多溴聯苯醚污染對土壤線蟲群落結構的影響

王贏利，王鴻波

（1.嘉應學院 化學與環境學院，廣東 梅州 514015；2.廣東省梅州生態環境監測站，廣東 梅州 514021）

多溴聯苯醚（PBDES）作為一種溴式阻燃劑被廣泛添加到家具、裝潢等產品中，因其難降解且具有較強的生物蓄積性和生物毒性，2009 年5 月，五溴聯苯醚（PeBDEs）和八溴聯苯醚（OcBDEs）被聯合國環境規劃署列入《斯德哥爾摩公約》受控名單，目前國內使用較多的是十溴聯苯醚（DeBDE）.含有DeBDE的產品在堆放、加工過程中會釋放PeBDEs、OcBDEs 等低溴聯苯醚，污染土壤，進入食物鏈從而危害生物健康[1-2].土壤線蟲是土壤中分布廣泛的后生動物，能敏銳感知外來污染物等微環境的變化，當受到環境脅迫時，其種群數量及群落結構會發生相應改變，被美國、荷蘭等作為模式生物列入土壤生態評價指標[3-4].近年來越來越多學者嘗試將重金屬污染、氮沉降、礦山修復、生物炭基肥施加以及退耕還林等環境因子的改變與土壤線蟲群落變化相關聯[5-7]，以期指示土壤生態狀況.如Ren?o 的研究表明[8]，砷、鉛和鋅含量與線蟲數量呈顯著負相關，重金屬污染嚴重區域，以c-p1 和c-p2 線蟲類群為主，成熟度指數可能是衡量土壤生態系統擾動程度的最敏感指標；耿文敬的研究表明[9]，煤污染抑制了土壤線蟲屬的數目，植物寄生線蟲為優勢種屬，香農多樣性指數、瓦斯樂斯卡指數和自由生活線蟲成熟度指數顯著降低；朱學禮的研究表明[10]，垃圾滲濾液顯著增加了線蟲群落的成熟指數(MI)、富集指數(EI)和結構指數(SI).有關PBDEs 污染地土壤線蟲群落的生境狀況鮮見報道，本文選取某塑料垃圾堆放地土壤為研究對象，通過測定附近土壤中PBDEs 含量，分離并鑒定線蟲的種屬，然后利用相關性分析和冗余分析法分析土壤線蟲群落結構生物指數與PBDEs 含量的關系，探討長期受PBDEs 脅迫下線蟲數量、營養類群分布以及群落結構生態指數的變化情況，評價線蟲群落生態指數對PBDEs 含量反應靈敏度，以期為受PBDEs 污染土壤生態評價提供數據支持.

1 材料與方法

土壤采自某地垃圾堆放處周邊荒地，隨機采集7 個樣本.其中H1 為遠離垃圾堆15 km 的山上的對照試驗組，其余樣點為污染區試驗組，標記為H2、H3、H4、H5、H6、H7.每個樣點均在2 m×2 m 范圍內按對角法采集5 個樣點，拂去表面落葉等雜質，采樣深度為0～15 cm，混勻，按四分法取1 kg，分成兩份，一份裝入不含PBDEs 的塑料袋，置于4 ℃冰箱保存；一份用錫箔紙包裹，經冷凍干燥機干燥后，研磨過50 目金屬篩，-20 ℃下密封保存備用.

1.1 土壤PBDEs 的測定

土壤含水量采用烘干法測定；土壤多溴聯苯醚含量按照陳社軍等[11]的方法進行測定.測試過程中PBDEs 含量測定采用添加回收率指示物以及空白加標平行樣來監控整個試驗過程的回收率.樣品中回收率指示物13C-PCB141 回收率為78.1%～93.5%；空白加標和基質加標樣的20 種PBDEs 同系物的回收率范圍在83.2%～104.2%；相對標準偏差＜13%；BDE-209 檢出限為0.2 ng·g-1，其他組分檢出限在0.01 ng·g-1～0.1 ng·g-1之間.PBDEs 的20 種同系物組分為五溴聯苯醚（BDE47、-66、-77、-85、-99、-100、-138、153、154）、八溴聯苯醚（BDE-181、-183、-196、-197、-202、-203、-205）和十溴聯苯醚（BDE-206、-207、-208、-209）.

1.2 線蟲的分離和鑒定

每個土樣混勻稱取100 g，采用淘洗-過篩-蔗糖離心漂浮法分離線蟲.60 ℃水浴熱殺死線蟲后，用10%甲醛FA 固定液固定倒入標本瓶中.在體式顯微鏡（Motic,SMZ140）下記數，折算成100 g 干土中線蟲的數量；在生物顯微鏡（Nikon80i、OLYMPUSCX21F51）下參照《中國土壤動物檢索圖鑒》鑒定線蟲的類別到屬[12]，并依據Yeates 等的研究將線蟲劃分為4 個營養類群：食細菌線蟲（Bacterivores，BF）、食真菌線蟲（Fungivores，FF）、植物寄生線蟲（Plant-parasites，PP）和捕食-雜食線蟲（Omnivore-predators，OP）.

1.3 線蟲生態學指數的計算方法

線蟲指數采用多樣性指數及群落結構指數：香農威那多樣性指數（Shannon-Wiener）：H'=-Σfi(lnfi)，fi為第i 種不同營養類群線蟲占樣地線蟲總數的比例.辛普森多樣性指數(Simpson's diversity Index)：D=1-Σ.Margalef 豐富度指數(SR)：SR=(S-1)/lnNu，式中S 為線蟲種屬個數，Nu 為線蟲數量.成熟度指數（Maturity Index）：MI=∑Vi·fi，Vi為第i 種線蟲的c-p 值；根據線蟲不同的生活史策略，以及對周圍環境干擾的敏感程度劃分5 個類群：c-p1、c-p2、c-p3、c-p4、c-p5，其中c-p1 繁殖時間最短，生長迅速，抗壓較強，產卵量很大，c-p5 繁殖時間最長，產卵量小，對環境變化最敏感[13-14]；自由生活線蟲成熟指數（MI）值低且植物寄生線蟲成熟指數（PPI）值高表明土壤生態系統成熟度越低，土壤生態系統擾動強烈.通道指數：NCR=BF/(BF+FF)，BF 為食細菌線蟲相對豐度，FF 為食真菌線蟲相對豐度；NCR 大于0.5，表明土壤中以食細菌通道為主，NCR 低于0.5，說明土壤食物網以食真菌通道為主[15].瓦斯樂斯卡指數(Wasilewska index)：Wl=(BF+FF)/PP，PP 為植物寄生線蟲相對豐度.試驗數據采用Microsoft Excel 2003、SPSS25 和canoco5 軟件進行統計分析.

2 結果與分析

2.1 土壤PBDEs 含量分布

PeBDE、OcBDEs 和DeBDE 的分布見圖1，采集的污染區樣本與對照組PBDEs 含量關系見圖2.

圖1 樣本中PBDEs 各組分分布

圖2 對照組與污染區PBDEs 均值含量對比

土壤樣本對照組PBDEs 含量為666.3 ng·g-1，污染區試驗組PBDEs 總量范圍在739.8～6 894.8 ng·g-1，均值為3 107.2 ng·g-1.低于山東濰坊某溴系阻燃劑生產廠周邊表層土壤[16]，略高于北方某廢舊塑料處置地土壤[17].各樣本主要成分均為DeBDE（＞79.6%以上），其次為PeBDE，這與阻燃劑廠周邊以及電子垃圾拆解地表層土壤的研究結果類似[18-19]，也與目前主要使用DeBDE 阻燃劑的實際情況相吻合.與對照樣本H1相比，污染區樣本PeBDE、OcBDEs 均值均顯著高于對照組（p＜0.01），DeBDE 和PBDEs 含量分別是對照組的4.4 倍、4.7 倍.

2.2 土壤中線蟲數量及豐度

采集的樣本線蟲相對豐度值見表1，不同c-p 類群豐富度值對比見圖3.

表1 某垃圾堆放地周邊土壤線蟲相對豐度（mean，n=3）

圖3 樣本中c-p 類群線蟲相對豐度占比

樣地土壤共檢出21 屬線蟲，線蟲數量范圍在4.9～366.3 條/100 g 干土，其中食細菌線蟲（BF）6 個屬，食真菌線蟲（FF）2 個屬，植物寄生線蟲（PP）10 個屬，雜食性/捕食性線蟲（OP）3 個屬.7 個樣品中，食真菌線蟲豐值較低，其次是食細菌線蟲，豐值最高的是植物寄生線蟲.除H7 樣品外，其余植物寄生類線蟲豐值均在60%以上.PBDEs 含量最低的H1 樣本，檢出15 個屬366.3 條，其中植物寄生類線蟲螺旋屬含量最高，占到68.7%；PBDEs 含量中等的H3、H7 樣本中，線蟲均檢出8 個屬，在PBDEs 含量最高的H5 樣本中，僅檢出植物寄生類線蟲絲尾墊刃屬、潛根屬、小環屬3 個屬4.9條/100 g 干土；顯示出線蟲種屬隨PBDEs 含量增加而下降的趨勢.

7 塊樣地的線蟲不同C-P 營養類群占比見圖3.由圖3 可知，樣地土壤中c-p3類群占優勢，其次是c-p2類群.在PBDEs含量最高的H5 樣地，僅有c-p2、c-p3 兩個類群，而在PBDEs含量最低的H1 樣地有5 個營養類群；含量中等的H3、H7樣地中檢出3 個營養類群，表現出PBDEs 含量越高，線蟲營養類群越少的趨勢.本研究樣地中主要以c-p2、c-p3 類群線蟲為主.c-p2 類群屬是土壤線蟲典型的機會主義者，比較耐受環境干擾；c-p3 為k-策略者，多是植物寄生線蟲，對干擾和污染較敏感，c-p3 占優勢可能是因為植物根系的保護作用導致.本研究中，隨著污染的加重線蟲類群的個數減少以及低類群及高類群線蟲的消失表明土壤受到嚴重干擾，且土壤修復能力極弱.

2.3 PBDEs 對土壤中線蟲數量的影響

不同樣點線蟲的數量（TOL）與PBDEs 含量的相關性分析見表2.

表2 樣地線蟲數量與PBDEs 含量的相關性

由表2 可知，樣地中線蟲的數量與PBDEs、DeBDE 含量顯著負相關（p＜0.01），表明PBDEs、DeBDE的污染可能導致線蟲數量減少.DeBDE 與PBDEs 顯著正相關（p＜0.01），與PeBDE、OcBDE 均顯著正相關（p＜0.05），表明各樣地多溴聯苯醚污染來源具有一致性，低溴聯苯醚PeBDE、OcBDE 可能來源于高溴聯苯醚DeBDE 的分解.

2.4 PBDEs 對土壤線蟲群落結構的影響

土壤線蟲的各項生態指數見表3，PBDEs 與各生態指數及相關性分析見圖4.

表3 樣本中土壤線蟲生態指數

圖4 土壤線蟲群落指標與PBDEs 含量RDA 分析

由表3 可知，樣地自由生活線蟲成熟指數（MI）和植物寄生線蟲成熟指數（PPI）分別在0～1.14和0.69～2.90 之間，低MI 高PPI 意味著土壤成熟度值低，受環境干擾較大；有71.4%的樣地線蟲通道指數（NCR）高于0.5，意味著土壤有機質以細菌分解途徑為主；有85.7%的樣地瓦斯樂卡指數（WI）均低于0.5，表明研究的區域植物寄生線蟲占優勢，土壤食物網以食真菌通道為主，土壤健康狀況不佳.H1、H2 和H7樣本，線蟲種屬較多，分布較其他樣本均勻，自由生活線蟲指數MI、多樣性指數H’和D’及瓦斯樂卡指數WI高于其他土壤樣品.在PBDEs 含量較低的H4（739.8 ng/g）樣品中，自由生活線蟲較少，線蟲種屬單一，其自由生活線蟲成熟指數MI、多樣性指數PBDEs 含量和瓦斯樂卡指數WI 均偏低.H6 樣品PBDEs 含量較少（1 252.5 ng/g），線蟲較多（336.6 條/100 g 干土），植物寄生線蟲螺旋屬為優勢屬（94.6%），自由生活線蟲成熟指數、多樣性指數和瓦斯樂卡指數值均偏低.PBDEs 含量較高的H5 土壤樣品，未檢出自由生活線蟲，自由生活線蟲成熟指數為零，土壤中僅有少量植物寄生類線蟲和捕食/雜食類線蟲，土壤線蟲多樣性指數H’和D’很低，線蟲通道指數以及（WI）值極低.

由PBDEs 含量與土壤線蟲群落指標的RDA 分析結果如圖4 可知，本研究區域內的土壤線蟲群落各生物指標受DeBDE 和PeBDE 的影響最大.其中DeBDE 含量與辛普森指數（D）、Margalef 豐富度指數（SR）、香農-威納指數（H’）、食細菌線蟲相對豐度（FF）、自由生活線蟲成熟指數（MI）、瓦斯樂卡指數（WI）正相關，與食真菌線蟲相對豐度（BF）、植物寄生線蟲成熟指數（PPI）、線蟲通道指數（NCR）負相關；PeBDE 含量與植物寄生線蟲相對豐度（pp）、植物寄生線蟲成熟度指數（PPI）、辛普森指數（D）呈正相關，與食細菌線蟲相對豐度（FF）、食真菌線蟲相對豐度（BF）、線蟲通道指數（NCR）以及香農-威納指數（H’）、豐富度指數（SR）均呈負相關；OcBDE 對線蟲群落各生物指標影響較小，與植物寄生線蟲相對豐度（pp）、植物寄生線蟲成熟度指數（PPI）、線蟲通道指數（NCR）呈正相關，與其他生物指數均呈負相關.此外DeBDE 與線蟲通道指數（NCR）表現出極強的負相關；PeBDE、OcBDE 與BF、FF、OP 三個營養類群以及自由生活線蟲成熟指數（MI）、瓦斯樂卡指數（WI）表現出極強負相關.DeBDE和辛普森指數（D）、OcBDE 與植物寄生線蟲相對豐度（pp）表現出較強的正相關性.本研究中線蟲通道指數（NCR）能更很好地顯示DeBDE 和PeBDE 含量對線蟲群落結構的抑制作用.

3 討論

研究區域的各樣地土壤均不同程度地受到PBDEs 污染，主要成分為DeBDE；污染區實驗組樣本PeBDE、OcBDE 均值顯著高于對照組；相關性分析表明，各樣地多溴聯苯醚污染來源具有同源性.共檢出土壤線蟲21 屬，均以植物寄生線蟲為主，常見的有絲尾墊刃屬、潛根屬、螺旋屬、小環屬；受到污染的樣地中多以耐污中等的c-p2、c-p3 類群線蟲為主，線蟲類群數量較少，且高敏感c-p 營養類型消失；自由生活線蟲的MI 低，植物生活線蟲指數PPI 偏高，NCR 低于0.5，多樣性指數以及生物結構指數均極低，土壤食物網以食真菌通道為主，土壤成熟度值低；表征土壤健康的瓦斯樂卡指數（WI）普遍低于評價的一般值1.0，表明當地土壤生態系統受到干擾，這不利于PBDEs 污染物的分解及土壤健康修復.Canoco 冗余分析表明，PBDEs 中對土壤線蟲影響最大的是十溴（DeBDE）和五溴聯苯醚（PeBDE），其中PeBDE 對食真菌線蟲相對豐度（BF）、食細菌線蟲相對豐度（FF）表現出較強負相關，DeBDE 對植物寄生線蟲成熟度指數（PPI）負相關，但不顯著；辛普森指數（D）、Margalef 豐富度指數（SR）盡管與DeBDE 含量呈現較好的正相關，但PeBDE 卻與SR 和香農-威納指數多樣性指數（H’）負相關，表明PeBDE 與DeBDE對線蟲的影響不同，這可能是不同的生物毒性造成的.線蟲通道指數（NCR）與PeBDE、DeBDE 均表現為顯著負相關，可作為線蟲群落指示PBDEs 污染的生物指標.

4 結論

綜上所述，本研究區域均不同程度受到PBDEs 污染，其中以DeBDE 為主，PeBDE、OcBDE 與DeBDE顯著相關（p＜0.01）.受到PBDEs 污染的土壤，線蟲數量顯著受到抑制（p＜0.01），線蟲營養類群少，主要為c-p2、c-p3，植物寄生線蟲為優勢種屬；土壤線蟲的成熟度指數、多樣性指數及生物結構指數均表明土壤生態系統受到干擾，土壤健康狀態不佳.冗余分析表明，DeBDE、PeBDE 對土壤線蟲群落結構影響最大，線蟲結構指數和成熟度指數可以作為PBDEs 污染土壤的重要指示生物，在評價土壤健康狀況及土壤修復時應多關注線蟲群落結構的多樣性變化.