不同大氣污染區(qū)林木根區(qū)土壤重金屬和酶活性研究

1、生態(tài)環(huán)境200615(3):513518EcologyEnvironmentEmail:edit@作者簡(jiǎn)介：陳紅躍（1964－），男，副教授，博士研究生，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)公益林培育和污染生態(tài)學(xué)。Email:chenyue@scau.收稿日期：20060415不同大氣污染區(qū)林木根區(qū)土壤重金屬和酶活性研究陳紅躍1，閆雪燕1，陳明潔2，劉錢1，廖宇紅11.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，廣東廣州510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，廣東廣州510642摘要

2、：黃埔區(qū)是廣州市污染較嚴(yán)重的地區(qū)，其中林木也受到了大氣等污染物的危害。林木根區(qū)的土壤重金屬和酶活性是探討污染對(duì)林木影響機(jī)制和反映污染程度的重要指標(biāo)。作者分別在該區(qū)的石化廠、硫酸廠附近林地和非污染的華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校園（對(duì)照）共3個(gè)區(qū)選擇了臺(tái)灣相思、馬尾松、尾葉桉和荔枝4個(gè)樹種、11個(gè)采樣點(diǎn)，共采集了33個(gè)供試土壤樣品，分析了林木根區(qū)土壤重金屬（Cu、Zn、Pb、Cd）全量、有效量和土壤酶（脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶和蛋白酶）活性。結(jié)果表明

3、，（1）石化廠重金屬含量總體上與對(duì)照區(qū)差異不大，而硫酸廠區(qū)重金屬含量則顯著地高于對(duì)照區(qū)，污染嚴(yán)重。（2）不同調(diào)查區(qū)根區(qū)土壤酶活性存在顯著差異，各調(diào)查區(qū)平均土壤酶活性大小順序基本上表現(xiàn)為：對(duì)照區(qū)石化廠區(qū)硫酸廠區(qū)，尤其是硫酸廠區(qū)顯著地低于對(duì)照區(qū)；而同一調(diào)查區(qū)不同樹種之間的酶活性也存在差異，臺(tái)灣相思根區(qū)土壤脲酶的活性均比其它樹種高；從酶活性看，在硫酸廠嚴(yán)重污染脅迫下，臺(tái)灣相思比尾葉桉更耐污染。（3）對(duì)土壤重金屬含量和酶活性進(jìn)行典型相關(guān)分析得出

4、：根區(qū)土壤有效Zn含量對(duì)過氧化氫酶和酸性磷酸酶活性有明顯的刺激作用，但抑制了蛋白酶活性；有效Cd則抑制了過氧化氫酶和酸性磷酸酶活性，但刺激了蛋白酶活性。關(guān)鍵詞：大氣污染；林木根區(qū)土壤；土壤重金屬；土壤酶活性中圖分類號(hào)：X503.235文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16722175（2006）03051306近50年來，環(huán)境中污染物與生物有機(jī)體之間的相互作用規(guī)律與機(jī)理研究引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，無論是國內(nèi)的污染生態(tài)學(xué)（pollutionec

5、ology）還是國外的環(huán)境保護(hù)生態(tài)學(xué)（ecologyfenvironmentprotection），都把重金屬作為環(huán)境中的一類優(yōu)先污染物進(jìn)行研究[1]。土壤酶是土壤生物化學(xué)過程的積極參與者，是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過程的重要角色，土壤酶活性是土壤生產(chǎn)力和土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[24]。無論是土壤重金屬還是土壤酶，近年來都受到了國內(nèi)外污染生態(tài)研究上的重視。國內(nèi)對(duì)污染脅迫下土壤重金屬和酶活性進(jìn)行了許多研究，如酸雨脅迫下的土壤重金屬問題

6、[56]，土壤酶問題[78]，污染環(huán)境中土壤重金屬和酶的關(guān)系[910]等等。上述研究多集中在土壤與污染物間的關(guān)系機(jī)制上，而很少涉及到生物因子，如林木方面的問題。這方面的研究是目前的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。為此，本文選擇了兩種污染區(qū)和清潔區(qū)（對(duì)照區(qū)）不同林木根區(qū)土壤為研究對(duì)象，對(duì)其在污染的脅迫、林木作用參與下，土壤重金屬和土壤酶狀況進(jìn)行比較研究，以探討污染物與生物體共同作用下土壤重金屬和酶的變化機(jī)制，并為城市工業(yè)污染區(qū)抗性樹種的選擇提供參考。1研究

7、地區(qū)概況1.1自然概況黃埔區(qū)地處廣州市東部，珠江沿岸，西鄰天河區(qū)，北靠白云區(qū)，東接增城市，南與番禺區(qū)隔江相望。區(qū)內(nèi)地勢(shì)北高南低，主要地貌為低丘、臺(tái)地和平原。全區(qū)處于北回歸線以南，面臨南海，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫21～22℃，最冷月（1月）平均氣溫13℃左右，最熱月（7月）平均氣溫29℃左右。年平均降水量1670mm，一般4～9月為多雨期，10月至翌年3月為旱季。區(qū)內(nèi)林分多為人工桉樹林、相思林或馬尾松（Pinusmassonian

8、a）人工、次生林。土壤均為花崗巖赤紅壤。1.2調(diào)查地概況調(diào)查地分三個(gè)地段：廣州市黃埔區(qū)石化廠北面山坡、黃埔區(qū)硫酸廠西南面山坡和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校園長(zhǎng)崗及其附近山坡地的對(duì)照區(qū)。三個(gè)地段立地條件基本一致，均為南亞熱帶低丘中上部、中部和及山腳。選擇荔枝（Litchichinensis）、臺(tái)灣相思（Acaciaconfusa）、馬尾松和尾葉桉（Eucalyptusurophylla）為研究樹種。在林木的選擇上，相同樹種盡量選擇胸徑、樹高或年齡接近的

9、林木，具體的采樣點(diǎn)基本情況見表1（下頁）。廣州石化廠是生產(chǎn)石油化工產(chǎn)品的大型企業(yè)，附近還包括廣州乙烯廠。石化廠的采樣地大田山位于廠區(qū)北面，受一定程度的大氣污染，大部分林木生長(zhǎng)基本正常，林地植物未見大量死亡。另外一處污染地龜山位于黃埔區(qū)硫酸廠（包括化工廠）南至西南面山坡，山體中心地段受污染嚴(yán)重，林地植被大量枯死，剩下少量潺槁樹（Litseaglutinosa）、臺(tái)灣相思及低洼地帶的尾葉桉等。裸露地表土流失殆陳紅躍等：不同大氣污染區(qū)林木根區(qū)

10、土壤重金屬和酶活性研究515多差異顯著。表2計(jì)算得出，石化廠林木根區(qū)土壤Cu、Zn、Pb、Cd全量的平均值是對(duì)照區(qū)的1.34，1.11，0.93，0.54倍，其有效態(tài)含量的平均值是對(duì)照區(qū)的0.93，0.52，0.37，0.34倍，即在石化廠污染區(qū)土壤中全Pb、全Cd以及四種金屬的有效態(tài)含量比對(duì)照區(qū)還要低，這說明石化廠大氣污染并未使土壤重金屬污染加重，或者該污染條件下可能有利于重金屬的遷移流失，也可能是與土壤特性和背景值等狀況有關(guān)，其原因

11、有待進(jìn)一步查明。硫酸廠污染區(qū)的土壤則明顯地受到了Cu、Zn、Pb、Cd的嚴(yán)重污染，該區(qū)四種重金屬的全量平均值為對(duì)照區(qū)的2.98、8.11、3.90、43.22倍，而有效態(tài)含量是對(duì)照區(qū)的4.52、12.52、7.56、24.02倍，比對(duì)照區(qū)高出很多。參照土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB15618—1995），該區(qū)鋅和鎘的含量嚴(yán)重超標(biāo)。全量的增加可能與該地的污染物有關(guān)；有效量的增加可能與硫酸廠長(zhǎng)期的排放物酸性氣體，附近的土壤長(zhǎng)期受酸雨的淋蝕有關(guān)。

12、一些實(shí)驗(yàn)室的模擬研究指出[5613]，酸性環(huán)境下，土壤各種重金屬活性被激活顯著地增加土壤中重金屬的溶出，使得重金屬的有效態(tài)含量相對(duì)增加。長(zhǎng)期受硫酸廠酸雨及其它污染物污染的土壤不但重金屬富集量大，而且溶出也大。有些林木的根區(qū)環(huán)境狀況能影響土壤中重金屬的化學(xué)過程，一定程度上能對(duì)重金屬污染起到修復(fù)作用[14]。由表2不難看出，在污染相當(dāng)嚴(yán)重的硫酸廠污染區(qū)，臺(tái)灣相思根區(qū)土壤的重金屬全量、有效量普遍比尾葉桉和裸露地要低，說明在嚴(yán)重脅迫條件下，其根

13、系對(duì)環(huán)境污染物含量的降低有明顯作用。3.2不同污染區(qū)林木根區(qū)土壤的酶活性隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，有毒氣體及其它污染物的大量排放，導(dǎo)致土壤生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重破壞。作為在土壤系統(tǒng)的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)運(yùn)過程中起著不可忽視作用的土壤酶，其活性大小在一定意義上能反映土壤受污染水平，因?yàn)樗麄儏⑴c土壤系統(tǒng)中各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和吸收。表3為不同污染區(qū)林木根區(qū)土壤的酶活性。對(duì)所調(diào)查的各土樣的脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶和脫氫酶活性采用Duncan檢驗(yàn)法進(jìn)行方差分析，結(jié)果表

14、明，不同供試土壤的不同酶活性存在極顯著差異（PrF石化廠區(qū)硫酸廠區(qū)；馬尾松根區(qū)除蛋白酶活性外，均為對(duì)照區(qū)石化廠區(qū)硫酸廠區(qū)。尾葉桉根區(qū)過氧化氫酶和酸性磷酸酶的活性順序是對(duì)照區(qū)石化廠區(qū)硫酸廠區(qū)；而脲酶和蛋白酶的活性順序是石化廠區(qū)對(duì)照區(qū)硫酸廠區(qū)；有關(guān)的研究表明[814]，土壤重金屬污染的加劇，導(dǎo)致酶活性的降低。由上述的酶活性比較順序可得知，硫酸廠污染已最嚴(yán)重，石化廠有輕度污染。無論在對(duì)照區(qū)還是污染區(qū)，臺(tái)灣相思基本上表現(xiàn)為根區(qū)土壤酶活性比尾葉桉

15、和荔枝高，部分比馬尾松高。特別是，臺(tái)灣相思土壤脲酶的活性在各區(qū)均比其它樹種高得多，這可能與其具有固氮的特性有關(guān)。在對(duì)照區(qū)，臺(tái)灣相思的酸性磷酸酶活性尾葉桉。說明在污染地區(qū)臺(tái)灣相思根系更有利于土壤酸性磷酸酶活性的提高；在對(duì)照區(qū)和輕度污染的石化廠污染區(qū)臺(tái)灣相思的蛋白酶活性尾葉桉，而在污染嚴(yán)重的硫酸廠污染區(qū)臺(tái)灣相思的過氧化酶活性尾葉桉，說明在污染較嚴(yán)重地區(qū)尾葉桉反而能提高過氧化氫酶的活性。表3供試土壤的酶活性Table3Theenzymatic

16、activitiesofsoilsamplestested脲酶過氧化氫酶酸性磷酸酶蛋白酶供試樣品w(NH3N)(mgg1)（37，24h）[c(KMnO4)(0.1molL1)](mLg1)（25，20min）w(酚)(mgg1)（37，24h）w(NH2N)(mgg1)（30，24h）SHT1.61833B1.54667E45.3933E0.085000GSHM0.20767F1.27667F48.5900D0.270000ASHW0

17、.22033F1.26000F18.8667H0.136667ESHL0.15100H(G)1.28667F16.2133I0.248000CLST0.27033E0.64733H29.3333F0.045667HLSW0.19233F(G)0.73233G15.0567I0.0246667ILSL0.11500H0.29800I2.8167G0.017333JCKT6.13733A3.24700B86.6800C0.220333DCK