蚯蚓对生物质炭性质影响及其对潜在致害因子的响应

Earthworm is "soil engineer"；Biochar are versatile and promising soil amendments. There exist complex interactions between earthworm and biochar in soil environment. However, the effects of earthworm on biochar properties have been little studied, whereas adverse effect of biochar on earthworm have not been systematically investigated and potential damage factors have not been fully identified. In this project, using the Eisenia fetida and different biochar, 1) the impact of earthworm on biochar properties and theirs physicochemical and biological mechanisms will be studied by distinguishing the role of earthworm oral-intestinal tract and mucus secreted from surface of body wall; 2) By using soil culture system, the adverse effects of biochar on earthworms at individual, physiological, cellular and molecular levels will be systemically clarified. Furthermore, for the identification of potential damage factors, the extraction liquid by water and organic solvent, the composition and physic-chemical properties of biochar will be modified and their effects on earthworm will be explored. The results of the project might provide references for clarifying the stability and the ecological consequences of biochar and their proper application.

蚯蚓是“土壤工程师”，生物质炭是功能多样，应用前景广阔的土壤改良剂，二者在土壤中有着复杂的相互作用。目前，蚯蚓对生物质炭性质影响及机制尚不明确，而生物质炭对蚯蚓的致害效应需要更加系统地研究，且对致害因子需要做进一步解析。因此，本项目拟以赤子爱胜蚓和不同类型生物质炭为材料，1）采用生物质炭-蚯蚓（粘液）培养体系，探究蚯蚓取食-过肠和粘液过程对生物质炭理化性质和生物学性质的影响，揭示蚯蚓对生物质炭的物理化学和生物学作用机制；2）采用土壤培养实验，系统研究生物质炭对蚯蚓在个体水平，生理水平，细胞水平和分子水平上的不利效应；针对潜在致害因子，对生物质炭进行改性，通过比较改性前后，生物质炭及其浸出液对蚯蚓的影响差异，并结合气质联用，电感耦合等离子体发射等技术，对可能的化合物和离子进行解析，从而较为清晰地阐明生物质炭对蚯蚓的致害因子。本研究可以为阐明生物质炭的稳定性和生态效应及其合理施用提供依据。

蚯蚓是“土壤工程师”，生物质炭是功能多样，应用前景广阔的土壤改良剂，二者在土壤中有着复杂的相互作用。本研究进行了如下工作：1）采用牛粪制生物质炭-蚯蚓（粘液）无土纯培养体系，探究蚯蚓影响生物质炭性质的过程机制，结果表明，蚯蚓取食-过肠和粘液过程能够对生物质炭某些理化性质的影响；2）采用土壤培养体系，研究了生物质炭的添加对蚓粪性质的影响，结果表明550℃制备下的玉米芯和污泥生物质炭并未对蚓粪的有效态养分，土壤酶活性，细菌生物多样性和群落结构产生显著的影响；3）生态毒理实验表明，550℃制备下的玉米芯和污泥生物质炭对蚯蚓，致死率，体重损失率，回避率，体腔细胞溶酶体膜稳定性和抗氧化防御体系等指标均没有显著的影响，而CD生物质炭则对蚯蚓这些毒性指标显示出一定的毒性，这表明生物质炭的毒性很大程度上是由制备原料决定。4）采用不同方法对生物质炭进行改性处理，对生物质炭毒性因子进行解析，结果表明生物质炭中含有的多环芳烃是潜在的致害因子之一，此外，pH变化，灰分等亦是对蚯蚓产生毒性的因子。因此在特定生物质炭广泛应用前，应对其进行生态安全性评价。研究结果还表明，反映体腔细胞溶酶体膜稳定性中性红保留时间可以作为有效可靠的生物测试工具用以生物质炭的安全性评价。这些结果可以为阐明生物质炭的稳定性和生态效应及其合理施用和安全性评价提供依据。