当前世界环境

介绍

不当处理污水和用受污染的水灌溉的做法增加了农业土壤中的金属浓度。这导致蚯蚓喂养的土壤中有机物质中的金属浓度增加，导致生物积累和生物转化。在生态系统中，生物群通常暴露于低水平的有毒污染物中，其中重金属的毒性更大，因为它们通过食物链进行生物放大。¹蚯蚓通过食入和在土壤中挖洞等方式与土壤持续接触，是评价土壤毒性的敏感生物标志物。它们在土壤功能方面很重要²并在陆地生态毒理学风险评估中发挥关键作用。^3.生物对气候条件的变化作出反应，如由人类活动引起的湿度丧失、温度波动和有毒化学品，这些活动被认为是压力源，并受到生物和非生物因素之间的一系列相互作用的调节。Vrankel等人聚集在上面，⁴与使用任何单一物种的单一毒物分析相比，建议的多因素方法更实用。

为了了解印度蚯蚓的多样性和分布，人们进行了多次尝试。例如，Julka等人，⁵报告了来自印度各地的590种蚯蚓，而印度不同地区(如印度北部各邦)报告了蚯蚓的多样性⁶;东北部各州，⁷Tamilnadu⁸卡纳塔克邦很少有像古尔巴加这样的地区⁹和班加罗尔。¹⁰近年来，没有对蚯蚓进行调查研究，使班加罗尔地区的污染率居高不下。

因此，本研究旨在研究蚯蚓物种在与班加罗尔工业口袋相邻的污水灌溉农田中的流行情况。随后，在实验室条件下，在暴露于亚致死剂量的选定重金属铬(Cr)和锌(Zn) 7、14、21和28天后，评估了它们的摄食行为和体重变化。

材料与方法

研究网站

随着城市的不断扩张，人类住区和工业已经大量取代了班加罗尔的农田(12)^o.58'N和77^o.35'E, 921实验室)。这导致可用于耕作的土地减少，影响了土壤肥力。研究地点选择在Vrishabavathi山谷和Attibele工业区，那里的土地用污水灌溉，那里的工业毗邻农田。在所有选定的村庄中，至少取样5个土壤顶部10cm的子样并手工分类，以去除根和凋落物，以实现随机性。样品在分析前储存在有标签的聚乙烯袋中，混合良好，并在三个重复中进行分析。每个地点普遍存在的蚯蚓与土壤一起被收集在一个带穿孔盖子的塑料培养箱中，并运往实验室进行驯化，以进一步鉴定和使用。

土壤分析

土壤pH用pH计(thermoorion)测定，电导率(EC)用电导率计测定，以mmhos/cm表示。

有机碳

有机碳由沃克利和布莱克测定¹¹方法:在500ml锥形烧瓶中称取1.0g土壤，至10ml 0.1667M K₂Cr₂O₇溶液和20ml浓缩H₂所以₄包含Ag)₂所以₄加入并充分混合30min，完成反应。用200 ml H进一步稀释反应混合物₂0和10ml磷酸10ml氟化钠溶液。二苯胺为指示剂。以0.5 M FeSO4滴定，终点为亮蓝色。结果以有机碳百分比x 1.3表示，因为发现有机碳回收率在77%的范围内。

可用的磷

有效磷采用Olsen等人的方法测定。¹²土壤中有效磷用奥尔森P (0.5M) NaHCO萃取_3.溶液pH 8.5)萃取剂在中性到碱性土壤条件下。将碳酸氢盐萃取剂50ml加入到100ml锥形土壤样品中。混合料在机械振动筛上保持30min后过滤。用分光光度法测定颜色强度。

可用的钾

用Merwin - Peach法测定有效钾。¹³利用火焰光度计对其进行了估计。25ml含5g土样，充分搅拌5min，过滤上清，火焰光度计测钾量。

有效微量营养素(AAS)

采用原子吸收分光光度计(AAS)分析土壤元素组成的标准方法。¹⁴结果以µg/ml表示。

实验室研究的物种选择

蠕虫被小心翼翼地带到实验室，并在实验室条件下在塑料培养箱中稳定一个月，培养箱中含有土壤和有机物质，其中含有农家肥混合物(9:1)，含水量为35%至40%pH值在6.8到7.0之间。具有发育良好的阴蒂的蚯蚓种类即,金银花，毛氏花和p . corethrurus被选作进一步的研究。使用前24小时从培养箱中仔细挑选，放在潮湿的滤纸上(在28±2°C的黑暗环境中)，在培养皿中去除肠道内容物。

选择金属浓度和LC₅₀值

锌(Zn)是一种必需的微量元素，极易在土壤中获得，是生物系统健康运作的基本需要。在土壤中，锌的毒性取决于土壤特性，当锌的含量升高时，锌是有毒的。土壤中锌的浓度对土壤的健康和毒性具有重要意义¹⁵。根据现有文献，污水灌溉的农业土壤和班加罗尔少数选定的工业口袋中的锌浓度在2-15ppm的范围内。此外，Schalscha等人。¹⁶经废水处理的土壤中锌含量为228ppm。14天信用证₅₀在1067.64ppm (R²=0.8639)， 1159.9ppm (R²=0.839)和1164.3ppm (R²= 0.7561)E.eugeniae，l . maurutii和p . corethrurus分别。

从生物学角度来说，三价铬是动物体内葡萄糖代谢的必需元素，¹⁷而六价铬作为诱变、致癌和致畸剂被证明是有毒的。¹⁸不像其他金属，铬^{+ 6}从生态毒理学的角度来看，还没有得到很多关注吗¹⁹因此六价形式的铬(K)₂Cr₂O₇)在这项研究中使用。铬在自然界中以不同浓度存在于土壤(10-50ppm)、海水(0.1-117ppb)和大气[5.0 x 10]中⁶- 1.2 x 10³ugm³］^。根据印度制革行业的数据，大约有2000到32000吨铬排放到环境中。^20.班加罗尔土壤总铬浓度低于允许限值(0.1- 0.3ppm)。根据印度中央污染控制委员会的规定，污水中铬的允许限量最高可达2ppm。同样，14天信用证₅₀Cr (VI)值为22.35ppm (R)²=0.8393)， 16.57ppm (R²=0.9601)和17.25ppm (R²= 0.9601)E.eugeniae,l . maurutii和p . corethrurus分别由芬尼导出²¹probit死亡率。鉴于上述范围，本研究使用了8ppm的亚致死剂量。

实验床的制备

实验前，将风干土壤与晒干无尿牛粪按3:1的比例组成实验床，用原子吸收光谱法测定其元素组成，特别是Zn (1.29ppm)和Cr(低于可检测水平)。适量氯化锌(ZnCl)₂)和重铬酸钾(K₂Cr₂O₇)溶液中加入所需浓度的350ppm Zn和8ppm Cr与土壤混合组成实验床。实验在实验室条件下进行;采用3组10个重复，共30个实验床，含350ppm Zn、8ppm Cr和蒸馏水作为对照床。将含水量30%的实验床放置在塑料培养箱内，盖上穿孔盖进行通风，并用细纱布防止蠕虫逸出。用上述蒸馏水配制10个对照床。每箱10只蚯蚓排空肠道内容物后，保温24±2⁰C。²²从每次金属暴露的不同重复中随机选择6只虫作进一步测定。

进料速率评估

Sunitha Seenappa使用的方法²³用于评估生长和生物能量参数Eudrilus eugeniae本研究采用蚯蚓摄食率评价方法。实验床是用一层薄薄的土壤(因为它可以让空气被动地扩散到材料中)和已知重量的干牛粪片准备的，牛粪片浸泡在350ppm的氯化锌中₂溶液和8ppm的K₂Cr₂O₇分别给线虫提供溶液。留下的薄片被仔细地从蚯蚓的铸件中分离出来，很容易识别，因为它们以精细划分的土壤金字塔的形式在表面上铸造²⁴和体重。在暴露的第7、14、21和28天，通过称量剩余食物来测量饲料消耗量。

体重变化

体重指数的变化是通过从重复中随机取出10只虫，在每个处理中，用蒸馏水洗涤，用纸巾擦干，并分别称重体重变化来测量的。为了尽量减少肠道内容物的干扰，在观察新鲜铸件后的早晨的特定时间对蠕虫进行称重，假设蠕虫排出了肠道内容物。

繁殖率测量

为测定繁殖率，每个培养箱在30末计数茧^th日，计算孵化茧数和基质中孵化的卵数。

数据分析

数据采用SPSS 20.0软件进行统计学分析。采用单因素方差分析和事后Duncan多元极差检验(p<0.05)作为评价摄食率、体重变化和Dunnett事后(p<0.05) (p<0.05)。结果以均数±标准误差表示。括号内的数值为百分比变化，“+”号表示增加，“-”号表示减少。百分比变化计算如下:

表1:从班加罗尔工业口袋收集的土壤的物理化学特征。(地盘C:控制;A: Attibele, G: GudimaavuL: Lingapura;T: Thagachaguppe)

数值用三个重复(n=3)的均值±Std误差表示。“*”表示有统计学意义(p<0.05)与对照(站点:C)相比，使用单因素方差分析SPSS(版本20.0)Dunett事后检验。

结果

土壤分析

土壤样品的理化性质如表1所示，数据描述了pH值、电导率、有机碳、有效磷(P₂O₅)和钾(K₂O₅）.同样，表2给出了土壤的平均重金属浓度。用废水灌溉的土壤发现重金属浓度不同，这是在采样点测定的。所有地点pH为3.5至7.1的土壤中重金属总浓度(mg /kg)为Cu的15.3至149 mg/kg;锌为5.3 ~ 15.84 mg/kg;铁28.1 ~ 79.5 mg/kg;铅< 0.1 ~ 0.28 mg/kg;Cr为0.12 ~ 0.225 mg/kg;镍0.05 ~ 1.02 mg/kg;mg为0.7 ~ 7.0 mg/kg, Mn为0.46 ~ 1.35 mg/kg。与对照土壤相比，样品土壤中金属含量显著升高(p<0.05)。

表2:班加罗尔工业区土壤中的微量营养素和重金属浓度。(地盘C:控制;A: Attibele, G: GudimaavuL: Lingapura;T: Thagachaguppe) 点击这里查看表格

数值用三个重复(n=3)的均值±Std误差表示。“*”表示有统计学意义(p<0.05)与对照(站点:C)相比，使用单因素方差分析SPSS(版本20.0)Dunett事后检验。

蚯蚓的分布

研究区蚯蚓种类的多样性即。，Eudrilus eugeniae，毛蕊花、花萼花、圆花花、长花花和Eisenia fetida,然而，不同采样地点的物种丰度不同，E.eugeniae和毛蕊草为最优势种，其次为花蕊草、长叶多花和长叶多花Eisenia fetida。确定物种的主要特征及其在采样地区的分布情况见表3。

表3:在研究区内发现的物种的主要特征。[+]代表丰富;+ + +高;+ +温和;+低) 点击这里查看表格

饲料消费

表4所示的数据说明了蚯蚓的食物消耗率Eudrilus eugeniae暴露于亚致死剂量的锌(350ppm)和铬(8ppm)。在E.eugeniea，重要的;p摄食率差异<0.05)^th而Cr暴露组在7日有明显的统计学差异^th, 14^th和21^圣曝光日。7日，Zn加样土壤采食量变化百分比分别为-37.09%、-2.97%、+16.90%、+12.45%，Cr加样土壤采样食量变化百分比分别为-39.51%、-29.55%、-36.10%和+6.77%^th, 14^th21岁^圣和28^thd分别。在物种l . maurutii在第7天，摄食量也出现了类似的显著变化(p<0.05)^th21岁^圣和28^thd，而在含铬土壤中，差异显著^th21岁^圣和28^thd. 7日，Zn处理虫的变化百分比分别为+33.33%、+3.35%、+32.75%和+14.15%，Cr处理虫的变化百分比分别为-14.03%、-27.51%、-34.49%和-23.19%^th, 14^th21岁^圣和28^thd分别。在p . corethrurus7日，土壤摄取量变化百分比分别为-18.84%、+5.50%、+10.00%和+22.78%，Cr土壤摄取量变化百分比分别为-37.68%、+0.91%、-17.77%和-2.95%^th, 14^th21岁^圣和28^thd分别。然而，在加锌土壤中，p<0.05)，差异有统计学意义^圣和28^th而在含铬土壤中，暴露量显著(pp <0.05)^thD有毒暴露。

表4:亚致死剂量的锌(350ppm)和铬(8ppm)对平均摄取率的影响Eudrilus eugeniae，毛茛和凤尾花。饲料消耗量(g /虫/周)

值为10个蠕虫的平均值±SE。DMRT测定每列不同上标字母(a、b、c)的平均值均有统计学意义(P<0.05)。

体重变化

表5所示的数据显示了观察到的体重变化大肠eugeniae，l . maurutii和p . corethrurus在28天的时间间隔内暴露于亚致死剂量的锌和铬。暴露于Zn后，体重也有明显增加，观察值分别为+180.9%、+86.2%、+20.0%和+21.1%大肠eugeniae， +20.8%， +10.6%， -3.89% +6.25%L.maurutii和-12.12%， -17.46%， -26.0%， 21.71%在corethrurus中7日^th, 14^th21岁^圣和28^thd分别。而在加铬土壤中，体重明显下降，变化幅度分别为-23.8%、-41.3%、-40.7%和-27.1%大肠eugeniae;-16.66%， -23.40%， -27.27%， -41.96%L.maurutii;-27.27%， -36.50%， -40.0%和-54.60%p . corethrurus分别于第7、14、21、28d。采用方差分析(单向)和事后邓肯分析(p<0.05)，发现线虫体重变化的日变化效应显著。

表5:体重变化Eudrilus eugeniae，毛茛和凤尾花暴露于亚致死剂量的锌(350ppm)和铬(8ppm)

值为10个蠕虫的平均值±SE。DMRT测定每列不同上标字母(a、b、c)的平均值均有统计学意义(P<0.05)。

生育指标

表6显示了所研究蚯蚓种类的总茧数、孵化率和繁殖潜力的生殖指数。在E。eugeniae，对照组的平均茧数为22.0±1.08个，锌处理组的总茧数为30.50±2.65个，铬处理组的总茧数为13.3±1.32个。锌和铬暴露组的总茧数和孵化率也存在显著差异，其中加锌土壤的孵化率明显提高(+39.17%)。相反，Cr暴露组雏鸟的孵化率明显降低(-77.83%)。锌暴露组的孵化率(+7.85%)和繁殖率(+39.56%)显著提高，而铬暴露组的孵化率(-39.65%)和繁殖率(- 35.16%)显著降低。

表6:重金属(Zn 350ppm)和(Cr 8ppm)对蚯蚓生殖指标的影响Eudrilus eugeniae，Lampito maurutii和Pontoscolex corethrurus。

值为10个重复(每个重复含4只成虫)的平均值±SE。括号中的值表示百分比变化，“+”表示增加，“-”表示减少控制。经单因素方差分析后的Duncan检验，不同上标字母(a, b, c)的平均值逐列具有统计学意义(P<0.05)。

在l . maurutii，没有显著的(p<0.05)，而Cr暴露组间差异显著。对照组平均产茧量为2.0±0.47个，锌处理组为1.10±0.27个，铬处理组为0.6±0.22个。在加锌土壤中，雏鸟的孵化数显著增加(+60.0%)，而在加铬土壤中，雏鸟的孵化数与对照无显著差异。同样，没有显著的(p加锌土壤的茧总产茧量(-35.71%)、孵化率(+2.86%)和繁殖率(-37.5%)差异均<0.05。然而一个重要的(p加铬土壤的结茧总量(-70.0%)和繁殖率(-62.5%)显著降低，但孵化率(-57.14%)显著降低。

在P.corethrurus，没有显著的(p对照土壤与金属尖刺土壤生殖指标差异显著(<0.05)。对照和加锌、加铬土壤的总茧数分别为1.10±0.31和1.2±0.38和0.50±0.16。总茧数变化百分比(Zn -20.0%;-50.0% Cr)，孵化率(-32.49% Zn， -24.99% Zn)和繁殖率(+25.0% Zn;-50.0% Cr)在金属尖刺土壤中表现明显。虽然在加锌土壤中孵化的总孵化数没有差异，但在加铬土壤中孵化的孵化数比对照减少了(-50.0%)。

讨论

蚯蚓已被用作评估污染物对土壤生态系统潜在生态风险的模式生物²⁵因此被认为是在土壤功能中起重要作用的初级生物。它们是土壤动物生物量的主要来源，提供土壤通气和排水，是有机质的主要分解者²⁶其功能可能因污染物而受到抑制。蚯蚓对持续重金属污染的响应基于其生态意义和暴露时间为监测环境风险提供了重要信息。每种土壤在污染监测方面都是特定的，因为重金属的引入量及其行为与土壤性质有关。²⁷藤的发现²⁸主张土壤养分丰富，高浓度重金属的存在意味着其持久性，长期影响生产力。重金属通过分解过程释放到土壤中，但由于其溶解度有限，植物吸收受到限制，重金属通过与无机或有机颗粒的特定吸附位点结合，积累在土壤表层，成为土壤环境的组成部分。²⁹生物体需要微量的重金属，包括铁、钴、铜、镁、Va和锌，以调节正常的健康。过量的重金属会使动物的正常生理机能恶化。其他重金属如Cd、Pb和Hg不会产生有益的影响，它们在动物体内的长期积累会导致不良影响或病理。在本研究中，从班加罗尔不同的工业口袋(地点:A, G, L, T)收集的样品进行了元素组成分析，结果表明，毗邻工业口袋的农业用地含有Zn(5.3至15.84mg/kg)， Cu(15.3至149 mg/kg)， mg(0.7至7.0mg/kg)， Fe(28.1至79.5mg/kg)， Ni(0.05至1.02mg/kg)， Pb(0.1至0.28mg/kg)， Mn(0.46至1.35mg/kg)和TCr(0.12至0.225mg/kg)等元素。虽然从取样地点分析的金属浓度低于规定水平，但限制/限制分布可能是由于污染物相互作用之间的协同作用。研究表明，蚯蚓种类的分布取决于土壤质量，如土壤湿度、质地、深度、pH值和有机质含量。它们的密度和生物量主要由粮食供应和返回土壤的有机投入的质量和数量来监测^30.。兰登等人的研究³¹据报道，实验室金属尖刺土壤比相同浓度的野外条件下毒性更大。甘蓝和krishnamothy¹⁰报道蚯蚓的分布和丰度取决于特定物种对土壤地层的适应性，适应性越强，丰度越高。在这项研究中E.eugeniae和l . maurutii与其他物种相比，被发现的数量更多可能是由于表层有机质的积累。物种的流行也取决于摄食率，因为它是能量需求的重要生理过程。在Cr暴露的蚯蚓中，减少食物摄入量可能是蚯蚓为了其自然存在而避免重金属和有机化学物质中毒的一种策略³²。此外，在加铬土壤中观察到的体重下降可能归因于食物摄入量的改变和同化的增加。Maboeta等人。³³观察到暴露于低水平铅的生长速度受到抑制E.eugeniea将这种变化归因于所研究蚯蚓体内铅积累导致的生理反应抑制，解释了物种对金属的敏感性。同样，Cesar等人。³⁴观察到疏浚的低金属污染沉积物对collbolans的摄食活性无抑制作用。

Fleuren等的研究。³⁵结果表明，在受污染的土壤中，线虫降低了摄食率，降低了污染物的摄取量，幼虫和成虫消耗的食物量没有差异，但幼虫的肠道滞留时间更长Eisenia安德烈。在本研究中观察到的蚯蚓的有限分布也可能是由于摄入了污染的土壤，这可能影响了蚯蚓的幼体，从而减少了分散。当培养物保持在25±2°C时，生殖指数的明显变化可能受到尖刺金属和物理因素的影响。一些作者报道了温度对茧形成、孵化率和茧发育时间的影响。温带附生蠕虫的茧发育时间Eisenia fetida(32 - 73天),Dendrobaena veneta(40 - 126天)和热带附生蠕虫E.eugeniea(13-27days)和Perionyx发掘(16 - 21天)由Edwards报道。³⁶同样，罕见的两个幼虫从茧中出现L.maurutii由Dash和Senapathi报道。³⁷他们还报告了在L.maurutii由于每个茧中所有胚胎的资源有限，每个茧中孵化的雏鸟发育迟缓。即便如此,p . corethrurus是具有高繁殖力的连续繁殖者(这是游隼虫的适应性特征)和l . maurutii广泛分布的本地物种是半连续繁殖者，³⁸在研究中，两个物种的繁殖率都明显降低，这可能是由于普遍存在的物理因素。奥利弗和克拉克³⁹据报道，由于最佳温度的变化，神经分泌活性降低，这已被证明会影响茧的生产。Senapati和Sahu⁴⁰观察到温带蠕虫(3-30周)和热带蠕虫(1 - 8周)的潜伏期不同。

随孵化成功率的增加，成茧率更高E.eugeniae是由于环境中的高死亡率，可能是一种适应策略，使它们能够承受严重的气候变化。⁴¹李⁴²据报道，茧产量的增加与生命初期的高死亡率成正比。茧的形成和发育时间因物种而异，取决于物种年龄、种群密度和气候因素，如食物的温度、湿度和能量含量。人为活动导致表层土壤中有毒金属的浓度增加，导致蚯蚓密度下降，⁴³金属超载导致的凋落物消失与土壤压实和凋落物堆积不均直接相关，而凋落物堆积不均是评价土壤质量的关键。⁴⁴

简而言之，本研究报告了六种蚯蚓的发生也就是，尤金妮亚，毛毛灯叶、灯叶灯叶、孔坎大灯叶、长条灯叶和Perioynx发掘在选定的区域，蚯蚓的分布比以前的记录要少，显示出有限的分布模式。蚯蚓的多样性差可能是由于灌溉使用污水以及农业区工业占主导地位，这影响了土壤金属浓度，通过改变蚯蚓的摄食、体重变化和繁殖指数对蚯蚓产生影响，从而影响了蚯蚓的分布。因此，通过土壤特征监测污染反映了土壤状况和由此产生的物种丰富度。

确认

本研究由班加罗尔SWRO大学教育资助委员会以教师奖学金的形式支持，作者要感谢班加罗尔卡梅尔山学院研究主任Radha Kale教授提供的专家建议。

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