張永蘭， 尚 璐， 王友保， 韋晶晶

(1.安徽師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，生物環(huán)境與生態(tài)安全安徽省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 蕪湖 241000；2.池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 園林系，安徽 池州 247000)

我國(guó)土壤鋅污染問題在近年開始涌現(xiàn)，土壤鋅污染報(bào)道不斷增加。進(jìn)入土壤中的鋅在生物地球化學(xué)過程中活性較為保守，遷移和轉(zhuǎn)化時(shí)間長(zhǎng)。據(jù)Allaway估算，在沒有外來鋅繼續(xù)加入的情況下，只通過植物吸收使其在土壤中消失的時(shí)間約為1000年[1]。土壤被鋅污染后，由于其累積性和不可逆轉(zhuǎn)性的污染特點(diǎn)，直接對(duì)土壤-植物系統(tǒng)產(chǎn)生危害，并影響到人類健康，嚴(yán)重時(shí)使土壤失去自然生產(chǎn)力，成為不毛之地[2-4]。土壤酶作為土壤新陳代謝的主要因素，是最為活躍的土壤有機(jī)成分之一，直接影響土壤中進(jìn)行的生物地球化學(xué)過程。有研究論證了影響土壤酶活性的因素主要有：土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤養(yǎng)分及微生物種類等[5]，土壤酶活性可以反映土壤中進(jìn)行的各種生物化學(xué)過程的強(qiáng)度和方向，與土壤肥力密切相關(guān)[6-9]。同時(shí)，重金屬對(duì)土壤酶活性抑制或激活作用的表現(xiàn)也比較敏感[10]。所以土壤酶活性是土壤肥力評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一，也是土壤自凈能力的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。在污染土壤的監(jiān)測(cè)和治理工作中，可以將土壤酶活性作為監(jiān)測(cè)土壤重金屬污染的重要生物活性指標(biāo)[10,13]。吊蘭(Chlorophytumcomosum)隸屬于百合科吊蘭屬，為常用園林觀賞植物，生命力旺盛，繁殖力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)。本文選取吊蘭作為試驗(yàn)材料，進(jìn)行重金屬鋅污染條件下的栽培實(shí)驗(yàn)，旨在研究重金屬鋅污染對(duì)土壤酶活性的影響，以及吊蘭對(duì)重金屬鋅污染土壤的修復(fù)效果，為治理和修復(fù)重金屬鋅污染土壤提供參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

供試土壤取自于安徽師范大學(xué)后山，土壤類型為黃棕壤，其基本性質(zhì)：pH為4.775，電導(dǎo)率為107.500μS·cm-1，氧化還原電位為150.000mV，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量分別為4.751、0.770和0.949g·kg-1，土壤全鋅含量為83.530mg·kg-1。土壤采集后，除去動(dòng)植物殘?bào)w、石礫等雜物，于室內(nèi)通風(fēng)處風(fēng)干，磨細(xì)后過3mm篩，混勻后備用。

吊蘭購(gòu)自合肥市裕豐花市，預(yù)培養(yǎng)一周后，選取生長(zhǎng)情況大致相同、葉片飽滿、根系豐富的吊蘭幼苗作為實(shí)驗(yàn)材料。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)以乙酸鋅為重金屬添加劑，一次性加入不同體積的乙酸鋅溶液，并將其與土壤充分混勻，使土壤含鋅量分別為200、500、800、1000、1500、2000和2500mg·kg-1，以不添加鋅的土壤為對(duì)照(CK)，共8個(gè)處理。將混勻后加有不同鋅濃度的土壤分別裝入對(duì)應(yīng)的花盆中。每盆裝土700g，其中根際300g，非根際400g(根際是用自制的尼龍網(wǎng)袋分開的)，預(yù)培養(yǎng)4周。實(shí)驗(yàn)設(shè)栽種吊蘭的栽培組和不栽培吊蘭的空白組。上述每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。

1.3植物栽培及取樣

土壤經(jīng)預(yù)培養(yǎng)處理后，每盆栽種2株吊蘭，分別于栽培當(dāng)天和栽培后第18天、36天及54天在吊蘭的根際、非根際以及空白組中取出適量的土，并置于0～4℃冰箱中保存，用于測(cè)量土壤中土壤酶活性。

1.4測(cè)定方法

土壤酶活性測(cè)定參照關(guān)松蔭等[14]介紹的方法：過氧化氫酶采用0.1mol·L-1KMnO4滴定法，其活性以1g土壤培養(yǎng)20min后消耗的0.1mol·L-1KMnO4的毫升數(shù)表示；蔗糖酶采用Na2S2O3滴定法測(cè)定，其活性以1g土壤37℃下培養(yǎng)24h后，所消耗的0.1mol·L-1Na2S2O3的毫升數(shù)表示；脲酶采用苯酚鈉比色法測(cè)定，其活性以24h內(nèi)1g土壤中NH3-N的毫克數(shù)表示；堿性磷酸酶采用比色法測(cè)定，其活性以1g土壤37℃下培養(yǎng)2h后，所消耗的酚的毫克數(shù)(折算為100g土中P2O5的毫克數(shù))表示。

以上所用容器均用2%HNO3浸泡24h后使用，以避免重金屬的各種可能性污染。

1.5數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析主要采用的是Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0兩種軟件。利用Microsoft Excel 2003對(duì)三個(gè)平行樣的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差等進(jìn)行計(jì)算；使用SPSS 17.0進(jìn)行不同處理之間的多重比較，以及數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與討論

有研究表明土壤酶活性與土壤微生物、土壤有機(jī)質(zhì)及植物等顯著相關(guān)。土壤微生物活性與蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性有直接相關(guān)關(guān)系[15-16]，土壤有機(jī)質(zhì)的存在狀況和含量會(huì)顯著影響土壤酶活性，植物主要通過根系分泌物和根系分泌物作用于根際微生物區(qū)系而引起對(duì)土壤酶活性的影響[17]。

2.1鋅污染對(duì)土壤酶活性的影響

隨著栽培時(shí)間的增加，吊蘭根際土壤中過氧化氫酶的活性逐漸變大(表1)。這可能是因?yàn)樵诘跆m根際土壤中，隨著栽培時(shí)間的增加，根際土壤中微生物及有機(jī)質(zhì)的含量增加有關(guān)。但隨著土壤鋅濃度的增加，過氧化氫酶的活性逐漸降低，說明重金屬鋅對(duì)過氧化氫酶活性有抑制作用，且在不同培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)，過氧化氫酶活性與重金屬鋅濃度之間也均達(dá)到了極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(表1)。

隨著栽培時(shí)間的增加，吊蘭根際土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性呈先增后減的趨勢(shì)，栽培至第36天時(shí)三者活性達(dá)到最大值，之后有所降低(表2、表3、表4)?？赡苁窃谠耘喑跗冢跆m根際的分泌物刺激了微生物的繁殖，根毛枯死等原因使根際土壤中有機(jī)質(zhì)表現(xiàn)出暫時(shí)的增加，從而使幾種酶的活性初始表現(xiàn)為增長(zhǎng)。但隨著有機(jī)物質(zhì)的消耗減少，微生物的活性降低，從而酶的活性出現(xiàn)降低。同時(shí)，土壤中的鋅對(duì)這三種酶也具有一定的低濃度促進(jìn)，高濃度抑制的現(xiàn)象。但三種酶對(duì)鋅濃度的敏感程度不一樣。與CK組土壤酶活性相比，在土壤鋅濃度小于500mg·kg-1時(shí)，根際土壤中蔗糖酶的活性隨著土壤鋅濃度的增加而變大，當(dāng)土壤鋅濃度大于500mg·kg-1時(shí)，蔗糖酶活性隨著土壤鋅濃度的增加而減??；土壤鋅濃度為200mg·kg-1時(shí)，根際土壤中脲酶和磷酸酶活性有所提高，當(dāng)土壤鋅濃度大于200mg·kg-1時(shí)，脲酶和磷酸酶活性隨著鋅濃度的增大逐漸變小。這種現(xiàn)象的原因可能是低濃度環(huán)境下，吊蘭的根對(duì)鋅產(chǎn)生一定的吸附作用，降低重金屬的影響，但達(dá)到吸附飽和后，則表現(xiàn)出鋅對(duì)微生物的抑制作用，進(jìn)而降低土壤酶的活性。

表1 鋅污染對(duì)土壤中過氧化氫酶活性的影響

注：表格同一列中小寫字母表示過氧化氫酶活性在同一時(shí)期不同濃度處理下的差異性；同一行中大寫字母表示過氧化氫酶活性在同一濃度不同時(shí)期下的差異性(p<0.05)。下同

表2 鋅污染對(duì)土壤中蔗糖酶活性的影響

續(xù)表2

部位鋅處理濃度(mg·kg-1)蔗糖酶的活性(C6H12O6,mg·g-1·day-1)栽培當(dāng)天栽培后第18天栽培后第36天栽培后第54天空白CK5.879±0.214cA5.517±0.181cB5.289±0.077cC5.090±0.044cC2008.040±0.098bA7.770±0.166bB7.500±0.101bB6.839±0.142bC50011.908±0.086aA11.129±0.120aA10.728±0.077aB8.396±0.129aC8005.829±0.117cA5.822±0.085cA5.737±0.098cA5.360±0.160cB10003.754±0.077dA3.192±0.096dB2.844±0.096dC2.737±0.086dC15002.943±0.077eA2.268±0.163eB1.998±0.065eC1.827±0.044eC20001.784±0.121fA1.635±0.121fA1.472±0.113fB1.528±0.107eAB25001.557±0.119fA1.479±0.137fA1.329±0.089fB1.351±0.107eB

表3 鋅污染對(duì)土壤中脲酶活性的影響

表4 鋅污染對(duì)土壤中磷酸酶活性的影響

比較栽培吊蘭的實(shí)驗(yàn)組與不栽培吊蘭的空白組，以及吊蘭根際與非根際環(huán)境可以發(fā)現(xiàn)，幾種土壤酶活性均表現(xiàn)為吊蘭根際土壤酶活性>非根際土壤酶活性>空白組土壤酶活性，且這種差異性在吊蘭生長(zhǎng)的不同時(shí)期均表現(xiàn)顯著(p<0.05，如表5所示)。非根際土壤、空白組土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性隨土壤鋅濃度的變化趨勢(shì)與吊蘭根際環(huán)境的變化趨勢(shì)相似；非根際土壤中幾種土壤酶活性隨栽培時(shí)間的變化趨勢(shì)也與根際環(huán)境的變化趨勢(shì)相似。而空白組土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性隨栽培時(shí)間增加而逐漸減小，這說明種植吊蘭可以有效降低鋅污染對(duì)土壤酶活性的影響，提高土壤酶活性。

2.2土壤酶活性與土壤鋅濃度和培養(yǎng)時(shí)間的相關(guān)性分析

從表6中可以看出四種土壤酶活性與栽培時(shí)間及土壤鋅濃度之間的相關(guān)性顯著。從影響系數(shù)可以看出根際與非根際土壤中，土壤酶活性與栽培時(shí)間之間呈正相關(guān)，而空白組土壤中酶活性與栽培時(shí)間之間呈負(fù)相關(guān)，土壤酶活性與土壤鋅濃度之間呈負(fù)相關(guān)，且栽培時(shí)間對(duì)土壤酶活性的影響系數(shù)要大于土壤鋅濃度對(duì)土壤酶活性的影響系數(shù)。這和培養(yǎng)時(shí)間增加后，土壤酶獲得了一定的修復(fù)有關(guān)。

3 結(jié) 論

3.1根際土壤中酶活性隨栽培時(shí)間的增加而變大，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性在栽培至第36天時(shí)達(dá)到最大值，隨后有所下降；非根際土壤中酶活性隨栽培時(shí)間的變化趨勢(shì)與根際土壤的變化趨勢(shì)相似；空白組土壤因受重金屬鋅影響且沒有吊蘭修復(fù)，其土壤酶活性隨栽培時(shí)間的增加逐漸降低。根際土壤中酶活性>非根際土壤中酶活性>空白組土壤中酶活性。

3.2根際土壤中過氧化氫酶活性隨土壤鋅濃度的增加逐漸降低，脲酶、磷酸酶活性在土壤鋅濃度為200mg·kg-1時(shí)達(dá)到最高值，而蔗糖酶則在土壤鋅濃度為500mg·kg-1時(shí)達(dá)到頂峰。非根際土壤、空白組土壤中酶活性隨土壤鋅濃度的變化趨勢(shì)與吊蘭根際土壤的變化趨勢(shì)相似。

表5 根際土壤、非根際土壤、空白組土壤中土壤酶活性配對(duì)t檢驗(yàn)

注：*代表p<0.05，差異性顯著；**代表p<0.01，差異性極顯著

表6 土壤酶活性與栽培時(shí)間及土壤鋅濃度的多元線性回歸分析

注：1：x1代表吊蘭栽培天數(shù)；2：x2代表土壤鋅濃度；3：*代表p<0.05，相關(guān)性顯著；4：**代表p<0.01，相關(guān)性極顯著

3.3 栽培時(shí)間對(duì)土壤酶活性的影響大于土壤鋅濃度對(duì)土壤酶活性的影響。