黑龙江省农产品质量检验检测中心 黑龙江省 150000
摘要：对黑龙江省大庆市采油二厂采油矿区附近的土壤样品中重金属含量和土壤酶活性的测定及分析表明：该油矿附近的土壤都受到了不同程度的Cu、Pb、Ni、Zn 和 Cd污染。土壤酶活性随着重金属污染程度的加剧呈降低的趋势。相关分析表明，样品中Pb全量的平均值为163.58mg/kg，DTPA态Pb含量的平均值为60.67mg/kg，均都明显的超过了农田土壤的正常范围，属于重度污染，。其中Pb和Cd两种重金属的DTPA态和全量对土壤酶活性相关性最为显著，均对脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶和过氧化氢酶四种土壤酶产生强烈的抑制作用。而对脱氢酶活性的相关性影响不大。
关键词：土壤；重金属污染；土壤酶活性；积累
在自然生态系统中，土壤是人类及一切陆生动植物生存发展的物质基础，土壤本身具有一定的缓解污染的自净能力，但是如果这种自净能力达到一定的限度，即进入土壤系统的污染物总量超过了系统本身的耐受限度，就会导致土壤本身污染的发生[1]。土壤在受到污染之后，土壤本身的理化性质就会发生变化，例如土壤板结、肥力降低、土壤被毒化等。在受污染土壤上生长的生物，从生长、吸收、积累和富集土壤污染物后，就会通过食物链进入人体，最终对人体造成伤害，而且这是一个逐步积累的过程，不易察觉，同时土壤污染物毒性较强，受到污染后一般很难修复[2]。我国受到重金属污染的耕地面积近2.0×107ha，约占总耕地面积的1/5。全国每年因重金属污染而减产的粮食超过1.0×107t，造成的经济损失至少200亿元[3]。
土壤中土壤酶的活性直接影响土壤的肥力，所以土壤酶是土壤中很重要的存在成分。土壤酶的主要成分是蛋白质，不仅仅受到其自身的特性的影响，而且也受到外界环境的影响以及人类活动的影响。因此土壤pH值、水分含量、空隙度、温度及土壤有机质含量以及人类活动造成的外源物质加入（尤其重金属），都直接影响酶的活性。尤其是重金属能强烈地影响土壤微生物的群落分布，改变土壤的微生态。由于重金属污染的不可逆积累性，易于富集，不易降解，并能通过食物链传递危害人类的身体健康，这种日益增加的生物圈“重金属胁迫”已经给人类社会、环境生态带来了严重的负面影响[4]。近年来，国内外研究学者先后提出了脲酶、转化酶、过氧化氢酶等作为评价重金属的指标，主要是因为这几种酶活性对重金属污染比较敏感，并且直接参与土壤系统中的许多重要代谢过程，所以通常这些酶活性受抑制的程度作为衡量重金属污染程度的指标[5-6]。土壤酶是土壤中最活跃的有机成分之一，土壤酶活性反映了土壤中各种生物化学过程的强度和方向，土壤酶活性是评价土壤肥力的重要指标[7]。过去对土壤酶活性的研究多集中在土壤肥力方面，随着环境污染的加重，重金属污染对土壤酶的影响也逐渐受到关注。重金属离子对土壤酶活性可产生抑制或激活作用，因此测定土壤酶活性有助于判明土壤重金属污染程度及其对作物生长影响的大小。因此研究土壤酶活性的变化情况对评价土壤活力、维护生态平衡有着十分重要的意义。
1.材料与方法
1.1供试土壤与供试材料
供试土壤采自黑龙江省大庆市采油二厂油矿区盐碱地，主要采集0-20cm的表层土壤，采集时去掉表皮草层和杂物。在不同地点采取5个样品，将土样装入塑料袋内带回实验室。将一部分新鲜土样研磨过2mm筛，置于4℃冰箱保存，以供土壤酶活性指标分析，另一部分土壤理化性质和中金属质量分数测定，供试土壤样品基本理化性质见表1。
1.2土壤重金属测定
取2 mm土样用于 DTPA 态重金属（Cu、Pb、Ni、Zn 和 Cd） 的提取；取0.149 mm 土样，用 H2O2-HF-HCl-HNO3消煮，过滤，用于重金属全量的测定。提取液和消煮液中的重金属含量用火焰原子吸收分光光度法（TAS-986 原子吸收分光光度计，普析通用仪器公司，北京） 测定。以上测定方法参考文献[8]，每个样品重复 3 次。
1.3土壤酶活性测定
采用二乙酰-肟比色法、高锰酸钾滴定法、茚三酮比色法、TTC比色法和对硝基苯磷酸二钠比色法分别对土壤脲酶、过氧化氢酶、蛋白酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性进行测试，样品重复3次。脲酶和碱性磷酸酶活性参考文献[9]，过氧化氢酶活性、蛋白酶活性和脱氢酶活性测定参考文献[10]。所有酶活性测定的培养温度均为37℃，以下结果中，脲酶、过氧化氢酶、蛋白酶、脱氢酶和碱性磷酸酶活性的数值分别为培养1h、0.5h、24h、24h和1h的数值。
1.4数据处理
对样品的重复测定值取平均值，采用Microsoft Excel 进行数据的常规分析，采用SPSS16.0进行曲线估计、相关分析。曲线估计时选取F值最大的方程。
2结果和分析
2.1土样的理化性质
2.1研究区土壤重金属含量
研究区土壤Cd、Cu、Ni、Pb和Zn 5种重金属DTPA态和全量的统计结果如表2。5种重金属DTPA态和全量的变异系数最大值都是金属Pb，Cd和Ni最小。Cd、Cu、Ni、Pb和Zn 5种重金属DTPA态含量的最大值与最小值之比分别为2.52、2.55、3、7.16和3.62；全量的最大值与最小值之比分别为3.51、2.44、1.85、9.84和2.95。以上结果表明。5中金属中，以Pb积累比较严重，Zn次之，而Cu、Cd和Ni积累程度低。根据各元素的DTPA态和全量的比值来看，Pb的比值都比较高，说明研究区的土壤中，重金属Pb的污染程度最严重。
2.2土壤酶活性分析
研究区5种土壤酶活性统计结果见表2，脲酶、脱氢酶、蛋白酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性变异系数从大到小依次为脱氢酶、脲酶、蛋白酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶。
注：脲酶活性单位（尿素 mg/g土） ； 脱氢酶活性单位（T.P.F mg/g土） ；蛋白酶活性单位（NH3-N mg/100 g土） ； 过氧化氢酶活性单位（0.1 N KMnO4 mL/g土） ； 碱性磷酸酶活性单位（对硝基酚mg/g土） 。
2.3土壤酶活性与重金属的关系
土壤酶活性与重金属有效性的曲线估计结果中P＜0.1的方程如表4所示。结果表明，5种土壤酶中，仅脱氢酶活性与5种重金属的全量和DTPA态含量关系均不显著（P＞0.1），其他4中土壤酶活性均与土壤重金属的DTPA态或是全量之间存在相关性（P＜0.1）。
蛋白酶活性与5种金属的有效性显著相关。Pb和Cd是5个金属元素积累过程中积累程度最大的2种元素，这两种元素的有效性也与蛋白酶活性的负相关性也比较显著。这就说明蛋白酶活性受到土壤Pb和Cd有效性的显著抑制。此外，蛋白酶活性也随着其他3中重金属有效性的增加而下降，表明，该酶活性对这5种重金属的有效性较为敏感，也容易受到土壤重金属有效性增加的抑制。
过氧化氢酶活性、脲酶和碱性磷酸酶活性与Pb、Zn、Cu和Ni四种重金属有效性显著相关（P＜0.1），其活性在DTPA态和全量的状态下，均与金属Pb显著相关，并且随着Pb含量的增加，土壤过氧化氢酶脲酶、和碱性磷酸酶的活性逐渐降低。
3讨论
3.1土壤重金属的积累
与未污染的土壤重金属全量[11-12]和有效性相比，本研究中样品中的重金属含量和有效性均超过了未污染的土壤的正常范围，尤其是Pb和Cd的含量严重的超过了国家未污染的农田的正常范围，而其他3中重金属的含量也超过了正常范围。本研究中Pb和Cd积累明显，同时Pb和Cd的有效性也较高。其他金属元素的全量和有效性较低。
3.2土壤重金属与酶活性的关系
本研究的结果表明，对于Pb和Cd积累的比较严重的研究区土壤，除了脱氢酶之外的其他四种酶的活性，均受到了这两种重金属污染的影响。它们对于酶活性的影响是先促进后抑制。而国内外的其他研究学者也观察到Pb 在低浓度时对过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性具有促进作用，浓度升高 Pb 对这些酶的活性影响呈现先抑制后促进的现象[13-14]。产生这些现象的原因，可能是重金属促进了微生物的生长或是作为酶的底物诱导了酶的合成。在一些受污染严重的金属矿区，可能是有些微生物对于高浓度的重金属产生了抗性，从而在高浓度的重金属区生存了下来，产生了抗性酶活性。重金属通过影响土壤酶的活性，进而影响土壤微生物的代谢活性，土壤中的微生物在维持土壤生产力可持续方面起着十分关键的作用。土壤中有机质的周转和矿化、养分的转化以及有机废弃物的循环等均依赖于土壤微生物的代谢功能[15]。本研究发现，蛋白酶更容易受到土壤重金属污染的抑制，适合用于反应土壤Pb和Cd的受污染程度。
化学制药废水是一种成分复杂、毒性高、含难降解有机物质的有机废水，目前的处理方法有预处理-生物处理。工程应用以单元处理为主，因此开发经济、有效的复合水处理单元迫在眉睫。此外，新技术如膜技术、生物强化技术等的应用在化学制药废水处理方面有更广阔的应用前景。
土壤微生物作为稳定生态系统，监测土壤质量变化的敏感指标，其多样性研究在评价生态系统，维护生态平衡中发挥了巨大作用。近年来，随着土壤学、分子生物学、生态学及其他相关学科理论技术和方法的不断完善，土壤微生物多样性研究得到了快速发展，并获得了一些极有价值的研究成果。该研究成果为推动土壤微生物生态学的进一步发展，合理开发利用土壤生物资源开创了广阔的前景，也为实现土壤资源的持续利用提供科学依据。而土壤微生物区系及多样性在土壤生态系统过程中的作用，土壤微生物多样性的功能与生理生态学过程研究，土壤微生物多样性与生态系统功能的关系。土壤微生物多样性对环境变化的响应以及土壤微生物多样性的丧失机制与恢复研究等将成为该领域的研究热点。
许多的研究学者都讨论了重金属积累对土壤酶活性的影响，但是由于样本数量少，误差较大，或是所用的土壤的性质差异较大，导致酶活性受到土壤性质的影响较大[16]。一般认为，应该结合采样区的特性，使研究区的成土条件和土地利用方式较为一致，才能对土壤做出合理科学的评价。综合以上的研究结果，在脲酶、蛋白酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和脱氢酶5种土壤酶中，蛋白酶和碱性磷酸酶活性可以用于表征土壤重金属污染程度；与重金属全量相比，土壤有效态金属对酶活性的影响更大。因此，可以在衡量土壤重金属污染程度时，优先考虑有效态重金属含量对土壤酶活性的影响，然后在考虑重金属全量对土壤酶活性的影响。
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论文作者:邢华铭
论文发表刊物:《基层建设》2015年27期供稿
论文发表时间:2016/3/18
标签：土壤论文; 重金属论文; 活性论文; 磷酸酶论文; 蛋白酶论文; 过氧化氢论文; 微生物论文; 《基层建设》2015年27期供稿论文;