重金属镉对土壤酶活性影响的研究

1、第 27卷 第 3期 吉 林 化 工 学 院 学 报 Vo. l 27N o . 3 2010年 6月J OURNAL OF JI L I N I NSTI TUTE OF CHEM ICAL TECHNOLOGYJ un. 2010收稿日期 :2010 04 03作者简介 :陆文龙 (1980 , 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 .文章编号 :1007 2853(2010 03 0024 03重金属镉对土壤酶活性影响的研究陆文龙 1, 李春月2(1. 吉林化工学院 环境与生物工程学院 , 吉林 吉林 132022; 2. 中国石油吉林石化公

2、司 合成树脂厂 , 吉林 吉林 132021摘要 :在 试验室条件下 , 研究了外源添加不同浓度的重金属 镉对土壤 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 Cd 污染的 评价指标和 制定 Cd 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

3、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 :X 172 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

4、 , 甚至威 胁着人类生存1 2. 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 64. 8%, 以 Cd 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 Cd 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

5、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3 4.1 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 20c 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

6、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 2mm 尼龙筛用于外源添加 Cd 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 14g 硫酸镉 (约含 5g 镉 溶 于 100mL 容量瓶中 , 稀释到刻度并摇匀 , 从中用 移液管移取 10mL 溶液放入 100mL 容量瓶中 , 稀 释到刻度并摇匀 , 再从中量取 10m L 溶液均匀喷 洒到装有 100g 过筛土壤的烧杯中 , 使其自然风干并混匀待测 .1. 2. 2 样品浓度设置根据

7、上述方法添加外源镉 , 使镉浓度为 0. 5、 1、 3、 5、 10m g /kg, 染毒土壤供测酶活性 . 同样以蒸 馏水作对照处理 5.2 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 100m L 三 角瓶中 , 并注入 40mL 蒸馏水和 5mL 0. 3%过氧 化氢溶液 . 将三角瓶放在往复式震荡机上 , 震荡 20m in . 而后加入 5mL 3m 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 25mL 滤液 , 用 0. 1m o l/L高锰酸 钾滴定至淡粉红色终点 6.2. 2

8、脲酶活性的测定取 5g 外源添加镉污染干土 , 置于 50m L 三角 瓶中 , 加 1mL 甲苯 . 15m in 后加 10m L 10%尿素 液 . 摇匀后在 37 恒温箱中培养 24h . 过滤后取 3mL 滤液注入 50mL 容量瓶中 , 然后加蒸馏水至 20mL. 再加 4mL 苯酚钠溶液和 3mL 次氯酸钠溶 液 , 随加随摇匀 . 20m in 后显色 , 定容 . 1h 内在分 光光度计上于波长 578nm 处比色 7.计算尿酶活性以 24h 后 100g 土壤中 NH -3 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 50m L 三

9、角 瓶中 , 加 5滴甲苯后再 加 20mL 0. 5%磷酸苯二 钠 , 充分震荡后 , 在 37 恒温箱中 , 培养 2h . 取培养后的滤液 5mL , 加入 20mL 蒸馏水 , 再加入 0. 25mL 缓冲溶液 , 0. 5mL 4 氨基安替比 林液 , 0. 5mL 铁氰化钾液 . 每次加入试剂摇匀 , 最 后定容至 50mL . 在 15m i n 内在 分光光度 计于 510n 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 Cd 后 , 对土壤的过氧化氢酶活性有显著的抑制作用 . 在 实验

10、初期 , 过氧化氢酶活性的变化不大 , 但高浓度 的 Cd 还是表现出明显的抑制作用 . 在 12周的 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 Cd 对过氧化氢 酶活性 出现了激活现象 , 原因可能是因为土壤中有效 Cd 成分随时间而减少 . 过氧化氢酶活 性随 Cd 浓度 增加 , 抑制率越大 .t /d图 1 Cd 对过氧化氢酶影响3. 2 镉对脲酶的影响图 2可知 , 脲酶对 Cd 元素非常敏感 , 添加不 同浓度的 Cd 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 Cd 元素 状态在土壤中的重新分布

11、, 有效态 Cd 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 Cd 强 烈的敏 感 性 , 用脲酶活性来作为土壤 Cd 污染的评 价指标 和制定土壤中 Cd 的临界含量是可行的 .t /d图 2 Cd 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 Cd 始终表现为激活现 象 . 在实验的初期 , 高浓度外源添加 Cd 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 Cd 浓度的降低 , 高浓度 Cd 处理的土样也表现为 刺激作用 . 在培养前 3周

12、, 磷酸酶的活性增大 , 说 明 Cd 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 Cd 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 Cd25第 3期 陆文龙 , 等 :重金属镉对土壤酶活性影响的研究活性出现了激活现象 . t /d图 3 Cd 对磷酸酶的影响4 结 论实验室测试结果 , 外源 Cd 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 , Cd 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 Cd 胁迫

13、对土壤酶活性的影响方面 , 添加 Cd 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 25%, 所 以采用脲 酶活性 来作为 评价 土壤 Cd 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 Cd , 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 :1 龙健 , 黄昌 勇 . 矿区重 金属 污染

14、 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 . 2003, 22(1:60 63.2 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 . 2005, 16(1:1 4. 3 G iller K en E , W itter E rnst , M cg ra t h S teve . T ox icity o fheavy m eta ls to m icroo rganis m s and m i crob ial proces ses i n agr icultural so ils :a rev i ew J.So il B i

15、 ochem is try , 1998, 30:1389 1414. 4 W enderoth D F , R eher H H. D eve l op m ent and co m pa rison of m ethods t o esti m ate the ca tabolic versa tility o f m eta l affec ted so il m icrobia l co mmun iti es J. Soil B i o l ogy B i ochem istry, 1999, 31:1793 1799.5 段学军 , 闵航 . Cd 胁迫下稻 田土壤生 物活性 与酶

16、活性综合研究 . 农业环 境科 学学报 J.2004, 23(3:422 427.6 K ande ler E, Lu ftenegger G, Schw arz S . i n fluence o fheavy m eta ls on the f uncti ona l d i versity of so ilm icrob i a l communities J.B i o logy and F ertility of So ils , 1997, 23:299 306.7 H att o riH. In fluence of heavy m etals on so ilm icrob i

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18、ity 132022, Chi na ; 2. Synthetic R es i n F actory Pe ttroCh i na Jili n P etroChem i ca l Co m pany , Jili n C it y 132021, Ch i naAbst ract :Under the laboratory cond ition , the i n fluence on the so il b i o log ica l and enzy m e acti v ity w as studied by adding different concentrati o n o f

19、heavy m eta lCad m ium . The resu lts i n d icate tha, t for d ifferent so il bioche m i ca l process , t h e po ll u ti o n effects of heavy m eta l Cadm i u m are differen. t The cadm iu m pollution has str ong in h i b ito r y acti o n to the so il urease acti v eness , but has only a little infl u ence on ox idized hydrogen enzy m e and phosphatase . The deter m i n ation of so il enzy m e activ it