全 文 ：高铜、高锌猪粪对蚯蚓的急性毒性效应研究 3
贾秀英1 3 3 　罗安程2 　李喜梅1
(1 杭州师范学院生命科学学院 ,杭州 310036 ;2 浙江大学环境与资源学院 ,杭州 310029)
【摘要】　测定了高 Cu、高 Zn 猪粪条件下 Cu、Zn 单一与复合污染对蚯蚓的急性致死及亚致死效应. 结果表
明 ,Cu、Zn 浓度与蚯蚓死亡率显著正相关 ( a = 0105 , rCu = 0199 , rZn = 0199) ,与体重增长率显著负相关 ( a
= 0105 , rCu = - 0199 , rZn = - 0196) . 蚯蚓个体对 Cu、Zn 的耐受程度不同 ,其毒性阈值 (引起蚯蚓个体死亡
浓度)分别为 :Cu 250 mg·kg - 1 、Zn 400 mg·kg - 1 . LD50分别为 :Cu 646168 mg·kg - 1 、Zn 947138 mg·kg - 1 . 复
合污染情况下 ,Cu 浓度为 250、500 mg·kg - 1时 ,Cu、Zn 复合污染表现为协同效应 ;Cu 浓度为 750 mg·kg - 1
时 ,Cu、Zn 复合污染表现为拮抗效应. 可见 ,猪粪中 Cu、Zn 复合污染的毒性效应与各组浓度组合密切相关.
关键词 　猪粪 　重金属 　蚯蚓 　急性毒性
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 08 - 1527 - 04 　中图分类号 　X174 　文献标识码 　A
Acute toxicological effects of excessive Cu and Zn2containing in pig manure on earthworm.J IA Xiuying1 ,LUO
Ancheng2 , L I Ximei1 ( 1 School of L if e Science , Hangz hou Norm al College , Hangz hou 310036 , China ;
2 Depart ment of Envi ronmental and Resources Science , Zhejiang U niversity , Hangz hou 310029 , China) . 2
Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (8) :1527～1530.
Cu and Zn are popularly used as additives in animal feed in China ,which could result in their excessive accumula2
tion in manure to a toxic level ,and thus ,possibly threaten the environment when the manure is applied to farm2
land. In this paper ,the acute and sub2acute lethal effects of pig manure with excessive Cu and Zn on earthworm
were studied ,and the results indicated that the concentration of Cu and Zn in pig manure had a significantly posi2
tive correlation with the mortality of earthworm , while a significantly negative correlation with earthworm
growth rate. The individuals of earthworm had different tolerance to excessive Cu and Zn ,with the threshold val2
ues causing death being 250 mg·kg21 and 400 mg·kg - 1for Cu and Zn ,respectively. The LD50 was 646168 mg·
kg - 1 for Cu ,and 947138 mg·kg - 1 for Zn. A strong synergistic effect was observed under the combined pollution
of 250 mg·kg - 1 for Cu and 500 mg·kg - 1 for Zn ,whereas antagonistic effect happened when 750 mg·kg - 1 for
Cu was supplied ,suggesting that the joint toxic effects of Cu and Zn on earthworm were closely correlated to their
concentrations in pig manure.
Key words 　Pig manure , Heavy metal , Earthworm , Acute toxicity.3 浙江省动物学重点扶植学科资助项目.3 3 通讯联系人.
2004 - 07 - 02 收稿 ,2004 - 11 - 26 接受.
1 　引 　　言
农业有机废弃物资源化处理已成为当今世界可
持续发展的共同思路 ,其中利用蚯蚓对畜禽废弃物
进行无害化处理就是一种颇有前途的农业有机废弃
物处理方法[1 ,10 ,20 ] . 随着现代畜牧业规模养殖技术
的快速发展 ,各种微量元素添加剂的使用越来越广
泛.适量的重金属元素为畜禽生产带来较好的经济
效益 ,在饲料中添加铜、铬、锌等重金属元素在世界
各国较为普遍[14 ,17 ] . 但饲料添加剂的广泛应用在促
进畜牧业增长的同时 ,其重金属元素的排放给生态
环境造成了新的压力. 如进入畜禽体内的铜元素的
90 %从粪便中排出[14 ] ,我国目前每年约有 110 ×105
t 左右的重金属随畜禽粪便排出而污染环境[15 ] . 国
外也有不少报道表明 ,畜禽粪便中重金属元素含量
过高[5 ,7～9 ] .
有关重金属对蚯蚓的生态毒性效应已有很多研
究[2～4 ,11～13 ,15 ,18 ] ,但多集中于土壤重金属污染 ,有
关畜禽粪便中的重金属对蚯蚓的生态毒性效应则鲜
有报导. 本文就猪粪中重金属 Cu、Zn 单一与复合污
染对蚯蚓的急性毒性效应进行研究 ,为揭示重金属
对蚯蚓毒性的剂量2效应关系及以蚯蚓毒性实验作
为猪粪重金属污染毒性诊断指标提供依据 ,并为进
一步开展蚯蚓对畜禽粪便中重金属的富集效应研究
积累数据.
2 　材料与方法
211 　材料
供试猪粪由浙江省嘉兴某养殖有限公司提供 ,猪粪中
Cu、Zn 的本底浓度分别为 56 和 10412mg·kg - 1 . 蚯蚓购自市
应 用 生 态 学 报 　2005 年 8 月 　第 16 卷 　第 8 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY , Aug. 2005 ,16 (8)∶1527～1530
场 ,实验前将蚯蚓置于湿润的滤纸上 3 h ,使其排除肠道内含
物. CuSO4·5H2O ,ZnSO4·7H2O 均为分析纯.
212 　方法
分别将一定浓度的重金属水溶液与 750 g 猪粪混合 (表
1) ,调节猪粪含水量为最大持水量的 60 % ,平衡 48 h 后转移
到 1 L 冲洗干净的玻璃瓶中 ,选择体重为 300︿400 mg、环带
明显、大小较为一致的健康成蚓 ,每瓶放入 20 条 ,塑料薄膜
封口 (用解剖针在塑料薄膜上扎孔) ,置于 (20 ±2) ℃、湿度为
80 %的培养箱无光照连续培养 14 d ,3 次重复. 试验第 7、14
d ,检查蚯蚓前尾部对机械刺激的反应及其存活情况 ,测定平
均体重和数量.
表 1 　Cu、Zn 实验浓度
Table 1 Concentrations of Cu and Zn in the experiment( mg·kg - 1)
Cu
Zn
0 400 800 1200 1600
0 0 0 + 400 0 + 800 0 + 1200 0 + 1600
250 0 + 250 250 + 400 250 + 800 250 + 1200 -
500 0 + 500 500 + 400 500 + 800 500 + 1200 -
750 0 + 750 750 + 400 750 + 800 750 + 1200 -
1000 0 + 1000 - - - -
表中浓度为 0 者 ,指不向猪粪中施加外源性 Cu 或 Zn The zero in table meant
not adding Cu or Zn to pig manure. 下同 The same below.
3 　结果与讨论
311 　Cu 对蚯蚓的急性毒性效应
从表 2 可以看出 ,猪粪本底值对蚯蚓不产生任
何致死效应. 当 Cu 浓度为 250 mg·kg - 1 ,蚯蚓死亡
率为 14. 28 % ,平均体重下降 ,说明此浓度 Cu 对蚯
蚓产生了毒性效应. Cu 浓度为 500 mg·kg - 1时 ,蚯
蚓死亡率为 28139 % ,平均体重增长率为 12. 25 % ,
与对照差异显著 ( P < 0105) . 当 Cu 浓度为 750 和
1 000 mg·kg - 1时 ,死亡率迅速上升至 61. 67 %和
85 % ,平均体重增长率分别下降至 5. 77 % 和
3114 % ,与对照差异极显著 ( P < 0101) ,说明猪粪中
Cu 对蚯蚓的毒性效应具有蓄积性. 可见 ,猪粪中 Cu
引起蚯蚓死亡的毒性阈值为 250 mg·kg - 1 ,引起蚯
蚓体重增长率下降的亚急性毒性阈值为 500 mg·
kg - 1 .
表 2 　猪粪中 Cu与蚯蚓毒性的剂量2效应关系
Table 2 Dose2response relationship bet ween Cu in pig manure and poi2
soning of earthworms
Cu
(mg·kg - 1)
死亡率
Mortality
( %)
体重增长率
Weight increase
rate ( %)
0 0 42130 ±715
250 14128 ±712 31125 ±416
500 28139 ±715 12125 ±418 3
750 61167 ±215 5177 ±419 3 3
1000 8510 ±218 3114 ±611 3 33 P < 0105 ; 3 3 P < 0101. 下同 The same below.
　　对蚯蚓死亡率和平均体重增长率与 Cu 浓度进
行回归分析表明 (图 1) ,Cu 浓度与蚯蚓死亡率呈极
显著正相关 ,与蚯蚓平均体重增长率呈极显著负相
关 ( r致死 = 0199 , r亚致死 = - 0199) ,且毒性效应随 Cu
浓度增高而增强. 据回归方程计算得出 Cu 对蚯蚓
的 LD50为 646168 mg·kg - 1 . 这一结果高于宋玉芳
等[12 ]的研究结果 400～450 mg·kg - 1 ,说明在不同
基质中 Cu 对蚯蚓产生的蓄积性毒性效应有所不
同.
图 1 　猪粪中 Cu 对蚯蚓的毒性效应
Fig. 1 Toxic effects of Cu in pig manure on earthworm.
312 　Zn 对蚯蚓的急性毒性效应
从表 3 可以看出 ,猪粪本底值对蚯蚓不产生任
何致死效应. Zn 浓度为 400 mg·kg - 1时 ,对蚯蚓产
生毒性效应 ,死亡率为 30 % ,平均体重增长率为
20183 % ,与对照差异不显著 ( P > 0105) . 随着 Zn 浓
度的增加 ,蚯蚓死亡率上升 , 1 200 和 1 600 mg·
kg - 1时分别为 62. 5 %和 82. 5 % ,平均体重增长率也
明显下降至 9. 0 %和 7. 4 % ,与对照差异极显著 ( P
< 0101) . 可见 ,猪粪中 Zn 引起蚯蚓死亡的毒性阈
值为 400 mg·kg - 1 ,引起蚯蚓体重增长率下降的亚
急性毒性阈值为 1 200 mg·kg - 1 .
表 3 　猪粪中 Zn 与蚯蚓毒性的剂量2效应关系
Table 3 Dose2response relationship bet ween Zn in pig manure and poi2
soning of earthworms
Zn
(mg·kg - 1)
死亡率
Mortality
( %)
体重增长率
Weight in crease
rate ( %)
0 0 42130 ±715
400 3010 ±215 20183 ±518
800 4215 ±510 20174 ±811
1200 6215 ±715 910 ±512 3 3
1600 821510 ±215 714 ±413 3 3
　　对蚯蚓死亡率和平均体重增长率与 Zn 浓度进
行回归分析表明 (图 2) ,Zn 浓度与蚯蚓死亡率呈极
显著正相关 ,与蚯蚓平均体重增长率呈极显著负相
关 ( r致死 = 0199 , r亚致死 = - 0196) . 且毒性效应随 Zn
浓度增高而增强. 据回归方程计算得出 Zn 对蚯蚓
的LD50为 947138 mg·kg - 1 . 这一结果远低于宋玉芳
等[12 ]报道的LD50值 1 500～1 900 mg·kg - 1 ,说明在
8251 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
图 2 　猪粪中 Zn 对蚯蚓的毒性效应
Fig. 2 Toxic effects of Zn in pig manure on earthworm.
猪粪基质中 Zn 对蚯蚓产生的毒性效应要比土壤中
强得多.
313 　Cu、Zn 复合污染对蚯蚓的急性毒性效应
由表 4 可见 ,在 Cu 浓度为 250 和 500 mg·kg - 1
时 ,Cu、Zn 复合污染情况下蚯蚓死亡率均随 Zn 浓度
的增加而升高 ,平均体重增长率随 Zn 浓度的增加
而明显下降 ,且死亡率均高于单一 Cu、Zn 污染 ,说
明复合污染具有协同效应. 当 Cu 浓度为 750 mg·
kg - 1时 ,Cu、Zn 复合污染蚯蚓死亡率在 Zn 的 3 个浓
度组分别为 2. 5 %、1010 %和 15. 0 % ,与单一污染试
验结果相比 ,复合污染的蚯蚓死亡率均明显低于单
一 Cu、Zn 污染 ,说明了拮抗效应的存在 ;体重增长
率也表现出相同的效应关系.
表 4 　猪粪中 Cu、Zn 复合污染与蚯蚓毒性的剂量2效应关系
Table 4 Dose2response relationship bet ween Cu and Zn combined pollu2
tion in pig manure and poisoning of earthworm
Cu + Zn
(mg·kg - 1)
死亡率
Mortality
( %)
体重增长率
Weight increase
rate ( %)
0 + 0 0 42130 ±715
250 + 400 3010 ±010 813 ±412
250 + 800 6510 ±510 619 ±318
250 + 1200 7010 ±510 1019 ±615
500 + 400 3618 ±514 1014 ±416
500 + 800 5516 ±216 915 ±712
500 + 1200 8010 ±215 010 ±010
750 + 400 215 ±215 3714 ±619
750 + 800 1010 ±510 2416 ±1310
750 + 1200 1510 ±510 2118 ±518
　　研究表明 ,污染物的联合作用十分复杂 ,在多元
复合污染条件下 ,除污染物本身的理化性质外 ,污染
物浓度起到至关重要的作用[19 ] . 但到底是污染物的
浓度还是浓度组合关系起作用 ,目前仍有争论. 有人
认为 ,复合污染生态毒理效应直接取决于其存在浓
度水平的组合关系[6 ,14 ] . 本实验也表明 ,在以蚯蚓
死亡率、体重增长率等为指标的复合污染毒性效应
中 ,浓度组合关系起到了关键作用 ,这与周启星[19 ]
提出的联合效应广义理论相一致.
4 　结 　　论
蚯蚓体重的增长率和死亡率与猪粪中 Cu、Zn
浓度显著相关 ,对土壤动物蚯蚓表现出一定的毒性
效应 ,Cu 的毒性大于 Zn ;其半致死浓度分别为 646.
68 和 947. 38 mg·kg - 1 ;Cu、Zn 复合污染条件下 ,当
Cu 浓度为 250 和 500 mg·kg - 1时 ,复合污染表现为
协同效应 ; Cu 浓度为 750 mg·kg - 1时 ,复合污染表
现为拮抗效应 ,说明不同 Cu、Zn 浓度组合表现出不
同的毒性效应关系.
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作者简介 　贾秀英 ,女 ,1966 年生 ,教授. 主要从事生态毒理
学研究 ,发表论文 25 篇. Tel :0571228865328 ; E2mail : XY2Jia
@163. com
“第 12 届全国农业生态学研讨会”将在广州召开
由中国生态学会农业生态学专业委员会主办 ,华南农业大学和广东省生态学会承办的“第 12 届全国农
业生态学研讨会”将于 2005 年 10 月 24～26 日在广州召开.
会议主题与内容
主题 :农业生态学与我国农业可持续发展 ———教学、科研与推广
内容 : (1)生态农业建设 ———模式与技术、推广与市场、政策与法规 ; (2)农业生态安全与食品安全 ; (3)化
学生态学、分子生态学与农业 ; (4)生物多样性与农业 ; (5) 全球变化与农业 ; (6) 循环经济与农业 ; (7) 农业生
态学的理论与模型 ; (8)农业生态规划与生态旅游 ; (9)农科的生态教学.
组委会现邀请国内外同行及感兴趣的专家学者参会 ,并征集论文 ,组委会拟编辑出版会议论文集. 请参
会代表务必在 7 月 15 日前将会议回执邮寄或通过传真、电子邮件发给大会秘书处. 论文截止日期为 2005 年
8 月 15 日. 会议第二轮通知将在 9 月 15 日左右发给参会代表. 具体会议信息请访问华南农业大学主页
(http :/ / www. scau. edu. cn/ ) ,从“学校动态”栏查看.
联系人 :章家恩 　蔡昆争 　欧秀娟
联系地址 :广州市天河区五山街 　华南农业大学热带亚热带生态研究所 　邮编 :510642
电 　　话 :020 - 85280211 　020 - 85283203
传 　　真 :020 - 85282693 　020 - 85280211
电子邮件 :jeanzh @scau. edu. cn ;jez6808 @163. com ; kzcai @scau. edu. cn
中国生态学会农业生态学专业委员会
第 12 届全国农业生态学研讨会组委会
2005 年 3 月 31 日
0351 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷