蚯蚓分解土壤汙染物的研究

1. 畢業專題報告 蚯蚓分解土壤汙染物的研究 報告者:謝勝德 指導老師:曹俊文老師

2. 前言 • 由於台灣農地遭受重金屬污染的問題已不容忽視，然而有關在土壤中會造成危害生態的重金屬濃度之資訊較少，目前評估重金屬在土壤的污染濃度仍以重金屬在土壤中的總量為基礎，至目前為止，台灣地區有關以蚯蚓作為評估土壤重金屬污染程度的研究，甚為缺乏，且適用的研究方法及偵測模式仍有待建立，因此建立一套利用蚯蚓作為台灣農地重金屬污染程度評估的生物性指標之方法勢在必行。 • 除建立單一重金屬對蚯蚓生理毒性的資訊外，有鑒於目前受重金屬污染的農地通常含兩種或兩種以上的重金屬，而不同種類重金屬的混合組成及其濃度對蚯蚓之生理毒性的影響之相關研究更為少見，誠亟待探究，藉此可作為建立適用於台灣地區以蚯蚓評估重金屬污染程度的標準方法之參考依據。

3. 許多化學和物理方法被用來評估重金屬在土壤中的含量及分布情形，但是大部分均無法提供重金屬的生物有效性及重金屬在食物鏈間轉移的訊息。許多化學和物理方法被用來評估重金屬在土壤中的含量及分布情形，但是大部分均無法提供重金屬的生物有效性及重金屬在食物鏈間轉移的訊息。 • 重金屬在土壤中之行為會隨時間及土壤的性質而改變，以化學分析方法來探究土壤重金屬污染對生物的風險評估，確實並不客觀。 • 唯有生物指標可以評估生物對重金屬急毒性曝露量及毒性效應。因此利用生物作為生態毒性偵測的研究方法有其必要性。

4. 蚯蚓是土壤中具代表性的大型無脊椎動物，屬於環節動物，貧毛綱，蚯蚓也是土壤污染狀況的良好生物指標，由於蚯蚓已知會從重金屬污染地吸收重金屬而在體內累積，所以有些學者認為蚯蚓可以作為土壤重金屬污染物的生物偵測者。蚯蚓曾被廣泛應用於評估各種重金屬對生物的毒性效應，如鎘、鋅、銅、鉻及鎳。蚯蚓是土壤中具代表性的大型無脊椎動物，屬於環節動物，貧毛綱，蚯蚓也是土壤污染狀況的良好生物指標，由於蚯蚓已知會從重金屬污染地吸收重金屬而在體內累積，所以有些學者認為蚯蚓可以作為土壤重金屬污染物的生物偵測者。蚯蚓曾被廣泛應用於評估各種重金屬對生物的毒性效應，如鎘、鋅、銅、鉻及鎳。 • 唯不同研究者所選用的蚯蚓品系、試驗土壤及試驗方法並不相同，而導致試驗結果之不一致性，而難以應用。就考慮生態健康而論，利用國際間接受的標準毒性測試方法來評估重金屬在土壤中可接受的濃度，已成一可行之方式。

5. 文獻回顧 一、土壤重金屬污染之潛在問題 • 土壤重金屬污染已成為全世界關心的焦點。土壤遭受重金屬污染，不但會降低土壤生產力，降低土壤品質，危害作物生長，且污染之重金屬可能經由食物鏈的生物累積作用而危害人畜健康； • 在1980 年代， 幼兒因吸收過量鉛(Pb) 而導致神經衰弱的案例甚多。美國環保署因而將幼兒血液中鉛濃度之高限規定值，由原先的60 g/dL 降至10 g/dL， 以保護幼兒身體和心智的發展。

6. 土壤中重金屬的來源可分為自然形成及人為污染兩個途徑。自然形成係指土壤母質中之礦物經自然的物理或化學風化作用後釋出重金屬離子及其化合物。在一般情況下，土壤中的重金屬含量非常少，但在某些岩石或礦物中(如黑頁岩、磷灰石、閃鋅礦、方鉛礦等)，則會有較高的重金屬含量。認為自然界中之重金屬為母岩、降塵、降雨及土壤水分的移動等因素所造成。土壤中重金屬的來源可分為自然形成及人為污染兩個途徑。自然形成係指土壤母質中之礦物經自然的物理或化學風化作用後釋出重金屬離子及其化合物。在一般情況下，土壤中的重金屬含量非常少，但在某些岩石或礦物中(如黑頁岩、磷灰石、閃鋅礦、方鉛礦等)，則會有較高的重金屬含量。認為自然界中之重金屬為母岩、降塵、降雨及土壤水分的移動等因素所造成。

7. 人為污染主要是由於人類的活動而造成土壤中重金屬的累積、轉化和釋出。認為土壤中重金屬之污染源，可分為下列幾項：人為污染主要是由於人類的活動而造成土壤中重金屬的累積、轉化和釋出。認為土壤中重金屬之污染源，可分為下列幾項： • (1)汽機車等交通工具使用含鉛汽油，造成含鉛廢氣在空中散佈，而後下降至土壤 • (2)石化燃料的燃燒而造成多種重金屬的空氣污染及在剩餘灰燼中累積 • (3) 含磷酸鹽和鐵礦礦渣的肥料或含重金屬的殺蟲劑、殺草劑之使用 • (4)有機廢棄物(如含高量銅和鋅之禽畜糞或禽畜糞堆肥) 的使用 • (5)都市及工業廢水之排放 • (6)冶金工業產出之含重金屬廢氣和廢水的不當排放。由於人為的因素使得重金屬直接或間接進入土壤中，一旦重金屬在土壤中之累積過量，就會危害動植物之生存。

8. 二、蚯蚓與土壤重金屬的關係 • 蚯蚓是土壤中之大型無脊椎動物，在動物分類學上是屬於環節動物貧毛綱。蚯蚓具有三胚層、真體腔，是原口類中演化較高等的動物，其主要特徵為： • (1)身體兩側對稱，具有分節現象 • (2)沒有骨骼，以身體外側的剛毛可作為運動的器官 • (3)雌雄同體且行異體受精。 • 蚯蚓在農業生態系中之主要功能為分解植物殘體，促進有機物質的礦化作用，是影響有機質在土壤中分配的極為重要因子。同時，蚯蚓的鑽穴行為及以有機質為食的生活方式，可改善土壤的物理和化學特性。

9. 部分文獻指出重金屬污染會影響土壤中無脊椎動物族群的架構，進而改變土壤中的生態系。部分文獻指出重金屬污染會影響土壤中無脊椎動物族群的架構，進而改變土壤中的生態系。 • 蚯蚓在土壤生態系中並非為分解者，而是扮演消費者的角色，且為食物鏈中肉食性動物之食餌。 • 動物(如鳥類或老鼠)捕食蓄積重金屬之蚯蚓後，會在其體內濃縮重金屬並蓄積，重金屬便經由此管道進入食物鏈之生態循環中，並造成環境的污染及生物毒害等問題。 • 指出蚯蚓體內所累積的化學物質或許不會對蚯蚓本身造成傷害，但卻會影響食物鏈中其他生物的生理及生命。

10. 三.蚯蚓的生活習性和型態 1、溫度 • 蚯蚓的活動溫度在5—30℃範圍內，0—5℃進入休眠狀態，0℃以下死亡，最適宜的溫度為20—27℃左右 2、濕度 • 蚯蚓沒有特別的呼吸器官，它是利用皮膚進行呼吸的，所以蚯蚓軀體必須保持濕潤。如果將蚯蚓放在乾燥環境中，蚯蚓的皮膚經過一段時間就不能保持濕潤，因而不能正常呼吸，蚯蚓馬上會發生痙攣現象，不久就會死亡。 3、酸鹼度（PH值） • 蚯蚓對酸鹼都很敏感，因為蚯蚓體表各部分散佈著對酸、鹼等有感受能力的化學感受器官，蚯蚓在強酸、強鹼的環境裡不能生存，但對弱酸、強鹼環境條件有一定的適應能力。

11. 為何利用蚯蚓來進行實驗 • 蚯蚓能疏鬆土壤，增加土壤腐殖質並改善結構，還能促進酸性或鹼性土壤變為中性土壤，增加磷等速效成分，使土壤適於農作物的生長。 • 蚯蚓能夠吸收土壤中的汞、鉛和銅等微量金屬，這類金屬元素在蚯蚓體內的聚集量為外界含量的10倍。因此，有些科學家認為蚯蚓可作為土壤中重金屬污染的監測動物。 所以利用這些特性來實驗能不能分解其他的汙染物質

12. 蚯蚓病變 • 蚯蚓的疾病極少，最常見的是在飼料酸化情況下（PH值低於4），往往引起蛋白質中毒或胃酸過多症。其症狀是：蚯蚓全身出現痙攣狀的結節，環帶紅腫，全身粘液分泌增多，往往在養殖床上轉圈爬行，或鑽到床底不吃食，最後蚯蚓變白而死亡。有的病蚓死前還出現節間斷裂現象，有的蚓繭破裂等。

13. 實驗目的 • 利用萘汙染物對於生長在土裡的蚯蚓是否可以利用進食土壤裡的有機物進而代謝掉汙染物在土壤裡的濃度 • 研究萘對於蚯蚓有無破壞或是改變習慣和改變身體構造等來觀察影響程度

14. 萘 (NAPHTHALENE) 化學物介紹 • 分子式為C10H8 • 為二個苯環相並,故又名並苯 • 俗稱為焦油腦 ,為白色片狀晶體,熔點80℃ • 是具有臭味且易揮發的白色晶體 ,不溶於水,但可溶解於酒精及乙醚中,能燃燒但多煙,可製成樟丸,有殺蟲及防腐作用

15. 實驗方法與材料準備 一.供試材料 • (一)、供試蚯蚓：選用臺灣養殖場常見的蚯蚓 • (二)、蚯蚓養殖：以30 × 40 × 12 cm 的保麗龍盆進行室內養殖，基料為米糠。以黑色棉布圍繞養殖盆四周以遮光。養殖溫度維持在25 ± 2 ℃。 • (三)、供試藥劑:萘 (Naphthalene)，C10H8，試藥級

16. 二.土壤準備 土壤結構沉澱試驗 將二分之一杯土壤加入3.5杯的水及5茶匙的洗衣粉溶液，放入有蓋的瓶中，搖5分鐘，靜置24小時，待土壤沉澱，在測其總沉澱高度。後再搖5分鐘，靜置40秒後測砂高度，再放置30分，測高度-砂的高度，就得到泥的高度，剩下不能沉澱的是黏土。

17. 二.土壤特性分析 土壤含水率: 取W1克土壤放入103度烘箱24小時可測得乾土重為W2克 土壤含水率(%)=(W1-W2)/W2 30.92% 飽和含水率: 將W2的乾土放置篩上，再慢慢滴入水至土中，待土中底下的篩滲出水為止，即飽和，紀錄重量(扣掉器皿重)W4克。 飽和含水率(%)=(W4-W2)/W2 0.9686ml/g 有機質含量: 將W2乾土放入800度灰爐中燃燒4小時測得土壤重為W3克。 有機質含量(%)=(W2-W3)/W2 10.56%

18. 三.蚯蚓的測量 • 先用去離子水清洗蚯蚓表面至乾淨，再放入沾有水的衛生紙培養皿，保持其濕潤，再用鋁箔紙戳洞包覆住，隔天待蚯蚓把體內排泄物清除，則可用微量天平測量其重量，再量其長度，最後，放入不同濃度的污染土中。

19. 四.土壤濃度配置 • 準備6個大約500ml的燒杯，土壤量大約110g左右，依濃度0.01%、0.1%、1%、5%、10% (w/w)、控制組(未加萘汙染物)，依比例調配乾淨土壤及汙染土壤量，再調整土壤含水率至60%飽合含水率，放入待測的蚯蚓，再用鋁箔紙戳洞包覆住。於固定時間取出不同濃度的污染土，作為後續分析之用。

20. 五.實驗結果數據圖 蚯蚓濃度和重量紀錄表 9月10月11月12月紀錄表

21. 蚯蚓濃度和重量曲線圖

22. 9月10月相對成長率 重量g 日期(天)

23. 11月12月相對成長率

24. 六.實驗結果照片 死亡

25. 正常

26. 受到汙染物的影響

27. 實驗結論 • 從結果可以看出來萘對於蚯蚓的致死率還是存在的，但是存活的比例還是非常低，濃度越高死亡的現象會越來越明顯。 • 汙染物是會造成蚯蚓的身體病變，會出現全身冒出黃色液體，變腫大，身體變得很細長，和乾扁。 • 土壤重金屬的濃度增加使蚯蚓之存活率、生質量降低，蚯蚓雖未致死但其生質量卻已顯著受到抑制，但生質量易受食物之充足與否的干擾。 • 一些更細節的部分，因為沒辦法去測試或實驗到，所以沒辦法得到更深的研究但是以蚯蚓作為評估土壤重金屬污染之生物指標，將可提供重金屬影響生物及生態環境之資訊。

28. 報告結束 謝謝各位的聆聽