建设用地重金属污染土壤固化稳定化评估

重金属对土壤中动物毒性的影响主要表现为土壤动物种类减少、数量降低、生长缓慢或生长受到限制、成活率下降等。目前研究集中于土壤重金属浓度变化对土壤线虫、弹尾类、螨类、蚯蚓等土壤优势种群群落结构的影响，土壤重金属污染对土壤动物行为、摄食能力、体重和繁殖等方面的影响，重金属污染引起土壤动物的中毒效应及其解毒机制研究等方面。

蚯蚓是土壤生态系统中重要的组成部分，是陆生生物与土壤环境生物之间的桥梁。当土壤环境被各类化学品污染后，污染土壤会对蚯蚓的生存、生长、繁殖产生不同的不利影响，甚至死亡。蚯蚓在土壤中的数量巨大，因其具有易于实验室培养、耐受较高浓度重金属等特点，常用于指示土壤污染状况和重金属污染土壤修复效果的评估。重金属对土壤动物蚯蚓的有效性评估是基于蚯蚓生态毒理学方面的研究。从生态学的角度，蚯蚓处于食物链的底端，与土壤中的各种污染物密切接触，如果利用蚯蚓作为指示物监测、评价土壤污染，可为保护整个土壤动物区系提供一个相对安全的污染物浓度阈值。蚯蚓对重金属的富集与释放主要是通过被动扩散作用（passive diffusion）和摄食作用（resorption）两种途径。蚯蚓对污染物的吸收途径如图4-4所示。蚯蚓经表皮吸收重金属，其效率与蚯蚓的种属、脂质含量、外表皮面积的大小有关;也可经肠胃道吸收重金属，其效率受到土壤的性质和蚯蚓的年龄等因素的影响。近年研究表明，除受污染物浓度的直接影响外，土壤的性质、污染物的结构和性质、蚯蚓的种类和发育阶段、生活习性、暴露途径等，都对蚯蚓富集污染物有很大影响。蚯蚓体内富集的重金属可以在食物链中传递和生物放大，其过程取决于重金属化合物的持久性和可富集性。在蚯蚓的耐受程度内，蚯蚓吸收积累的重金属会通过粪便和分泌物排出;若重金属超过蚯蚓的耐受程度，则会产生毒害作用。此外，重金属经蚯蚓吸收或代谢后，分布到组织中进行积累，或运输到毒物作用的靶部位，可对蚯蚓的机体造成一定影响。

图4-4 蚯蚓吸收污染物的途径

生物标记物不仅可从分子水平探讨发病机制，而且在准确、敏感地评价早期、低水平的损害方面有着独特的优势，可提供早期预警。蚯蚓生物标记物是指在亚致死浓度条件下，通过检测蚯蚓在行为上、生理生化上等敏感指标的变化对土壤污染状况进行评价。从某种意义上，它是蚯蚓常规毒性试验方法的拓展。由于蚯蚓生物标记物对土壤污染胁迫比较敏感，因此可用作是土壤污染的预警和诊断。

在实际应用中，可将蚯蚓生物标记物融入土壤风险评价框架中。由图4-5可以看出，在土壤污染风险评价中：

图4-5 生物标记物在土壤污染风险评价中的位置

（1）广义上讲，蚯蚓生物标记物属于生物指示法的范畴，是通过考察蚯蚓的相应指标来指示环境污染状况，常规毒性试验检测致死率、回避率与繁殖率等个体水平的指标，而蚯蚓生物标记物实验通常检测细胞水平、生理生化水平，甚至基因水平上指标。(www.xing528.com)

（2）从适用范围来讲，化学分析方法可以检测任何污染程度的土壤，而常规蚯蚓毒理试验（急性毒性试验和生殖毒性试验等），只对低于某种污染程度的土壤适用（中度污染土壤），但生物标记物方法只能对轻度污染土壤适用。

（3）相较化学分析方法，面对一块未知风险的潜在污染土壤，生物指示法的缺点是无法确定土壤中存在污染物的类型和含量，但生物指示法能够客观反映出污染物在土壤真实的生物有效性和毒性，进而直观地指示潜在污染土壤是否存在风险，因此它可以对土壤污染的风险状况做出综合评估。

（4）由于土壤修复的目标是无害化，而对无害化目标的确定，采用生物指示法就远远比化学分析法客观准确，这对于建立污染土壤的修复基准也尤其重要，如Edwards和Bohlen等利用蚯蚓评价污染土壤中污染物的生物可利用性。

综上，生物指示法在土壤污染风险评价中有重要作用，虽然不能作为传统化学分析手段的替代，却是化学分析手段不可或缺的补充，两者结合可以相得益彰。

分析生物指示法在实际土壤污染风险评价和管理中的价值，有助于更好地认识和应用蚯蚓生物标记物。例如，在大规模土壤污染风险评价中，可以先将土壤视作一个“黑箱”，通过生物测试方法（急性毒性试验、慢性毒性试验和生物标记物试验等），初步筛查出那些已经产生风险的污染地块，并粗略判断土壤污染程度，再通过化学分析手段对这些污染土壤做进一步分析。这样不但可以节约大量的化学分析成本，而且可以获得更为全面、准确和客观的土壤污染信息。

土壤中的重金属以物理或化学的方式与土壤中特定成分相互作用，导致土壤中部分重金属被封存，不能与受体相互作用。将土壤中未被封存的重金属组分称为环境有效组分（environmentally available fraction）。蚯蚓在土壤中移动，通过摄食、直接的皮肤接触等过程与土壤保持接触或进行相互作用，将能够与蚯蚓进行相互作用的环境有效重金属组分称为环境生物有效组分（environmentally bioavailable fraction）。进入蚯蚓体内的重金属通过蚯蚓的新陈代谢、转化、排泄等行为，在蚯蚓体内积累或被蚯蚓排出体外。将累积在蚯蚓体内，到达毒性作用位点（site of toxic action）并与其相互作用的重金属称为毒理学生物有效性（toxicological bioavailability），此过程依赖于包括转化、代谢和解毒在内的一系列复杂过程。在蚯蚓毒理实验中，以赤子爱胜蚓和安德爱胜蚓的应用最为广泛，且已有相关的国际标准化测试方法可供参考，如经济合作与发展组织（OECD）修订和颁布的实验室测定化学物质对蚯蚓毒性的指导性文件，国际标准化组织ISO制定和颁布的系列测定蚯蚓急性毒性、亚急毒性、发育毒性、生殖毒性、回避行为试验等标准化方法等。

蚯蚓与土壤的相互作用是一个复杂的过程，仅使用化学分析方法评价重金属对蚯蚓的生物有效性是不准确的，以蚯蚓作为受体能更直接地反映污染土壤中重金属对蚯蚓的生物有效性，因此生物学方法常用于重金属生物有效性评估。