不同水分条件下砷污染对土壤酶活性影响及机理研究

发布时间：2017-12-26 01:22

本文关键词：不同水分条件下砷污染对土壤酶活性影响及机理研究　出处：《西北农林科技大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：砷是土壤中具有较强毒性和致癌作用的类金属元素,被称为土壤五大污染元素之一。砷进入土壤后受水分含量影响而发生形态、价态转化,影响砷的生物有效性及对环境风险。土壤酶参与了土壤中所有生化反应,推动了营养元素循环转化、能量代谢和污染物质净化等,因而重金属的加入必然会对土壤酶产生影响。目前,关于砷的土壤酶效应已进行了诸多研究,但大都集中于砷长期污染对土壤酶活性影响,且研究多只考虑砷浓度单一因素而忽视了其他环境因素,如水分对砷毒性影响。故有必要开展不同水分条件下砷短期污染对土壤酶活性影响研究,以期更加准确了解砷的生物毒性及变化规律。本文采用室内模拟方法,在35%、65%和110%最大饱和持水量(WHC)条件下,较为系统地研究了不同水分下短期砷污染后土壤有效砷变化及对土壤FDA水解酶、脱氢酶、碱性磷酸酶及芳基硫酸酯酶活性的影响,并利用酶动力学手段探讨了水分对砷抑制土壤碱性磷酸酶活性机理的影响。主要结果如下:(1)土壤对砷的吸附量随砷添加浓度增加而增大,吸附率降低。砷解吸量及解吸率均随砷吸附量的增加而增大。水稻土对砷吸附强度及容量均大于X土,求得江苏水稻土和陕西X土对砷的最大吸附量分别为658.88、514.11mg·kg-1。(2)水分含量、砷浓度、土壤类型均是影响土壤有效砷含量的因素,且有效砷浓度随老化时间延长降幅减缓。Elovich方程揭示出水分对有效砷向其他形态转变速率影响的大小顺序为:110%WHC65%WHC35%WHC。(3)砷污染前期(1~15d)激活土壤FDA水解酶及脱氢酶活性,后期(15~30d)激活程度减弱或起抑制作用。淹水(110%)提高了FDA水解酶活性,但一定程度降低了脱氢酶活性。水稻土FDA水解酶活性大于X土。(4)砷污染、淹水均显著抑制土壤芳基硫酸酯酶活性。水稻土芳基硫酸酯酶活性显著大于X土,且砷对水稻土酶活性抑制程度小于X土。(5)砷污染抑制土壤碱性磷酸酶活性,模型U=A/(1+B×C)可较好表征砷浓度(C)与酶活性(U)关系,揭示出土壤碱性磷酸酶在一定程度上可表征土壤砷污染程度,并反映出其间的机理为完全抑制作用。干燥和淹水均会降低土壤碱性磷酸酶活性。水稻土碱性磷酸酶活性及砷开始抑制酶活性浓度均显著大于X土,表明水稻土对砷污染具有更强的缓冲性。(6)土壤总体酶活性(TEI)汇总了所有土壤酶信息,且其结果与采用土壤酶主成分分析获得的结果具有一致性。砷污染降低了土壤总体酶活性,模型TEI=A/(1+B×C)可较好表征砷浓度与TEI关系,揭示出土壤总体酶活性参数可用于表征土壤砷污染程度。不同水分条件下X土总体酶活性大小顺序为65%WHC35%WHC110%WHC,水稻土为:35%WHC110%WHC65%WHC。水稻土总体酶活性显著大于X土,一定程度上佐证了土壤总体酶活性可综合反映土壤肥力水平。综合全文,根据剂量最小最敏感原则,得出X土砷轻度污染时总砷及有效砷浓度分别为37、15 mg·kg-1;水稻土分别为66、11 mg·kg-1。(7)砷污染减弱了酶-底物亲和力(Km)、酶-底物复合物分解能力(Vmax)及酶促反应初速度(Vmax/Km),从本质上抑制了酶促反应进行(k)。水分含量升高增大了Km,但却减小了Vmax与k。模型Y=A/(1+B×C)及Y=A+B×C可较好表征各动力学参数(Y)与外源砷(C)的关系,揭示出碱性磷酸酶动力学参数在一定程度上可表征土壤砷污染程度,并计算获得水稻土砷轻度污染的临界浓度为20.52 mg·kg-1,此值与国家土壤标准中的二级污染标准值较为接近。水分条件影响砷对土壤碱性磷酸酶活性抑制机理:35%、65%水分下为完全竞争性抑制;110%水分下为以完全非竞争性抑制为主的线性混合抑制。综合全文,可得出以下主要结论:土壤有效砷含量受砷污染浓度、水分含量及土壤类型影响;短期淹水激活FDA水解酶及脱氢酶活性,降低芳基硫酸酯酶及碱性磷酸酶活性;不同水分下,碱性磷酸酶及其酶动力学参数Vmax/Km对砷污染均最为敏感,可作为土壤砷污染监测指标。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X53

【参考文献】