重金屬cu脅迫對(duì)白茅根際和非根際土壤酶活性的影響

重金屬cu脅迫對(duì)白茅根際和非根際土壤酶活性的影響

隨著現(xiàn)代礦業(yè)的快速發(fā)展，土壤污染面積和強(qiáng)度每天都在增加。大量重金屬cu、cd、hg、pb進(jìn)入礦渣區(qū)，通過(guò)大氣、水等途徑廣泛擴(kuò)散，并進(jìn)入食物鏈，影響人類(lèi)健康。重金屬Cu是銅尾礦場(chǎng)污染土壤最主要的污染源,眾多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)銅尾礦廢棄地的重金屬含量、形態(tài)特征、分布及對(duì)該地區(qū)植被的影響等均進(jìn)行了大量研究,但隨著探索的不斷深入,人們的研究視線(xiàn)逐漸向重金屬在土壤中的歸宿及生物毒性等方面轉(zhuǎn)移,因而土壤環(huán)境的重金屬污染和生態(tài)恢復(fù)問(wèn)題引起關(guān)注酶作為土壤組成中其中最活躍的有機(jī)成分之一,驅(qū)動(dòng)著土壤的代謝過(guò)程,對(duì)士壤圈中養(yǎng)分元素的循環(huán)和污染物質(zhì)的凈化起著重要作用1材料和方法1.1材料和設(shè)計(jì)試驗(yàn)采用土培盆栽的方式進(jìn)行。供試土樣為黃棕壤,采自安徽師范大學(xué)地理園,供試土壤的基本理化性質(zhì)如表11.2土壤理化性質(zhì)的測(cè)定樣品處理:取出根袋中土壤,采用抖落法取得根際土,取離根袋25mm以外處土壤作為非根際土。土樣放入無(wú)菌紙袋中,在室內(nèi)自然風(fēng)干后研磨過(guò)篩,各稱(chēng)量25g放在三角燒瓶中備用,每組土樣設(shè)3個(gè)重復(fù)。土壤pH值測(cè)定用PHS-3TC(0.01級(jí))精密數(shù)顯酸度計(jì)測(cè)定。土壤電導(dǎo)率測(cè)定,用DDS-12型電導(dǎo)儀。土壤土壤酶活性測(cè)定,參照關(guān)松蔭等1.3多重比較分析數(shù)據(jù)分析采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件,分別進(jìn)行組間差異顯著性(P<0.05,P<0.01)分析(采用One-WayANOVA方法)和多重比較(采用SNK-q檢驗(yàn)法)、Pearson相關(guān)系數(shù)與線(xiàn)性回歸計(jì)算。2結(jié)果與分析2.1根際和非根際土壤ph值的變化由圖2可看出,參照組根際區(qū)域土樣呈中性偏堿性,非根際區(qū)則呈中性偏酸。隨著外源Cu梯度濃度的升高,根際、非根際土壤的pH值均呈持續(xù)下降趨勢(shì),土壤酸堿度由中性逐漸轉(zhuǎn)為弱酸性。其中,根際土壤的pH值持續(xù)高于非根際土壤,呈接近中性狀態(tài),根際土壤pH值比同處理下非根際土壤根際pH值平均高出0.18。兩者與Cu濃度間相關(guān)系數(shù)分別為-0.9242.2cu對(duì)毛根橫截面的影響由圖3可以看出,與pH值的趨勢(shì)相反,根際與非根際土壤的電導(dǎo)率均隨Cu的升高而呈上升趨勢(shì),至Cu濃度為5000mgkg2.3cu脅迫對(duì)白茅根際和非根際土壤酶活性的影響由圖4可見(jiàn),當(dāng)Cu濃度較低(<1000mgkg對(duì)梯度濃度Cu脅迫下的白茅根際和非根際土壤酶活性而言,四種酶在根際土壤中的活性普遍高于非根際土壤,其中在根際土壤較非根際活性最突出的為蔗糖酶,其活性平均高出非根際土壤的88.8%。并且Cu3不同濃度對(duì)土壤酶活性的影響根際環(huán)境(Rhizosphere)是指與植物根系發(fā)生緊密相互作用的土壤微域環(huán)境,是植物在其生長(zhǎng)、吸收、分泌過(guò)程中形成的物理、化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)不同于土體的、復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的微型生態(tài)系統(tǒng)。根際與非根際土壤在物理、化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)等方面存在著極大差異,這些差異會(huì)影響到根際土壤重金屬的存在形態(tài)、分布、遷移和生物有效性,使得重金屬污染物在根際土壤中表現(xiàn)出一些特殊的化學(xué)行為,從而改變重金屬的生物有效性和生物毒性外源Cu施入后,白茅根際和非根際土壤的電導(dǎo)率逐漸升高,pH值則隨著復(fù)合濃度的上升而逐漸下降,由對(duì)照的中偏堿性土壤轉(zhuǎn)變?yōu)槠嵝酝寥?。根際土壤的電導(dǎo)率普遍高于非根際土壤,pH值持續(xù)高于非根際土壤且接近于中性。Mench等人本文選取水解酶中的代表酶類(lèi)(蔗糖酶、脲酶、磷酸酶)和一種氧化還原酶(過(guò)氧化氫酶),對(duì)其在銅脅迫下的活性表現(xiàn)進(jìn)行了研究。脲酶酶促產(chǎn)物—氨是植物氮源之一;蔗糖酶與土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷含量、微生物數(shù)量及土壤呼吸強(qiáng)度等許多土壤因子有關(guān);過(guò)氧化氫酶促過(guò)氧化氫分解,形成分子和水,從而減少過(guò)氧化氫的毒害作用,與土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化速度有密切關(guān)系;土壤磷酸酶在土壤磷素循環(huán)中起重要作用,在土壤和水生系統(tǒng)的磷轉(zhuǎn)化、有機(jī)磷農(nóng)藥污染的土壤生物修復(fù)中尤為重要,因此,這四種土壤酶活性能夠從毒理學(xué)、元素遷移轉(zhuǎn)化、植物生理代謝等角度,反映出重金屬銅脅迫中植物根際效應(yīng)的存在。本實(shí)驗(yàn)中,白茅根際、非根際土壤的酶活均隨著重金屬濃度的增加受到抑制,其作用機(jī)理可能有以下三點(diǎn)。第一,周禮愷等學(xué)者對(duì)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明,外源重金屬Cu的加入對(duì)水解酶(蔗糖酶、磷酸酶、脲酶等)的抑制作用較對(duì)氧化還原酶類(lèi)(過(guò)氧化氫酶)更為強(qiáng)烈。對(duì)重金屬Cu敏感的土壤酶種類(lèi)依次為磷酸酶>蔗糖酶>脲酶>過(guò)氧化氫酶,并且筆者進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),對(duì)銅、鎘復(fù)合污染敏感的土壤酶種類(lèi)依次為磷酸酶>脲酶>蔗糖酶>過(guò)氧化氫酶,因此磷酸酶可作為檢測(cè)土壤重金屬Cu污染的指示酶,這與黃崢此外,本實(shí)驗(yàn)中供試植株白茅的四種土壤酶在根際土壤中的活性普遍高于非根際土壤,這表明了根際土壤中的酶活性雖高于非根際,但相比較而言,根際環(huán)境中的土壤酶更易受到抑制。這可能是由于植物的根系對(duì)Cu4根際土壤酶活性(1)Cu污染的土壤呈酸化趨勢(shì),土壤導(dǎo)電離子增多、電導(dǎo)率上升。(2)除低濃度Cu(根際:Cu<1000mgkg(3)根際土壤的酸化程度緩于非根際土壤;根際土壤酶活性普遍高于非根