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本研究以浙江境内富春江流域由于40年金属冶炼而形成的重金属高风险复合污染区为对象,在对土壤长久污染状况和土壤动物群落结构调查分析的基础上,对重金属与土壤动物的相互关系、土壤动物在污染土壤中的演变特征与机理进行了研究,并对污染土壤进行了化学和生态评估。在进行野外研究的同时,开展了相应的实验室研究:分别用大田原位污染土壤、人工模拟污染土壤和平皿喂食实验等不同暴露方式,以代表土壤小节肢类的土壤弹尾目模式物种白符(虫兆)Folsomia candida(国际通用土壤重金属污染检测物种)和本地弹尾目物种曲毛裸长(虫兆)Sinella curviseta为指示种,采用种群特征指标来研究分析重金属污染对土壤弹尾06目各项生物和生理指标的影响、及其在土壤生态风险评估中的作用。
主要的结果如下:
(1)尼梅罗综合污染指数评价结果与小节肢类土壤动物物种丰富度的评价结果吻合较好(R=0.23,F1,54=2.96,p=0.09),但优势种类的密度却均在污染指数Ⅱ级(警戒级)时最低、Ⅲ级(轻度)或Ⅳ级(中度)时最高;
(2)土壤弹尾目物种优势度在不同污染范围中发生明显的变化:在0-35 mg Cu kg-1,敏感型种类的密度占20.65%、耐受型0%、不受影响型71.74%,在35-100 mg Cu kg-1,敏感型0%、耐受型66.03%、不受影响型18.81%,在100-400mg Cu kg-1,敏感型0%、耐受型62.94%、不受影响型11.19%,在>400 mg Cu kg-1,敏感型0%、耐受型11.11%、不受影响型63.89%;
(3)在野外重金属污染土壤中暴露28天后,对弹尾目敏感型种F.candida成虫生存LC50=1560 mg Cu kg-1、繁殖EC50=135 mg Cu kg-1、生长EC10=68 mg Cu kg-1,对不受影响型种S.curviseta成虫生存LC50=3089 mg Cu kg-1、繁殖EC50=174 mg Cu kg-1、生长EC10=880 mg Cu kg-1;
(4)重金属离子与卵孵化的“剂量-效应”曲线符合对数曲线,重金属对卵发育的EC50:Cu2+为625[407-875]、Pb2+为2361[2064-2687]、Zn2+为1763[1548-2000]mg kg-1。
本研究的创新点在于:将生物学和化学方法相结合来对长久重金属污染土壤进行更全面的评估;依据在“种”水平上对重金属污染耐受性的不同来分析重金属污染对不同类型土壤弹尾目的影响;重金属对不同种类或生态类型弹尾目的存活、繁殖和生长等指标的影响不同,从而,进一步解释和证实了不同物种耐受性差异的存在;筛选并采用中国本地种Sinella curviseta曲毛裸长(虫兆)作为指示物种;提出将弹尾目卵发育作为新的重金属污染评估指标。