費(fèi)楊 王曉麗

摘要[目的]探求表征土壤重金屬污染的主要指示酶，為重金屬污染土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。[方法]以東北黑土為主要研究對(duì)象，采用實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，研究不同濃度重金屬Cu、Zn、Pb、Cd單因素污染對(duì)土壤中過(guò)氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶、蛋白酶和脫氫酶活性及微生物群落的影響。[結(jié)果]土壤脲酶活性與重金屬的污染程度呈良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤過(guò)氧化氫酶活性對(duì)Cu、Zn含量的增加表現(xiàn)較敏感，土壤轉(zhuǎn)化酶活性對(duì)Cu非常敏感。[結(jié)論]土壤脲酶活性最適于作為土壤重金屬污染的敏感指標(biāo)。

關(guān)鍵詞重金屬；黑土；脲酶；土壤酶活性；微生物群落

中圖分類號(hào)S151文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）01-00099-03

基金項(xiàng)目國(guó)家自然基金青年基金項(xiàng)目（41203049）；中國(guó)博士后科學(xué)基金（20110491289）。

作者簡(jiǎn)介費(fèi)楊（1990- ），男，山東臨邑人，碩士研究生，從事環(huán)境污染與控制研究。*通訊作者，講師，博士，從事環(huán)境污染與控制化學(xué)、污染物形態(tài)與遷移轉(zhuǎn)化研究，Email： wang_xl@jlu.edu.cn。

收稿日期20131129重金屬礦藏的大量開采，農(nóng)藥和化肥的不合理施用，工業(yè)“三廢”以及生活垃圾處置不當(dāng)?shù)?，使得土壤重金屬污染?wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。土壤重金屬污染物可通過(guò)吸入、攝取、皮膚接觸等多種途徑危害人體健康。我國(guó)土壤重金屬污染問(wèn)題十分突出。糧食、蔬菜、水果等食物重金屬超標(biāo)問(wèn)題嚴(yán)重。污染問(wèn)題已引起社會(huì)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問(wèn)題的普遍關(guān)注。

隨著人們生活水平的不斷提高，人們更關(guān)心土壤中重金屬的歸宿、生物毒性，因而土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)及生態(tài)恢復(fù)等問(wèn)題引起人們的關(guān)注，土壤酶的研究逐漸被人們所重視。土壤酶活性可以作為一種指標(biāo)，反映土壤受污染的程度[1-3]。同時(shí)，土壤酶是土壤生物化學(xué)反應(yīng)的催化劑，參與土壤系統(tǒng)中許多重要的代謝過(guò)程，因而可用它來(lái)檢測(cè)土壤中重金屬的相對(duì)污染程度。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，以東北黑土為主要研究對(duì)象，研究不同濃度重金屬Cu、Zn、Pb、Cd單因素污染對(duì)土壤中過(guò)氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶、蛋白酶和脫氫酶活性及微生物群落的影響，以探求表征土壤重金屬污染的主要指示酶，為重金屬污染土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試土壤供試土壤為黑土，采自吉林省長(zhǎng)春市吉林大學(xué)和平校區(qū)未受污染農(nóng)田表層（125.27°E， 43.91°N），采樣深度0～20 cm。采樣區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同期，年平均氣溫4.8 ℃，最高溫度39.5 ℃，最低溫度-39.8 ℃，日照時(shí)間2 688 h，年平均降水量522～615 mm。

1.2土壤預(yù)培養(yǎng)及重金屬的添加自土壤被運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，在陰涼通風(fēng)處自然晾干，并過(guò)5 mm篩，剔除大小礫石、動(dòng)植物殘?bào)w等雜物。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995），設(shè)定土壤中重金屬摻入量，以三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)下土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值為1倍基值，分別設(shè)定1倍、2倍、4倍、6倍不同濃度梯度及對(duì)照（不摻重金屬）。以Cu（NO3）2·3H2O、Zn（NO3）2·6H2O、Pb（NO3）2、Cd（NO3）2·4H2O的水溶液形式，采用噴霧法逐步混勻，調(diào)節(jié)并保持土壤含水量在田間最大持水量（50%）的30%左右。室溫下培養(yǎng)10 d后取土樣，室內(nèi)自然風(fēng)干，研磨，過(guò)1 mm篩，保存，以供土壤中過(guò)氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶、蛋白酶活性的測(cè)定，并且取新鮮土樣進(jìn)行土壤脫氫酶活性的測(cè)定。

1.3土壤酶活性的測(cè)定方法土壤過(guò)氧化氫酶活性的測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法[4-6]；土壤脲酶活性的測(cè)定采用苯酚鈉比色法[4-6]；土壤轉(zhuǎn)化酶活性的測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸比色法[4-6]；土壤蛋白酶活性的測(cè)定采用茚三酮比色法[7]；土壤脫氫酶活性的測(cè)定采用TTC比色法[7]。

1.4土壤微生物群落計(jì)數(shù)方法微生物群落計(jì)數(shù)用平板涂抹法測(cè)定[8]，其中細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基測(cè)定，真菌采用馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基測(cè)定，放線菌采用高氏一號(hào)培養(yǎng)基測(cè)定。

1.5數(shù)據(jù)處理方法試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，并作圖。

2結(jié)果分析與討論

2.1重金屬Cu、Zn、Pb、Cd單因素多濃度污染對(duì)酶活性的影響從圖1可以看出，與未加重金屬的對(duì)照相比，不同摻雜量的重金屬進(jìn)入土壤10 d之后，重金屬Pb、Cd污染土壤中過(guò)氧化氫酶活性基本不隨Pb、Cd濃度的改變而變化，說(shuō)明重金屬Pb、Cd污染對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響與濃度關(guān)系不大，只要超過(guò)污染基準(zhǔn)值，土壤過(guò)氧化氫酶活性就保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定值。重金屬Cu、Zn處理的土壤中過(guò)氧化氫酶活性都有所下降，且隨著摻入量的增加，土壤過(guò)氧化氫酶活性呈不斷下降的趨勢(shì)，說(shuō)明重金屬Cu、Zn污染對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的抑制作用隨Cu、Zn濃度的增大而增強(qiáng)。在Cu、Zn摻入量為6倍基值處，過(guò)氧化氫酶活性分別下降了49.8%和31.0%，其中重金屬Cu污染對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的抑制作用最大。但是，當(dāng)Cu摻雜量為6倍基值時(shí)，土壤過(guò)氧化氫酶活性相比4倍基值Cu摻入量時(shí)略有升高，可能是由于一小部分微生物在高濃度的Cu污染下存活下來(lái)，產(chǎn)生抗性，并且自行繁殖，使得土壤過(guò)氧化氫酶活性升高。由此可知，土壤過(guò)氧化氫酶活性對(duì)重金屬Cu、Zn含量的增加表現(xiàn)較敏感，適于作為土壤Cu、Zn單一污染評(píng)價(jià)的敏感指標(biāo)。

2.2 重金屬Cu、Zn、Pb、Cd單因素多濃度污染對(duì)土壤微生物群落的影響圖5～7分別為不同摻雜量的Cu、Zn、Pb、Cd進(jìn)入土壤10 d之后土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌總菌數(shù)的變化。從圖5可以看出，土壤Cu、Zn污染對(duì)其中的細(xì)菌菌落總數(shù)都有一定的抑制作用，且隨著Cu、Zn濃度的增加，細(xì)菌總菌數(shù)呈不斷下降的趨勢(shì)，在6倍基值處Cu、Zn污染土壤中細(xì)菌菌落總數(shù)分別比對(duì)照下降了59.6%、65.7%。這與前面Cu、Zn污染對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶、脲酶和轉(zhuǎn)化酶活性的影響趨勢(shì)一樣。但是，土壤Pb、Cd污染與土壤細(xì)菌菌落總數(shù)沒有表現(xiàn)出良好的相關(guān)性。

從圖6可以看出，除重金屬Cd外，Cu、Zn、Pb對(duì)土壤真菌數(shù)量都有一定的促進(jìn)作用，其中Zn對(duì)真菌數(shù)量的促進(jìn)作用最明顯，相關(guān)性最好，在4倍基值處，土壤真菌數(shù)量相比對(duì)照增加685.3%，而Cu、Pb含量與土壤真菌總數(shù)并沒有表現(xiàn)出良好的規(guī)律性，Cd污染土壤中真菌總數(shù)基本沒有變化。而圖7中土壤放線菌總數(shù)與重金屬含量也沒有良好的相關(guān)性。研究還表明，重金屬污染對(duì)土壤酶活性的抑制作用主要是通過(guò)抑制土壤中細(xì)菌的數(shù)量和活性，使得土壤酶的分泌、合成減少，從而土壤酶活性降低。

通過(guò)外源加入重金屬，研究Cu、Zn、Pb、Cd單因素多濃度污染對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶、蛋白酶和脫氫酶活性以及微生物群落的影響。結(jié)果表明，土壤脲酶活性對(duì)重金屬污染最敏感，與重金屬的污染程度呈良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，最適于作為土壤重金屬污染的敏感指標(biāo)；土壤過(guò)氧化氫酶活性對(duì)重金屬Cu、Zn含量的增加表現(xiàn)較敏感，適于作為土壤圖6重金屬Cu、Zn、Pb、Cd單因素多濃度污染對(duì)土壤真菌總菌數(shù)的影響圖7重金屬Cu、Zn、Pb、Cd單因素多濃度污染對(duì)土壤放線菌總菌數(shù)的影響Cu、Zn單一污染評(píng)價(jià)的敏感指標(biāo)；Cu對(duì)轉(zhuǎn)化酶活性的抑制作用非常強(qiáng)烈，土壤轉(zhuǎn)化酶對(duì)金屬Cu非常敏感，可以作為土壤Cu污染評(píng)價(jià)的敏感指標(biāo)。而土壤蛋白酶、脫氫酶與土壤重金屬污染程度沒有良好的相關(guān)關(guān)系，不適于作為土壤重金屬污染評(píng)價(jià)的指示酶。從微生物平板計(jì)數(shù)試驗(yàn)可以看出，重金屬污染對(duì)土壤酶活性的抑制作用主要是通過(guò)抑制土壤中細(xì)菌的數(shù)量和活性，使得土壤酶的分泌、合成減少，從而土壤酶活性降低。

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