基于土壤水分变化的砷与土壤碱性磷酸酶活性关系探讨

砷作为土壤主要污染元素之一,其毒性受到存在形态等的影响.土壤酶是土壤重要组成部分,但水分对二者关系的影响鲜见报道.本文采用室内模拟方法,在35%、65%和110%最大饱和持水量(WHC)条件下,较为系统地分析了不同水分下土壤有效砷及土壤碱性磷酸酶活性的变化规律.结果表明:外源砷浓度、老化时间是影响土壤有效砷含量的主要因素,且有效砷浓度随老化时间延长降幅减缓,Elovich方程较好表征了二者关系,揭示出水分对土壤有效砷向其他形态转变速率影响的大小顺序为:110%WHC65%WHC35%WHC;干燥(35%WHC)和淹水(110%WHC)导致土壤碱性磷酸酶活性减小;砷抑制土壤碱性磷酸酶活性,模型U=A/(1+B×C)可较好表征砷浓度(C)与土壤酶活性(U)的关系,揭示出土壤碱性磷酸酶活性在一定程度上可表征土壤砷污染程度,并反映出其机理为完全抑制作用;计算得到了土壤砷轻度污染的临界浓度Ecological dose 10%(ED10)总砷99 mg·kg-1和有效砷39 mg·kg-1,从侧面表明土壤碱性磷酸酶在土壤砷浓度达到国家土壤质量标准中的二级标准前不会对土壤酶产生严重毒害;水分由于对砷的存在状态等的作用,从而对土壤碱性磷酸酶活性产生重要影响.     

基于水分变化的砷抑制土壤碱性磷酸酶动力学特征研究

为研究水分条件对砷抑制土壤碱性磷酸酶动力学特征的影响,本文采用室内模拟培养试验方法,以江苏水稻土为供试土壤,在35%、65%、110%最大持水量(WHC)下,利用酶动力学手段较为系统地分析了砷污染下水分对土壤碱性磷酸酶动力学参数及机理的影响.结果表明:碱性磷酸酶动力学参数Km随砷浓度增加而增大,Vmax(110%WHC)、Vmax/Km、k则相应降低,表明砷污染从本质上抑制了酶促反应的进行.Km、Vmax、Vmax/Km、k、Ki随水分含量增加而减小,表明水分含量升高虽增加了酶-底物亲和力,但最终减缓了酶促反应的发生.Y=A/(1+B×C)模型较好拟合了动力学参数Vmax/Km(Y)与土壤砷浓度(C)的关系,表明Vmax/Km在一定程度上可表征不同水分下土壤砷污染程度,并计算获得水稻土砷轻度污染临界值为20.45 mg·kg~(-1),此值与国家土壤质量标准中的二级污染标准较为接近.干燥(35%WHC)和湿润(65%WHC)下砷抑制碱性磷酸酶活性机理为完全竞争性抑制,淹水(110%WHC)下则为以完全非竞争性抑制为主的线性混合抑制作用.研究表明,各个酶动力学参数可分别从不同角度揭示砷抑制碱性磷酸酶活性机理上的差异,水分主要通过影响Km、Vmax而改变抑制机理.     

广西土壤和沉积物砷含量及污染分布特征

广西素有“有色金属之乡”美誉,土壤重金属污染问题较为突出。通过总结1989年以来相关文献,探讨了广西土壤和沉积物中砷含量及污染分布特征。3 045个和477个土壤和沉积物有效样点的统计分析表明,广西砷污染土壤主要分布于桂西北地区,尤其是刁江及金城江流域;矿业活动显著影响土壤砷积累,从其均值看：工矿区非农用土壤（140.5 mg/kg）>工矿区农用土壤（80.68 mg/kg）>非工矿区农用土壤（19.11 mg/kg）>城区土壤（18.35 mg/kg）,重度砷污染农用地样本均来自南丹;工矿区河流沉积物砷含量（283.5 mg/kg）远高于非工矿区,主要受影响区分布在刁江及大环江流域。为了控制环境风险,建议开展主要水系沉积物砷污染详查,加强南丹及周边区域污染防控和污染土壤修复。     

长春市西湖灌区土壤砷污染调查与评价

通过对长春市西湖灌区62个样点土壤砷含量的调查,评价该区域砷的污染状况。方法选择灌区稻田地、菜地、玉米地,以未利用土地为对照,采集耕层土壤样品,测定砷的含量,结果与吉林省土壤背景值比较,利用污染累积指数法评价砷的污染程度。结果未利用地砷含量（P〈0．05）与吉林省土壤背景值（8．38mg／kg）没有显著差剐;稻田、菜地、玉米地耕层土壤砷的算术平均值分别为12．79mg·kg^-1、11．96mg·kg^-1、11．19mg·kg^-1,明显高于吉林省土壤砷的背景值;三种土地利用方式下土壤砷的污染累积指数范围在1．90-1．17之间,并且土壤累积指数随着距污灌渠（口）距离的增大而减小。结论长期利用污水灌溉,导致砷在长春市西湖灌区耕层产生累积．土壤受到一定程度的污染。应当引起关注。     

生物合成Bio-MnOx对砷污染土壤的稳定化效果分析

通过室内模拟实验,研究了生物合成锰氧化物（Bio-MnO_x）材料对污染土壤中砷（As）的稳定化效果。结果表明:1）Bio-MnO_x的加入能够有效降低砷的浸出量,其中水溶性砷含量由2.28 mg/kg降至0.86 mg/kg,减少62.3%;2）五步连续法浸提结果发现,Bio-MnO_x处理后水溶态砷和表面吸附态砷的相对含量显著降低;3）风险分析进一步表明Bio-MnO_x处理后砷的环境风险降低;4）基于细菌16s RNA生物多样性分析表明,经过Bio-MnO_x处理后,土壤微生物多样性的丰富度显著增加;5）微生物群落结构分析发现,土壤微生物群落结构发生明显演替,属水平下的细菌结构由芽孢杆菌属向梭状芽孢菌属、丛毛单胞菌属、敏感梭菌属等转变。总体而言,Bio-MnO_x是一种比较有效的修复砷污染土壤的生物材料。     

双酚A对稻田土壤细菌群落特征及土壤酶活的影响

采用FQ-PCR(实时荧光定量PCR)、PCR-DGGE(PCR扩增和变性梯度凝胶电泳)技术和土壤酶学研究法对不同浓度双酚A污染的稻田土壤细菌群落特征及土壤酶活性进行了研究.结果表明:经双酚A高浓度处理〔即w(双酚A)分别为200和1 000 mg/kg〕的稻田土壤细菌数量显著低于未受污染的对照(CK)和低浓度处理〔w(双酚A)为50 mg/kg〕,并且高浓度处理分别较CK处理(3.64×109 g-1)下降90.44%和99.83%.细菌16S rDNA V3可变区DGGE图谱表明,受双酚A污染的土壤明显产生了数条特征性条带.UPGMA(非加权组平均法)聚类分析进一步表明,双酚A污染明显改变了稻田土壤的细菌群落组成.2次采样土壤总体酶活性参数均为CK>w(双酚A)为50 mg/kg处理>w(双酚A)为200 mg/kg处理>w(双酚A)为1 000 mg/kg处理.可见,高浓度的双酚A污染明显影响稻田土壤细菌数量以及细菌优势菌群,使农田土壤细菌群落多样性发生变化.      

中国稻田土壤镉污染及务农性暴露概率风险

为了解中国稻田土壤镉污染时空变异特征及其务农性接触的健康风险,对1991~2017年发表的205篇有关稻田土壤镉调查文献进行系统回顾,并采用USEPA推荐的健康风险评估概率模型对健康风险进行评估.结果表明,全国稻田土壤镉平均浓度[（0.54±1.38）mg/kg]显著高于全国表层土壤镉背景值（0.097mg/kg）.虽未见显著的时间变异（β=-0.002,95%置信区间：-0.025~0.022）,但不同地区和不同人为扰动下的稻田土壤镉浓度存在较大异质性：华南[（0.88±1.59）mg/kg]>西南[（0.46±0.85）mg/kg]>华东[（0.44±1.45）mg/kg]>华北[（0.36±1.05）mg/kg]>东北[（0.35±0.83）mg/kg]>西北[（0.01±0.05）mg/kg]和矿冶[（1.77±2.18）mg/kg]>其他工业活动[（0.64±1.22）mg/kg]>电子垃圾拆解[（0.59±0.87）mg/kg]>污灌[（0.57±1.26）mg/kg]>交通[（0.56±0.86）mg/kg]>常规稻田[（0.25±0.34）mg/kg].除西北地区外,各地区稻田土壤镉浓度均出现不同程度的超标现象,尤其华南地区34%条土壤镉浓度数据超过农用地土壤镉污染风险管制值（1.5mg/kg）.土壤镉务农性接触的非致癌风险（HQ<<1）处于可接受水平,其中皮肤接触是主要途径,女性是务农性土壤镉暴露的高风险人群,华南和西南地区是务农性土壤镉暴露的高风险地区.     

转换电极的电动力强化植物修复高浓度砷污染土壤

电极转换下,以Capsicum annuum L.为对象探讨电动力强化的植物修复高浓度砷污染土壤效果。结果表明:对照组土壤pH降低,实验组升高。对照组土壤中砷浓度从（524.1±5.6） mg/kg降低为（500.5±8.3） mg/kg,实验组不同区域土壤砷浓度分别为（179.8±10.6）,（674.9±5.43）,（512.8±7.3） mg/kg。相较于对照组,实验组植物对砷的吸收量分别增加了-18.1%、282.8%和170.3%。对照组、实验组区域1、2、3的土壤和根际土壤砷浓度之比分别为2.62、0.64、1.48和1.26,电场增高了植物根系附近的砷浓度。对照组、实验组区域1、2、3土壤第5天的残渣态砷占比为55.64%、34.99%、39.06%和0%;对照组、实验组第5天阴极和第10天阴极附近土壤,结晶水铁铝氧化物结合态和残渣态砷占比为67.45%、0%和8.88%;体现了电场对土壤重金属形态的活化作用。实验组修复10 d的电耗成本为79.5元/m3,具备一定经济优势。     

3种复合铁基钝化剂对黔西南高砷土壤的修复效果研究

为研究不同复合铁基钝化剂对黔西南高砷（As）土壤修复效果,筛选出钝化土壤砷和抑制水稻籽粒砷富集效果较好的复合铁基钝化剂,以期为黔西南高砷背景土壤的修复和管理提供科学依据。本文以黔西南某矿区耕地高砷土壤为研究对象进行水稻盆栽实验,分析了3种市售复合铁基钝化剂（复合型铁基生物炭（A）、铁基生物炭（B）和铁基腐殖酸钾（C））在不同用量（0.67 g/kg、1.34 g/kg、2.68 g/kg、5.36 g/kg）下土壤有效态砷、土壤中砷的各种结合态以及水稻籽粒砷含量的变化。结果表明,三种复合铁基钝化剂的施加可不同程度的提高土壤pH和钝化土壤砷,其中钝化剂C在5.36 g/kg施用量下效果最好,钝化率为26.2%;各处理均使土壤砷的赋存形态发生一定的改变,均不同程度的降低了非专性吸附态、专性吸附态及无定形和弱结晶铁铝氧化物结合态的砷,其中钝化剂A和B主要是向结晶铁铝氧化物结合态砷转变,C处理主要向残渣态砷转变;各处理均显著抑制了水稻精米砷含量,相比对照组,复合钝化剂A在1.34 g/kg施用量下大米对As的富集作用最弱,降低率为48.6%;因为土壤砷钝化率不能完全表征水稻对砷的富集能力,其不宜作为土壤砷修复的唯一考察指标,因此土壤修复评估时应综合考虑土壤钝化率及水稻籽粒对砷累积的综合影响。     

水稻土中氮素对微生物固砷的扰动及效应机制

我国是世界上最大的水稻生产国,水稻生产在粮食安全方面起着重要的作用.现阶段,我国稻田土壤的砷污染问题表现突出.稻田长期处于淹水的缺氧环境下,微生物在厌氧条件下介导的砷形态转化速率和程度均强于化学过程.理解和认知微生物对稻田土壤中砷固定的关键过程及作用机制将为开展稻田砷污染的有效治理提供理论依据.在综合分析了砷在稻田土壤中的迁移及其影响因素的基础上,主要综述了涉及淹水稻田土壤中微生物参与As （Ⅲ）固定两条重要途径：Fe （Ⅱ）氧化成矿耦合As （Ⅲ）固定（间接过程）与As （Ⅲ）直接氧化固定（直接过程）.同时,就氮素在土壤的形态及分配对微生物参与砷固定的响应过程也展开系统性论述.其中,总结了参与微生物砷固定与氮素转化的关键基因表达及代谢机制;最后,归纳了砷污染稻田微生物修复技术的相关研究进展,并提出了初步展望.     

海南槟榔园土壤重金属含量分布与评价

运用常规分析方法,测定海南不同地区和不同种植年限槟榔园土壤铜、铅、总砷和总汞含量.采用污染指数分析法,评价槟榔园土壤重金属环境污染状况.结果表明,除翰林样区槟榔园区土壤列为Ⅱ级“警戒”土壤质量等级外,其他土壤铜[(18.68±14.25)mg/kg]、铅[(25.27±7.83)mg/kg]、总砷[(2.89±2.43)mg/kg]和总汞[(0.08±0.07)mg/kg]含量均未超出国家一级土壤环境质量标准.不同地区间,槟榔土壤铜、铅和总坤含量差异显著;不同种植年限间,槟榔土壤铜、铅、总坤和总汞含量差异十分显著.     

深圳市土壤砷的背景含量及其影响因素研究

为摸清深圳市土壤砷的背景含量现状,以全市不受或很少受人类活动影响的基本生态控制线区域作为调查范围,布设土壤表层样点450个、土壤典型剖面样点50个,采用多点增量采样法采集表层样品500个、深层样品100个.结果表明,深圳市表层土壤砷的背景含量范围为0.07~202mg/kg,算术平均值为11.3mg/kg,95%分位值为55.9mg/kg,显著高于“七五”深圳土壤环境背景调查结果砷的95%分位值（35.4mg/kg）.不同土类中赤红壤、红壤和黄壤砷背景含量的算术平均值相近,95%分位值的高低顺序为：红壤 > 赤红壤 > 黄壤.不同母质母岩发育的土壤砷背景含量的算术平均值高低顺序为：灰色灰岩 > 砂砾页岩 > 凝灰熔岩 > 变质岩 > 花岗岩 > 片麻岩,95%分位值的高低顺序为：灰色灰岩 > 砂砾页岩 > 凝灰熔岩 > 变质岩 > 片麻岩 > 花岗岩.不同剖面层次砷背景含量的平均值和95%分位值差异较大,高低顺序为：底层 > 中层 > 表层,随着深度增加,砷的背景含量逐渐增加.土壤pH值、砂粒含量与砷背景含量呈显著负相关,黏粒、粉粒含量与砷背景含量呈显著正相关.土壤母质母岩和机械组成是影响深圳市土壤砷背景含量的主要因素.研究结果可为南方典型区域砷的土壤环境背景值研究提供参考与借鉴.     

某电子废弃物拆卸区土壤、水和农作物中砷含量状况研究

为研究电子废弃物拆卸、废旧金属冶炼等是否对周围环境造成砷积累和污染,选取浙江省台州路桥区为调查对象,通过测定在该区采集的水、沉积物、土壤以及稻米和蔬菜中的砷,以了解该地区环境中砷的含量特征和潜在风险,并对土壤-水稻系统砷的分布和吸收转运规律进行了初步分析.结果表明,地表水和地下水砷含量平均值分别为 8.26μg/L和18.52μg/L,部分地下水超过WHO推荐的饮用水标准(10μg/L),但没有超过我国相关环境标准Ⅲ级限值(50μg/L).沉积物砷含量平均值为9.62mg/kg.水田土壤和菜地砷含量平均值分别为7.11mg/kg和6.17mg/kg,均在一级标准范围内,该区农田土壤总体上未受砷的污染.糙米和蔬菜中的砷平均值分别为165.1μg/kg和144.2μg/kg,均未超过我国规定的食品卫生标准.土壤-米糠-糙米中砷含量之间相关性显著.冶炼源周围的土壤和米糠中砷含量较其他源高,可能已经对周围土壤-水稻砷积累产生影响.     

湖南省典型地区水田土壤锑和砷元素纵向迁移行为分析

为探讨锑(Sb)和砷(As)在土壤中的纵向迁移行为及其差异,采集湖南省典型地区水田土壤20个剖面共100个样品,对水田土壤中Sb和As的含量、垂直分布特征及其纵向迁移行为差异进行研究,为湖南省水田土壤环境影响评价和污染防控以及进一步探寻Sb和As环境行为和来源提供科学依据.结果 表明:水田土壤Sb和As含量分别为1.6...     

河南省土壤库中钾养分资源状况的研究

通过对河南省1995年取得的1130个土样进行了土壤全钾、速效钾和缓效钾的测定 ,并同第二次土壤普查 (1985年 )的结果进行了比较。表明河南省土壤速效钾含量平均为102 6mg/kg,与第二次土壤普查相比下降了30 4mg/kg,年平均下降3 04mg/kg;以豫东区土壤速效钾含量下降最多 ,为46 5 % ,豫中区下降最少 ,仅为6 8 %。土壤缓效钾含量低的仅为177 5mg/kg,高的达2553mg/kg,平均为863mg/kg。土壤全钾平均含量为17 2g/kg,也下降了10 4 % ;下降幅度最大的为潮土达16 9 % ,褐土下降最低为0 5 %。     

退耕地养分和微生物量对土壤酶活性的影响

为了解侵蚀环境下植被恢复土壤酶活性对土壤养分和微生物量指标的响应规律,以典型侵蚀环境黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复1~50年撂荒地长期定位试验点为研究对象,采用典型逐步回归和非线性拟合来分析各指标间的耦合关系.结果表明,土壤酶活性除a淀粉酶外,均与土壤养分因子和微生物量指标有较高的相关性(P<0.05).在土壤酶活性和养分因子间,尿酶和纤维素酶主要受总氮影响,碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和多酚氧化酶主要受可利用氮影响,蔗糖酶和多酚氧化酶还受到有机质的影响;在土壤酶活性和微生物量指标间,尿酶主要受微生物量磷影响,碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和多酚氧化酶均受微生物量碳影响,纤维素酶则受微生物量氮影响,但多酚氧化酶与可利用氮、有机质和微生物量碳呈负相关;此外,它们之间均存在良好的对数关系(y=b+alnx, P<0.05).     

内蒙古某矿区土壤中砷的分布及赋存形态研究

本文以内蒙古某矿区土壤环境为研究对象,利用Ag-DDC比色法测定了研究区不同位置土壤中砷的含量,分析了该矿区土壤砷的分布特征;采用化学逐级提取法对土壤中砷的赋存形态进行了研究。结果表明:研究区土壤样品中总砷含量平均值为8.35 mg/kg,低于国家二级标准,但土壤中砷含量及分布与煤矿开采密切相关;开采高砷煤矿,其周边土壤中的砷含量会相应增加;土壤中各形态砷含量存在差异,所占比例依次为:残渣态砷(62.79%) > 钙型砷(15.74%) > 铁型砷(12.47%) > 铝型砷(7.17%) > 交换态砷(1.56%) > 水溶态砷(0.27%);且非有效态砷含量(62.79%)要高于有效态砷(37.21%)。     

陕北采油区灌木枯落叶对油污土壤环境的改良效应

采集陕北石油污染区典型荒地土壤,分别以3种石油污染水平(轻度污染15g/kg,中度污染30g/kg,重度污染45g/kg)油土混合培养后,施入当地9种常见灌木枯落叶进行室内分解培养试验120d,检测不同灌木枯落叶对油污土壤生物化学性质的影响.结果表明:柠条、沙棘、紫穗槐、沙蒿和小叶女贞枯落叶可明显促进3种水平油污土壤微生物的生长和土壤呼吸.柽柳、柠条、花棒和踏榔枯落叶可明显促进3种水平油污土壤碱性磷酸酶和脱氢酶活性.柠条、沙蒿、踏榔、小叶女贞、花棒、柽柳和紫穗槐枯落叶可明显增加3种水平油污土壤有机碳和速效K含量.爬地柏、沙棘和花棒枯落叶可明显提高3种水平油污土壤Fe、Mn和Zn的有效性.综合而言,柠条和踏榔枯落叶对3种水平油污土壤均有明显改良效果,紫穗槐枯落叶对轻度油污土壤、小叶女贞枯落叶对中度油污土壤,柽柳和紫穗槐枯落叶对重度油污土壤也均有较明显的改良效果.     

Changes in enzymes activity, substrate utilization pattern and diversity of soil microbial communities under cadmium pollution

Heavy metal pollution has received increasing attention in recent years mainly because of the public awareness of environmental issues. In this study we have evaluated the effect of cadmium （Cd） on enzymes activity, substrate utilization pattern and diversity of microbial communities in soil spiked with 0, 20, 40, 60, 80, and 100 mg/kg Cd, during 60 d of incubation at 25℃. Enzyme activities determined at 0, 15, 30, 45, and 60 d after heavy metal application（DAA） showed marked declines for various Cd treatments, and up to 60 DAA, 100 mg/kg Cd resulted in 50.1%, 47.4%, and 39.8% decreases in soil urease, acid phosphatase and dehydrogenase activities, respectively to control. At 60 DAA, substrate utilization pattern of soil microbial communities determined by inoculating Biolog ECO plates indicated that Cd addition had markedly inhibited the functional activity of soil microbial communities and multivariate analysis of sole carbon source utilization showed significantly different utilization patterns for 80 and 100 mg/kg Cd treatments. The structural diversity of soil microbial communities assessed by PCR-DGGE method at 60 DAA, illustrated that DGGE patterns in soil simplified with increasing Cd concentration, and clustering of DGGE profiles for various Cd treatments revealed that they had more than 50% difference with that of control.