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濰坊市水木中天土壤調理有限公司

土壤是人類賴以生存的物質基礎,也是首要的環境要素,是具有吸附、渙散、中和、降解環境污染物功用的緩沖帶和過濾器。當土壤遭到某些有害物質的污染,且總量超越土壤自凈才能時,就會致使現存的或潛在的土壤環境質量惡化,然后致使農產品減產、 質量下降,并對人類的健康構成必定的損害,因而對土壤環境質量的評估已經成為環境科學工作者重視的熱點問題之一。

 

 土壤環境質量與土壤改良劑

 土壤環境質量是土壤包容、吸收和降解各種環境污染的才能。各種污染物(農業、工業)進入土壤后,都會對土壤的環境質量構成必定的影響。土壤改良劑作為土壤中的首要組成部分,是土壤中發生專注生物化學反響的生物催化劑,對土壤環境質量的改動反響敏捷,常被用來作為指示土壤環境質量的生物學目標。

 

土壤環境質量目標

土壤環境質量目標首要包含土壤環境容量、重金屬全素含量、重金屬元素有效性、有機污染物(包含 農藥)的殘留量、土壤 pH、土壤質地等,但這些目標均為土壤理化目標。

研討發現,與土壤理化目標對比,土壤生物及生物化學目標對土壤環境改動更為靈敏,能夠對比敏捷地評估土壤短時間內的環境質量改動。

 

在土壤生物組分中,土壤微生物和土壤改良劑在土壤物質和能量的轉化進程中起著至關首要的效果,土壤微生物群落的改動能夠敏捷反映外來異生物質對土壤環境質量的影響,可是要取得土壤微生物學的特征需要運用分子生物學技能和專業的微生物技能,配備貴重的試劑和精細的試驗儀器,這無疑添加了大范圍土壤研討的難度,因而近些年來,專家們開端測驗進行土壤改良劑對土壤環境質量的指示效果研討。

 

為污染土壤的修正供給理論依據

 

土壤中的全部生物化學反響,實際上都是在酶的催化下進行的,土壤改良劑活性反映了土壤中進行的各種生物化學進程的強度和方向,是土壤的本質屬性 之一。Dick 等在 1992 年就指出土壤改良劑有助于描繪和猜測不一樣生態體系的功用、質量及各體系間的相互效果”;1997  Dick又將土壤改良劑對保護土壤 功用的首要意義進行了概括,以為土壤改良劑能夠分化外來有機質、推進土壤有機質轉化、將有機物分化為植物可運用的礦質元素、參加 N2 固定、降解有害異物(人造化合物如殺蟲劑、工業廢棄物等)、參加硝化和反硝化進程等;1999  Bandick 等的研討進一步指出能夠用土壤改良劑來表征土壤的動態質量,因為土壤改良劑能催化土壤的養分循環進程,包含土壤 C(β-葡萄 糖苷酶、β-半乳糖苷酶)、N(脲酶)、P(磷酸酶) S( 酯酶)的循環,而且與土壤生物有關,簡單測定,對土壤污染后的改動反響敏捷。如今以土壤改良劑作為土壤環境質量目標的研討首要集中在污染土壤、擾動土壤和農業土壤中。污染物如農業污染物、污水、 污泥、城市廢物、重金屬等對土壤改良劑活的影響各不相同,因而,這篇文章總述土壤改良劑對土壤環境的指示效果,為污染土壤的修正供給理論依據。

 

土壤改良劑對農業污染物的指示效果

 

農業污染物如化肥、農藥等進入土壤時,會對土壤生物學性質發生影響,土壤改良劑活性隨之發生改動,其改動起伏和污染物的類型、濃度、持續時間以及施用量等有必定聯系,因而很多專家把土壤改良劑作為農業污染的指示目標。如 Gianfreda 等研討發現中度或重度的有機污染土壤與正常犁地對比,土壤芳基硫酸酯酶、β-葡糖苷酶、磷酸酶、脲酶、脫氫酶、熒光素二乙酸水解酶活性下降或不體現酶活性;但也有研討發現,當農業污染物的施用濃度較小時,土壤改良劑活性不變或添加。

 

1土壤改良劑對化肥的指示效果

 

很多研討都標明,化肥的施用會影響土壤脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶、熒光素水解酶、脫氫酶、芳基 硫酸酯酶、β-葡糖苷酶、轉化酶等的活性。

 

一般來說,當化肥過量施用時會致使土壤改良劑活性的下降。如 Dick 等發現化學肥料會按捺磷酸酶的活性。錢海燕等發現水田土壤中施用過量的氮肥會使土壤脲酶的活性遭到按捺。李晨華等發現氮、磷、 鉀肥會致使土壤過氧化氫酶活性顯著下降。林天等發現,在氮、磷、鉀肥基礎上添加鈣后土壤脫氫酶和芳基硫酸酯酶的活性下降,而土壤脲酶、熒光素水解酶、酸性磷酸酶的活性遭到按捺。Graham 等發現甘蔗田土壤脫氫酶、堿性磷酸酶、芳基硫酸酯酶 和組氨酸酶的活性隨肥料施用量的添加而下降。

 

但有一些研討以為化肥的施用會進步土壤某些酶的活性或對土壤改良劑活性沒有影響。如 Ajwa等、Acosta-Martinez 等的研討都標明,跟著氮肥施用的添加,土壤 β-葡糖苷酶、酸性磷酸酶、脫氫酶的活性隨之添加。柳燕蘭等發現單施氮肥土壤脲酶、轉化酶和堿性磷酸酶活性均添加。Russo Bile發如今辣椒地中施加氮、磷、鉀混合肥,會使土壤 β-半乳糖苷酶活性添加或堅持不變。也有研討發現肥料的添加可使酸性磷酸酶、轉化酶和蛋白酶活性添加。

 

2土壤改良劑對農藥的指示效果

 

農藥(殺蟲劑、除草劑、殺菌劑)施用后會影響土壤微生物的成長和活性,然后也對土壤改良劑活性發生影 ,很多研討標明,酶對農藥的效果機制是經過按捺或誘導效果,調理、修改或操控合成酶的基因,經過土壤中不一樣濃度的農藥來操控胞內酶和胞外酶的產 物及其總量的改動。但以酶活性作為農藥污染評估目標因土壤、農藥類型不一樣而有較大區別。

 土壤改良劑對土壤環境的影響

殺蟲劑類影響

已有的研討標明,殺蟲劑類農藥對土壤脲酶、脫 氫酶、纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶、磷酸酶、磷酸單酯酶、過氧化氫酶和熒光素二乙酸酯水解酶等有必定影響。

如除硫丹可激活脫氫酶活性以外,大多對其活性都有按捺效果。Rain 等發現脲酶和脫氫酶 對毒死蜱最為靈敏,而纖維素酶、淀粉酶和蛋白酶的 活性在施用毒死蜱后逐步發生抗性。也有研討發現土 壤磷酸酶活性隨毒死蜱濃度的添加而添加,但超越20 天后酶活性逐步下降。而重復施用毒死蜱和喹 硫兩種農藥后土壤磷酸酶活性受按捺。Yao 等研討發現施用啶蟲脒后,土壤脫氫酶活性增強,而土 壤脲酶和過氧化氫酶的改動較小。Kalyani 等和Perucci等發現咪唑啉和硫丹可激活熒光素二乙酸 酯水解酶的活性;Kalyani等和Dutta等發現毒死 蜱和乙硫磷也可激活熒光素二乙酸酯水解酶的活性而硫丹可添加芳基硫酸酯酶的活性。Gundi等發現 喹硫磷、久效磷、氯氰菊酯獨自或混合運用可進步脫 氫酶的活性; Fragoeiro Magan的研討標明西瑪津、氟樂靈、狄氏劑等農藥的施用下降了土壤脫 氫酶的活性。Pandey  Singh Singh 等發現施 用蚍蟲淋、林丹、二嗪磷后花生地堿性磷酸單酯酶和 脫氫酶活性先下降后添加,最后趨于穩定。

 

除草劑類影響

土壤轉化酶、磷酸酶、脫氫酶、過氧化氫酶、脲酶等對除草劑施用的呼應不一樣。

如轉化酶活性受草甘 磷和百草枯激活,受西維因按捺,而脲酶活性不 受這兩種農藥影響。土壤磷酸酶的活性受呋喃丹、 鐵滅克、天王星 3 種除草劑的按捺,脫氫酶活性受天王星、功夫、久效磷、氧化樂果、乙草胺等除草劑 的按捺。過氧化氫酶的活性受水稻除草劑苯噻草胺按捺,且濃度越大,按捺效果越強。草不綠按捺土壤酯酶的活性。莠去津可下降土壤 β-葡糖苷酶的活性。

 

殺菌劑類影響

對殺菌劑施用對比靈敏的酶類有土壤過氧化氫 酶、轉化酶、脲酶、酸性磷酸酶、堿性磷酸酶等。

土壤轉化酶活性受百菌清、多菌靈混劑、氯氰菊酯這 3種殺菌劑的按捺,但多菌靈、吡蟲啉在低濃度時激活而高濃度時按捺轉化酶活性。過氧化氫酶、脲酶和酸性磷酸酶活性遭到高濃度井岡素的按捺,而其低濃度對酶活性的影響較小。土壤酸性磷酸酶、堿性磷 酸酶、脲酶、過氧化氫酶、轉化酶活性受百菌清的按捺。較高劑量的殺菌劑可按捺脫氫酶的活性。

 

土壤改良劑對工業污染物的指示效果

 

1土壤改良劑對污水、污泥污染的指示效果

 

工業污水、污泥因為其富含一些有價值的有機無機養分物,在處理后能夠改進土壤肥力,常應用在農業范疇進行農田的灌溉。研討發現污水污泥的應用能夠推進土壤生物活性添加基底呼吸和微生物的生物量,然后致使酶活性也發生相應的改動。如 Kizilkaya 等研討發現灌溉污水污泥的土壤, 酶、磷酸單酯酶、芳基硫酸酯酶的活性添加;大麥田污水污泥對土壤 BAA-蛋白酶、脲酶、磷酸酶和 β-葡糖苷酶活性有推進效果。但也有研討標明, 水污泥施用后,土壤改良劑活性下降。如Filip 等發如今污水灌溉的土壤中,土壤 β-葡糖苷酶、β-乙酰氨 基葡糖苷酶、蛋白酶和磷酸酶活性遭到按捺;Reddy等發現污泥處理后根際和非根際土壤的土壤脫氫酶活性都顯著下降。污水污泥對土壤改良劑活性的不一樣影響與其施用量和成分有密切聯系,如有研討發現污水污泥中含有重金屬會嚴峻按捺土壤脫氫酶的活性;Kannan  Oblisami發現用紙漿污染的水灌溉土壤會使土壤轉化酶和脫氫酶的活性添加;李慧等發現土壤脫氫酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶活性與土壤中石油烴含量呈顯著正相關,而土壤脲酶活性與土壤中石油烴含量呈顯著負相關;何藝等也發現含油污的水對土壤過氧化氫酶、多酚氧化酶和脲酶均有必定程度的刺激效果。

 

2土壤改良劑對城市固體廢物污染的指示效果

 

城市固體廢物是大家在生產建設、平時日子和別的活動中發生的廢棄物質,其中所含的有害物質會改動土壤結構和土質,影響土壤中微生物的活動,酶活性隨之改動。已有的研討標明,城市固體廢物會影響土壤 β-葡糖苷酶、脲酶、堿性磷酸酶、脫氫酶、過氧化氫酶、纖維素酶、蛋白酶等的活性。如 Garcia Gil 等發現城市固體廢物堆肥添加了農田土壤脫 氫酶和過氧化氫酶的活性。李俊等發現跟著廢物填埋深度的加深,土壤脲酶和纖維素酶的活性有下降的趨勢,而過氧化氫酶和蛋白酶的活性改動不大。Felipe 等發現城市固體廢物會致使 β-葡糖苷酶、堿 性磷酸酶活性添加。Carmine 等發現城市固體廢物堆肥能添加土壤脫氫酶和硝酸還原酶活性。Claire等發現土壤中過氧化物酶的活性在城市固體廢物堆肥污染后添加,但對酰胺酶和脲酶的影響不大。

 

3土壤改良劑對重金屬污染的指示效果

 

盡人皆知,重金屬在生態體系中具有長期的毒性效果且對土壤改良劑催化進程有著負面的影響。它們經過按捺其催化反響活潑的基團、改動蛋白質的構象或與別的金屬一起參加損壞酶復合物的構成然后損壞土壤改良劑的活性。Marzadori Aoyama  Naguno指出土壤脲酶、酸性磷酸酶、脫氫酶都對土壤重金屬污染 對比靈敏,是指示土壤重金屬污染的目標。土壤脫氫 酶活性更易遭到土壤Pb  Cd 堆集的影響,較適合 用于反映土壤中 Pb  Cd 污染程度。Pankhurst發現芳基硫酸酯酶可被用作土壤重金屬污染的靈敏 目標。還有研討發現 L-谷氨酰胺酶、纖維素酶和 β-葡糖苷酶活性受 Hg、Ag、Cr  Cd 等金屬元素按捺。楊志新等發現中壤質潮褐土中隨Cd、Zn復合濃度的添加,過氧化氫酶活性顯著下降。龍建等發現礦區紅壤受 Cu、Zn、Pb、Cd 混合污染后, 壤多酚氧化酶活性下降。羅紅等對 Ni、Cu、Cd 復合污染的深層紅壤進行研討,發現 Ni 濃度添加按捺 土壤轉化酶的活性, Cu 濃度的添加蛋白酶活性顯著下降,Cd 對蛋白酶活性具有顯著按捺效果。Frankenberger  Tabatabai發現重金屬如 Hg、Ag、Cr、Cd  L-天冬酰胺酶和硫酯酶均有按捺效果;Bardgett 等也發現這 4 種重金屬可按捺酸性磷酸酶和脲酶活性;Al-khafaji  Tabatabai也發現 其對芳基硫酸酯酶有按捺效果。Füsun  Esin發現芳基硫酸酯酶、堿性磷酸酶和脲酶的活性與 Pb、Cr、Mn 總含量呈顯著負相關。

 

但也有研討標明,土壤改良劑活性在重金屬污染土壤的修正中有必定的積極效果。如在 Cd、Zn、Pb復合污染的中壤質潮褐土中過氧化氫酶活性跟著 Pb 濃度添加而添加;Gao 等發現 Cd、Cu、Ni 對磷酸酶活性均體現出必定的激活效應;Mikanova發現蛋白酶和脲酶活性受重金屬的按捺較弱。在紅壤中重金屬 Cu、Zn、Pb、Cd 污染對土壤轉化酶影響不大。

 

結論與展望

 

很多的研討都標明,化肥、農藥、污水污泥、城市固體廢物和重金屬會對土壤改良劑活性發生不一樣的影響,其效果體現為 3 種趨勢,即推進、按捺或沒有影響( 1),同一種酶在同一類污染物的效果下,也也許體現出相反的趨勢,這是因為污染物濃度、持續時間、土壤類型的區別構成的。在常觸及的 20 多種酶類中,對各種污染物都較靈敏的酶類有脫氫酶、過氧化氫酶、磷酸酶、脲酶、β-葡糖苷酶( 1),能夠思考用這些酶類來指示污染后土壤環境質量的改動,但如今的研討僅限于酶活性的改動,對酶活性的效果機制較少觸及,能否真正用其來指示土壤環境質量的改動也許還需要一些分子生物學機制的研討。

 

除此以外,土壤中還有大概 40 ~ 50 種酶類的特性是我們所不了解的,這些酶類是不是對土壤環境有指示效果也有待于去研討發現,澄清酶活性特征與土壤的聯系,尋覓一個靈敏的、普遍適用的歸納目標,是土壤改良劑學首要的研討方向。

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