楊繼飛，郭卓杰，李 濤，王效舉，程紅艷

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

由于工業(yè)的快速發(fā)展、城市化的不斷加快，我國(guó)的耕地面積不斷縮小。與此同時(shí)，由于我國(guó)的發(fā)展實(shí)行先污染后治理的模式，很多企業(yè)都沒(méi)有環(huán)保意識(shí)，大量的工業(yè)廢棄物沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理就被直接排放到大氣、河流中，加劇了環(huán)境中污染物的含量。而土壤污染往往又具有危害性大和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)[1]。根據(jù)農(nóng)業(yè)部環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)近年來(lái)的調(diào)查，我國(guó)24個(gè)省城郊、污水灌溉利用區(qū)、工礦等經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快地區(qū)的320個(gè)重點(diǎn)污染區(qū)中，污染超標(biāo)的大田農(nóng)作物種植面積有60.6萬(wàn)hm2，占監(jiān)測(cè)調(diào)查總面積的20%；其中，重金屬含量超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與面積分別約占污染物超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品總量與總面積的80%以上[2]，而鉛是污染中常見(jiàn)的重金屬元素。我國(guó)土壤鉛污染形勢(shì)十分嚴(yán)峻。全世界平均每年排放的Pb達(dá)到500萬(wàn)t左右[3]。我國(guó)大多數(shù)土壤含鉛量在10～80 mg/kg之間，平均為25 mg/kg，其中，含鉛量最高的是我國(guó)北方石灰性土壤，為30～70 mg/kg[4]。全國(guó)土壤背景值基本統(tǒng)計(jì)量的結(jié)果表明，3 938個(gè)樣點(diǎn)所獲得的鉛的算術(shù)平均值為（26.0±12.37）mg/kg[5]。張中一等[6]對(duì)南京市郊菜地土壤有代表性的25個(gè)樣品的全量Pb進(jìn)行測(cè)定表明，92%的供測(cè)樣品數(shù)值大于背景平均值，均值達(dá)到29.7 mg/kg。由于重金屬難以降解，在生物體內(nèi)長(zhǎng)期積累，通過(guò)食物鏈沉積到人體后，會(huì)引起各種疾病，危害甚至能遺傳到下一代，嚴(yán)重為害人類健康。目前，生態(tài)環(huán)境不同程度受到重金屬的污染[7]。由于重金屬污染會(huì)降低土壤的酶含量，而土壤中的所有生物參與的反應(yīng)都離不開(kāi)酶的參與[8]，同時(shí)酶活性也是衡量土壤生物學(xué)活性和土壤健康的重要指標(biāo)[9]。土壤重金屬污染是全球面臨的一個(gè)急待解決的環(huán)境問(wèn)題，植物修復(fù)對(duì)于重金屬污染土壤的治理修復(fù)具有重要意義[10]。而植物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)是：費(fèi)用低、避免了二次污染、減少了對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞、不會(huì)破壞土壤生態(tài)環(huán)境[11]。

本試驗(yàn)通過(guò)研究施用菌肥、腐殖酸對(duì)作物酶活性的影響，旨在找出能提高土壤酶活性的施肥方法，為有效提高重金屬污染土壤的植物修復(fù)效果提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為長(zhǎng)玉16號(hào)，高粱品種為沈雜8號(hào)，蓖麻品種為晉蓖麻5號(hào)，向日葵品種為花葵。外源鉛為Pb（CH3COOH）2（化學(xué)純）。

試驗(yàn)土壤為生土，質(zhì)地為壤質(zhì)土，其基本理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)含量3.51 g/kg，pH值7.92，速效氮60.93mg/kg，速效磷2.046mg/kg，速效鉀126.22mg/kg。

1.2 試驗(yàn)處理與設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境實(shí)驗(yàn)站大棚內(nèi)進(jìn)行，所有試驗(yàn)設(shè)置的土壤鉛基礎(chǔ)含量都達(dá)到了國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（350 mg/kg）。設(shè)空白試驗(yàn)單施鉛（Pb）、重金屬Pb與菌肥混合施用（Pb＋J）、重金屬Pb與腐殖酸混合施用（Pb＋F）3種處理，菌肥和腐殖酸用量分別為5 g/盆，每種處理都種植玉米、向日葵、高粱、蓖麻4種作物，重復(fù)3次。

栽培桶直徑為28 cm，深為42 cm，桶底是封閉的（防止土壤物質(zhì)的損失）。試驗(yàn)的桶水平放在大棚內(nèi)，底部放大約2.5 kg石塊，然后蓋一層紗布，插入PVC管（約45 cm，用于澆水，避免土壤板結(jié)）后裝入過(guò)篩后的生土9 kg，施入復(fù)合肥（含氮磷鉀），將稱好的Pb（CH3COOH）2溶于水后由PVC管加入土壤中，最后將土壤澆水至飽和，平衡一周后種植作物。

1.3 栽培與采樣

在2012年4月，將種子種在桶內(nèi)，每桶種9對(duì)（18粒）相同的種子，在表層蓋沙土1 kg，灑少量水后用PC膜封閉土層（期間要查看土層水分狀況，適時(shí)澆水），大約一周種子發(fā)芽后，田間管理如一般大田，在生長(zhǎng)周期內(nèi)進(jìn)行間苗，采部分鮮樣用于苗期的一些指標(biāo)測(cè)定，最后只留一株到成熟。9月中旬，待作物成熟后，將作物采出后，采集土樣標(biāo)記，風(fēng)干、過(guò)篩，備用。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤過(guò)氧化氫酶的測(cè)定采用容量法（0.05 mol/L高錳酸鉀滴定）[12]；磷酸酶的測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法[13]；脲酶的測(cè)定采用靛酚比色法[14]；蔗糖酶的測(cè)定采用磷酸二氫鈉比色法[15]；鉛的測(cè)定采用硝酸-高氯酸-氫氟酸-鹽酸消解，原子分光光度法[16]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2003，Word 2003和DPS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

土壤酶活性是生物催化劑的一種，可以加速土壤中有機(jī)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。各種酶在土壤中積累，是由于土壤微生物、土壤動(dòng)物和植物根系生命活動(dòng)的結(jié)果，它們參與了許多重要的生物化學(xué)過(guò)程，腐殖質(zhì)的合成和分解，有機(jī)化合物、高等植物和微生物殘?bào)w的水解并將其轉(zhuǎn)化成可利用的形態(tài)，還有氧化還原反應(yīng)等一系列反應(yīng)，也就是說(shuō)，它們參與了土壤的發(fā)生和發(fā)育，及其與有效肥力的形成有關(guān)的諸多過(guò)程的主要環(huán)節(jié)[15]。

2.1 不同處理對(duì)土壤磷酸酶含量的影響

從圖1可以看出，不同處理可使土壤磷酸酶活性提高1.2%～26.0%，通過(guò)方差分析（P＜0.05）可知，Pb＋J，Pb＋F，Pb這3個(gè)處理間的土壤磷酸酶活性沒(méi)有顯著性變化。

2.2 不同處理對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響

由圖2可知，蓖麻、玉米、向日葵、高粱4種作物，經(jīng)Pb＋J處理后的土壤過(guò)氧化氫酶活性提高最顯著，依次為蓖麻土壤32.71%，玉米土壤62.05%，向日葵土壤30.56%，高粱土壤33.94%，均高于Pb處理的過(guò)氧化氫酶含量；蓖麻、向日葵、高粱高于Pb＋F處理的過(guò)氧化氫酶含量。通過(guò)方差分析（P＜0.05）可知，Pb＋J，Pb＋F處理與Pb處理相比，過(guò)氧化氫酶活性變化顯著的是玉米、向日葵和高粱；蓖麻的過(guò)氧化氫酶活性沒(méi)有明顯變化。由于土壤中累積的重金屬鉛越多，很多生化反應(yīng)被抑制，反應(yīng)方向和速度也會(huì)發(fā)生改變，從而破壞土壤中原有有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)物固有的化學(xué)平衡和轉(zhuǎn)化[17]。因此，過(guò)氧化氫酶活性與有機(jī)質(zhì)的分解關(guān)系密切，活性越高，有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率越高。Pb＋J處理對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性有一定的提高，可以提高作物對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)的利用率。

2.3 不同處理對(duì)土壤脲酶活性的影響

由于土壤脲酶活性與土壤微生物數(shù)量顯著相關(guān)，與養(yǎng)分含量極顯著相關(guān)[18]。從圖3可以看出，Pb＋J處理后土壤脲酶含量提高顯著，蓖麻土壤為29.09%，玉米土壤為23.97%，向日葵土壤為20.70%，高粱土壤為15.66%，脲酶含量最高的是蓖麻土壤。由方差分析（P＜0.05）可知，4種作物的脲酶含量Pb＋J，Pb＋F比Pb均有顯著提高。說(shuō)明施加菌肥和腐植酸可以提高重金屬鉛污染土壤中脲酶的活性。

2.4 不同處理對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響

由圖4可知，Pb＋J處理后提高4種作物的土壤蔗糖酶含量最高，蓖麻土壤為27.46%，向日葵土壤為14.92%，高粱土壤為19.51%，玉米土壤為19.37%；Pb＋F處理后，土壤蔗糖酶活性蓖麻土壤為21.43%，向日葵土壤為11.72%，高粱土壤為11.69%，玉米土壤為16.77%，均高于Pb處理。說(shuō)明Pb＋J，Pb＋F處理對(duì)蓖麻土壤的影響較大。通過(guò)方差分析（P＜0.05）可知，4種作物的土壤蔗糖酶變化Pb＋J處理比Pb處理顯著；蓖麻、高粱、向日葵Pb＋F處理比Pb處理顯著。表明施加菌肥或腐殖酸能顯著提高蔗糖酶含量，而土壤蔗糖酶可以反映土壤有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)料的轉(zhuǎn)化狀況[19]。說(shuō)明施加菌肥或腐殖酸能提高土壤養(yǎng)料的轉(zhuǎn)化。

2.5 不同處理對(duì)作物土壤中重金屬Pb 含量的影響

由圖5可知，4種作物對(duì)于降低土壤中鉛含量的效果存在差異。Pb＋J處理種植玉米后的土壤鉛含量降低了214.67 mg/kg，種植蓖麻后的土壤鉛含量降低了212.86 mg/kg，種植高粱后的土壤鉛含量降低了212.56 mg/kg，種植向日葵后的土壤鉛含量降低了193.3 mg/kg，以玉米的效果最為顯著，大大改善了鉛污染的土壤，凈化了土壤環(huán)境。通過(guò)方差分析（P＜0.05）可知，4種作物的Pb＋J處理修復(fù)效果最顯著。因此，施用菌肥可以有效降低作物中重金屬Pb的含量。

3 結(jié)論與討論

土壤酶活性的高低可以影響土壤中不同物質(zhì)的反應(yīng)效率，進(jìn)而影響作物的吸收利用。因此，提高土壤酶活性可以提高作物的生長(zhǎng)品質(zhì)，使吸附效果更加明顯。本研究結(jié)果表明，施用菌肥（Pb＋J）、腐殖酸（Pb＋F）對(duì)土壤磷酸酶的活性影響不顯著。土壤的過(guò)氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶的活性Pb＋J＞Pb＋F＞Pb，其中，對(duì)施加菌肥（Pb＋J）處理較敏感；脲酶的活性經(jīng)過(guò)Pb＋J，Pb＋F處理后沒(méi)有顯著性差異；Pb＋J，Pb＋F處理的蓖麻與玉米的土壤過(guò)氧化氫酶活性差異不顯著。

Pb＋J，Pb＋F處理提高了作物對(duì)土壤重金屬的吸附，有效降低了土壤中重金屬Pb的含量，施用菌肥修復(fù)效果最顯著。

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