死亡的主要原因,有机碳、可氧化态和可还原态Cd的变化是导致3%CC、5%CC处理与对照组蚯蚓CAT活性、Cd富集量显著变化的主要因素(P=0.001,RV=0.431)。研究表明,生物炭施用显著提升了土壤pH和有机碳含量,尤其在5%添加量时效果最为显著。然而,鬼针草生物炭的强碱性超出了蚯蚓的适宜生存范围,导致蚯蚓死亡。在适宜的添加量下,两种生物炭均能有效缓解蚯蚓受到的Cd诱导氧化损伤,其中3%玉米秸秆生物炭在钝化效率与生态安全性之间达到了更理想的平衡。