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本文通过对采自广州郊区的冲积型水稻土及旱地赤红壤中加入不同浓度的重金属铬(Cr)和镍(Ni)进行单因素及复合因素的人工模拟污染,对重金属元素在不同土壤中的动态分布变化情况、土壤呼吸强度、微生物生物总量、呼吸熵以及过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶、转化酶活性进行动态连续观测,探讨了Cr、Ni污染对耕地土壤的微生物生物量以及土壤酶活性活性的影响,为重金属污染土壤的修复、环境质量评价,尤其为土壤重金属复合污染预警提供有益的参考,取得如下结果:
在不同的培养时间内,土壤中Cr、Ni的DTPA浸提率呈现出不同的变化趋势:不同处理的Ni的DTPA浸提率从28d的60-70%左右下降到168d的40-50%左右;Cr的浸提率在84d以内,随着时间的延长逐渐下降,水稻土中不同处理的Cr的浸提率从28d的0.25-0.37%左右下降到84d的0.07-0.16%左右;赤红壤中不同处理的Cr的浸提率从28d的0.67-1.50%左右下降到84d的0.29-0.66%左右,在84d到168d内,无论是水稻土还是赤红壤的浸提率的变化不大。土壤中金属的DTPA浸提量与全量呈现显著的正相关,对水稻土与赤红壤不同培养时间内Cr、Ni的DTPA浸提率进行T检验,水稻土中Cr、Ni的DTPA浸提率都小于赤红壤。DTPA被认为是能快速简便地浸提出土壤中具有生物有效性的水溶性、交换态、吸附态、有机固定态和部分氧化态的金属,但在本试验条件下,无论是水稻土还是赤红壤中对Cr的DTPA浸提率大部分都在1%以下,可见外加的铬进入土壤后,很快的生成难溶的氢氧化物沉淀并被土壤固相吸附固定。
重金属Cr、Ni对水稻土及赤红壤的有机碳矿化率有一定的抑制作用:在培养到168d时,金属Ni加入水稻土当处理浓度为100 mg/kg时,土壤有机碳矿化率与对照没有显著差异;而其余各种处理呈现一种规律,即土壤有机碳矿化率随着重金属浓度的提高而逐渐减少。在相同处理浓度下,土壤有机碳矿化率总体呈现Cr<*>NiNi之间的交互效应达到显著水平,这反映出Cr、Ni复合污染条件下土壤微生物受抑制的幅度最大,在单因素中Cr大于Ni,说明Cr的毒性大于Ni,Cr、Ni共同污染时呈现出一定的协同作用,同时随着重金属浓度的增大,土壤微生物的生长与微生物活性受重金属抑制就增大。相关分析结果显示,重金属全量及DTPA浸提量与土壤有机碳矿化呈显著的负相关。即使重金属Cr的DTPA的浸题率较低,但并不影响它对土壤微生物的毒害,可见重金属Cr、Ni对水稻土及赤红壤环境质量微生物学指标有较大的影响。当Cr、Ni的浓度在100mg.kg<-1>时两供试土壤的微生物活性就开始下降。随着重金属浓度增加,各指标下降幅度各有差别,其中土壤微生物量碳氮比、呼吸商随着重金属污染水平的升高而增加;微生物碳氮随着重金属浓度增加而明显下降;土壤脲酶、酸性磷酸酶活性的下降幅度较为明显,过氧化氢酶活性次之、转化酶较为稳定,其抑制率总体呈现Cr<*>Ni>Cr>Ni的规律,在复合污染的主效应分析中也体现,Cr*Ni之间的是有显著的交互效应的。上述微生物活性指标与重金属相关性分析表明,微生物量碳氮、过氧化氢酶活性、脲酶活性、酸性磷酸酶活性与Cr、Ni的加入量呈现显著负相关性,土壤微生物量碳氮比、呼吸商与Cr、Ni的加入量呈现显著正相关性。在本文中将供试土壤的上述微生物活性指标和2种重金属含量进行主成分分析,其结果也得出微生物量碳氮、微生物量碳氮比、呼吸商、过氧化氢酶活性、脲酶活性、酸性磷酸酶活性是能反映重金属污染状况的灵敏的生物学指标。可见,采用微生物活性建立的土壤总体微生物活性指标能较好地反映供试土壤重金属单因素、复合因素的污染状况,可作为重金属污染土壤环境质量评价及量化分类的有效指标。