纳米银对湿地土壤酶活性影响的研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:julia_203
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纳米银颗粒(AgNPs)是粒径在1-100nm之间的金属银单质。由于AgNPs具有稳定的物理和化学性质,在电子、光学、催化等方面体现出十分优异的性能,而广泛应用于催化剂材料、电池电极材料、光学材料、抗菌材料、涂料等。同时AgNPs的广泛应用同时也造成其大量进入土壤环境,造成污染。土壤酶是土壤中具有催化能力的蛋白质的总称,参与了所有土壤生化反应,其活性可以表征土壤内物质的交换情况,可以作为土壤质量评价的重要指标。因此,本研究以土壤酶活性为研究对象,在添加不同浓度AgNPs条件下,探究AgNPs对土壤酶的胁迫作用以及土壤酶在土壤生态系统中的功能和潜在作用机制。此外,为研究人工湿地中AgNPs污染的生态修复和去除提供理论依据和技术支持。主要内容包括以下几个方面:对于AgNPs的制备,本文围绕AgNPs的可控制备及形成机理展开了研究。利用乙醇作为还原剂和溶剂、硝酸银作为银源、PVP作为覆盖剂,通过试验探讨了反应物浓度比例、反应时间、反应温度、搅拌速率等不同参数对制备AgNPs最终形貌和尺寸的影响,最终经过多种表征方法确定得到了尺寸分布约10nm左右、分散性良好的AgNPs作为后续试验的材料。通过土培实验,以AgNPs胁迫下土壤脲酶、脱氢酶、中性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和β-葡萄糖苷酶活性为研究对象,探究AgNPs浓度和接触时间对土壤酶活性的影响,并设AgN03对照,探究AgNPs在土壤中迁移、转化和致毒机制。结果显示:AgNPs对土壤脱氢酶的胁迫效应呈现较为明显的剂量效应,随着土壤中添加的AgNPs浓度的增加,土壤脱氢酶受抑制程度逐渐增大。AgN03处理组情况也十分类似,但抑制作用更明显。脲酶活性在低浓度AgNPs处理组胁迫下的变化不明显,而高浓度AgNPs对土壤脲酶活性抑制作用非常强。高浓度AgN03处理组中脲酶活性抑制作用同样明显,且酶活性在培养过程中持续降低。中性磷酸酶活性面对AgNPs的胁迫,整体受抑制程度相对较小。低浓度AgNPs处理组作用下,酶活性仅有轻微波动。AgN03对照组中性磷酸酶的抑制程度较大,10μg/g时抑制程度就超过20%,而100μg/gAgN03抑制程度更明显,达到约50%。芳基硫酸酯酶活性在AgNPs胁迫下先出现抑制,并随着接触时间的增加酶活性逐渐恢复,剂量效应不明显。而AgNO3类似于AgNPs的变化,但抑制程度稍大。低浓度AgNPs处理组对β-葡萄糖苷酶活性有一定程度的激发,而高浓度时显著抑制酶活性,而不同浓度AgNO3均显著抑制了土壤β-葡萄糖苷酶活性。在垂直流人工湿地装置试验中,探究了 AgNPs胁迫下湿地系统根际土壤酶活性的变化,并通过有无植物的对比,深入分析湿地植物在AgNPs胁迫下的作用。结果显示,脱氢酶活性出现明显下降趋势,浓度效应明显,脲酶、中性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶活性都呈现出轻微抑制,而芳基硫酸酯酶活性几乎保持不变。所有酶活性都呈现明显的季节变化,与植物的生长发育显著相关。同时通过湿地中有无植物的对比发现,有植物组土壤酶变化幅度明显较小,植物在人工湿地中起着明显缓冲的作用。
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