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随着工业的迅速发展，重金属污染土壤的现象越来越普遍，污染程度也不断加深。这些重金属污染物与生存在土壤中的动物长期密切接触，改变了土壤生态系统的生物种群结构，干扰着土壤生态系统的正常运作。为了保护生态系统的正常运转，土壤重金属对土壤生物的毒性研究意义重大。本文根据经济合作与发展组织(OECD)发布的毒性与繁殖实验的指导方针草案研究了人工土壤中重金属Cu、Cd对蚯蚓的存活、生长、繁殖能力等方面的影响，并根据蚯蚓毒性、繁殖实验的结果，通过统计手段获得了LC50(半致死浓度)、NOEC(无显著影响的最高浓度)、EC50(50％群体受影响的浓度)，用来初步判断重金属Cu、Cd进入土壤生态系统后的生态风险。另外，利用蚯蚓的彗星试验(comet assay)研究了蚯蚓DNA损伤对自然土壤中重金属Cu、Cd污染的响应性，期望为预测土壤重金属污染物的遗传毒性效应提供一个快速、准确的方法。
土壤Cu污染对蚯蚓的14、28天半致死浓度(LC50)分别为534、430 mg kg-1，而土壤Cd污染对蚯蚓的14、28天半致死浓度高于本实验设定的最高浓度320 mgkg-1。根据蚯蚓死亡率推测到的Cu、Cd的NOEC分别为200、＞320mg kg-1，而根据蚯蚓繁殖幼虫的数量推测到的Cu、Cd的NOEC分别为＜100mg kg-1、5mgkg-1。根据蚯蚓繁殖幼虫的数量推测的Cu和Cd的EC50分别为169.5、23.6mgkg-1。结果证明根据重金属对蚯蚓繁殖情况的影响来确定重金属的生态风险性更为敏感、安全可靠，可以保证物种的繁衍。
成熟蚯蚓暴露于Cu、Cd污染土壤后，体腔细胞DNA表现出明显的损伤。并且，随着土壤Cu、Cd浓度增加以及时间的累积，DNA的损伤程度也随之增大。Cu浓度与7天、14天时平均尾矩值(表征DNA损伤程度)之间存在良好的线性相关关系(R2=0.9537，p＜0.05；R2=0.9534，p＜0.05)。蚯蚓暴露于Cd污染土壤7天后，Cd浓度与平均尾矩值之间也存在良好的相关关系(R2=0.9691，p＜0.01)。结果说明蚯蚓体腔细胞的DNA损伤可以作为生物标志物指示土壤中Cd、Cu污染状况。
另一方面，考虑到完全借助生物力量来修复重金属污染土壤，本文利用蚯蚓对重金属的耐性，研究了蚯蚓、菌根真菌在植物修复重金属污染土壤中的作用。本文以香港轻壤土为供试土壤，加入0，100，200，300mg kg-1的Cu模拟重金属土壤污染，研究了蚯蚓(Pheretima.sp.)、菌根(Glomus mossese+ Glomus intraradices)以及蚯蚓和菌根的相互作用对土壤中重金属的生物有效性、玉米(Zea Mays)吸收重金属、植物生物量等方面的影响。期望为蚯蚓、菌根在植物修复技术中的应用与发展提供理论依据。另外，本文利用根箱装置，在添加了200 mg kg-1Cu或20 mg kg-1 Cd的土壤中，研究了黑麦草(Lolium multiflorum)、菌根真菌、蚯蚓组成的根际圈的根际效应。目的旨在揭示菌根、植物对吸收的贡献以及蚯蚓在根际、非根际与菌根的相互作用对菌根、植物吸收重金属的影响。
蚯蚓显著(p＜0.05)提高了玉米的菌根浸染率和100，200mg kg-1Cu浓度水平下玉米地上部生物量。同时，接种蚯蚓也显著(p＜0.05)提高了各Cu浓度水平下土壤的H2O-Cu的含量以及100、200mg kg-1 Cu浓度水平下土壤的CaCl2-Cu的含量，增加了Cu在土壤中的生物有效性。并且，蚯蚓活动显著(p＜0.05)提高了玉米根部吸收的Cu的量，但接种蚯蚓处理中玉米地上部Cu浓度与对照并未表现出明显差异。接种菌根真菌也显著(p＜0.05)提高了玉米地上部的产量，增产幅度为58％—90％。另外，接种菌根真菌不仅显著(p＜0.05)提高了玉米地下部分Cu的浓度，而且地上部分Cu的浓度也显著高于对照，提高幅度分别为18％—60％，33％—57％。说明菌根可能促进了Cu从玉米根部向地上部分的转移。然而，接种菌根真菌并未显著提高土壤中有效态Cu的含量，说明菌根并不是主要通过提高Cu的有效性来促进玉米对Cu的吸收。蚯蚓和菌根的协同作用主要表现为更多地提高了植物地上部的产量，而在提高土壤Cu的有效性方面，同时接种蚯蚓和菌根真菌并未表现出比单一接种蚯蚓更好的促进效果，说明蚯蚓是提高各处理土壤中Cu有效性的主要贡献者。同样，在促进植物吸收重金属方面，同时接种菌根真菌与蚯蚓的相互作用也并未表现出比单一接种菌根更好的效果。
在根箱实验中，结果发现重金属对外室蚯蚓生长的影响高于中室蚯蚓，说明具有强烈的根际效应的中室土壤在一定程度上能够维持蚯蚓的正常生长。在外室或中室接种蚯蚓都显著(p＜0.05)提高了黑麦草的菌根浸染率。另外，虽然黑麦草根系接触不到外室添加了重金属的土壤，也可以通过菌根真菌从边室吸收一定量的重金属，主要表现为生长于中室未添加重金属土壤中(Cu-0-Cu，Cd-0-Cd)的黑麦草的地上部和地下部均吸收到了一定量的Cu或Cd。外室接种蚯蚓提高了黑麦草吸收Cu、Cd的量，其作用与内室接种蚯蚓促进吸收的作用并无显著差异，说明由于菌根的连接作用，无论蚯蚓是否被限制在根际范围内，都能提高黑麦草对Cu、Cd的吸收。
上述结果表明，蚯蚓在重金属污染土壤上通过促进植物生长、提高土壤中重金属的生物有效性、提高植物的菌根浸染率而提高植物吸收重金属的能力。菌根真菌与蚯蚓虽然在提高土壤重金属有效性上未表现良好的协同作用，但在促进植物吸收重金属方面，菌根真菌的存在能够扩大吸收面积，而且更有益于促进重金属从植物的地上部向地下部转移。因此，蚯蚓和菌根的联合作用在提高植物修复的效率方面有很大的应用潜力。