蚯蚓生物滤池中蚯蚓对新环境的氧化应激反应研究

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蚯蚓,是陆地生态系统中生物量最大的动物,具有重要的生态功能。蚯蚓具有协同微生物促进有机物的分解和矿化,并具有改善土壤结构,通气、排水、渗透能力的功能。蚯蚓生物滤池(Vermifiltration,VF)正是根据蚯蚓这种生态功能,开发出的种全新的生态型污水处理技术。VF技术具有产生污泥少,处理效率高,简便易行,成本低的优点。我国作为个水资源匮乏和水污染严重,同时经济建设又正处于快速发展的第三世界国家,发展VF技术,具有特别重要的环保价值。目前关于蚯蚓生物滤池的研究,主要集中在对污水中污染物的处理效率方面,关于蚯蚓本身的研究却很少。蚯蚓进入滤池新环境后,滤池特殊环境会不可避免地迫使其体内出现定的应激响应以适应这种新的环境,关于这点则鲜见报道。本文创新采用以木屑和苔藓泥炭土与沸石、气块砖、火山岩分别按相同体积比(1:2:2)混合而成的三种混合滤料,设立3种蚯蚓生物滤池(分别命名为VF1,VF2,VF3)。考察了蚯蚓进入滤池后对新环境的氧化应激响应以及滤池污水的处理效率,并对二者相关性进行分析。研究发现,随着滤池运行时间的延长,滤池中蚯蚓蛋白含量平均值均比对照组高22%,整体呈现上升趋势;超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活力变化趋势是致的,2种酶活在滤池启动后的第1-5天显著高于对照组,VF2在第5天回复到对照组水平后保持稳定,呈现“上升-降低”趋势;VF1、VF3在第5天回复到对照水平后,第9-12天再次显著高于对照组,均呈现“上升-下降-上升”趋势。3种滤池谷胱甘肽(GSH)含量、总抗氧化能力(T-AOC)、丙二醛(MDA)含量随时间的变化情况基本是致的,整体呈现先“上升-下降”的趋势,在滤池启动后的1天即显著高于对照组水平,随后逐渐降低,第5天后回复到对照水平。通过测定滤池进出水化学需氧量(COD)和氨氮(NH4+-N)监测,COD去除率与蚯蚓抗氧化能力随时间的变化趋势是基本致的,发现随着滤池运行时间的延长,3种滤池COD去除率整体呈现“升高-下降”的趋势,第2-7天后基本达到稳定。3种滤池NH4+-N去除率的变化趋势不样:VF1表现平缓,VF2呈下降趋势,VF3呈先上升后下降的趋势。不同滤料对抗氧化能力和滤池去污能力有显著影响,以木屑-苔藓泥炭土-沸石为滤料的VF1中的蚯蚓SOD酶活和MDA含量最低,是最适宜蚯蚓生存的滤池环境,但污染物去除率不高。而VF3的SOD活力,COD和NH4+-N去除率最高,显示木屑-苔藓泥炭土-火山岩是最适宜的滤料。滤池环境对蚯蚓造成定程度的胁迫,但不是特别剧烈,迫使蚯蚓产生氧化应激反应。通过蚯蚓生理应激指标和滤池污水的处理效率相关性分析,发现COD去除率与各项蚯蚓生理指标是极显著正相关的。本文认为在定程度范围内,蚯蚓的氧化应激反应越强烈,COD的去除能力越强。后续应开展蚯蚓在滤池中分子和个体行为层次的应激反应研究,以及滤池各方面的去污能力研究,以综合反应滤池蚯蚓应激反应与污水去除能力之间的关系。
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