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土壤污染生物监测

发布时间:2017-12-10 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1610

土壤中常见的污染物有重金属(镉、铜、锌、铅)、石油类、农药和病原微生物等。土壤受到污染后,生活在其中的生物的活力、代谢特点、行为方式、种类组成、数量分布、体内污染物及其代谢产物的含量等均会受到影响。因此,根据土壤中生物的这些特征变化可以监测土壤的污染程度。

一、土壤污染的植物监测

土壤受到污染后,植物对污染物产生的反应主要表现为:叶片上出现伤斑;生理代谢异常,如蒸腾速率降低、呼吸作用加强、生长发育受阻;植物化学成分改变等。植物的根、茎、叶均可出现受害症状,如铜、镍、钻会抑制新根伸长,形成像狮子尾巴一样的形状;无机农药常使作物叶柄或叶片出现烧伤的斑点或条纹,使幼嫩组织出现褐色焦斑或破坏;有机农药严重伤害时,叶片相继变黄或脱落,开花少,延迟结果,果实变小或子粒不饱满等。因此,通过对指示植物的观测可确定土壤污染类型及程度。

土壤监测的指示植物有:小大蕨等可指示铜污染;细小糠穗、狐茅、紫狐茅、黄花草、酸模、长叶车前,以及多种紫云英、紫堇、遏蓝菜等可指示锌污染;地衣等可指示砷污染;酸性土壤质量指示植物如芒箕骨、映日红、铺地蜈蚣等可指示酸性土壤;蜈蚣草、柏木等可指示石灰性土壤;碱蓬、剪刀股等可指示碱性土壤。

二、土壤污染的动物监测

土壤中的原生动物、线形动物、软体动物、环节动物、节肢动物等是土壤生态系统的有机组成部分,具有数量大、种类多、移动范围小和对环境污染或变化反应敏感等特点。研究表明:在重金属污染的土壤中,动物种类、数量随环境污染程度的增加而逐渐减少,并且与重金属的浓度具有显著的负相关关系,因而,通过对污染区土壤动物群落结构、生态分布和污染指示动物的系统研究,可监测土壤污染的程度,为土壤质量评价提供重要依据。蚯蚓原生动物、土壤线虫、土壤甲螨等均可作为指示动物监测土壤污染。

蚯蚓是土壤中生物量最大的动物类群之一,在维持土壤生态系统功能中起着不可替代的作用。在污染土壤中,一些敏感的蚯蚓种群消失,能够耐受污染物的种群保留下来,从而导致蚯蚓在种群密度和群落结构上发生明显的变化。研究表明,蚯蚓体内镉的浓度与土壤中镉的浓度具有显著的相关性,对农药、铅等污染物也有较高的敏感性,因此,蚯蚓通常被视为土壤动物区系的代表类群而被用于指示、监测土壤污染。监测方法如下:①通过调查污染区土壤中蚯蚓种群的数量和群落结构反映土壤污染情况,根据调查结果获得总丰度、种类丰度、多样性指数等参数,根据这些参数评价土壤的污染程度;②通过毒性和繁殖试验研究污染物对某单一种类的蚯蚓造成的伤害,对污染物进行生态毒理风险评价;③利用蚯蚓的分子生物学、生物化学特征和生理反应(生物标志物)监测土壤污染。

土壤原生动物生活在土表凋落物和土壤中,环境的变化会导致原生动物群落组成和结构迅速变化,例如:在铅锌矿采矿废物污染土壤中,原生动物群落物种多样性显著下降,导致群落中大量不耐污种类消失,因此,土壤原生动物可作为土壤污染的指示动物。

线虫是土壤中最为丰富的无脊椎动物,在土壤生态系统腐屑食物网中占有重要地位。它具有形态的特殊性,食物的专一性,分离鉴定相对简单,以及对环境的各种变化,包括污染的胁迫效应能作出比较迅速的反应等特点,可将线虫作为土壤污染效应研究的生物指标。某些线虫体内的热激蛋白对污染胁迫具有表达能力,因此可将线虫的热激蛋白作为生物标志物进行土壤污染的生态毒理评价。

甲螨是蜱螨类中的优势类群,在土壤中数量多、密度大、极易采得。甲螨口器发达,食量大,通过摄食和移动,可广泛接触土壤中的有害物质。当土壤环境发生变化时,它们的种类和数量会发生变化,可以利用甲螨类监测土壤污染。如当全大翼甲螨显著增多、单翼甲螨显著减少时,常表明土壤中有汞、镉的污染;在小奥甲螨和单翼甲螨均增多时,表明土壤中有铜的污染;而若全大翼甲螨和小奥甲螨同时增多、单翼甲螨却又显著减少时,表明土壤中有有机氯的污染。

三、土壤污染的微生物监测

土壤是自然界中微生物生活最适宜的环境,它具有微生物所需要的一切营养物质,以及微生物进行繁殖、维持生命活动所必需的各种条件。目前已发现的微生物都可以从土壤中分离出来,因此土壤被称为“微生物的大本营”。

土壤受到污染后,其中的微生物群落结构及其功能就会发生改变。通过测定污染物进入土壤前后的微生物种类、数量、生长状况,以及生理生化变化等特征,就可以监测土壤受污染的程度。

1.土壤中的大肠菌群

粪便中的大肠菌群进入土壤中,随时间的推移会逐渐消亡,其存活时间由数日到数月。因此,根据土壤中大肠菌群的细菌数量评价土壤受病原微生物污染的程度。一般大肠菌群超过1.0 CFU/g可认为土壤受到污染。

2.土壤中的真菌和放线菌

对于难降解的天然有机物如纤维素、木质素、果胶质,真菌和放线菌具有较强的利用能力,另外真菌适合在酸性条件下生存。因此,可以根据土壤中真菌和放线菌的数量变化,判断土壤有机物的组成和pH的变化。

3.土壤中的腐生菌

有机物进入土壤后,其中的腐生菌繁殖加快、数量增加,故可以利用土壤中腐生菌的数量来评价土壤有机污染的状况。土壤中的有机物由于微生物的分解、氧化作用而减少,使土壤净化,在此过程中微生物群落发生有规律的演替。首先非芽孢菌占优势,继而芽孢菌繁殖加快。在净化过程中,非芽孢菌和芽孢菌的比例逐渐增大到最大值,继而逐渐下降,直至恢复到污染前的水平。因此,土壤中非芽孢菌和芽孢菌的比例变化可以表征土壤有机污染及其净化的过程。

4.土壤中的嗜热菌

人类粪便中大肠菌群的细菌数量很多,而嗜热菌很少;但是牲畜粪便中两者都很多,牲畜粪便中大肠菌群为0.1×104 CFU/g,嗜热菌为4.5×106 CFU/g。因此,嗜热菌可以作为表征土壤牲畜粪便污染的指标。嗜热菌超过103~105 CFU/g,土壤被视为牲畜粪便污染,超过105 CFU/g可确定为重污染。

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