【技术交流】农业部环保所农田有机污染生物消减创新团队在土壤蚯蚓-微生物协同修复有机污染物研究方面取得系列进展

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农药、抗生素、激素等有机污染物残留给土壤生态系统造成严重危害，也成为人类生命健康的潜在威胁。蚯蚓作为“土壤生态系统工程师”在增强土壤系统自身的调节净化能力方面作用突出。基于此，农业农村部环境保护科研监测所农田有机污染生物消减创新团队面向国家农业绿色低碳发展的重大需求，在国家自然科学基金、公益性行业科研专项和中国农科院科技创新工程等项目的支持下，长期致力于土壤蚯蚓-微生物协同强化有机污染物的消减机制与技术研究，取得的进展在农业环境科学学报、Journal of Hazardous Materials、Environmental Pollution 等重要期刊发表论文10 余篇，获授权发明专利1 项。

蚯蚓协同土著微生物强化土壤有机污染修复

一

蚯蚓-微生物协同修复技术构建

污染物类型。蚯蚓对土壤多种农药（DDT、乙草胺、异丙甲草胺、2,4-D、莠去津等）、抗生素及抗性基因的消减均具有不同程度的促进作用。添加赤子爱胜蚓使得异丙甲草胺半衰期由43 天缩短至8 天，土壤中乙草胺和莠去津的降解速率也因蚯蚓的加入分别加快了62%和34%。蚯蚓处理的土壤中抗性基因在培养28 天时消减量较空白处理提升了35%-44%。蚯蚓类型。在环境浓度和高浓度金霉素污染条件下，表层蚓（赤子爱胜蚓、体型小）和内层蚓（威廉环毛蚓、体型大）均可以提高土壤中金霉素的降解率（最大29%）；实验前期赤子爱胜蚓对金霉素降解的促进效果较好，实验结束时（28 d）高浓度条件下威廉环毛蚓的强化效果优于赤子爱胜蚓；此外，两种蚯蚓也可以加速金霉素代谢产物的降解。

蚯蚓预暴露。除草剂预暴露对于蚯蚓体内能源代谢及应激系统产生了多样化的胁迫效应，重塑了蚯蚓肠道微环境中的微生物群落多样性和群落组成。预暴露处理缩短了蚯蚓再次接触污染物时的适应时间，增加了蚯蚓肠道中部分异丙甲草胺降解菌的丰度，从而提高了异丙甲草胺前期的降解速率。对蚯蚓进行预暴露处理并利用预暴露蚯蚓对除草剂进行降解，发现预暴露处理适合的目标污染物应满足以下条件：1）在蚯蚓体内不富集；2）对蚯蚓毒性较小；3）蚯蚓可一定程度上促进其降解；4）自然条件下较难降解。

二

蚯蚓-微生物协同修复机制

土壤蚓触圈是有机污染物降解的热点区域。蚓粪是乙草胺降解的热点区域。暴露于异丙甲草胺和氟磺胺草醚中蚯蚓的前、中、后肠的多样性和丰富度均低于自然蚯蚓，不同处理蚯蚓的前肠和中肠的组成相似，后肠之间存在差异，不同肠段中菌群的变化呈现不同趋势。蚯蚓前肠和中肠部分的细菌群落结构更为相近，后肠的细菌群落受污染物影响更大，Blastococcus、Geodermatophilus、Arthrobacter、KD4-96 和JG30-KF-CM45 等降解功能微生物的相对丰度在暴露于两种除草剂蚯蚓的后肠肠段中增长显著。

蚯蚓协同土壤细菌/真菌群落促进降解。蚯蚓处理组金霉素浓度的变化和细菌群落的演替是土壤中ARGs 丰度降低的主要原因。蚯蚓引入提升了金霉素降解菌（如Aeromonas、Flavobacterium 和Luteolibacter）的丰度从而消减了44%的ARGs；土壤真菌群落在氯乙酰胺类除草剂的降解过程中发挥着重要作用。蚯蚓也可通过调控土壤真菌的群落结构显著促进有机污染物（乙草胺、异丙甲草胺）的降解与清除。

三

蚯蚓促进污染土壤的生态恢复

有机污染物进入土壤后，会干扰土壤微生物的正常功能，打破土壤生态系统的平衡状态，蚯蚓对污染物造成的生态毒害有明显的缓解和修复作用。乙草胺对土壤过氧化氢酶、脱氢酶和蔗糖酶活性均有抑制作用，蚯蚓能够促进污染土壤中这三种酶活性的提升，使微生物群落更接近未污染状态，从而达到缓解毒害、修复土壤的作用。

成果列表：

[1]. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.01.058 

[2]. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.07.029 

[3]. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146679 

[4]. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131290 

[5]. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.109926 

[6]. https://doi.10.3390/app10238556

[7]. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.11.043 

(生态修复网)

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