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蚯蚓的生物电渗脱附减阻及其应用前言地面机械（包括在地面上行走的载运机械和车辆以及以地表和土壤为作业对象的农业机械和铲运机械）的触土部件的脱附减阻一直是国内外许多学者致力研究的重要技术问题，特别是土壤(旱田、水田)、滩涂、湿地、沼泽、雪地、沙漠等对车轮、履带和作业部件表面的粘附和阻力，严重影响机械的工作效率、使用寿命和作业质量，增大能量消耗，甚至使机械无法正常运行、作业[1,2]。
大量的工农业生产实践以及科学研究表明，土壤等黏湿物料的粘附问题严重影响和制约着众多工程领域的发展。
在车辆工程领域，即使性能优良的越野汽车轮胎，在黏湿地带也会因粘土的粘附和滞留变成光轮而失去行驶能力[3,4]；在土方工程领域，土壤对装载机铲斗、挖掘机挖斗、自卸车车厢等工作部件的粘附积土量可达其斗(厢)额定容量的20%~50%，降低生产率30%[5]；在农业工程领域，土壤粘附使犁耕阻力增加30%以上，耕种机械能耗增加30%~50%，使播种机械减少出苗率5%~10%；在能源工程领域，煤矿矿车和发电厂斗轮机轮斗平均粘煤量可达其额定容量的40%，降低生产率30%~47%[1,2,6]。
因此，许多学者把土壤粘附问题视为地面运载、挖掘、耕作机械领域的重大难题而竞相研究。
但是，因其依据的是经典理论，采用的是传统方法，故未能做出质的突破[7]。
自古至今，自然界的生物是人类的进步的重要源泉，为人类提供包括各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。
自然界的生命经历了长期的进化，在经过大自然优胜劣汰的法则下，为了适应环境和维持生存的需要进化出各种各样的形态和结构，这些形态、结构及其功能的仿生解决了许多技术难题。
原吉林工业大学(现吉林大学)的研究人员任露泉教授等在近10年的时间里，踏踏实实地对6门10纲1万多只土壤动物进行了系统的、大量的生物测试、理论分析、计算机模拟和试验[8]，发现其具有完善的减粘脱土功能，表现出其与生存环境的高度统一，如软体动物蜗牛(Fruticicda)，环节动物蚯蚓(Eisenia foetida)，节肢动物蝼蛄(Gryllotalpa)、蚂蚁(Formicidae)及蜣螂(Catharsiusmolossus L)，哺乳动物穿山甲(Manis pentadactyla)、黄鼠（Citellus dauricus）等，能完全适应黏湿的土壤条件，在其中能够自如活动而毫不粘土[1,6]。
水丝蚓对稻田土壤微生物的影响孙刚;房岩;毕雨涵【摘要】通过野外采样和室内控制试验,初步研究了底栖动物水丝蚓对稻田土壤微生物(区系、生物量、生理群)的影响.结果表明,水丝蚓组稻田土壤细菌、放线菌、真菌数量均高于对照组,分别达到极显著、显著、极显著.水丝蚓组稻田土壤微生物生物量碳(BC)和生物量氮(BN)高于对照组,均达到极显著差异水平.水丝蚓促进了稻田土壤硫化细菌、硝化细菌、纤维素分解菌、氨化细菌和固氮菌的增殖,抑制了反硫化细菌和反硝化细菌的生长和活性,有利于增加土壤硫、氮、磷等生源要素的有效性,提高稻田土壤养分的利用效率.利用底栖动物的生物扰动效应,根据农业系统中不同营养级生物的生态特性,可开发多级物质循环、多层次利用、多物种共生的现代农业技术,为可持续农业提供支持.【期刊名称】《广东农业科学》【年(卷),期】2014(041)022【总页数】4页(P53-56)【关键词】底栖动物;土壤微生物;稻田;生物扰动;绿色农业【作者】孙刚;房岩;毕雨涵【作者单位】长春师范大学生命科学学院,吉林长春130032;长春师范大学生命科学学院,吉林长春130032;长春师范大学生命科学学院,吉林长春130032【正文语种】中文【中图分类】S154.3微生物是土壤生态系统中最活跃的成分，在动植物残体分解、物质转化与循环、污染物降解中发挥主导作用，同时也是植物可利用养分的天然储备库，承载着巨大的生化效力。
土壤微生物对环境因子变化敏感，直接决定土壤肥力状况[1]。
农业土壤中的微生物组成和数量受到耕作制度、土壤类型、作物种类、作物生育期及施肥技术等多种因素的影响[2]。
作为生态系统质量中不可缺少的指标，土壤微生物对可持续农业具有至关重要的作用[3]。
传统的水稻生产依赖化肥、农药、人工的大量投入以维持高产，这种单一种植方式的资源利用率低下，系统的缓冲性、稳定性、抗干扰能力和恢复能力薄弱，导致了一系列严重的问题，如土壤质量恶化、肥力下降、污染残留、稻米品质变劣、植株抗药性提高等[4]。
蚯蚓在土壤生态系统中的重要作用研究摘要蚯蚓是土壤生态系统中的重要组成部分,是陆生生物与土壤生态传递的桥梁,不仅能促进废弃物分解,有机物质矿化,提高土壤养分含量,改良土壤理化性质,还可以促进微生物发育,提高作物产量和品质,促进生态修复。
该文探讨了蚯蚓在土壤生态系统中的重要地位,以期为改良贫瘠土壤、新兴饲养业提供新思路。
关键词蚯蚓;土壤生态系统;重要地位;生态修复AbstractAs an important part of the soil ecosystem,earthworms are a bridge between the terrestrial lives and soil ecosystem. Not only can earthworms promote the decomposition of garbage and the mineralization of organic matter,increase soil nutrientcontent,improve soil physical and chemical properties,but also promote microorganism’s growth and improve the yield or quality of crop. The ecological resoration was advanced too. Therefore,The important position of earthworm in the soil ecosystem was summarized in the article to provide some new ideas about improving poor soil, developing a new husbandry.Key wordsearthworm;soil ecosystem;important roles;ecolgical restoration蚯蚓属大型土壤动物,其生物量占土壤动物总量的60%,属腐食性动物,特别喜食发酵后的畜禽粪便、腐烂的瓜果、富含钙质的枯枝落叶等。
水蚯蚓原位消解污泥技术及其适用性的研究与探讨黄伟飞1，舒英钢1，斯昇亮1，蔡璐2，金建华1，黄铁锋1，葛伟1（1．诸暨市菲达宏宇环境发展有限公司，浙江诸暨311800；2．中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心，北京100101）摘要：水蚯蚓原位消解污泥技术是一种重要的污泥减量技术，其利用水蚯蚓和微生物的协同作用消解污泥，可从源头控制污泥产生。
考察了环境因子、工况条件、污泥性状和水蚯蚓自身活动等方面对该技术的影响，结果表明，工艺的调整与优化能创造出宜于水蚯蚓原位消解污泥的优良条件，在保证污水达标排放的前提下，污泥减排率达到64．5% 81．7%；此外，水蚯蚓原位消解污泥技术对不同污水处理工艺均具有很好的适用性。
关键词：污泥减量；水蚯蚓；原位消解污泥技术中图分类号：X703文献标识码：C文章编号：1000－4602（2011）17－0105－04Research on In-situ Tubifex Sewage Sludge Digestion Technologyand Its ApplicationHUANG Wei-fei 1，SHU Ying-gang 1，SI Sheng-liang 1，CAI Lu 2，JIN Jian-hua 1，HUANG Tie-feng 1，GE Wei 1（1．Zhuji Feida Hongyu Environment Development Co．Ltd．，Zhuji 311800，China ；2．Center for Environmental Remediation ，Institute of Geographic Sciences and NaturalResources Research ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100101，China ）Abstract ：As an important sludge reduction technology ，in-situ Tubifex sewage sludge digestiontechnology can reduce sludge production at the source through the synergistic effect between Tubifex and microorganisms．The influences of environmental factors ，operation conditions ，sludge characteristics and Tubifex activity on the technology were investigated．The results show that an appropriate condition for in-situ Tubifex sewage sludge digestion can be created by adjustment and optimization of the process．The sludge reduction rate reaches 64．5%to 81．7%when the wastewater discharge standard is met．Further-more ，the in-situ Tubifex sewage sludge digestion technology is well applicable for wastewater treatment in various areas．Key words ：sludge reduction ；Tubifex ；in-situ sewage sludge digestion technology基金项目：浙江省重大科技专项（优先主题）社会发展项目（2008C13018）；国家高技术研究发展计划（863）项目（2009AA064301）目前我国城市污水处理厂每年排放城市污泥约为180ˑ104t （干质量），并以年增长率＞16%的速度递增［1］，且污泥含水率高、成分复杂、处理和处置成本很高（占污水处理厂总费用的40%以上）［2］。
2024年《蚯蚓》课件生物学自然科学专业资料一、教学内容本节课选自《蚯蚓》教材，涉及第三章“环节动物”的第二节内容，详细介绍了蚯蚓的形态结构、生理功能、生活习性以及其在生态系统中的作用。
二、教学目标1. 了解蚯蚓的形态结构、生理功能和生活习性。
2. 掌握蚯蚓在生态系统中的作用，培养学生的环保意识。
3. 提高学生观察、分析和解决问题的能力，激发学生对生物学的兴趣。
三、教学难点与重点难点：蚯蚓的生理功能及在生态系统中的作用。
重点：蚯蚓的形态结构、生活习性以及其在生态系统中的重要意义。
四、教具与学具准备教具：蚯蚓模型、实物投影仪、图片、教学PPT等。
学具：显微镜、观察盒、记录本、笔等。
五、教学过程1. 实践情景引入（5分钟）通过展示蚯蚓实物或图片，引导学生关注蚯蚓，激发学生的学习兴趣。
2. 例题讲解（15分钟）结合教材内容，讲解蚯蚓的形态结构、生理功能和生活习性，强调重点、难点。
3. 随堂练习（10分钟）学生观察蚯蚓模型，回答相关问题，巩固所学知识。
4. 小组讨论（10分钟）学生分组讨论蚯蚓在生态系统中的作用，培养学生的合作能力和思考能力。
六、板书设计1. 《蚯蚓》2. 内容：形态结构：身体分节、刚毛等生理功能：消化、呼吸、循环等生活习性：土壤中生活、食性等生态作用：改善土壤、促进循环等七、作业设计1. 作业题目：（1）简述蚯蚓的形态结构特点。
（2）论述蚯蚓在生态系统中的作用。
2. 答案：（1）蚯蚓的身体分为头、胸、腹三部分，身体分节，具有刚毛等。
（2）蚯蚓在生态系统中具有改善土壤、促进循环等作用。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：关注学生对蚯蚓形态结构、生理功能和生活习性的掌握程度，以及他们在课堂上的参与情况。
2. 拓展延伸：引导学生关注蚯蚓的养殖与应用，了解蚯蚓在农业、环保等方面的实际应用，提高学生的实践能力。
重点和难点解析1. 教学目标中的蚯蚓在生态系统中的作用。
2. 教学难点与重点中的蚯蚓的生理功能及在生态系统中的作用。
第27卷第4期V ol 127 N o 14长春师范学院学报(自然科学版)Journal of Changchun N ormal University (Natural Science )2008年8月Aug.2008水丝蚓对水田沉积物颗粒垂直分布的生物扰动作用孙 刚,房 岩,韩德复,吕 明(长春师范学院生命科学学院,吉林长春 130032)[摘 要]以化学性质稳定的玻璃珠作为示踪颗粒,研究水丝蚓扰动对水田沉积物颗粒垂直分布的影响,探讨底栖动物在水层-底栖界面耦合过程中的生物扰动作用。
水丝蚓扰动10d 后,沉积物表层示踪颗粒有3116%向下迁移,最大迁移深度为613cm ,垂直迁移率为11048×10-3g -1·cm -2·d -1。
6cm 深处的示踪颗粒分别有3210%和2111%在扰动后向上和向下迁移,向上和向下最大迁移距离分别为411cm 和314cm ,垂直向上和向下迁移率分别为11061×10-3g -1·cm -2·d -1和61998×10-4g -1·cm -2·d -1。
水丝蚓对水田沉积物颗粒的垂直分布具有重要影响。
[关键词]水丝蚓;水田;生物扰动;沉积物;垂直分布[中图分类号]S181;Q17811 [文献标识码]A [文章编号]1008-178X (2008)04-0059-03[收稿日期]2008-03-07[作者简介]吉林省人才开发资金项目、吉林省科技发展计划项目(20060577)、吉林省教育厅科技计划项目(2006113;2006117)、教育部留学回国人员科研启动基金项目(教外司留2005-546)、东北师范大学自然科学青年基金项目(20050406)。
[作者简介]孙 刚(1969-),男,辽宁大连人,长春师范学院生命科学学院教授,博士后,硕士生导师,从事环境生态学和应用生态学研究。
生物扰动(bioturbation )是指底栖动物,特别是沉积食性大型动物由于摄食、爬行、避敌、筑穴等活动对沉积物初级结构造成的改变[1]。
生物扰动的直接作用结果是对沉积物的垂直搬运和混合,加速间隙水与上覆水的物质通量交换,以及微型生物和小型生物对有机质的分解、矿化和代谢过程。
生物扰动导致沉积物物理、化学性质的变化,并给水层-底栖界面的生物地球化学过程造成重大影响。
水层-底栖界面生物扰动效应研究是更加深入系统地了解水生生态系统结构与功能的启动点,也是在区域尺度上或更大时空尺度上开展水生态动力学和生物资源补充机制研究的核心内容之一,将为正确认识水体的内源负荷特点、理解水华爆发机制、生态建模和水体修复等提供基本参量和科学依据[2]。
稻米是世界一半以上人口的主要食物。
由于土地和水资源面临严重威胁,以及农业系统对农药和化肥依赖性的日益增强,联合国粮农组织(FAO )近年来鼓励水田复合种养,突出强调水田养殖水生动物的能力,以经济和环境可持续的方式强化稻米生产,保障粮食安全[3-4]。
水丝蚓(Limnodrilus ho ffmeisteri )属环节动物门(Annelida )、寡毛纲(Oligochaeta )、颤蚓科(Tubificidae )、水丝蚓属(Limnodrilus ),为淡水中常见的底栖动物,分布于我国各地。
水丝蚓繁殖快,含有蛋白质、脂肪、无机盐和多种维生素,营养价值高,适于在水田中与水稻混养,可作为水产品养殖的优质饵料,降低养殖成本,提高养殖效益和养成品质[5]。
本文利用化学性质稳定的玻璃珠作为示踪颗粒,研究水丝蚓对水田沉积物颗粒垂直分布的生物扰动作用。
1 材料和方法生物扰动实验于2007年7月～8月在东北师范大学植被生态科学教育部重点实验室进行。
水田沉积物和上覆水采自吉林省长春市双阳区奢岭镇徐家村7社。
实验用水丝蚓统一购自水产批发市场,体长4～5cm 左右。
实验在室内进行,分A 、B 两组,共4个PVC 培养管( =16cm ,L =40cm ),编号A 1、A 2和B 1、B 2。
培养管中加入15cm 深的水田沉积物,然后缓慢注满采样点原位上覆水,在通气条件下均衡24h 。
沉积物柱样均衡后吸去多余的上覆水,保持水深12cm 。
加入一薄层(厚1mm )化学性质稳定的玻璃珠(粒径015mm 左右)作为示踪颗粒。
其中A 组示踪颗粒薄层加在沉积物-水界面,B 组示踪颗粒薄层加在沉积物6cm 深处,每组1号为生物扰动实验组,放入15g 水丝蚓;每组2号为不放入生物个体的对照组(图1)。
3次重复。
培养期间水温18～24℃,定期充气。
在培养期间,每天从实验组和对照组用针筒各抽取20ml 的水样,·95·通过0145um 的微孔滤膜后置入含盖的聚乙烯塑料试管内,放置于冰柜中冷冻保存,用于离子色谱仪的元素测定。
培养10d 后,将PVC 培养管中的沉积物从表层开始,每隔1cm 水平分层,将每一层的沉积物混合均匀后取样,置于培养皿中,在显微镜下记数示踪颗粒的数量。
图1 实验设计示意图沉积物示踪颗粒在生物扰动下的垂直迁移率以下列公式计算,差异显著性检验采用SPSS 中的ANOVA 。
迁移率=迁移的示踪颗粒(%)生物体重·扰动面积·扰动时间×1002 结果与分析211 沉积物-水界面示踪 水丝蚓对沉积物扰动10d 后,界面层示踪颗粒向不同深度迁移(表1)。
有3116%的示踪颗粒经扰动后向沉积物深处迁移,最大迁移深度为613cm ,对照组的示踪颗粒仍旧保留在沉积物表层,几乎没有向下迁移。
扰动组与对照组之间存在极显著性差异(P <0101)。
A1组的生物个体总湿质量为15g ,扰动面积为201cm 2,扰动时间为10d ,因此表层沉积物颗粒在水丝蚓扰动下的垂直迁移率为11048×10-3g -1·cm -2·d -1。
表1 水丝蚓扰动10d 后,沉积物-水界面示踪颗粒在不同深度的分布%深度(cm )扰动组A 1对照组A 2平行1平行2平行3平行1平行2平行30-16814651271159919991899191-21718181715100110120112-371510119140003-44163183130004-51151190170005-60120120110006-7001100007-8000000∑100100100100100100表2 水丝蚓扰动10d 后,沉积物6cm 深处示踪颗粒在不同深度的分布%深度(cm )扰动组A 1对照组A 2平行1平行2平行3平行1平行2平行30-10000001-200120110002-30131100130003-43122181150004-57104133150005-6221426112312011006-74616431750149815991298187-81618181514181140181128-92193125160009-1001601201500010-11012001100011-12000000∑100100100100100100·06·212 沉积物6cm深处示踪 经过水丝蚓的扰动,6cm深处的示踪颗粒在上下两个方向均发生垂直移动, 3210%的示踪颗粒在扰动后向上迁移,2111%的示踪颗粒在扰动后向下迁移(表2)。
示踪颗粒向上最大迁移距离为411cm,向下最大迁移距离为314cm。
对照组的示踪颗粒仍保持在6cm深处左右,无明显迁移现象。
扰动组与对照组之间存在极显著性差异(P<0101)。
B1组的生物个体总湿质量为15g,扰动面积为201cm2,扰动时间为10d,因此6cm深处沉积物颗粒在水丝蚓扰动下的垂直向上迁移率为11061×10-3g-1·cm-2·d-1,向下迁移率为61998×10-4g-1·cm-2·d-1。
3 结论水丝蚓扰动10d后,沉积物表层示踪颗粒有3116%向下迁移,最大迁移深度为613cm,垂直迁移率为11048×10-3g-1·cm-2·d-1。
6cm深处的示踪颗粒分别有3210%和2111%在扰动后向上和向下迁移,向上和向下最大迁移距离分别为411cm和314cm,垂直向上和向下迁移率分别为11061×10-3g-1·cm-2·d-1和61998×10-4g-1·cm-2·d-1。
水丝蚓对水田沉积物颗粒的垂直分布具有重要影响。
4 讨论水丝蚓作为底栖动物,其生物扰动行为使表层和深层的沉积物颗粒在垂直方向发生移动和重新分布,从而改变了底质环境和理化特性。
同时,增大了沉积物与水层之间的接触面积,促进沉积物—水界面的营养盐交换和扩散过程,增加间隙水与上覆水的物质通量交换,加快营养盐在水田生态系统中的生物地球化学循环速率,加速微型生物和小型生物对有机质的分解、矿化和代谢过程。
本实验以化学稳定的玻璃珠作为示踪颗粒,研究底栖动物对水田沉积物颗粒垂直分布的扰动影响,该方法的有效性已经得到其它的生物实验[1]、生态实验[6]和物化实验[7-8]所证实。
下一步可尝试使用不同颜色的玻璃珠,置于沉积物的不同深度中,同步观测沉积物颗粒在各个不同深度之间的垂直转移和分布,这将更加综合和全面地评价底栖动物对沉积物的扰动作用。
作为水生态动力学研究的一个重要分支和前沿领域,生物扰动的研究具有非常广阔的前景。
我国该领域的研究尚处于起步阶段,急需针对不同水域特点,引进先进的现场观测和室内测试手段,开展国际合作,加快生物扰动研究的进展。
水层—底栖系统耦合过程中生物扰动机制及其变化规律的揭示,将更全面、更详细、更精确地掌握水域中生物地球化学循环的全过程,对调节水田营养循环和供应、控制水体内源污染释放、富营养化治理等都具有重要意义。
[参考文献][1]杜永芬,张志南.菲律宾蛤仔的生物扰动对沉积物颗粒垂直分布的影响[J].中国海洋大学学报,2004,34(6):988-992.[2]孙刚,盛连喜,千贺裕太郎.生物扰动在水层-底栖界面耦合中的作用[J].生态环境,2006,15(5):1106-1110.[3]孙刚,房岩,张胜.水田立体开发与绿色稻米生产[J].农业与技术,2006,26(6):48-50.[4]孙刚,房岩,韩德复.复合种养水田生态系统的综合效益[J].农业与技术,2006,26(5):51-53.[5]钟永平,保华,禄喜.水丝蚓人工养殖技术[J].农村实用科技信息,2002,(5):33-34.[6]Bradshaw C,K umblad L,Fagrell A.The use of tracers to evaluate the importance of bioturbation in rem obilising contaminants in Balticsediments[J].Estuarine,C oastal and Shelf Science,2006,66(1/2):123-134.[7]De Smedt F,Wierenga P J.S olute trans fer through columns of glass beads[J].Water Res ources Research,1984,20(2):225-232.[8]Padilla I Y,Y eh T C,C onklin M H.The effect of water content on s olute transport in unsaturated porous media[J].Water Res ources Re2search,1999,35(11):3303-3313.The Bioturbation E ffects of Limnodrilus hoffmeisteri on the V ertical Distributionof Sediment P articles in P addy FieldS UN G ang,FANG Y an,H AN De-fu,LV Ming(School of Life Science,Changchun T eachers C ollege,Changchun130032,China)Abstract:Using chemically stable glass beads as tracers,the effects of Limnodrilus ho ffmeisteri bioturbation on the vertical distribution of sediment particles in paddy field were investigated,the bioturbation role of benthic animal in coupling process of benthic-pelagic interface was discussed.A fter10days’bioturbation of Limnodrilus ho ffmeisteri,31.6%of the glass beads on the surface were trans ferred downward to maximum depth of6.3cm,and the vertical transportation rate of sediment particles was1.048×10-3g-1·cm-2·d-1.F or glass beads at a depth of6cm,32.0%and21.1%were trans ferred up2 wards and downwards respectively,to maximum depth of4.1cm and3.4cm respectively,the vertical transportation rates of sediment particles were1.061×10-3g-1·cm-2·d-1and6.998×10-4g-1·cm-2·d-1respectively.Limnodrilus ho ffmeis2 teri plays an im portant role in vertical distribution of sediment particles in paddy field.K ey w ords:limnodrilus ho ffmeisteri;paddy field;bioturbation;sediment;vertical distribution··16。
