活性污泥生物质炭对蚯蚓的毒性效应

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目前研究表明,活性污泥热解处理制备生物质炭可在农业中应用,与将活性污泥直接施用在土壤中相比较,活性污泥生物质炭可更好的促进植物生长。但在实际应用中,还需考虑活性污泥生物质炭对土壤中生物群体是否会造成负面影响。蚯蚓是土壤中生物量最大的生物群体之一,本研究选取蚯蚓为研究对象,研究活性污泥生物质炭对蚯蚓是否有致害作用,并进一步对致害因子剖析。本研究中,以活性污泥为原材料制备生物质炭,最终热解温度为:350℃、550℃、750℃。建立生物质炭-土壤体系,将每种生物质炭按不同比例(0%,1%,2.5%,5%,7.5%,10%,12.5%)添加到土壤中,均匀混合,进行急性毒性试验。选取LC50为新的浓度上限,设置新的比例(0%,2.5%,5%,7.5%,10%),混合均匀,进行回避试验、中性红试验、抗氧化防御试验,进一步探究生物质炭在细胞水平、生理水平对蚯蚓造成的致害效应。在以上试验结果的基础上,选取活性污泥生物质炭中可能存在的致害因子进一步研究验证。本研究选取活性污泥生物质炭中PAHs和水溶性物质进行研究,以验证二者是否对蚯蚓有致害作用。主要研究结果如下:(1)个体水平:蚯蚓的死亡率与三种活性污泥生物质炭比例均具有显著正相关(P<0.05)。三种活性污泥生物质炭LC50分别为:1.025×105mg/kg,1.107×105mg/kg,2.69×105mg/kg。三种活性污泥生物质炭致害效应大小为:350℃活性污泥生物质炭>550℃活性污泥生物质炭>750℃活性污泥生物质炭。(2)细胞水平:活性污泥生物质炭在细胞水平对蚯蚓的致害作用体现在蚯蚓溶酶体膜的破坏。蚯蚓在三种活性污泥生物质炭-土壤体系中暴露7d与14d时,中性红保留时间(NRRT)与生物质炭比例均呈显著负相关(P<0.05)。(3)生理水平:蚯蚓体内过氧化氢酶(CAT)、总超氧化物歧化酶(T-SOD)、过氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量均高于对照组,这表明活性污泥生物质炭对蚯蚓产生了致害作用。三种活性污泥生物质炭在酶活性及MDA含量方面变化趋势各不相同,这表明三种活性污泥生物质炭的致害效应各不相同。(4)将350℃活性污泥生物质炭去PAHs处理后得到的急性毒性试验结果明显低于原始活性污泥生物质炭,表明PAHs对蚯蚓存在致害效应。改性活性污泥生物质炭在人工土壤体系中的比例与蚯蚓的死亡率呈显著正相关(P<0.05)。(5)蚯蚓在350℃活性污泥生物质炭水浸提液中死亡率与水浸提液浓度呈显著正相关(P<0.05),这表明350℃活性污泥生物质炭中可溶于水的物质中含有对蚯蚓有致害作用的成分。通过本研究说明了活性污泥生物质炭对蚯蚓具有致害效应,活性污泥生物质炭中的PAHs及重金属是对蚯蚓产生致害作用的致害因子。
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