不同蚯蚓物种对苯并[a]芘污染土壤修复效率及微生物群落结构的影响

《Applied Soil Ecology》：Effects of different earthworm species on the remediation efficiency of BaP-contaminated soils and microbial community structure

　　- Eisenia fetida 和 Pheretima guillelmi 显著增强了苯并[a]芘（BaP）的去除效果。- Eisenia fetida 和 Pheretima guillelmi 保持了较高的存活率与 BaP 生物富集能力。- 蚯蚓活动重塑了土壤细菌群落，并富集了关键类群。## 引言土壤污染，特别是持久性有机污染物（POPs）带来的生态风险，已成为全球环境管理面临的主要挑战（Hindersmann 和 Achten, 2018；Sun 等, 2012）。多环芳烃（PAHs）具有致癌性、生物富集性和环境持久性，可通过大气沉降、污水灌溉和工业排放进入土壤，并可在其中长期存在，对生态系统稳定性和人类健康构成潜在威胁（Wang 等, 2022；Zhang 等, 2019）。苯并[a]芘（BaP；分子式：C??H??）是一种平面结构的五环 PAH，由五个稠合芳香环组成，是最具毒性的 PAHs 之一，其通过农作物进入食物链的效率是其他 PAHs 的 2–3 倍（Boente 等, 2020；San José 等, 2013）。目前，BaP 污染土壤的修复主要依赖物理、化学和生物修复方法。尽管物理化学方法可以降低污染物浓度，但往往伴随着高昂成本，且可能破坏土壤结构并引发二次污染（Shi 等, 2020）。相比之下，生物修复即利用生物体及其代谢活动降解、转化或去除环境中的污染物，具有明显的环境优势。然而，在受高分子量 PAHs 污染的土壤中，其效果常受到污染物低生物可利用性、功能微生物定殖受限与稳定性差以及修复周期长等因素的制约，导致修复效率和稳定性的不确定性（Liang 等, 2017；Sutherland 和 Ralph, 2019）。因此，有必要开发兼具高效性、稳定性和生态安全性的生物修复策略，以提高 BaP 污染土壤修复的实际可行性。近年来，蚯蚓修复技术因其低成本、生态安全及多种功能机制而受到越来越多的关注。作为土壤生态系统工程师，蚯蚓可通过多种途径参与土壤中有机污染物的迁移与转化（Rajpal 等, 2014；Yang 等, 2020）。蚯蚓可通过表皮渗透和肠道摄食过程介导污染物的吸收、转运和部分降解（Chen 等, 2017；Fubara 等, 2025）。同时，蚯蚓的钻穴和生物扰动活动可显著改善土壤孔隙结构和通气性，增强污染物与微生物之间的接触，为微生物降解创造有利微环境（Alvarez 等, 2023；Krishnaswamy 等, 2021；Yatoo 等, 2022）。此外，蚯蚓在活动期间分泌的黏液可刺激特定功能微生物的生长与代谢活性，从而间接促进有机污染物的转化（Chen 等, 2017；Santana 等, 2019）。已有研究表明，不同蚯蚓物种在 PAHs 去除能力上表现出显著差异。例如，使用 Pontoscolex corethrurus 处理后，灭菌与非灭菌土壤中的 BaP 浓度分别降低了 26.6 和 36.1 mg kg?1（Hernández-Castellanos 等, 2013）；Eisenia fetida 显著将芘的去除率从 36% 提高至 91%（Sun 等, 2011）；Lumbricus rubellus 处理使菲的去除率从 68.4% 提高至 94.7%，并对氟蒽的降解表现出促进作用（Ma 等, 1995）。在城市污泥系统中，E. fetida 也使总 PAHs 浓度从 15.5 降至 2.37 mg kg?1。低分子量 PAHs 的去除尤为显著，而四环 PAHs 的降解效率相对较低（Poluszyńska 等, 2017）。相比之下，蚯蚓对高分子量 PAHs（尤其是 BaP）的修复机制以及种间修复效率差异仍有待深入探讨（Santana 等, 2019；Shi 等, 2020）。因此，有必要系统比较不同蚯蚓物种在 BaP 污染土壤中的修复能力及其相关作用机制。本研究选取四种蚯蚓——Eudrilus eugeniae、E. fetida、L. rubellus 和 Pheretima guillelmi——构建 BaP 污染土壤微宇宙系统，并开展为期 30 天的修复实验。通过该方式比较不同蚯蚓物种在 BaP 胁迫下的生理耐受性、污染物去除能力及对土壤微环境的调控作用。通过整合蚯蚓存活率与体重变化、土壤中 BaP 残留量以及蚯蚓表皮和蚓粪中的 BaP 分布，系统评估各物种在污染耐受与去除效率上的差异。同时考察土壤理化性质与酶活性的变化。基于 16S rRNA 高通量测序和微生物共现网络分析，进一步表征蚯蚓介导 BaP 去除过程中土壤微生物群落的重构与互作格局。本研究旨在筛选更适合 BaP 污染土壤修复的蚯蚓物种，从而为 PAHs 污染场地蚯蚓修复技术的物种选择与实际应用提供理论依据。## 章节片段### 土壤、蚯蚓与化学品试验土壤采集自上海市农业科学院庄行综合试验站（30°55′12″N，121°24′36″E）0–20 cm 土层。该土壤属于未受有机污染影响的农业背景土壤。采集后自然风干，去除植物残体，均质化并通过 100 目筛备用。分析结果确认 BaP### 不同蚯蚓物种 BaP 去除与生物富集特征差异如图 1a 所示，30 天培养后，CK、Ee、Ef、Lr 和 Pg 处理组土壤中 BaP 残留浓度分别为 9.26、8.88、6.76、8.62 和 6.47 mg kg?1。与 CK 组相比，Ef 和 Pg 处理显著降低了土壤 BaP 残留（P < 0.05），去除率分别为 32.35% 和 35.26%。相比之下，Ee 和 Lr 处理组 30 天后 BaP 去除率分别为 11.18% 和 13.84%，与 CK 组相比无显著差异（P### 讨论本研究结果表明，在 30 天修复期内，E. fetida（Ef）和 P. guillelmi（Pg）显著增强了土壤 BaP 的去除（图 1a）。该结果与此前报道蚯蚓介导促进 PAHs 去除的研究总体一致。已有研究表明，E. fetida 可显著提高石油污染土壤中多种 PAHs 的去除效率，包括苯并[e]芘等高分子量 PAHs（Chimezie-Nwosu### 结论本研究表明，不同蚯蚓物种在苯并[a]芘（BaP）污染土壤中的污染物去除性能与微生物调控能力表现出显著差异。在所测物种中，Eisenia fetida 和 Pheretima guillelmi 在短期修复中表现出更优异的 BaP 去除效率，并伴随土壤微生物群落结构的显著变化。微生物群落与共现网络分析进一步揭示，蚯蚓活动不仅### CRediT 作者贡献声明Lina Sun：撰写—审阅与编辑，撰写—原稿撰写，方法，调查研究，正式分析，数据整理。Wanyu Xu：撰写—审阅与编辑，撰写—原稿撰写，方法，调查研究，正式分析，数据整理。Wen Qiu：撰写—审阅与编辑，正式分析。Yage Guo：撰写—审阅与编辑，正式分析。Akhtar Hameed：撰写—审阅与编辑。Yue Xie：数据整理。Xiang Wang：撰写—原稿撰写，数据整理。Xinhua Gao：项目## 利益冲突声明作者声明不存在可能影响本文工作的已知竞争性财务利益或个人关系。## 致谢本工作主要受上海科技创新行动计划国际科技合作专项（基金编号 24390741300）、上海市农业科学院卓越团队计划（项目编号 沪农科卓 2022(008)）、国家农业环境（奉贤）试验站（项目编号 NAES035AE03）、新时代安徽省研究生教育质量提升项目（2024cxcysj194）资助。Lina Sun｜Wanyu Xu｜Wen Qiu｜Yage Guo｜Akhtar Hameed｜Yue Xie｜Xiang Wang｜Xinhua Gao｜Weiguang Lyu