重金属镉对土壤酶活性影响的研究.pdf

第2 7 卷第3 期 2 0 1 0 年6 月 吉林化工学院学报 J O U R N A LO FJ I L I NI N S T I ”r r EO FC H E M I C A LT E 汜H N O L O G Y V o I 2 7N o 3 J u n 2 0J 0 文章编号：1 0 0 7 - 2 8 5 3 ( 2 0 1 0 ) 0 3 - 0 0 2 4 - 0 3 重金属镉对土壤酶活性影响的研究 陆文龙1 ，李春月2 ( 1 吉林化- I - 学院环境与生物工程学院，吉林吉林1 3 2 0 2 2 ；2 中国石油吉林石化公司合成树脂厂，吉林吉林1 3 2 0 2 1 ) 摘要：在试验室条件下，研究了外源添加不同浓度的重金属镉对t 壤生物活性和土壤酶活性的影响结 果表明，重金属镉污染对不同的土壤生化过程具有不同效应，镉污染对土壤酶活性的影响中，对土壤的 脲酶活性有很显著的抑制作用，而对过氧化氢酶、磷酸酶等活性影响较小通过对土壤酶活性的测定得 出，由于土壤脲酶对不同浓度镉表现强烈的敏感性，用脲酶作为土壤c d 污染的评价指标和制定c d 的 临界含量是可行的，可为污水灌溉地区提供土壤中镉浓度的最高限值，保证污灌区的农作物食用安全和 土壤的可持续利用，对地区的经济发展和环境安全有重要意义 关键词：重金属；镉；酶活性；脲酶 中图分类号：X1 7 2文献标识码：A 土壤就是人类的衣食之源和生存之本，即使 是现代经济生活中，土壤依然是最基本的生产要 素和各种经济关系的载体但随着现代经济的高 速发展，人类的生产和生活活动向土壤中施用了 大量的农药和化肥，排放了大量的工业与生活废 弃物，虽然这对于提高农产品产量，同时也解决了 城市垃圾和工业污水排放的问题，但由于土壤的 自净能力有限，当污染物含量超过了土壤容量时， 就造成了对生态环境和人类健康的影响，甚至威 胁着人类生存引随着工业的发展及城市化程度 的不断提高，河流污染日益加重，清洁水资源日趋 紧张水资源的匮乏，使污水成为农业灌溉用水的 重要组成部分我国也对污灌区灌溉水和土壤质 量进行了调查，结果发现我国污灌区受重金属污 染的面积占了污灌总面积的6 4 8 ，以C d 和H g 污染面积最大，问题最突出污水灌溉还有一个负 面效应，就是酸化土壤，酸化可促使c d 活化，使 植物更易于吸收可见污水灌溉在解决了城市污 水排放和农业生产用水来源的同时，也造成了污 灌区土壤重金属超标等问题通过重金属污染土 壤进行了采样和微生物学指标的测定，旨在探索 重金属污染与土壤微生物学指标的内在联系，为 污染土壤的质量评价、生物治理及环境修复提供 理论依据 1 材料与方法 1 1 样品采集和前处理 1 1 1 样品的采集 土壤样点的设置是在自然概况和预实验土壤 样品初步分析的基础上，选择远离城市中心的松花 湖库区人为活动影响较弱的地方，经实验室实验检 测重金属含量不超标，属于自然无污染土壤确定 的采样点上，先用小土铲去掉表层3c m 左右的土 壤，5c m 厚层进行取样，样点的面积为2 0c m 2 1 1 2 样品的前处理 将新鲜湿土样平铺于干净的纸上，弄成碎块， 摊成薄层( 厚约2c m ) ，放在室内阴凉通风处自行 干燥去除土壤中较大的石块、植物根须等物质。 土壤研磨过孔径为2m m 尼龙筛用于外源添加c d 以及测定染毒后的土壤酶活性 1 2 添加外源镉土壤污染实验 1 2 1 土壤镉染毒实验 用电子天平称取1 4g 硫酸镉( 约含5g 镉) 溶 于1 0 0m L 容量瓶中，稀释到刻度并摇匀，从中用 移液管移取1 0m L 溶液放人1 0 0m L 容量瓶中，稀 释到刻度并摇匀，再从中量取1 0m L 溶液均匀喷 洒到装有1 0 0g 过筛土壤的烧杯中，使其自然风 收稿日期：2 0 1 0 - 0 4 - 0 3 作者简介：陆文龙( 1 9 8 0 一) ，男，吉林镇赉人，吉林化工学院讲师，硕士，主要从事环境工程方面的研究 万方数据 第3 期陆文龙，等：重金属镉对t 壤酶活性影响的研究 干并混匀待测 1 2 2 样品浓度设置 根据上述方法添J n ；, l , 源镉，使镉浓度为0 5 、 1 、3 、5 、1 0m g k g ，染毒土壤供测酶活性同样以蒸 馏水作对照处理5 1 2 土壤酶测定方法 2 1 过氧化氢酶活性的测定 取5g 外源添加镉污染干土，置于1 0 0m L 三 角瓶中，并注入4 0m L 蒸馏水和5m L0 3 过氧 化氢溶液将三角瓶放在往复式震荡机上，震荡 2 0m i n 而后加入5m L3m o l L 硫酸，以稳定未分 解的过氧化氢再将瓶中悬浮液用慢速型滤纸过 滤然后，吸取2 5m L 滤液，用0 1m o l L 高锰酸 钾滴定至淡粉红色终点J 2 2 脲酶活性的测定 取5g 外源添加镉污染干土，置于5 0m L 三角 瓶中，加1m L 甲苯1 5m i n 后加1 0m L1 0 尿素 液摇匀后在3 7 恒温箱中培养2 4h 过滤后取 3m I 。滤液注入5 0m L 容量瓶中，然后加蒸馏水至 2 0m L 再加4m L 苯酚钠溶液和3m L 次氯酸钠溶 液，随加随摇匀2 0m i n 后显色，定容1h 内在分 光光度计上于波长5 7 8n m 处比色H 1 计算尿酶活性以2 4h 后1 0 0g 土壤中N H f N 的毫克数表示 2 3 磷酸酶活性的测定 称5g 外源添加镉污染干土，置于5 0m L 三角 瓶中，加5 滴甲苯后再加2 0m L0 5 磷酸苯二 钠，充分震荡后，在3 7 恒温箱中，培养2h 取培养后的滤液5m L ，加入2 0m L 蒸馏水， 再加入0 2 5m L 缓冲溶液，0 5m L4 一氨基安替比 林液，0 5m L 铁氰化钾液每次加入试剂摇匀，最 后定容至5 0m L 在1 5m i n 内在分光光度计于 5 1 0n m 处比色测定溶液光密度，比色测定 3 镉对土壤酶的影响研究 3 1 镉对过氧化氢酶的影响 图1 可知，外源添加5 种不同浓度的C d 后， 对土壤的过氧化氢酶活性有显著的抑制作用在 实验初期，过氧化氢酶活性的变化不大，但高浓度 的C d 还是表现出明显的抑制作用在1 2 周的 时问表现出明显的抑制作用，浓度越高，抑制率越 大随着培养时间的增加，过氧化氢酶活性逐渐降 低，在实验中期低浓度的c d 对过氧化氢酶活性 出现r 激活现象，原因可能是因为土壤中有效C d 成分随时间而减少过氧化氢酶活性随c d 浓度 增加，抑制率越大 承 滋 姻 蟾 o 飞 E i o t d 图1G d 对过氧化氢酶影响 3 2 镉对脲酶的影响 图2 可知，脲酶对C d 元素非常敏感，添加不 同浓度的C d 后，立刻表现出强烈的抑制作用，浓 度越大，抑制率越大在实验两周后随着C d 元素 状态在土壤中的重新分布，有效态c d 浓度降低， 脲酶活性有所增加至4 周时，已基本处于稳定 由于脲酶对不同浓度外源添加C d 强烈的敏感 性，用脲酶活性来作为土壤C d 污染的评价指标 和制定土壤中C d 的临界含量是可行的 t d 图2C d 对脲酶的影响 3 3 镉对磷酸酶的影响 由图3 可知，低浓度的c d 始终表现为激活现 象在实验的初期，高浓度外源添加c d 对土壤磷 酸酶活性表现为抑制作用，但是抑制不如脲酶和 过氧化氢酶显著随着培养时间的延长，土壤有效 C d 浓度的降低，高浓度C d 处理的土样也表现为 刺激作用在培养前3 周，磷酸酶的活性增大，说 明c d 对磷酸酶的作用需要一个过程，在实验4 6 周又有一个增长的过程，可能是由于有效C d 成 分的下降和土样里的抗性微生物的生长比较过 氧化氢酶和脲酶，磷酸酶随着培养时间的延长，活 性逐渐降低，到6 周时外源添加C d 对土壤磷酸酶 万方数据 吉林化工学院学报 2 0 1 0 拒 活性出现了激活现象 t d 图3C d 对磷酸酶的影响 4 结论 实验室测试结果，外源C d 的添加对土壤酶 活性具有阻抑作用但是由于环境因子的复杂性， 土壤微生物作用的多样性，C d 对不同土壤生物活 性不但具有抑制作用，在某些条件下还具有促进 作用在C d 胁迫对土壤酶活性的影响方面，添加 C d 后对土壤的脲酶活性有很显著的抑制作用，而 对过氧化氢酶、磷酸酶等活性的最大抑制率均未 达到2 5 ，所以采用脲酶活性来作为评价土壤 C d 污染的评价指标是合适的由于实验条件有 限，本次试验仅仅测定重金属c d ，没能对其他重 金属以及与重金属污染有关的因子进行全面地测 定，除此之外，如果条件允许，还应包括土壤的理 化指标和营养元素、生物有效性等指标因此，在 今后有条件的情况下，应该尽可能的分析全面，对 土壤的质量进行综合的评价 参考文献 I 龙健，黄昌勇矿区重金属污染对土壤环境质量微 生物学指标的影响 J 农业环境科学学报2 0 0 3 ， 2 2 ( 1 、：6 0 - 6 3 2 段学军，盛清涛土壤重金属污染的微生物学效应 J 中原工学院学报2 0 0 5 ，1 6 ( 1 ) ：l _ 4 3 G i l l e rK e nE ，W i t t e rE r n s t ，M c g r a t hS t e v e T o x i c i t yo f h e a v ym e t a l st om i c r o o r g a n i s m sa n dm i c r o b i a lp r o c e s S e Si na g r i c u l t u r a ls o i l s ：ar e v i e w J S o i lB i o c h e m i s - t r y ，1 9 9 8 ，3 0 ：】3 8 9 14 1 4 4 W e n d e r o t hDF ，R e h e rHH D e v e l o p m e n ta n dc o m p a r - i s o no fm e t h o d st oe s t i m a t et h ec a t a b o l i cv e r s a t i l i t yo f m e t a l a f f e c t e ds o i lm i c r o b i a lc o m m u n i t i e s J 1 S o i l B i o l o g yB i o c h e m i s t r y ，1 9 9 9 ，3 1 ：17 9 3 - 17 9 9 5 段学军，闵航c d 胁迫下稻田土壤生物活性与酶活 性综合研究农业环境科学学报 J 2 0 0 4 ，2 3 ( 3 ) ： 4 2 2 - 4 2 7 6 K a n d e l e rE ，L u f i e n e g g e rG ，S c h w a r zS i n f l u e n c e o f h e a v ym e t a l so nt h ef u n c t i o n a ld i v e r s i t yo fs o i lm i c r o b i - a lc o m m u n i t i e s J B i o l o g ya n dF e r t i l i t yo fS o i l s ， 1 9 9 7 ，2 3 ：2 9 9 - 3 0 6 7 H a t t o r iH I n f l u e n c eo fh e a v ym e t a l so ns o i lm i c r o b i a l a c t i v i t i e s J S o i lS c i e n c ea n dP l a n tN u t r i t i o n ，1 9 9 2 ( 3 8 ) ：9 3 1 0 0 I n f l u e n c eo fh e a v ym e t a lC a d m i u mo nt h es o i le n z y m e