重金屬Cd、Zn、Cu、Pb污染下土壤生物效應(yīng)及機(jī)理.pdf

1、土壤的重金屬污染問題一直是國內(nèi)外土壤學(xué)、環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)。由于重金屬在土壤中難以降解，毒性強(qiáng)，具有積累效應(yīng)等特征，研究重金屬污染下的土壤生物效應(yīng)，即重金屬對(duì)土壤微生物、土壤酶活性的影響已受到廣泛關(guān)注。重金屬污染土壤及其修復(fù)，過去一直采用化學(xué)方法來評(píng)價(jià)，隨著土壤微生物污染生態(tài)研究的不斷深入以及研究方法的改進(jìn)，采用微生物學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)重金屬污染越來越受到人們的關(guān)注。近年來，國內(nèi)外學(xué)者就重金屬污染土壤生物、生態(tài)效應(yīng)作了大量的研究工作。并在重金屬

2、污染土壤的微生物學(xué)評(píng)價(jià)中取得一定的研究成果。但由于在自然條件下，土壤微生物及酶活性受植被、季節(jié)、灌溉、耕作等因素的影響，檢測(cè)結(jié)果差異很大。在自然生態(tài)系統(tǒng)中，重金屬污染主要以復(fù)合污染存在，土壤生態(tài)系統(tǒng)中的復(fù)合污染具有多樣性、復(fù)雜性的復(fù)合效應(yīng)機(jī)制，包括重金屬間的協(xié)同作用、拮抗作用、競(jìng)爭(zhēng)作用和抑制作用等等，因此，在揭示重金屬污染土壤的生物效應(yīng)時(shí)，開展重金屬復(fù)合污染生物學(xué)研究更具有理論和實(shí)踐意義。本文采用室內(nèi)恒溫培養(yǎng)試驗(yàn)、盆栽試驗(yàn)、野外重金屬礦

3、區(qū)調(diào)查及相關(guān)分析相結(jié)合的研究方法，探討了重金屬Cd、Zn、Cu、Pb復(fù)合污染下土壤的生物效應(yīng)，為重金屬污染土壤的修復(fù)、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及建立有效的土壤重金屬污染預(yù)警指標(biāo)體系提供理論依據(jù)。本研究主要取得如下一些結(jié)果： 1.礦區(qū)土壤由于遭受重金屬污染，其理化性質(zhì)受到嚴(yán)重影響，距離礦口越近，土壤pH越低，有機(jī)質(zhì)、有效N、P、K的含量也越來越低，即土壤肥力越低。礦區(qū)重金屬污染土壤的酶活性較對(duì)照(距礦口10 000米)顯著降低，且隨著距礦口距

4、離的增加，酶活性越來越高，表明礦區(qū)土壤不同區(qū)位段上的土壤酶活性存在著顯著差異，礦區(qū)重金屬污染對(duì)5種酶的抑制能力為脫氫酶>酸性磷酸酶>脲酶>過氧化氫酶>蔗糖酶。礦區(qū)重金屬污染對(duì)土壤微生物活性產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，其中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量明顯下降，而真菌變化幅度相對(duì)較小。隨著距礦口距離越近即隨礦區(qū)重金屬污染程度的加劇，土壤微生物受到的抑制程度明顯增強(qiáng)，微生物活體數(shù)量、微生物生物量碳、氮顯著下降，而微生物生物量C/N卻明顯升高。 2.在恒溫

5、(25℃)培養(yǎng)條件下，供試土壤的酶活性與土壤中重金屬鎘、鋅、銅、鉛濃度有密切的關(guān)系，Cd在≤10 mg/kg水平時(shí)對(duì)脲酶和蔗糖酶、Pb在≤200 mg/kg水平時(shí)對(duì)脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶、脫氫酶有刺激作用，土壤酶活性有一定程度的上升，而Zn、Cu對(duì)酶的活性的影響，隨著重金屬濃度的增加呈下降趨勢(shì)，在低濃度的時(shí)候，其下降趨勢(shì)并不明顯，但當(dāng)濃度較高時(shí)，酶活性下降尤為明顯，均達(dá)到顯著水平。 3.在恒溫(25℃)培養(yǎng)條件下，重金屬污染對(duì)

6、不同土壤微生物影響不同。低濃度重金屬對(duì)土壤細(xì)菌、真菌以及微生物生物量碳、氮有一定的刺激作用，高濃度的重金屬則對(duì)其有強(qiáng)烈的抑制作用；而重金屬對(duì)土壤放線菌表現(xiàn)為一直都是抑制作用，只是低濃度重金屬的抑制作用不如高濃度抑制作用明顯。在本試驗(yàn)供試濃度下，四種重金屬以Cd對(duì)供試土壤各項(xiàng)指標(biāo)的毒性影響最為明顯，Cu、Zn次之，Pb的影響最小。 4.復(fù)合污染對(duì)土壤酶活性和微生物活性的影響明顯大于單一重金屬污染。與重金屬鎘、鋅、銅、鉛的單一污染相

7、比，重金屬復(fù)合污染的影響效果并非僅僅表現(xiàn)出簡(jiǎn)單的疊加作用，同時(shí)還存在協(xié)同效應(yīng)和拮抗效應(yīng)。Cd、Zn、Cu之間存在協(xié)同作用，而Pb與Cd、zn、Cu之間存在一定的拮抗作用。 5.在恒溫(25℃)培養(yǎng)條件下，隨著培養(yǎng)時(shí)間的變化，供試土壤中酶活性是總體是呈先下降后上升的趨勢(shì)，在培養(yǎng)20天的時(shí)候，酶受到的抑制最大，酶活性達(dá)到最低值，隨后酶活性有所上升。但脲酶活性變化并不是完全相同，在Cd和Cu高濃度污染下脲酶活性變化是持續(xù)下降，在培養(yǎng)3

8、0天時(shí)，重金屬對(duì)脲酶的抑制率才達(dá)到最大，脲酶活性達(dá)到最低值。而隨時(shí)間的變化，微生物活體數(shù)量及微生物生物量碳、氮的變化趨勢(shì)是明顯的先下降后上升。在培養(yǎng)20天的時(shí)候受重金屬的抑制作用最為顯著。 6.盆栽試驗(yàn)中，除低濃度的鉛(<100 mg/kg)對(duì)油菜(．Brassica napus L)具有一定的刺激作用，其莖葉及根的生物量有輕微的上升，而其他重金屬對(duì)油菜生物量都具有強(qiáng)烈的抑制作用，隨著重金屬濃度的提高油菜莖葉及根的生物量呈下降趨

9、勢(shì)。在本試驗(yàn)供試濃度下，當(dāng)外加重金屬Cd、Zn、Cu、Pb濃度在最大值時(shí)，油菜莖葉的生物量分別較對(duì)照下降56.3％、67.3％、56.7％和62.7％，根生物量下降38.2％、42.2％、38.2％和40.2％，復(fù)合污染下降幅度更大。油菜根、莖葉對(duì)重金屬鎘、鋅、銅、鉛中某一元素的吸收均受到這種添加元素極為顯著的影響，且莖葉中的Cd和Pb含量比根高，而根中的zn和Cu要比莖葉高。土壤中酶活性及微生物活性各指標(biāo)與恒溫培養(yǎng)試驗(yàn)趨勢(shì)相同。但由于