土壤酶和微生物量碳对土壤低浓度重金属污染的响应及其影响因子研究

土壤酶和微生物量碳是反映土壤健康的重要微生物性质指标。土壤重金属污染能够对土壤微生物性质产生影响,然而土壤酶和微生物量碳对土壤重金属污染的响应受到土壤本身理化性质的影响。通过北京市建成区233个样点的数据监测和实验室模拟,研究了土壤脲酶活性和微生物量碳对土壤低浓度重金属污染的响应以及受土壤理化性质的影响。研究结果表明:在野外主要重金属污染的浓度范围内(Cd 0.003~0.98μg·g-1,Cu 13.4~207.9μg·g-1,Zn 29.4~322μg·g-1,Pb 4.02~174μg·g-1),土壤脲酶活性、微生物量碳(MBC)和有机碳(SOC)的含量与土壤中Cd、Cu、Zn和Pb的浓度正相关,而微生物量碳占有机碳的比率(MBC/SOC)与重金属浓度负相关;脲酶活性、MBC/SOC与重金属浓度建立的相关关系只能解释总变异的5%~10%。实验室模拟试验表明,土壤酶活性受土壤重金属含量和土壤性质联合效应的影响;土壤有机质含量和pH是影响酶活性的主要土壤理化性质。引入土壤有机碳含量和pH两个参数,重新建立脲酶活性、MBC/SOC与土壤中重金属浓度的关系,建立的相关关系的决定系数变大,能够解释总变异的14%~17%。     

植物根际土壤酶对重金属污染的响应机制研究综述

土壤酶是生态系统物质循环和能量流动过程中最活跃的生物活性物质,其活性是表征土壤质量好坏的一项重要生化指标。相比非根际土壤,根际土壤中的酶除来自微生物外,还可经由植物根部分泌。根际土壤酶活性更能体现整个土壤生态系统的物质循环过程。近年,重金属污染对植物根际土壤酶活性的影响引起了研究人员的广泛关注。在重金属的胁迫下,土壤酶活性会上升或下降,也可能无显著变化。低浓度的重金属能促进酶活性位点与底物的配合,使酶活性得以提升;通过结合酶分子上的基团或占据酶活性位点,重金属也能抑制酶的催化功能,从而降低酶的活性。本文通过大量文献调研,较系统地回顾和总结了根际土壤酶对重金属污染响应的研究现状和最新进展,探讨了重金属作用于根际土壤酶的主要影响途径,并对未来研究中应重点关注的方向进行了展望。     

湛江沿海盐渍田土壤-稻米系统重金属含量与土壤酶活性的特征及其相关分析

沿海盐渍田中耐盐水稻的种植可以有效利用土地资源,增加中国粮食总产量。探究湛江沿海盐渍田土壤-稻米重金属含量与土壤酶活性的特征及其相关关系,对评估湛江沿海盐渍田环境、农产品安全风险具有重大意义。以湛江5个区域沿海盐渍田种植耐盐水稻海红11的土壤-稻米系统为研究对象,采集了土壤样品及相应稻米,测定了脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶等3种土壤酶活性及土壤和稻米中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn等5种重金属含量,采用单因子污染指数及内梅罗综合指数对重金属含量进行评价,对土壤、稻米重金属含量之间的关系作了生物富集系数与简单相关性分析,并对土壤重金属与酶活性进行了一元线性及非线性回归分析。结果表明,5个研究区域土壤及其稻米的5种重金属含量均未超过国家标准,但与1996年雷州半岛砖红壤背景值比较,研究区域盐渍田土壤存在着重金属富集的趋势,受人为活动影响较大,其中Cd的单因子污染指数最高,那么其为影响研究区土壤重金属污染的主要因子。研究区稻米重金属含量均未超过限量值,5种重金属富集能力大小的顺序为ZnCdCuCr=Pb。土壤与稻米重金属含量的相关性分析结果表明,土壤、稻米中重金属含量关系紧密,土壤中重金属含量直接影响稻米重金属含量。通过土壤重金属与酶活性的回归分析统计发现,过氧化氢酶活性与土壤Cu、Zn含量达到显著性负相关,脲酶活性与土壤Cu含量之间的回归关系也均达到了极显著负相关水平,因此,在湛江沿海盐渍田中,将过氧化氢酶作为评估Cu、Zn污染程度,脲酶作为评估Cu污染程度的生化指标是可行的。这些结果可为沿海盐渍田的修复、环境与农产品安全风险管控提供科学依据。     

不同大气污染区林木根区土壤重金属和酶活性研究

黄埔区是广州市污染较严重的地区,其中林木也受到了大气等污染物的危害。林木根区的土壤重金属和酶活性是探讨污染对林木影响机制和反映污染程度的重要指标。作者分别在该区的石化厂、硫酸厂附近林地和非污染的华南农业大学校园(对照)共3个区选择了台湾相思、马尾松、尾叶桉和荔枝4个树种、11个采样点,共采集了33个供试土壤样品,分析了林木根区土壤重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)全量、有效量和土壤酶(脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶和蛋白酶)活性。结果表明,(1)石化厂重金属含量总体上与对照区差异不大,而硫酸厂区重金属含量则显著地高于对照区,污染严重。(2)不同调查区根区土壤酶活性存在显著差异,各调查区平均土壤酶活性大小顺序基本上表现为:对照区>石化厂区>硫酸厂区,尤其是硫酸厂区显著地低于对照区;而同一调查区不同树种之间的酶活性也存在差异,台湾相思根区土壤脲酶的活性均比其它树种高;从酶活性看,在硫酸厂严重污染胁迫下,台湾相思比尾叶桉更耐污染。(3)对土壤重金属含量和酶活性进行典型相关分析得出:根区土壤有效Zn含量对过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性有明显的刺激作用,但抑制了蛋白酶活性;有效Cd则抑制了过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性,但刺激了蛋白酶活性。     

重金属积累对土壤酶活性的影响

研究了华北平原某铅冶炼厂附近农田33个土壤样品中重金属积累对土壤酶活性的影响。结果表明,样品中Pb和Cd全量的平均值分别为144和5.59mg·kg-1,DTPA态Pb和Cd含量平均值分别为54.1和0.964mg·kg-1,均超过了未污染农田潮土的正常范围,而Cu、Ni和Zn的有效性和全量与未污染土壤接近;土壤过氧化氢酶活性与DTPA态Pb和Cd含量、全Pb含量均呈显著的负线性关系(P<0.01);与磷酸酶和脲酶相比,土壤脱氢酶活性更易受到土壤中Pb和Cd积累的影响;随DTPA-Ni含量增加,土壤蛋白酶和碱性磷酸酶活性增加(P<0.1);土壤脲酶活性与重金属全量或有效态重金属含量无显著相关性(P>0.1)。以上结果说明,利用土壤过氧化氢酶和脱氢酶活性能够表征基本性质较为一致的土壤中重金属污染程度;与重金属全量相比,有效态重金属对土壤酶活性影响更大。     

单一及复合重金属污染对土壤酶活性的影响

采用外源添加重金属和室内培养的方法研究重金属Cd、Pb对滩涂盐渍土脲酶、过氧化氢酶活性的影响,为中国沿海地区土壤重金属污染的监测及重金属对潜在生态环境影响等方面的研究提供参考依据。重金属Cd添加至土壤的质量分数为0、0.5、1.0、2.0 mg.kg-1,重金属Pb添加至土壤的质量分数为0、100、200、400 mg.kg-1,采用完全随机区组设计,3次重复。结果表明：重金属质量分数较低时,单一重金属对土壤脲酶活性具有促进,对过氧化氢酶活性具有抑制作用;重金属质量分数较高时,对土壤脲酶活性具有抑制作用,对土壤过氧化氢酶具有促进作用。重金属Cd、Pb对土壤酶活性的影响存在交互作用,重金属Cd对土壤脲酶活的性影响起主导作用,重金属Pb对土壤过氧化氢酶活性的影响起主导作用。经逐步回归分析,有效态重金属的质量分数低水平时,土壤脲酶活性与重金属Cd呈现显著负相关;土壤过氧化氢酶活性与重金属Pb呈现显著正相关。     

大冶矿区土壤重金属积累对土壤酶活性的影响

大冶矿区位于湖北省的东南部,是我国的青铜之乡,长期的采矿和冶炼活动已使该矿区土地生产力和农产品品质严重下降。为了探明相关重金属的污染状况,应用野外调查与采样分析相结合的方法,研究了大冶矿区土壤酶活性和土壤中重金属的累积特性。结果表明:矿区土壤Cu、Pb、Zn、Cd、As全量的平均值分别是该区土壤背景值的35.1倍、16.0倍、3.0倍、29.8倍、1.1倍。不同样点土壤酶活性存在一定程度的差异。土壤重金属胁迫对土壤酶活性主要表现为抑制作用,其中对土壤重金属响应较敏感的酶为脲酶和过氧化氢酶,这两种酶与重金属Cu、Pb、Zn、Cd、As的全量分别呈显著或极显著的负相关。这些研究结果对于大冶矿区土壤环境质量评价及生态修复有一定的指导意义。     

铅锌矿冶区土壤酶活性特征研究

分析测试了铅锌矿冶区Pb、Zn、Cu、Cd复合污染条件下的土壤酶活性，分析了土壤重金属污染状况与土壤酶活性的相关关系。结果表明，随着采样点偏离废气排放口主导风向程度增大，Pb、Zn、Cu、Cd综合污染指数PI逐渐降低，土壤蛋白酶、脲酶、过氧化氢酶的活性逐渐增高且差异显著，变化程度中大到小的顺序为蛋白酶→脲酶→过氧化氢酶。剖面分布上，综合污染指数PI〉5的样地，基本呈现随土壤深度增加而土壤酶活性降低的趋势。蛋白酶、脲酶、过氧化氢酶的活性间呈极显著正相关，3种土壤酶活性与全磷呈极显著正相关，与有机质相关性较低。蛋白酶、脲酶、过氧化氢酶等土壤酶活性分布特征对矿冶区污染程度和土壤生态系统特性具有一定的指示作用。     

基于土壤酶总体活性评价铅锌尾矿砂坍塌区土壤重金属污染

为探讨利用土壤酶总体活性表征铅锌尾矿砂造成的土壤重金属污染程度,本文对阳朔思的村水稻田、柑橘园和玉米地土壤中铅、锌、铜、镉的有效态质量分数以及参与土壤碳、氮、磷循环的纤维素酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和酸性磷酸酶活性进行了测定。结果表明：供试土壤中镉、铅、锌的有效态质量分数（分别为2.39-4.42、173.71-221.66、140.11-244.10 mg＆#183; kg-1）均高于其全量在GB15618-1995《土壤环境质量标准》中的Ⅱ级标准,分别是Ⅱ级标准值的9.56-14.73、2.18-2.77、0.77-1.22倍,并且土壤中有效态镉带来的潜在生态风险最高。为进一步评价铅锌尾矿砂给不同土地利用类型土壤带来的生态环境风险,在对土壤重金属有效态质量分数进行归一化处理后,发现土壤重金属污染程度从高到低依次为水稻田、柑橘园、玉米地。由于土壤中的重金属复合污染物铅、锌、铜、镉对土壤酶活性的影响既有抑制作用,又有激活作用,因此不同土地利用类型下的单一土壤酶活性状态与土壤所遭受的重金属污染程度呈现出不一致的变化规律。而以土壤总体酶活性指数对各样本进行分类,发现水稻田、柑橘园、玉米地的土壤总体酶活性指数分别为4.345、5.153、5.502,其结果与以重金属有效态归一化处理之后获得的综合污染指数划分结果呈反比,从而说明利用土壤总体酶活性指数来表征不同土地利用类型下的土壤重金属综合污染状况是切实有效的。     

广州市城市森林土壤重金属污染状况及其评价

城市森林土壤能储淤城市环境中的重金属污染元素,影响土壤环境质量.文章对广州市的城市森林区域中土壤重金属的污染状况进行研究,应用单项污染元素指数和综合污染指数对广州市城市森林土壤进行环境质量评价,结果表明:广州市机场高速林带林区土壤中As、Pb、Cd三重金属污染元素超标,广深铁路林带林区土壤中Cd重金属元素超标, 其他各林区严格控制环境重金属污染物未超标;帽峰山森林公园土壤重金属综合污染指数最低,表明森林群落对重金属污染元素的消减作用明显.土壤酶活性可以表征森林土壤中重金属污染状况,森林土壤中As、Cu、Zn含量与过氧化氢酶活性呈显著负相关性;对可能影响城市森林土壤重金属含量因素的10个因子进行主成分分析,建立了城市森林土壤环境质量评价综合模型.     

甘肃某冶炼厂区土壤重金属铅、镉污染特征及其对微生物群落结构的影响

长期受到重金属铅(Pb)和镉(Cd)污染的土壤生态危害指数较高,土壤微生物群落结构容易受到重金属的影响,重金属对土壤微生物的毒性与重金属的生物利用度直接相关。以白银市重金属污染土壤为样本,分析了土壤的理化性质、重金属Pb和Cd的污染状况及土壤微生物群落结构,探究它们之间的关联性。样本采自距离污染中心由近及远的4个位置(分别命名为S1、S2、S3和S4)。采用Hakanson指数法来评估该地重金属生态风险;选用改进的BCR顺序提取法分析Pb与Cd的组分分布情况;利用SPSS和Canoco 4.5对土壤性质、重金属和细菌群落进行相关性分析和冗余分析,探究微生物群落结构与土壤性质和重金属污染之间的相关性。结果表明:白银市该处重金属污染场地3 km以内的土壤均受到严重的Pb、Cd污染。Pb主要以弱酸可提取态和可还原态的形式存在于土壤中,Cd则以弱酸可提取态为主;土壤重金属的危害生态指数均已经达到极高污染风险程度,且危害程度S1>S3>S2>S4;微生物丰度和多样性可能受到土壤性质及重金属的共同影响,与Pb、Cd的污染程度大致呈负相关(S2相似文献   

Cd、Zn、Pb单因素及复合污染对土壤酶活性的影响

通过Ｃｄ、Ｚｎ、Ｐｂ单因素处理和复合因素处理的对比性研究发现，无论是单因素或复因素对土壤酶活性的抑制效应顺序均为 Ｃｄ＞ Ｚｎ＞ Ｐｂ；在所研究的 ４种土壤酶中，脲酶受重金属的抑制作用最为敏感； Ｃｄ、 Ｚｎ、 Ｐｂ复合污染与各单因素的影响有较大差异，同时，Ｃｄ、Ｚｎ、Ｐｂ复合污染对４种土壤酶活性的影响效应亦不同。其复合污染对脲酶表现出协同抑制负效应的特征；对过氧化氢表现出一定的屏蔽作用或拮抗作用；转化酶和碱性磷酸酶主要因Ｃｄ浓度的变化而变化。     

Heavy metal toxicity on dehydrogenase activity on rhizospheric soil of ectomycorrhizal pine seedlings in field condition

The present investigation was carried out to study the toxicity of heavy metals (Zn, Cd, Cu, Ni, Pb and Al) on the dehydrogenase activity of ectomycorrhizal (Suillus leutus, Scleroderma aurantium, Cenococcum graniforme and Boletus spp.) and non-mycorrhizal rhizospheric soil of pine seedlings. The treatment of heavy metals adversely affected the dehydrogenase activity. Inoculation of mixed ectomycorrhizal fungi harbored increased activity of dehydrogenase. It was observed that in absence of ectomycorrhizae, heavy metals drastically reduced the enzyme activity at higher concentration of metals.     

重金属Cd和Pb对土壤生物活性影响的初步研究

利用不同浓度的Ｃｄ、Ｐｂ溶液模拟污水农用，淋浇于蔬菜盆栽土壤上，研究其土壤生物活性的变化。结果显示，在试验所设置的浓度范围内．重金属Ｃｄ、Ｐｂ对土壤微生物三大菌和土壤酶中的蔗糖酶、脲酶等都有一定的抑制作用，三大菌对它们的敏感程度：Ｃｄ为细菌＞放线菌＞真菌，Ｐｂ为放线菌＞细菌＞真菌；而它们对土壤酶的抑制程度则都为蔗糖酶＞脲酶。研究还表明，土壤微生物总量的变化与重金属浓度有一定的相关性。     

重金属和多环芳烃复合污染对土壤酶活性的影响及定量表征

以土壤脲酶和脱氢酶为探针物质，室内培养条件下较为系统地研究了重金属（Cd、Zn、Pb）和多环芳烃（菲、荧蒽、苯并a芘）复合污染对土壤酶活性的影响及其定量表征、结果表明，复合投加上述污染物能使土壤酶活性受到不同程度的抑制，其中，脱氢酶最为敏感，其活性是表征重金属和多环芳烃复合污染的一项重要的参考指标．对复合污染模型的建立与分析表明，土壤环境中，重金属和多环芳烃复合污染的类型和强度与污染物的浓度和复合污染时间密切相关．影响土壤脲酶活性的主要因子依次为：Cd〉Zn与苯并a芘的交互作用〉Zn〉Pb〉Zn和菲的交互作用，影响土壤脱氢酶活性的主要因子依次为：Cd和Zn的交互作用〉Cd〉Zn〉苯并a芘〉Cd和菲的交互作用，其中，Zn和苯并a芘相互作用对脲酶活性以及Cd和Zn交互作用对脱氢酶活性的影响均表现为拮抗作用，Zn和菲，Cd和菲之间的交互作用，无论是对脲酶还是脱氢酶均表现为协同作用，图1表3参18     

Heavy metals and soil microbes

Heavy metal pollution is a global issue due to health risks associated with metal contamination. Although many metals are essential for life, they can be harmful to man, animal, plant and microorganisms at toxic levels. Occurrence of heavy metals in soil is mainly attributed to natural weathering of metal-rich parent material and anthropogenic activities such as industrial, mining, agricultural activities. Here we review the effect of soil microbes on the biosorption and bioavailability of heavy metals; the mechanisms of heavy metals sequestration by plant and microbes; and the effects of pollution on soil microbial diversity and activities. The major points are: anthropogenic activities constitute the major source of heavy metals in the environment. Soil chemistry is the major determinant of metal solubility, movement and availability in the soil. High levels of heavy metals in living tissues cause severe organ impairment, neurological disorders and eventual death. Elevated levels of heavy metals in soils decrease microbial population, diversity and activities. Nonetheless, certain soil microbes tolerate and use heavy metals in their systems; as such they are used for bioremediation of polluted soils. Soil microbes can be used for remediation of contaminated soils either directly or by making heavy metals bioavailable in the rhizosphere of plants. Such plants can accumulate 100 mg g^?1 Cd and As; 1000 mg g^?1 Co, Cu, Cr, Ni and 10,000 mg g^?1 Pb, Mn and Ni; and translocate metals to harvestable parts. Microbial activity changes soil physical properties such as soil structure and biochemical properties such as pH, soil redox state, soil enzymes that influence the solubility and bioavailability of heavy metals. The concept of ecological dose (ED₅₀) and lethal concentration (LC₅₀) was developed in response to the need to easily quantify the influence of pollutants on microbial-mediated ecological processes in various ecosystems.     

土壤酶活性及其对土壤质量的指示研究进展

土壤中所进行的生物和生物化学过程是陆地生态系统功能的基础 ,这些过程之所以能够持续进行 ,得益于土壤中酶的作用 .酶是土壤生态系统代谢的一类重要动力 ,土壤中所进行的一切生物学和化学过程都要由酶的催化作用才能完成 .虽然单一种类的土壤酶的催化作用可能是专性的 ,但土壤中酶的来源不同 ,酶的种类繁多 .土壤中已经被鉴定出的约 6 0种酶活性表明 ,土壤酶活性是与土壤质量的很多理化指标相联系的 ,酶的催化作用对土壤中元素 (包括Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｓ)循环与迁移有着重要作用 .历史上 ,土壤化学和物理学属性一直被用来作为表征土壤生产力和…     

不同土地利用方式下Cd、Pb复合污染对土壤酶活性的影响

为探寻合理的土地利用方式,减轻重金属污染,以上海市崇明岛为研究对象,结合室内盆栽模拟试验,研究了不同土地利用方式下Cd、Pb复合污染对土壤酶活性的影响,以期为合理规划土地功能和提高土壤健康程度提供科学依据。试验结果表明,农田、生活用地等受人类活动影响较明显的地区,其土壤酶活性低于湿地、林地、河道旁等人为扰动较少且水分充足的地区;土壤脲酶、磷酸酶和脱氢酶活性两两之间呈显著正相关(P<0.01),且土壤脲酶对Cd、Pb较敏感;土壤有机质与土壤酶活性呈显著正相关(P<0.05);Cd、Pb复合污染在低含量(Cd:0～1mg.kg-1;Pb:0～60mg.kg-1)时对土壤酶活性表现为促进作用,而高含量(Cd:0～20mg.kg-1;Pb:0～100mg.kg-1)时则表现为抑制作用。