楊廷章 李龍飛 譚添 姚菁華 肖雷

摘要：本文通過向土壤中添加不同濃度的重金屬Cd、Pb，采用模擬法研究了重金屬污染對土壤中脲酶、酸性磷酸酶活性的抑制影響作用。結(jié)果表明：不同濃度的Cd、Pb對土壤酶活性均有一定抑制作用，且隨著濃度的升高，抑制效果逐漸顯著，土壤酶活性也逐漸降低。其中，脲酶對于鎘污染的敏感程度最高，可以作為鎘污染的預(yù)警指標(biāo);酸性磷酸酶對于鉛污染的敏感程度最高，可以作為鉛污染的預(yù)警指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：重金屬污染;土壤酶活性;比色法;抑制率

基金項目：中國礦業(yè)大學(xué)雙一流建設(shè)自主創(chuàng)新項目-生態(tài)環(huán)境修復(fù)與保護(hù)（2018ZZCX12）

中圖分類號： x833 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2019.16.040

隨著礦工業(yè)的高速發(fā)展，有色金屬冶煉產(chǎn)量急劇擴(kuò)張，同時礦業(yè)廢棄物的排放和堆放使得重金屬污染問題愈發(fā)嚴(yán)重。在這樣的形勢下，土壤重金屬污染問題成為環(huán)境和土壤學(xué)工作者的研究熱點(diǎn)。Chaney[1]利用超富集植物對土壤中重金屬進(jìn)行吸收和轉(zhuǎn)化。Meshalikna等[2]研究了俄羅斯一硫酸生產(chǎn)廠周圍土壤中元素的污染及其空間變異后發(fā)現(xiàn)，在距煙囪1～2km外的土壤中仍能監(jiān)測到高含量的S、V和As。Kunkel等[3]研究汞污染土壤時發(fā)現(xiàn)， 土壤中超過99%的汞可通過電熱法在不超過土壤沸點(diǎn)的溫度下去除。王巧紅等[4]研究了四川地區(qū)紫色土、沖積土和黃壤酶活性對Cd污染的響應(yīng)特征， 發(fā)現(xiàn)Cd污染對紫色土、黃壤酶活性的影響較小，對沖積土酶活性影響較大， 且沖積土和黃壤中的重金屬元素更易被作物吸收。張曉宇等[5]研究發(fā)現(xiàn)，重金屬Cd污染條件下土壤各菌群活性抑制率由小到大為真菌<放線菌<細(xì)菌。土壤微生物的呼吸是土壤呼吸的一個重要的組成部分。沈秋悅等[6]的研究也表明， 過氧化氫酶活性對重金屬污染有強(qiáng)烈的反應(yīng)機(jī)制。

重金屬污染在我國形勢越發(fā)嚴(yán)峻，嚴(yán)重影響了植物生長、糧食安全及人體健康，而研究土壤中污染較嚴(yán)重的鎘和鉛，有助于人們了解重金屬污染土壤的相關(guān)性質(zhì)，為污染防治提供可能性手段，本文主要研究重金屬Cd、Pb對土壤酶活的抑制。一些文獻(xiàn)中[7-8]研究的冶煉廠、礦區(qū)附近的土壤樣品均是受到一定程度污染的，其中，鎘、鉛含量最大值分別為121.74mg/kg和67.36mg/kg。由于采用模擬法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考慮到采集的土壤并未靠近礦區(qū)等地，其中，重金屬含量僅在土壤背景值[9]附近，因而土壤微生物對重金屬的耐受力會相對較低。如果重金屬濃度過高，可能會導(dǎo)致土壤中的微生物直接死亡。因此，本實(shí)驗(yàn)研究的Cd、Pb濃度需要相對較低。

1 材料和方法

1.1材料的采集與預(yù)處理

1.1.1樣品來源 中國礦業(yè)大學(xué)不顯山土樣（未受污染土壤）。

1.1.2取樣方法 五點(diǎn)取樣法：在20m×20m的區(qū)域內(nèi)選取四角和中心點(diǎn)，取10～15cm深處的土壤，每點(diǎn)取兩袋樣品，每袋約200g，樣品放于無菌封口塑料袋中，貼好記錄標(biāo)簽，立即帶回實(shí)驗(yàn)室處理保存。

1.1.3土壤保存方法 將土樣混勻后過2mm孔隙篩，除去植物根系和石子等雜質(zhì)，平鋪在報紙上，放于陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，避免陽光暴曬。待土壤水分完全蒸發(fā)掉之后，用研缽將土壤研磨碎，盛裝于樣品袋中密封好，用于配制含重金屬的受污染土壤以及測定土壤酶活性等實(shí)驗(yàn)操作。

1.2 模擬重金屬污染

1.2.1 鎘離子、鉛離子濃度梯度 為模擬礦區(qū)周圍鎘、鉛的污染情況，選擇鎘離子的濃度梯度為：11.20mg/kg、16.80mg/kg、22.40mg/kg、28.00mg/kg，鉛離子的濃度梯度為：10.35mg/kg、20.70mg/kg、31.05mg/kg、41.40mg/kg。

1.2.2 不同濃度梯度含鉛、鎘土壤的配制 首先分別配制0.5mol/L氯化鎘溶液和0.5mol/L乙酸鉛溶液各50mL，并于121℃，101MPa下滅菌20min。稱取100g風(fēng)干土樣于150mm培養(yǎng)皿中，加入0.5mL氯化鎘溶液，加水到將土壤完全浸沒即可，浸泡24h后，放于真空干燥箱中，80℃下烘干水分，取出后用研缽將土壤研磨粉碎，裝入樣品袋中備用，此土壤的鎘離子含量為280mg/kg。另外，稱取100g風(fēng)干土樣于150mm培養(yǎng)皿中，加入0.4mL乙酸鉛溶液，其余操作與配制含鎘土壤相同，此土壤鉛離子濃度為414mg/kg。

含Cd、Pb不同濃度土壤配制的原料比例如表1、表2。將配制好的土壤放于4℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3土壤酶活性測定方法

分別用靛酚藍(lán)比色法、磷酸苯二鈉比色法[10]研究不同濃度重金屬Cd、Pb對土壤中脲酶活性、酸性磷酸酶的影響。

1.4酶活性抑制率表征方法

為了定量反映不同濃度重金屬對于土壤酶活性的抑制程度，可以采用酶活性抑制率（簡稱定濃抑制率）來進(jìn)行表征[11]，計算公式見公式：

定濃抑制率=■ ? ? ? （1）

2 結(jié)果與分析

2.1 Cd、Pb離子對土壤脲酶活性的影響

測得各土壤樣品的吸光值及脲酶活性，如表3：

由表3可知，培養(yǎng)24h后，與對照組比較，不同濃度的重金屬鎘離子和鉛離子對于土壤脲酶的活性均有不同程度的抑制。隨著鉛離子和鎘離子濃度的增加，土壤中脲酶活性均有下降，鎘離子影響較大，脲酶活性下降了近50%。高大翔[12]等人的研究也提及土壤脲酶活性可以作為重金屬汞及汞和鎘復(fù)合污染程度的監(jiān)測指標(biāo)?？梢姡寥乐械碾迕笇τ阪k離子的敏感程度相當(dāng)高。