随着现代工业的高速发展,土壤重金属污染已逐渐成为一个全球性环境问题。重金属污染具有隐蔽性和滞后性,极大地增加了土壤重金属污染监测和治理的难度。土壤酶及微生物作为土壤中物质循环和能量流动的主要驱动因子,在保证土壤生态系统正常运转中起到重要作用,同时其对土壤环境条件的变化十分敏感,可作为评价土壤重金属污染程度的重要指标之一。研究重金属污染及修复过程中土壤酶活性及微生物的变化,对土壤重金属污染的治理具有重要意义。铅和铬是两种污染分布广泛且危害严重的重金属。本课题选取与土壤中碳、氮、磷矿化相关的葡萄糖苷酶、几丁质酶和磷酸酶及土壤微生物作为研究对象,探究了铅、铬污染对土壤酶活性及微生物活动的影响,解析了急性和长期重金属污染情况下土壤中生化进程的转变。在此基础上,利用根箱实验探究了动物粪肥和其热解对的生物炭这两种形式有机质添加后,铬污染土壤中重金属形态变化、酶活性时空分布及微生物群落的响应。本研究揭示了土壤中铅和铬对土壤生物指标及微生物群落多样性的影响,为建立重金属污染早期预警指标及重金属铬污染土壤的生物修复提供理论依据和技术支持。首先利用未受重金属污染的土壤进行外源重金属添加实验,研究了铅污染对土壤酶活性的作用规律。结果表明,森林土和耕地土中酶活性对铅污染的敏感程度不同,当铅浓度为0¹000 mg·kg^-1时,对森林土壤酶活性整体为促进作用,对耕地土壤酶活性整体为抑制作用;微生物量磷随着铅浓度的升高呈现先增多后减少的趋势。土壤性质影响铅对土壤酶和微生物的作用,有机质含量高的土壤中重金属生物有效性较弱,对土壤酶活性及微生物活动的抑制相对较小。其次针对四川省某化工厂铬污染场地土壤进行采样调查,研究发现铬主要以有机结合态和残渣态形式存在,占总铬含量的55%以上。土壤有机质含量与总铬含量呈正相关,与铬生物有效系数呈负相关。土壤有机质能够有效钝化和固定铬,降低其生物有效性。长期土壤铬污染显著抑制几丁质酶和磷酸酶活性,降低了土壤中氮磷的矿化速率,不利于植物吸收利用营养元素,阻碍了土壤中的元素循环和能量流动。最后进一步利用从污染场地收集的铬污染土壤进行玉米根际箱实验,采用原位酶谱技术比较了有机肥及其生物炭施用后土壤酶活性的时空分布。探究了两种有机质施用下土壤pH、植物生物量,以及铬形态特征变化,并比较了两种有机质添加对土壤微生物群落结构组成和多样性的影响。研究发现污染土壤中有机肥及生物炭的施用显著缓解了土壤的酸化,降低了酸溶性铬的含量,减缓了铬对β-葡萄糖苷酶和磷酸单酯酶的抑制。生物炭的石灰化效果较有机肥好,显著提高了玉米茎叶生物量。同时因施入有机肥和生物炭后增加了土壤养分,酶活性根际范围和土壤热点范围均减小,其中有机肥处理减小得更多。有机肥和生物炭施用导致土壤中微生物物种总数减少,物种丰富度和均匀度减弱,且有机肥的作用较生物炭更为强烈,但部分菌种丰度增加以保持土壤中有机物的矿化-合成平衡。