前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的蚯蚓对生态滤池土壤酶的作用，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
基于我国农村地区经济发展水平及水环境现状，高效、节能、绿色生态和环境友好的污水处理技术成为研究热点[1,2]，蚯蚓生态滤池（vermifilter）是近年来在国内外被广泛应用的新型污水处理技术[2~5]，该技术通过在普通的生态滤池基础上引入蚯蚓，延长和扩展了原有的微生物代谢链，充分利用了蚯蚓与微生物的协同作用，以及蚯蚓的增加通气性、分解有机物等功能，更好得更有效得进行污水处理[6~8]。作为一种全新概念的污水处理工艺，蚯蚓生态滤池的工艺性能尚缺乏深入系统的机理研究。土壤中的酶主要来源于微生物、植物根系和土壤动物的分泌，它们的活性与土壤微生物活性密切相关[9~11]。土壤酶参与了包括土壤生物化学过程在内的自然界物质循环，与有机物质分解、营养物质循环、能量转移、环境质量等密切相关，是土壤生物化学过程的主要调节者[10,11]。土壤酶在以土壤为主要处理单元的生态滤池系统中也起着重要作用，很多学者认为土壤酶会对水处理系统中环境因子的变化做出响应[12,13]，并以酶活性强度来评价净化效果[14~16]。因此，研究生态滤池中的土壤酶的分布及变化，对于阐明生态滤池污水净化机理有重大的意义。本实验以构建生态滤池为研究对象，以期找出蚯蚓生态滤池土壤酶的空间分布与季节动态特征，并说明生态滤池土壤酶活性如何对蚯蚓活动做出相应，旨在为阐明蚯蚓生态滤池净化机理以提高净化效率提供依据。 1材料与方法 1.1实验概况 实验构筑于江苏省无锡市胡埭镇龙岩村。生态滤池小试系统自2009年8月运行至今，系统运行稳定。试验流程如图1所示：当地住户的生活污水经管道收集，汇聚于三格化粪池，化粪池末格污水经泵提升至第一级垂直流人工湿地，湿地出水进入试验所用生态滤池。 1.2试验设计 实验以生态滤池小试装置的表层土壤基质为研究对象。试验设置两个处理：蚯蚓生态滤池和无蚯蚓的对照生态滤池，均采用垂直流人工湿地出水作为试验进水。供试生态滤池装置由PVC桶制成，直径×高为Φ40cm×100cm。池体内填充物从底至表，依次是：底层，由粒径20~40mm的卵石组成，厚度10cm；承托层，粒径5~7mm的砾石组成，厚度10cm；隔离层，由粒径0.5~1mm的粗砂组成，厚度10cm；土壤层，厚度20cm。土壤层土壤（0~20cm）是特殊配置的人工土，由当地土壤、锯木屑及铁矿粉渣按照体积比10∶3∶1配成，土壤成分含有机质23.38gkg-1，全氮16.19gkg-1，全磷15.34gkg-1，pH6.23。试验期间生态滤池进水水质为COD49.9~183.28mgL-1，铵态氮19.4~64.7mgL-1，总氮25.0~83.7mgL-1，总磷0.26~4.38mgL-1，pH7.39~8.21。供试蚯蚓品种为大平2号赤子爱胜蚓（Eiseniafoetida）。 1.3样品的采集与分析 1.3.1土样样品的采集与分析 取样时间为2008年春（3月）、夏（6月）、秋（9月）、冬（12月）四个季节，在供试蚯蚓生态滤池及对照生态滤池中进行梅花形布点，按三个层面（0~5cm、5~10cm、10~20cm）利用柱状采样器采集土样，等量混合。土壤样品封口袋封装4℃环境下带回实验室，仔细去除新鲜土样中可见植物残体及土壤动物，过2mm孔径筛后混匀，于一周内测定样品土壤酶活性。其他土壤风干过筛后，测定基本理化指标[17]。土壤酶活性的测定[10]：土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定，以葡萄糖含量表示（mgkg-1h-1）；土壤脲酶活性测定采用苯酚钠比色法，以土壤中NH4+表示（mgkg-1h-1）；土壤碱性磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法，以酚含量表示（mgkg-1h-1）。 1.3.2水样的采集与分析 实验期间内，土样采集前一天采集生态滤池进水和出水，过滤后利用滤液测定pH值，采用重铬酸钾消解法测定COD，采用荷兰Skalar公司的流动分析仪测定NH4+、TN、TP浓度。 1.3.3蚯蚓采集与分析 分别于2009年9月及2010年9月两次接种蚯蚓，接种密度均为7.96g蚯蚓/L土壤。采集土壤样品同时期，进行蚯蚓样品的计数，在Schmidt的方法[18]基础上适当改进，具体如下：于蚯蚓生态滤池内随机插入一个Φ10cm×25cm的铁管，刨出管内土壤，并以手拣法采取蚯蚓，带回实验室用清水将蚯蚓洗净并用滤纸吸干后，分别称取蚯蚓鲜重及记录个数，蚯蚓数量调查之后，将采取的蚯蚓重新回接。 1.4数据处理 数据处理与分析采用SPSS13.0及DPS12.0。 2结果分析 2.1季节因素对蚯蚓生物量的影响 在试验期一年时间内共进行了4次蚯蚓计数，结果如表1所示，蚯蚓生态滤池中的蚯蚓数量随着季节因素波动较大。全年蚯蚓数量变化曲线表现，相比最初投加量，3月蚯蚓数量表现为小波谷；此后，蚯蚓数量快速回升，在6月蚯蚓数量达到观测结果的最高值；7、8月份由于高温天气及较大的降雨量的出现，生态滤池先后发生堵塞现象，9月蚯蚓生物量降为零点；随后，蚯蚓的接种使得蚯蚓生态滤池中的蚯蚓生物量在12月得到回升。 2.2蚯蚓活动对0~20cm填料层土壤酶活性的影响 为了考察蚯蚓活动对生态滤土壤酶活性的空间分布的影响，将各采样季的酶活性结果按照酶种类的不同，分别求均值并作图（图2）。结果表明，蚯蚓生态滤池与对照生态滤池的土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性的空间分布特征基本一致，都随剖面深度的增加呈下降趋势；同时，对比两个处理的各个水平深度，蚯蚓活动能够不同程度的提高生态滤池的三种土壤酶活性，对滤池内土壤蔗糖酶及脲酶活性的增强作用较为显著，而对碱性磷酸酶的作用仅在5~10cm的土层上达到了显著水平。 2.3季节对滤池基质酶活性的影响 如图3所示，土壤蔗糖酶活性、脲酶活性和碱性磷酸酶活性均表现出明显的相类似的季节波动趋势，总体表现为三种基质酶在秋季活性最高，而秋季和夏季的酶活性高于春季和冬季。#p#分页标题#e# 2.4土壤酶活性与COD、NH4+-N、TN、TP去除率的相关性分析 将各处理的不同采样季的土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶的活性与当季的COD、NH4+-N、TN、TP的去除效率进行相关分析（表2）。结果表明，各采样季的污染物去除效果差异较大，各项污染物的去除率与土壤酶活性没有表现出的显著的相关性，但蔗糖酶活性与COD的降解效率之间相关性较高、脲酶活性与NH4+-N及TN降解率相关性较高。 3讨论 3.1环境因素对蚯蚓数量的影响 环境因素，尤其是土壤环境因素的变化直接影响土壤动物的个体数量[19]，土壤质地、土壤有机质含量、土壤湿度、土壤温度、pH等土壤因素都与蚯蚓生长繁殖关系密切[20]。土壤湿度和温度往往共同影响蚯蚓活动[22]。土壤过于湿润，蚯蚓滞育、逃逸、甚至死亡[21]，而温度超过一定限度，蚯蚓亦将死亡。在实验期内，蚯蚓群落个体数量与生物量均表现出较大的时空变异性，由于土壤温度和湿度的变化对蚯蚓的生存与繁殖造成影响，由于4、5月的温度湿度较适宜蚯蚓生存，所以试验期内的最大蚯蚓生物量出现在6月；而9月蚯蚓生态滤池中蚯蚓零生存率，主要因为7、8两月高温和强降雨致蚯蚓大量逃逸合或死亡。张卫信等[23]对广东鹤山人工林内的蚯蚓群落季节变化的研究中也有类似的观察结果。 3.2生态滤池酶活性的时空特性及蚯蚓活动的影响 两种生态滤池土壤酶活性最大值均出现在生态滤池的表层0~5cm土层，最小值出现基质层的最底的10~20cm层。这与国内外相关研究成果基本一致[14,15]。土壤基质中酶活性的垂直分布的层次性与生态滤池的营养元素含量、土壤生物状况及土壤基本性质有关[23]。由于采用垂直流进水方式，废水中的污染物在土壤表层即被截留或降解，底物浓度降低随着土层加深而降低；同时，土壤熟化程度、微生物生物量与活性也都随土层加深而降低。 蚯蚓活动对生态滤池中的各种酶活性均有促进作用。土壤蔗糖酶活性通常被用来反映土壤微生物食物资源（低分子量糖）的释放，本试验研究中，在生态滤池中接种蚯蚓显著增加了土壤蔗糖酶的活性。这个结果说明蚯蚓活动能促进废水中有机物质的降解，从而增加了轻组有机碳的释放[24]，所以以轻组有机碳为基质底物的蔗糖酶活性增强了[25]。土壤脲酶促进尿素水解成CO2和NH4+，进入土壤填料中的尿素只有在脲酶的参与下才能水解，蚯蚓和微生物的相互作用能够促进尿素水解微生物在土壤和蚓粪中的增加[26]，试验研究结果表明，蚯蚓活动能促进进水中的尿素降解，更有利于进水中的尿素转变成硝酸盐和亚硝酸盐。土壤碱性磷酸酶活性不仅与动物和微生物细胞合成有关[27]，还参与有机磷向无机磷转化过程[28]，本实验研究中，对比对照，蚯蚓活动仅显著提高了5~10cm的碱性磷酸酶活性，对0~5cm、10~20cm无显著影响。Tao等2009年研究接种蚯蚓对稻麦轮作土壤中酶活性影响，其结果表明接种蚯蚓促进了土壤碱性磷酸酶活性的增加[29]，但本试验中未得到如此结果，可能与土壤基质中铁矿废渣粉末的添加有关，铁矿废渣中的Fe2+、Fe3+、Ca2+这些微量元素对土壤胞外酶有钝化作用，能不同程度的抑制土壤碱性磷酸酶活性[23,30]。 实验区的季节变化不仅仅表现为四季气候不同，同时也表现为土壤温度、湿度及土壤性质上的变化，这些变化将导致微生物区系的变化从而影响酶的分布变化。土壤酶活性的季节变化主要与气候因子、作物种类、土壤类型、土壤湿度、土壤养分状况、土壤动物和微生物区系都有关[10，11，23]。实验期间内，两个处理的生态滤池基质的三种土壤酶活性均表现出较显著的年动态变化，造成其季节差异的主要原因是：（1）秋季是人工湿地植物的凋落季节，凋落物影响了进水中的污染物浓度与土壤环境，从而产生了“起爆剂效应”[11]，导致了与土壤酶分泌有关的微生物、土壤动物的活动频繁，进而促使了酶活性的提高；（2）夏、秋的温度相对较高，植物的生长相对较旺盛，土壤动物与微生物的活动比较频繁，相对较高的温度、根系分泌物和土壤生物的活动对于酶活性的提高起到一定的促进作用[15]。 3.3酶活性对生活污水净化效率的影响 土壤酶在在物质转化过程中起着非常重要的作用，存在于污水生物处理系统中的大量颗粒状有机物(主要是蛋白质、多糖和脂肪等)只有被胞外酶水解成小分子物质才能进入微生物细胞并被其吸收和利用[32]。贺峰等研究了复合垂直流构建湿地基质中的磷酸酶和脲酶活性及与污水净化效果的关系，发现复合垂直流人工湿地中脲酶的活性与湿地污水中全氮、凯式氮的去除率具有显著的正相关性，为利用酶活性强度作为评价净化效果提供了理论依据[14]；Newman通过野外模拟实验[33]，发现人为加入磷酸盐营养物2~3周后，湿地表层磷酸酶活性有明显降低，说明磷酸酶活性降低可以做为湿地磷富营养化的预警，土壤中磷酸酶和有效无机磷酸盐间一般呈负相关性。本文的研究中，蔗糖酶活性与COD的降解效率之间相关性较高、脲酶活性与NH4+-N及TN降解率相关性较高。土壤酶在化合物降解过程中起到了重要作用，蚯蚓活动对土壤蔗糖酶活性和脲酶有较显著的促进作用，对污染物去除的也起到了间接的作用。