蚯蚓生物滤池中蚯蚓对新环境的应激响应及调控研究

蚯蚓生物滤池是近年来发展起来的一种生态化有机污水处理新技术，主要利用蚯蚓与微生物的协同作用来去除污水中的污染物，该技术具有建设和运行费用低、操作管理简便以及二次污染少等优点，在少量的分散式有机污水处理方面应用前景广阔。目前关于蚯蚓生物滤池的研究着重于滤池的污水处理效果及工艺设计等方面，对蚯蚓本身研究较少，对滤池运行的生物学机理尚不清楚。本项目拟在前期工作的基础上，研究蚯蚓投入滤池后污水水力负荷及污染物C、N、P含量对蚯蚓种群的生物学特性和种群动态的影响，对蚯蚓行为生理的影响，以及对蚯蚓体腔细胞和肠道细胞中热应激蛋白（HSPs）的表达及主要HSP的mRNA表达的影响等。力图从理论上阐明蚯蚓机体对新环境的应激响应机制，并筛选最佳的蚯蚓滤池环境控制和运行条件，寻找有利于提高滤池污水处理效率和蚯蚓利用率的最佳组合，为蚯蚓生物滤池的发展和应用提供理论基础，同时也拓展蚯蚓生物学与生态学的研究范围。

蚯蚓具有重要的生态功能，也是一种重要的环境指示生物。近年来人们利用蚯蚓具有与微生物协同作用加速污水中有机物质分解转化的功能，开发了用于有机污水处理的蚯蚓生物滤池技术。关于蚯蚓生物滤池这种非常规环境中蚯蚓机体的变化与生理生化响应研究鲜有报道。本项目按照计划任务书的要求，围绕蚯蚓如何适应滤池环境的问题主要研究了滤池中蚯蚓的种群动态、蚯蚓掘穴行为、以及生化和分子生物学水平上的应激响应，以及各种主要滤池参数如滤料、水力负荷、有机污染与氮污染负荷等对上述应激响应指标的影响。. 研究结果表明，1）种群动态方面，蚯蚓在滤池中的生长动态基本符合逻辑斯蒂增长模型，但滤池中种群增长动态与对照组有显著差异，最大种群数量低于对照组，并且达到数量动态平衡的时间较慢。对照组的K值和r值都远高于滤池组，滤料对蚯蚓种群的动态和增长潜力均影响显著。对照组的种群结构优于滤池处理组。滤池处理会影响蚯蚓繁殖能力，降低成体的产茧率。2）蚯蚓的掘穴行为在滤池的启动阶段比在培养基中活跃，污水和滤料能刺激蚯蚓的日掘穴距离显著增加，大约2周后期逐渐恢复到正常水平。但直到大约2个月后掘穴深度与对照蚯蚓相比仍较浅。可能与滤池高湿环境及滤料内氧含量有关。3）蚯蚓从培养基质转移进入滤池环境后，会引起体内的氧化应激反应，导致机体脂质过氧化损伤，但其体内的抗氧化系统能有效清除自由基，起到了较好的保护作用，在蚯蚓进入滤池环境约两周后组织内的丙二醛含量降至了正常水平。蚯蚓体内的细胞色素P450酶可能被污水中的污染物诱导或抑制。目前尚未确定蚯蚓体内是否有热休克蛋白的产生以抵御滤池的不良环境。蚯蚓机体的各种应激反应与蚯蚓对新环境的适应性有关，大约两周后蚯蚓各种测定的生理生化指标基本恢复到正常水平，说明已基本适应了新的滤池环境，但滤池中种群数量需要大约2个月才能达到平衡。同时污水中有机污染物去除与蚯蚓的应激响应指标相关，但氨氮的去除相关性弱，这与污染物去除的机理相符。滤池参数中对蚯蚓应激响应影响最大的是滤料，其次为水力负荷，然后是COD浓度, 氨氮浓度等。在控制滤池运行的时候，应优先考虑对蚯蚓应激影响较大的参数。. 本项目的研究成果有利于更好地调控蚯蚓生物滤池的运行、提高污水处理效率和该技术的实用性。蚯蚓在生物滤池这种逆境中的适应性选择研究，也可以拓展蚯蚓生态学与土壤生物学的理论研究范围。