Cd、Pb单一及复合污染下土壤酶生态抑制效应及生态修复基准研究

由于土壤酶活性可有效地反映土壤重金属的污染程度,因此,本文通过研究Cd、Pb单一及复合污染对土壤酶（脱氢酶、磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶、淀粉酶和蔗糖酶）活性的影响,以期选取合适的土壤酶指标作为Cd、Pb污染的生物标记物,为建立Cd、Pb污染生态修复的基准提供科学依据。研究结果表明,不同的土壤酶活性对Cd、Pb的敏感性各不相同,并且酶活性随土壤重金属浓度增加表现为叠加效应或拮抗效应。Cd、Pb单一及复合污染对脲酶活性抑制作用显著,Cd、Pb复合污染对脲酶活性表现为叠加效应,因此,脲酶可作为土壤Cd、Pb污染的生物标记物。通过半数生态剂量模型研究发现：Cd、Pb污染下,50%脲酶活性受抑制的毒性阈值分别为2273和2703;Cd污染土壤的生态修复基准值为1.33mg·kg-1,Pb污染土壤的生态修复基准值为106mg·kg-1。     

Rac-异丙甲草胺及S-异丙甲草胺与镉复合污染对土壤酶活性的影响

在实验室控制条件下,研究了Rac-异丙甲草胺及S-异丙甲草胺与Cd处理下对土壤过氧化氢酶和脱氢酶活性的影响。结果表明,各处理对过氧化氢酶活性表现为先激活后抑制,对脱氢酶活性表现为激活-抑制-激活;异丙甲草胺与Cd复合污染对土壤过氧化氢酶和脱氢酶活性的影响表现出一定的交互效应;Rac-和S-异丙甲草胺对过氧化氢酶活性表现出一定的手性差异,对脱氢酶活性无显著手性差异。     

Cd Pb污染土壤中蛋白酶酸性磷酸酶脱氢酶活性的变化

通过现场采样及室内分析方法,研究了Cd、Pb严重污染的土壤中蛋白酶、酸性磷酸酶和脱氢酶活性的变化及其与土壤Cd、Cu、Pb、Zn含量和土壤基本性质之间的关系。通径分析表明,影响蛋白酶活性主要直接因素为土壤有效Cd、土壤有效Zn、砂粒和黏粒,其中土壤有效Zn刺激了酶活性而土壤有效Cd抑制了酶活性;影响酸性磷酸酶活性主要直接因素为碱解氮、速效磷、pH值,土壤有效Cu、土壤有效Cd、土壤有效Pb、土壤有效Zn对酸性磷酸酶的直接影响较小;影响脱氢酶活性主要直接因素为土壤有效Cd、土壤有效Zn、土壤速效钾,其中土壤有效Cd抑制了酶活性而土壤有效Zn刺激了酶活性。总体而言,4种重金属有效态对酶活性毒性大小依次为：Cd〉Cu〉Pb〉Zn。综合简单相关分析结果可知,总体上Cu、Cd、Pb、Zn复合污染刺激了蛋白酶活性,抑制了脱氢酶活性,对酸性磷酸酶活性影响不大,脱氢酶可作为上述土壤重金属复合污染的指标。3种土壤酶活性变化是重金属与土壤理化性质综合作用的结果。     

铜铬复合污染对有、无作物种植的土壤酶活性影响

用盆栽实验和室内分析相结合的方法,研究了Cu、Cr单一和复合污染对土壤酶活性的影响,旨在为土壤重金属复合污染的生物酶学评价提供参考依据。结果表明,在相同污染水平下,除Cr最低浓度（Cr5）处理对土壤过氧化氢酶有激活作用外,其余各浓度的Cu、Cr单一和复合污染均对供试的土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和硝酸还原酶活性产生抑制作用。4种酶相比较,Cu、Cr复合污染对过氧化氢酶活性抑制最小,而对土壤硝酸还原酶活性抑制最大。各处理有作物种植的土壤脲酶和碱性磷酸酶活性抑制率均大于相应的无作物种植处理,而土壤过氧化氢酶和硝酸还原酶的抑制率却小于无作物对照。有作物处理的4种供试酶活性抑制率与对应的无作物处理间均存在显著差异（P〈0.01）。无论是否有作物种植,Cu、Cr复合污染对土壤脲酶、碱性磷酸酶活性抑制率产生不同程度的协同作用,对土壤过氧化氢酶有一定的拮抗作用。无作物种植时,Cu、Cr复合污染对土壤的硝酸还原酶活性抑制率为协同作用,而有作物种植时则为拮抗作用。建议以土壤脲酶和碱性磷酸酶活性来共同表征Cu、Cr复合污染毒害作用的大小。     

铜与草甘膦单一污染和复合污染对水稻土酶活性的影响

通过实验室培养试验,研究了铜与草甘膦单一污染和复合污染对水稻土中淀粉酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性的影响。结果表明,铜与草甘膦单一和复合污染对土壤中4种酶活性的影响效果明显不同。当铜单一污染时,抑制淀粉酶、脲酶、磷酸酶的活性,对过氧化氢酶活性的影响是低浓度激活高浓度抑制;而草甘膦单一污染时,对4种酶活性的影响是：激活淀粉酶和脲酶,抑制过氧化氢酶,对磷酸酶活性的影响则是低浓度激活高浓度抑制。铜和草甘膦复合污染,显著改变了铜或草甘磷单一污染对土壤酶的毒性效应。即复合污染对过氧化氢酶的毒性大于单一污染;对淀粉酶、脲酶和磷酸酶的毒性,小于铜单一污染,但大于草甘磷。方差分析结果表明,不同铜浓度间和不同草甘膦浓度间4种酶活性差异均达到极显著水平（P〈0．01）;铜和草甘膦互作浓度间,淀粉酶和脲酶活性差异分别达到了显著水平和极显著水平,其他2种酶活性差异不显著。     

重金属Cd、Zn、Cu和Pb复合污染对土壤生物活性的影响

通过野外土样采集及室内培养试验(25℃),研究了云南东川铜矿区土壤酶和微生物特征,以及模拟重金属Cd、Zn、Cu、Pb复合污染对土壤微生物和酶活性的影响。结果表明,矿区土壤(距矿口0~800 m)重金属污染严重,Pb、Cd、Zn、Cu全量和有效含量是对照土壤(距矿口10 000 m)的3.7~141.0倍和2.2~773.2倍;距矿口越近,土壤有机质、有效氮、有效磷和速效钾含量及土壤pH亦越低,土壤酶活性和土壤微生物数量、微生物生物量碳和氮受到的抑制程度也显著增强。与对照土壤相比,距矿口0~800 m的土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性分别降低25.5%~47.3%、22.6%~74.2%、30.9%~83.1%、16.7%~69.1%和34.6%~92.3%;细菌、放线菌和真菌数量分别较对照下降30.5%~80.1%、8.1%~49.9%和3.3%~8.3%。土壤酶中的酸性磷酸酶和过氧化氢酶,土壤微生物中的细菌对重金属污染较为敏感。恒温(25℃)培养试验中,低量的Cd、Zn、Cu、Pb复合污染刺激了土壤酶活性和细菌、真菌、放线菌、微生物生物量碳和氮的数量,但高量的Cu、Zn、Pb、Cd复合污染使土壤酶活性、细菌、真菌、放线菌、微生物生物量碳和氮均显著下降。重金属Cd、Zn、Cu、Pb之间存在着一定的协同或拮抗作用,Cd、Zn、Cu和Pb之间在微生物生物量碳和氮上表现出明显的协同效应,Pb与Cd、Zn、Cu对细菌数量的复合效应机制为拮抗效应,Cd、Zn、Cu和Pb对真菌数量和放线菌数量的复合效应机制表现为协同效应和拮抗效应并存。     

外源硒（Se(4＋)和Se(6＋））污染对土壤酶活性的影响

利用盆栽试验,研究了不同浓度、不同价态外源硒（Se4＋、Se6＋）对连续种植小白菜土壤中过氧化氢酶、脱氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性的影响,为土壤硒污染的生态风险评价和管理提供科学依据。结果表明：低浓度硒对土壤酶活性有不同程度的激活效应,而高浓度硒对4种土壤酶均产生抑制作用;外源硒对脲酶及脱氢酶活性的抑制作用大于碱性磷酸酶和过氧化氢酶。外源Se4＋及Se6＋浓度与土壤脲酶活性间都存在显著的负相关（P〈0.01）,且同浓度两个价态硒差异显著（P〈0.05）,说明脲酶可作为土壤硒污染程度的生态风险评价的生物指标;而过氧化氢酶、脱氢酶及碱性磷酸酶只能表征一定时间段内土壤硒污染的程度。土壤酶的ED5（0生态剂量）均随硒施入时间的延长而增大,以脲酶的ED50值最小,Se6＋的ED50小于Se4＋,生态毒性大于Se4＋。     

重金属Cd、Zn、Cu、Pb复合污染对土壤微生物和酶活性的影响

通过野外土样采集及室内测定,研究了云南东川铜矿区土壤酶和微生物特征,并采用盆栽试验研究了重金属Cd、Zn、Cu、Pb复合污染对土壤微生物和酶活性的影响。结果表明,距离矿口越近,土壤有机质、有效N、P、K的含量、土壤pH值亦越低,土壤酶活性和土壤微生物数量、微生物生物量C和N受到的抑制程度也增强,其中土壤酶中的酸性磷酸酶和过氧化氢酶,土壤微生物中的细菌对重金属污染较为敏感。盆栽试验中,Cd、Zn、Cu、Pb复合污染使白菜(Brassica rapapekinensis)生物量明显下降,且随复合污染程度的增加,白菜生物量下降幅度增加。Cd与Zn、Cu、Pb,Zn与Cd、Cu、Pb,Cu与Cd、Zn、Pb的复合效应机制为协同效应,而Pb与Cd、Zn、Cu的复合效应机制为拮抗效应。重金属Cu、Zn、Pb、Cd复合污染使土壤酶活性显著降低,但低量的Cd、Zn、Cu、Pb复合污染刺激了细菌、真菌、放线菌、微生物生物量C和N。重金属Cd、Zn、Cu、Pb对土壤酶活性和土壤微生物数量及微生物生物量C和N的复合效应机制表现出协同和拮抗效应。     

尾矿区土壤重金属污染对土壤酶活性的影响

为研究铜陵尾矿区土壤重金属污染状况以及土壤重金属污染对土壤酶活性的影响,按照距离矿口远近不同进行土壤样品的采集。结果表明,尾矿区及其周边土壤受到不同程度的Cu、Zn、Pb、Mn污染,尾矿区土壤酶活性随着重金属污染程度的加剧而显著降低,其中蔗糖酶和脲酶活性下降最明显。多元回归分析表明,在土壤重金属复合污染影响下,Cu、Pb、Mn 3种重金属对土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶活性均有抑制作用,而Zn对土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶有一定的刺激作用。     

砂姜黑土中重金属Cu、Cd、Zn形态分布与土壤酶活性研究

采用小麦农田取样,对土壤中的重金属运用连续提取方法,研究了皖北砂姜黑土中Cu、Cd、Zn的化学形态特征及其与四种土壤酶(过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶)活性间的关系。结果表明:在砂姜黑土中,残留态Cu、Cd、Zn在总量中所占比例很高,交换态、有机态、碳酸盐结合态含量明显低于残留态。在三种元素中,Zn的化学形态变化趋势最为一致,表现为残留态>碳酸盐结合态>铁锰结合态>有机态>交换态;砂姜黑土中交换态Cu、Cd、Zn对脲酶活性有显著抑制作用,有机态Cu、Cd、Zn对过氧化氢酶表现为一定程度的促进作用。因此,在砂姜黑土壤中,把交换态Cu、Cd、Zn和脲酶以及中性磷酸酶的活性共同作为评价土壤Cu、Cd、Zn污染程度的主要生化指标是可行的。     

土霉素及镉污染对土壤呼吸及酶活性的影响

随着饲料工业以及畜禽养殖业的规模化发展,抗生素和重金属在土壤环境中同时存在的几率不断增大。为了分析抗生素和重金属对土壤微生物生态系统的影响,以土霉素(OTC)与镉(Cd)为污染物,采用室内培养法,研究了土霉素(OTC)与镉(Cd)单一处理及复合污染对土壤呼吸和酶活性的影响。结果表明,10mg/kg重金属镉单独污染对土壤微生物呼吸表现为先抑制后激活作用,且显著抑制了土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性,对3种酶活性平均抑制率从大到小依次为:蔗糖酶磷酸酶脲酶;1mg/kg土霉素显著激活土壤微生物呼吸,50和200mg/kg土霉素对土壤微生物呼吸的影响呈现出先抑制后激活的规律。各处理浓度下的土霉素对蔗糖酶和脲酶活性均主要表现为抑制作用,对磷酸酶活性的影响呈现出一定的波动性;当土霉素的浓度为1和200mg/kg时,其与10mg/kg镉的复合污染对土壤微生物呼吸及3种酶活性的影响主要为拮抗作用,但当土霉素的浓度为50mg/kg时,与10mg/kg镉的复合污染对土壤微生物呼吸及3种酶活性的影响则主要为协同作用。微生物呼吸对土霉素与镉胁迫更为敏感,最高抑制率和激活率分别可达98.98%和300.82%,土壤酶活性受土霉素和镉污染的影响要弱于它们对土壤微生物呼吸的影响。     

植被恢复模式对土壤重金属质量分数和土壤酶活性的影响——以山东省淄博市四宝山破坏山体为例

矿产资源开采造成了严重的重金属污染,为选择合理植被恢复模式以修复土壤重金属污染,以淄博市四宝山破坏山体不同植被恢复模式为对象,测定土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾质量分数,pH值等主要化学性质,土壤多酚氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、脲酶活性和Cu、Zn、Cd等7种重金属质量分数,分析不同植被恢复模式对土壤重金属质量分数及土壤酶活性的影响.结果表明:1)实验区土壤中重金属Zn轻度污染,Cu和Cd重度污染,其他重金属均不构成污染;2)各人工植被恢复模式土壤重金属质量分数均低于灌草丛的,其中黑松林对土壤Cu、Cd的修复效果最好,侧柏林对土壤Zn的修复效果最好;3)土壤重金属全量在垂直分布上规律复杂,有效量均表现为下层高于上层,土壤有效Cu、有效Zn、有效Cd下层比上层依次高9.24％～18.94％、0.97％～20.09％和5.48％～35.51％;4)在影响土壤酶活性的各种因素中,破坏山体土壤重金属有效量与土壤化学性质的影响最为明显,处于同等重要的地位.本研究发现,Cu、Zn、Cd均对4种土壤酶活性表现出了抑制作用,建议用土壤多酚氧化酶、过氧化氢酶、脲酶活性作为破坏山体土壤重金属Cu污染的评价指标.     

复合重金属污染对典型湿润富铁土中氮的矿化势、脲酶及磷酸酶活性的影响

Individual and combined effects of Cu,Pb,Zn and Cd on N mineralization,urease and phosphatase were examined in a Typic Udic Ferrisol in laboratory by employing and uniform design and a single factor design,Soil pollution caused by heavy metals inhibited N mineralization (N0 value)and urease and phosphatase activities.The combined pollution of metals alleviated their toxicity to N mineralization to some extent whereas aggravated the toxicity to urease and phosphatase.Phosphorous application could mitigat the toxic effect of heavy metals on phosphatase activities,while alleviating effect of N application on the toxicity of heavy metals to urease was inconsistent.However,the mitigating effect of the fertilizers was limited in heavily polluted soils.     

Toxic effect of cadmium and nickel on soil enzymes and the influence of adding sewage sludge

Sewage sludge is increasingly used as an organic amendment to soil, especially to soil containing little organic matter. However, little is known about the utility of this organic amendment in the reclamation of soil polluted with heavy metals. We studied the effects of adding sewage sludge on enzymatic activities of a semi-arid soil contaminated with Cd or Ni in the laboratory. The activities of urease, phosphatase, β-glucosidase and protease-BAA were measured in soil containing concentrations of Cd or Ni in the range 0–8000 mg kg⁻¹ soil, and their inhibition was compared with those of the enzymatic activities in the same soil amended with sewage sludge and containing similar concentrations of the heavy metals. The inhibition was tested for three different incubation times to determine changes in the effect of the heavy metals on hydrolase activity with the time elapsed after contamination. Ecological dose (ED) values of Cd and Ni were calculated from three mathematical models which described the inhibition of the enzymatic activities with increasing concentrations of heavy metal in the soil. For urease and phosphatase activities, the ED values for Cd and Ni increased after application of sewage sludge to soil, indicating a decrease in Cd and Ni toxicity. The other two enzymes (β-glucosidase and protease-BAA) were less sensitive to Cd or Ni contamination, and it was more difficult to determine whether addition of sewage sludge had affected the inhibition of these enzymes by the heavy metals.     

采煤沉陷复垦区重金属污染与土壤酶活性的关系

以淮南新庄孜矿采煤沉陷复垦区为研究区域,对脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、蛋白酶、纤维素酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶7种土壤酶进行了测试分析。结果发现,该区域土壤酶活性受到不同程度的抑制,且7种土壤酶对重金属的敏感性不一致。采用因子分析技术提取主成分,建立了复合污染土壤总体酶活性评价指标,评价了该地区土壤重金属污染程度,并与通过灰色聚类法分析得到的土壤重金属污染等级进行了比对分析,研究了采煤沉陷区土壤酶活性与重金属污染之间的赋存关系,进一步证明在采煤沉陷复垦区这一特殊土地利用条件下,采用土壤酶活性综合指标评价土壤重金属污染是可行的。研究表明,土壤酶总体活性评价指标作为一种简单易行的评价手段,为新庄孜采煤沉陷复垦区及相似矿区复垦地的重金属污染修复提供参考和理论依据。     

乐果与Cd2＋复合污染对土壤微生物生态效应研究

土壤微生物数量及土壤酶活性是描述土壤的重要生物学指标。在实验室控制条件下,研究了农药乐果、Cd2＋单一污染及乐果与Cd2＋复合污染对土壤3大类群微生物数量和主要土壤酶活性的影响。结果表明,Cd2＋和乐果复合处理对土壤中微生物生长存在着明显的拮抗作用,复合抑制效应顺序为放线菌〉真菌〉细菌;而对土壤酶活性均有明显的协同作用,复合抑制效应顺序为蛋白酶〉蔗糖酶〉脲酶。单一污染时,100mg·kg-1乐果的处理可不同程度地抑制这些生物学指标,其中对土壤微生物数量的抑制效应顺序为真菌〉放线菌〉细菌,对土壤酶活性的抑制效应顺序与乐果和Cd2＋复合污染顺序一致;50mg·kg-1浓度的乐果对这些指标几乎无影响。     

Microbiological rates and enzyme activities as indicators of functionality in soils affected by the Aznalcóllar toxic spill

This study focused on the potential of using soil enzyme activities and general microbiological rates (respiration, N-mineralisation, nitrification) to evaluate the quality of soils affected by a pyrite mud spill which contained high concentrations of heavy metals. The quality of soils after restoration was estimated by comparing enzyme activities and general microbiological rates in three different types of experimental field plots: (i) non-polluted, (ii) polluted but restored, and (iii) polluted but un-restored soils. Non-polluted soils showed the highest levels of enzyme activity. Significant differences were detected for acid phosphatase, β-glucosidase and urease activities between all types of plots. However, arylsulfatase and alkaline phosphatase activities showed no significant differences between the restored plots and polluted but un-restored plots. Geometric mean statistics were used as an index of soil quality in terms of overall: (i) bioavailable heavy metal concentrations, (ii) assayed enzyme activities, and (iii) general microbiological rates, in order to compare plots differing in the degree of pyritic mud pollution. The results indicate that it is important to consider these three criteria in to estimate the soil quality of heavy-metal contaminated soils. Typically, enzyme activities were negatively correlated with bioavailable Cd, Cu and Zn concentrations, but positively with soil pH values. In contrast, pH values were negatively correlated with bioavailable concentrations of Cd, Cu and Zn. It is unclear if the generalised lower enzyme activities found in restored soils, compared to non-polluted soils, is promoted by pH or bioavailable heavy metals concentrations, or a combination of both.     

酸雨地区蔬菜对重金属的吸收及重金属健康风险基准的估算

通过盆栽实验,以小白菜(上海青)、大白菜和萝卜为指示作物,研究了酸雨作用下Cu,Zn,Pb,Cd,Cr和Ni复合污染物在土壤-作物系统中的吸收与富集情况。结果表明,酸雨-重金属复合污染处理使Cu,Pb,Cr和Ni在蔬菜中积累量明显高于对照处理;Zn和Cd一般只有在复合污染处理中外源Zn或Cd含量较高时才明显高于对照处理。与对照相比,酸雨-重金属复合污染处理使Pb和Ni的富集系数增大,Cu的富集系数多数情况下增大,Cd的富集系数多数情况下减小,Zn和Cr富集系数的变化在不同蔬菜之间存在较明显的差异;重金属在不同蔬菜中的富集系数一般表现为萝卜>上海青>大白菜,蔬菜中不同重金属富集系数一般表现为Zn>Cd>Ni>Cu>Pb>Cr。酸雨-重金属复合污染条件下蔬菜中重金属积累量与其在土壤中总量之间的相关性均达到显著或极显著水平。以大宗蔬菜上海青、大白菜和萝卜为指示作物对酸雨地区蔬菜地中重金属的健康风险基准进行了估算,这对开展酸雨地区土壤重金属环境容量评价、重金属污染修复目标及地方性土壤环境质量标准的制订提供了参考依据。     

不同土层土壤酶活性对重金属汞和镉胁迫的响应

通过室内模拟重金属污染土壤,研究了不同浓度Hg、Cd单一胁迫及Hg＋Cd复合胁迫对不同土层（0-20cm和20-40cm）土壤脲酶、过氧化氢酶和转化酶活性的影响。结果表明,不同土壤酶对Hg和Cd胁迫的响应并不一致,Hg对土壤脲酶和转化酶的影响较大,Cd对过氧化氢酶的作用更显著。转化酶对Hg、Cd胁迫的响应因处理浓度不同而表现为抑制或激活作用。相关分析显示,脲酶活性可作为土壤Hg及Hg＋Cd污染程度的生化监测指标;而过氧化氢酶活性可以作为Cd污染的指标。同一重金属浓度胁迫下,0—20cm土层的土壤酶活性明显高于20～40cm土层的土壤酶活性。Hg、Cd胁迫对0～20cm土壤脲酶和过氧化氢酶的抑制作用小于20～40cm相应土壤酶活性,高浓度Hg和低浓度Cd对0—20cm土壤转化酶表现为抑制作用,而对20-40cm土壤转化酶却表现为激活作用。