磷添加对土壤中砷释放及土壤酶活性的影响

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如今,砷(As)已经成为最普遍的和高毒性的金属类污染物之一。磷作为一个同族元素,其间的环境行为等方面具有类似的特征,也被一些学者定义为土壤砷毒性改变的有效方法。土壤酶对As污染很敏感,因此,经常被用作评估As毒性的生物指标。但是在磷参与下,土壤酶对土壤砷污染的响应研究报道较少。因此开展砷污染下,磷的参与后,土壤酶的响应及作用机理研究,及采用土壤酶来准确快速评价污染程度,具有十分重要的理论和实践意义。为此本篇论文,采用我国主要的湖南石门和云南的实地污染土壤为对象,借助室内模拟试验,利用荧光分析等方法,分析了磷添加后,土壤有效态砷含量的变化、土壤碳氮磷循环催化酶——脲酶(URE)、酸性磷酸酶(AcP)活性的变化,微生物活性相关酶——脱氢酶(DHA)、荧光素二乙酸酯(FDA)水解酶的变化,计算了不同条件下土壤砷污染的生态剂量,并利用冗余分析对影响生态剂量的主要因素进行了解析,获得的一些主要结果如下:(1)来自云南的10个砖红壤和来自湖南的10个红壤土中,磷最大吸附量(Qmax)的差异很大,其范围在180.72至3940.01 mg kg-1之间。与红壤相比,砖红壤对磷吸附的能力更大。除了砖红壤的SOM含量,其他变量都没有达到显著水平。不同的磷施用率对土壤中的As解吸有明显影响。随着P浓度的增加,As的解吸量也在增加。根据冗余分析结果,总砷含量在两种类型土壤中砷的解吸中起主导作用。(2)研究了两种类型土壤中的土壤酶活性,如脲酶、酸性磷酸酶、FDA和脱氢酶。总砷含量与红壤中的土壤酶和功能多样性指数有明显的负相关。在As污染最严重的土壤(>1000 mg kg-1)中,土壤酶活性最低,归结于其中较高的As污染和较低的SOM含量。通过计算生态剂量ED10和ED50(造成酶参数下降10%和50%的As浓度),发现基于脲酶活性计算获得最低的ED10和ED50值,可以作为土壤砷污染阈值研究的一个指标。总酶活性、几何平均数和加权平均数指标可以更好地反映长期受As污染土壤的功能多样性特征。(3)为了研究As的解吸特征,在添加P的情况下进行了老化实验。在30天的老化试验中,监测土壤中出现了不同的As释放趋势。加入P后,As的最大解吸量依次为H1(60.54%)>H10(22.15%)>H4(6.24%),分别为2895.45 mg kg-1、38.67 mg kg-1和644.96 mg kg-1。研究结果发现在H1和H4土壤中,As的释放在第30天后没有达到稳定状态,说明30天的老化试验是不够的。同时,在H10土壤中,As的释放最初是增加的,随后减少,在试验结束时达到稳定状态。土壤的物理化学性质,如土壤有机质含量和总As含量,对As释放效率起着重要作用。(4)在30天的老化试验中,不同土壤有不同的As组分释放趋势。在H1和H4土壤中,P添加导致水溶态(FWS)、交换态(FEX)、碳酸盐结合态(FCB)、腐殖质结合态(FHM)、铁锰氧化物结合态(FFM)的As含量增加,而残渣态(FRES)组分的As含量减少。在大多数情况下,第1-7天的As组分从FRES、FFM、FCB转变为FWS和FEX组分。此后,在第7-30天,FWS和FEX逐渐转变为后续的组分。在H10土壤中,在第1-3天,FWS和FEX组分转化为FCB、FHM、FFM、强有机结合态(FOM)组分,在第7-30天转化为FHM-FOM组分。这表明,P的添加和老化过程影响了长期As污染土壤中As的释放。(5)AcP活性受施用P、老化时间和土壤中As释放的共同影响。变异分配分析(VPA)结果发现,对于H1,添加的P浓度是影响土壤酸性磷酸酶的最大因素。对于H4和H10土壤来说,As的解吸和老化时间分别影响AcP活性,而添加的P和解吸的As共影响更大。综上所述,我们建议应控制化学磷肥的施用,因为这可能引发土壤中As释放量的增加。AcP可以用于在施用P的砷污染土壤中As的毒性评价。本研究旨在确定施用P对As(Ⅴ)流动性的影响及其对土壤酶活性的影响。根据研究结果,可以得出以下结论;砷的流动性和生物利用率随着施磷量的增加而增大;有机质含量较高的土壤可以减少As(Ⅴ)对土壤酶的影响;酸性磷酸酶可以作为施磷后砷释放的毒性评估。本研究利用土壤酶评估P施用后土壤As污染的程度,其在理论上和实践上具有重要意义。
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