重金屬污染對(duì)土壤酶活性影響的研究進(jìn)展

馬琳

摘 要：重金屬污染引起土壤環(huán)境質(zhì)量惡化，嚴(yán)重危害農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量及人類健康。土壤酶作為土壤生態(tài)系統(tǒng)中生化反應(yīng)的催化劑，促進(jìn)各種土壤代謝過程，對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的變化反應(yīng)迅速，是指示土壤環(huán)境質(zhì)量的生物學(xué)指標(biāo)。本文從不同類型污染土壤、單一重金屬污染、復(fù)合重金屬污染3方面綜述了土壤酶活性的變化，提出目前研究存在的問題，并對(duì)今后工作做了展望。

關(guān)鍵詞：重金屬污染土壤；酶活性；研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)：S182 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20181033223

近年來，我國(guó)工農(nóng)業(yè)迅猛發(fā)展，導(dǎo)致農(nóng)藥、重金屬等污染物進(jìn)入土壤，由于重金屬污染具有不可逆性、積累性且易富集、難降解，通過食物鏈直接威脅到人類健康。因此，開展重金屬對(duì)土壤環(huán)境影響的研究迫在眉睫。

土壤酶主要來源于土壤中的微生物細(xì)胞，在土壤中起高度催化作用，它表征著土壤物質(zhì)能量的代謝能力，并能準(zhǔn)確反映土壤重金屬污染的程度，是評(píng)價(jià)土壤肥力的高低及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)。本文綜述了不同形式重金屬污染對(duì)土壤酶活性的影響，以期為土壤重金屬污染控制和治理提供理論依據(jù)。

1 重金屬污染對(duì)不同類型土壤酶活性的影響

土壤類型是根據(jù)土壤屬性、成土過程及成土因素等，對(duì)土壤進(jìn)行系統(tǒng)劃分，不同類型的土壤，其養(yǎng)分狀況、理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)不同，因而對(duì)重金屬污染的敏感度也不同，一些研究表明，重金屬污染對(duì)不同類型的土壤會(huì)產(chǎn)生不同程度的物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)上的影響。王巧紅等[1]研究了四川地區(qū)紫色土、沖積土和黃壤酶活性對(duì)Cd污染的響應(yīng)特征，發(fā)現(xiàn)Cd污染對(duì)紫色土、黃壤酶活性的影響較小，對(duì)沖積土酶活性影響較大，且沖積土和黃壤中的重金屬元素更易被作物吸收。沈秋悅等[2]選擇山林土和田園土為對(duì)象，研究土壤脲酶、過氧化氫酶活性對(duì)不同濃度外源Cd污染的響應(yīng)，結(jié)果表明，添加Cd會(huì)明顯抑制土壤脲酶和過氧化氫酶活性，但田園土酶活性整體高于山林土。

2 單一重金屬污染對(duì)土壤酶活性的影響

目前，土壤重金屬污染主要包括的元素有Pb、Cd、Cr、Ag、Ni、Hg、As等，可以對(duì)土壤污染程度作出評(píng)價(jià)的土壤酶主要有脲酶、脫氫酶、過氧化氫酶、蔗糖酶等。孟慶峰等[3]研究了重金屬Cd和Pb對(duì)灘涂鹽漬土壤酶活性的影響，結(jié)果表明，重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，Cd和Pb會(huì)提高土壤脲酶活性，抑制過氧化氫酶活性，而重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，Cd和Pb會(huì)提高土壤過氧化氫酶活性，抑制脲酶活性。沈秋悅等[2]的研究也表明，過氧化氫酶活性對(duì)重金屬污染有強(qiáng)烈的反應(yīng)機(jī)制。王巧紅等[1]的研究表明，Cd污染會(huì)抑制土壤蔗糖酶活性，且抑制程度隨污染濃度的增加而增加；酸性磷酸酶活性在Cd污染下表現(xiàn)為“低濃度促進(jìn)高濃度抑制”。廖潔等[4]用不同濃度Cd對(duì)土壤進(jìn)行污染處理，發(fā)現(xiàn)脲酶和酸性磷酸酶活性隨Cd污染濃度的增加而降低，且脲酶變化較酸性磷酸酶更為靈敏。

3 復(fù)合重金屬污染對(duì)土壤酶活性的影響

復(fù)合重金屬污染對(duì)土壤酶活性的影響分為獨(dú)立作用和交互作用2種。獨(dú)立作用即各個(gè)重金屬之間沒有相互影響，包括劑量加和作用和效應(yīng)加和作用，劑量加和作用表現(xiàn)為各個(gè)重金屬的作用機(jī)制和方式相同，作用強(qiáng)度不同；而效應(yīng)加和作用表現(xiàn)為重金屬的作用機(jī)制、方式及部位均不相同。交互作用主要表現(xiàn)在拮抗作用和協(xié)同作用，產(chǎn)生拮抗作用的原因可能是不同的重金屬在土壤表面存在吸附競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，即某種重金屬的存在會(huì)抑制其他重金屬在土壤顆粒上的吸附，進(jìn)而影響其生物有效性；產(chǎn)生協(xié)同作用的原因可能是多種重金屬作用于酶分子，直接抑制酶活性，也可能是通過抑制微生物生長(zhǎng)，間接減少酶的合成。孟慶峰等[3]的研究表明，重金屬Cd和Pb對(duì)灘涂鹽漬土壤酶活性的影響存在交互作用，重金屬Cd是影響土壤脲酶活性的主導(dǎo)因素，Pb是影響土壤過氧化氫酶活性的主導(dǎo)因素。馮丹等[5]研究了Cu、Zn、Pb 3種重金屬復(fù)合污染對(duì)土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶和堿性磷酸酶活性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3種重金屬復(fù)合污染時(shí)，表現(xiàn)為Cu對(duì)土壤酶活性的抑制最明顯，其中對(duì)堿性磷酸酶的抑制排序?yàn)镃u>Zn>Pb；3種水解酶在重金屬復(fù)合污染下表現(xiàn)為堿性磷酸酶最敏感，尤其是Cu、Pb復(fù)合污染。羅虹等[6]的研究表明重金屬鎘、銅、鎳復(fù)合污染土壤時(shí)，對(duì)土壤酶活性的抑制表現(xiàn)為：Cd>Cu>Ni，且3者復(fù)合污染對(duì)脲酶和脫氫酶的抑制效果最強(qiáng)。

4 存在問題

隨著重金屬污染問題日益嚴(yán)峻，土壤酶作為反映土壤污染情況最敏感的指標(biāo)已被廣泛關(guān)注，近年來的研究取得了很多成果，但也存在一些問題：室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)無法完全地模擬自然狀態(tài)下土壤受污染的過程，且培養(yǎng)試驗(yàn)中加入的重金屬含量往往遠(yuǎn)大于自然狀態(tài)下的污染量，因而不能反映土壤真實(shí)的受污染情況，不能實(shí)際有效地解決土壤污染問題；土壤重金屬污染同時(shí)受氣候、土壤的類型、植物的根際效應(yīng)等影響，而現(xiàn)有的研究成果局限性較大，不能得到廣泛推廣；目前的研究?jī)H限于土壤酶對(duì)重金屬污染的響應(yīng)，而對(duì)酶活性的作用機(jī)制方面的研究較少，不能準(zhǔn)確地指示土壤環(huán)境質(zhì)量的變化。

5 展望

為了能更準(zhǔn)確地反映土壤污染狀況，并及時(shí)作出切實(shí)有效地治理，今后對(duì)重金屬污染土壤酶的研究應(yīng)重點(diǎn)從機(jī)理方面入手，如探究土壤酶活性在重金屬污染下的變化機(jī)理、重金屬復(fù)合污染土壤時(shí)各重金屬間的相互作用機(jī)理，并結(jié)合田間實(shí)際重金屬污染情況，研究土壤酶變化的驅(qū)動(dòng)因子等。另外，還可以借助分子手段，探索重金屬污染土壤中更多未發(fā)現(xiàn)的酶的特性，尋找更加敏感、更能普遍推廣的重金屬污染土壤的綜合性指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]王巧紅，董金霞，張君，等.Cd污染對(duì)3種類型土壤酶活性及Cd形態(tài)分布的影響[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，35（3）：339-344.

[3]孟慶峰，楊勁松，姚榮江，等.單一及復(fù)合重金屬污染對(duì)土壤酶活性的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（3）：545-550.

[4]廖潔，王天順，范業(yè)賡，等.鎘污染對(duì)甘蔗生長(zhǎng)、土壤微生物及土壤酶活性的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017，30（9）：2048-2052.

[2]沈秋悅，曹志強(qiáng)，朱月芳，等.重金屬Cd污染對(duì)土壤微生物活性影響的研究[J].環(huán)境污染與防治，2016，38（7）：11-14，24.

[5]馮丹，王金生，滕彥國(guó).銅、鋅和鉛復(fù)合污染對(duì)土壤水解酶活性的影響[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，32（4）：411-417.

[6]羅虹，劉鵬，宋小敏.重金屬鎘、銅、鎳復(fù)合污染對(duì)土壤酶活性的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2006（2）：94-96，121.