江泳，王偉，王玉慧，趙培

(臨沂市國(guó)土資源局，山東 臨沂　276001)

鎘在棕壤上的吸附過(guò)程及其對(duì)土壤酶活性的影響

江泳，王偉，王玉慧，趙培

(臨沂市國(guó)土資源局，山東 臨沂276001)

土壤對(duì)鎘的吸附過(guò)程是影響鎘在土壤溶液中的濃度、遷移性、潛在毒性的重要因素。土壤微生物活性作為土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，對(duì)土壤重金屬的含量具有較好的指示作用。該文研究了重金屬鎘在棕壤中的吸附過(guò)程，及在此過(guò)程中土壤酶活性的變化。結(jié)果表明，隨著溶液中Cd2+含量的增大，兩種土壤對(duì)Cd2+吸附量逐漸增大，且吸附反應(yīng)符合Freundlich模型。隨著鎘初始濃度的增加，土壤中脲酶和過(guò)氧化氫酶的活性均出現(xiàn)抑制現(xiàn)象，其中脲酶對(duì)鎘的反應(yīng)更加敏感。

鎘；棕壤；吸附過(guò)程；土壤酶活性

引文格式：江泳，王偉，王玉慧，等.鎘在棕壤上的吸附過(guò)程及其對(duì)土壤酶活性的影響[J].山東國(guó)土資源，2015,31(2)：32-34.JIANG Yong, WANG Wei, WANG Yuhui, etc. Adsorption Effect of Cd in Brown Soil and Its Influence to Soilenzyme Activity[J]. Shandong Land and Resources, 2015,31(2):32-34.

0　引言

土壤重金屬污染問(wèn)題在國(guó)際上引起了廣泛的關(guān)注。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)受Cd，As，Pb，Hg，Zn等重金屬污染的耕地面積近2000萬(wàn)hm2，約占總耕地面積的五分之一[1]。

吸附-解吸是控制重金屬植物有效性的主要過(guò)程之一，土壤中重金屬的吸附-解吸直接影響重金屬在土壤及其生態(tài)環(huán)境中的形態(tài)轉(zhuǎn)化和遷移，最終影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量及人類的生存環(huán)境[2]。因此對(duì)重金屬在土壤上吸附過(guò)程的研究，有助于對(duì)進(jìn)入環(huán)境中的重金屬行為及形態(tài)變化深入理解。

重金屬離子進(jìn)入土壤后將對(duì)土壤酶活性產(chǎn)生抑制或激活作用，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分釋放及從土壤中獲取養(yǎng)分的作物生長(zhǎng)，因此土壤酶活性的測(cè)定將有助于判斷土壤重金屬污染程度及其對(duì)作物生長(zhǎng)的影響[3]。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已開(kāi)始研究利用土壤酶活性評(píng)價(jià)土壤重金屬污染的可行性[4-5]，并取得了顯著進(jìn)展。

該文以土壤中典型的重金屬鎘為實(shí)例，從鎘在土壤中的吸附過(guò)程及其對(duì)土壤酶活性的影響兩個(gè)方面展開(kāi)研究，旨在了解鎘在土壤中吸附過(guò)程的同時(shí)伴隨土壤酶活性變化的狀況。

1　材料與方法

1.1供試土壤

實(shí)驗(yàn)土樣為棕壤，將采取的土壤放于通風(fēng)處，晾干，磨碎，過(guò)20目篩，土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1　供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2等溫吸附試驗(yàn)

稱取5.0g過(guò)20目篩的土壤放入1組離心管中，以0.01mol L-1的KNO3溶液為介質(zhì)，分別加入不同體積0.01mol L-1的CdCl2溶液，使上清液中Cd的濃度保持在0，2，6，10，15，20，30，50mg L-1；每個(gè)濃度重復(fù)4次，恒溫25℃下震蕩24h，離心，上清液用原子吸收測(cè)定Cd的含量，土樣用于土壤酶活性的測(cè)定。土壤對(duì)Cd的吸附量：

(1)

式中：Qt為土壤對(duì)Cd的吸附量(mg kg-1)，V0為吸附實(shí)驗(yàn)開(kāi)始溶液體積(L)，M為烘干土重量(kg)，C0為吸附實(shí)驗(yàn)初始液濃度(mg L-1)，Ct為t時(shí)刻平衡溶液濃度(mg L-1)。

1.3土壤酶活性測(cè)定

1.3.1過(guò)氧化氫酶活性的測(cè)定

取1g風(fēng)干土，置于100mL三角瓶中，并注入40mL蒸餾水和5mL 0.3%過(guò)氧化氫溶液。將三角瓶放在往復(fù)式震蕩機(jī)上，震蕩20min。而后加入5mL 3mol/L硫酸，以穩(wěn)定未分解的過(guò)氧化氫。再將瓶中懸浮液用慢速型濾紙過(guò)濾。然后吸取25mL濾液，用0.1mol L-1高錳酸鉀滴定至淡粉紅色終點(diǎn)。

1.3.2脲酶活性的測(cè)定

取1g風(fēng)干土，置于50mL三角瓶中，加1mL甲苯。15min后加10mL l0%尿素液。搖勻后在37℃恒溫箱中培養(yǎng)24h。過(guò)濾后取3mL濾液注入50mL容量瓶中，然后加蒸餾水至20mL。再加4mL苯酚鈉溶液和3mL次氯酸鈉溶液，隨加隨搖勻。20min后顯色，定容。1h內(nèi)在分光光度計(jì)上于波長(zhǎng)578mn處比色。計(jì)算尿酶活性以24h后1g土壤中NH4-N的毫克數(shù)表示。

1.4數(shù)據(jù)分析

土壤對(duì)鎘的吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Freundlich模型進(jìn)行了模擬：

(2)

式中：Kf為土壤的吸附能力(dm3kg-1)，n為吸附強(qiáng)度。

2　結(jié)果與分析

2.1鎘在棕壤上的吸附過(guò)程

不同濃度鎘在兩種土壤上的吸附過(guò)程如圖1所示，結(jié)果顯示，鎘濃度較低時(shí)，土壤對(duì)鎘的吸附量隨濃度的增加而快速增加，隨著初始鎘濃度的增加，土壤鎘吸附率隨著溶液中鎘平衡濃度的增加而減小，這與前人的報(bào)道相一致[6-7]。相比兩種土壤，不同鎘處理濃度下，土樣1對(duì)鎘的吸附量均大于土樣2，這主要與兩方面的原因有關(guān)，首先，從土壤的機(jī)械組成來(lái)看，土樣1的粘粒含量高于土樣2，而研究發(fā)現(xiàn)粘粒高的土壤對(duì)鎘的吸附量較大[8]；其次，土壤的酸堿性對(duì)鎘的吸附量有很大的影響，研究表明隨著土壤pH的升高，土壤對(duì)鎘的吸附量增加[9]，而土樣1的土壤比土樣2稍高，這也可能是導(dǎo)致其吸附量相對(duì)稍高的原因。

圖1　不同濃度鎘在土壤上的吸附量

2.2土壤對(duì)鎘的吸附過(guò)程方程擬合

兩種土樣對(duì)鎘的吸附過(guò)程通過(guò)Freundlich方程進(jìn)行了擬合，擬合參數(shù)如表2所示。從表中可以看出，鎘在兩種土樣上的吸附過(guò)程均可以通過(guò)Freundlich方程進(jìn)行模擬，相關(guān)系數(shù)分別為0.9752和0.9326，達(dá)到極顯著水平。兩種土樣中，土樣1對(duì)鎘的吸附能力(Kf=193.25)大于土樣2(Kf=186.19)。

表2　土壤對(duì)鎘的等溫吸附方程擬合參數(shù)

注：**表示在0.01顯著水平上相關(guān)

2.3鎘的吸附對(duì)土壤酶活性的影響

圖2　鎘在土壤上的吸附對(duì)脲酶活性的影響

圖3　鎘在土壤上的吸附對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響

鎘在兩種土樣上的吸附均對(duì)土壤酶活性產(chǎn)生了很大的影響，圖2為鎘在兩種土樣上的吸附對(duì)土壤脲酶活性的影響。從圖中可以看出，鎘的吸附顯著地抑制了土壤脲酶的活性，添加不同濃度的Cd后，立即表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑制作用，濃度越大，抑制率越大。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)兩種土樣中脲酶的活性分別降低了79.16%和74.97%。圖3為鎘在兩種土樣上的吸附對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響，從圖中可以看出，隨著濃度的增加土壤過(guò)氧化氫酶活性明顯降低，這與楊志新等的研究一致[10]。而兩種酶中脲酶對(duì)鎘的反應(yīng)更加敏感，因此，可以通過(guò)土壤脲酶活性的變化來(lái)反應(yīng)該土壤中鎘的變化情況。

3　結(jié)論

通過(guò)鎘在棕壤上的吸附過(guò)程以及此過(guò)程中土壤酶活性的變化研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著溶液中Cd2+含量的增大，兩種土壤對(duì)Cd2+吸附量逐漸增大，且吸附反應(yīng)符合Freundlich模型；同時(shí)鎘在棕壤上的吸附抑制了土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶的活性。

[1]黃益宗,郝曉偉,雷鳴,等.重金屬污染現(xiàn)土壤修復(fù)技術(shù)及其修復(fù)實(shí)踐[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2013,32(3):409-417.

[2]陳蘇,孫麗娜,晁雷,周啟星,孫鐵珩.不同濃度組合的鎘、鉛在不同污染負(fù)荷土壤中的吸附-解吸動(dòng)力學(xué)行為[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào),2007,15(1):32-43.

[3]盧顯芝,金建華,郝建朝，等.不同土層土壤酶活性對(duì)重金屬汞和鎘脅迫的響應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009,28(9):1844-1848.

[4]傅麗君,劉智任，楊磊.鎘、銅、鉛復(fù)合污染對(duì)枇杷園土壤微生物的生態(tài)毒理效應(yīng)[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào),2009,(6)：881-888.

[5]李博文,劉樹(shù)慶.潮褐土鎘、鋅、鉛復(fù)合污染與土壤酶活性的關(guān)系[J].吉林農(nóng)業(yè)科學(xué),2000,25(1):38-41.

[6]Yu S,He Z L,Huang C Y,等. Adsorption-desorption behavior of copper at contaminated levels in red soils from China.Journal of Environmental Quality, 2002,31(4):1129-1136.

[7]Markiewicz-Patkowska J,Hursthouse A,Przybyla-Kij H. The interaction of heavy metals with urban soils:sorption behaviour of Cd,Cu,Cr,Pb and Zn with a typical mixed brownfield deposit. Environment International, 2005, 31(4):513-521.

[8]李朝麗,周立祥.我國(guó)集中典型土壤不同粒級(jí)組分對(duì)鎘吸附行為影響的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,26(2):516-520.

[9]郭晉君,張沛,杏艷,等.pH對(duì)土壤吸附重金屬鎘的影響[J].廣東化工,2013,8(40):116-117.

[10]楊志新,劉樹(shù)慶.Cd，Pb，Zn單因素及復(fù)合污染對(duì)土壤酶活性的影響[J].土壤與環(huán)境,2000,9(1):15-18.

Adsorption Effect of Cd in Brown Soil and Its Influence to Soilenzyme Activity

JIANG Yong, WANG Wei, WANG Yuhui, ZHAO Pei

(Linyi Bureau of Land and Resources, Shandong Linyi 276001, China)

Adsorption process of Cd in soil is the important factor which influence concentration, migratory aptitude and potential toxicity of Cd in soil solution. As an important indicators of soil quality, soil microorganism activity has good instruction function as soil heavy metal content. In this paper, the adsorption process of Cd in brown soil and changes of soil microorganism activity have been studied. It is showed that with the increase of Cd in the solution, soil adsorption of Cd increases gradually, and the adsorption reaction conforms to Freundlich equation. Accompanying with the increase of initial concentration of cadmium, soil urease and catalase activity have been inhibited, and thereinto urease is more sensitive to Cd.

Cd; brown soil; adsorption process; soil microorganism activity

2014-04-12；

2014-07-03；編輯：王敏

江泳(1974—)，男，浙江龍游人，主要從事地質(zhì)環(huán)境治理工作；E-mail:jysky5@sina.com

X52

B