重金屬污染對土壤酶活性影響的研究進展

馬琳

摘 要：重金屬污染引起土壤環境質量惡化，嚴重危害農產品產量、質量及人類健康。土壤酶作為土壤生態系統中生化反應的催化劑，促進各種土壤代謝過程，對土壤環境質量的變化反應迅速，是指示土壤環境質量的生物學指標。本文從不同類型污染土壤、單一重金屬污染、復合重金屬污染3方面綜述了土壤酶活性的變化，提出目前研究存在的問題，并對今后工作做了展望。

關鍵詞：重金屬污染土壤；酶活性；研究進展

中圖分類號：S182 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20181033223

近年來，我國工農業迅猛發展，導致農藥、重金屬等污染物進入土壤，由于重金屬污染具有不可逆性、積累性且易富集、難降解，通過食物鏈直接威脅到人類健康。因此，開展重金屬對土壤環境影響的研究迫在眉睫。

土壤酶主要來源于土壤中的微生物細胞，在土壤中起高度催化作用，它表征著土壤物質能量的代謝能力，并能準確反映土壤重金屬污染的程度，是評價土壤肥力的高低及生態環境質量的重要指標。本文綜述了不同形式重金屬污染對土壤酶活性的影響，以期為土壤重金屬污染控制和治理提供理論依據。

1 重金屬污染對不同類型土壤酶活性的影響

土壤類型是根據土壤屬性、成土過程及成土因素等，對土壤進行系統劃分，不同類型的土壤，其養分狀況、理化性質、微生物群落結構不同，因而對重金屬污染的敏感度也不同，一些研究表明，重金屬污染對不同類型的土壤會產生不同程度的物質循環與能量流動上的影響。王巧紅等[1]研究了四川地區紫色土、沖積土和黃壤酶活性對Cd污染的響應特征，發現Cd污染對紫色土、黃壤酶活性的影響較小，對沖積土酶活性影響較大，且沖積土和黃壤中的重金屬元素更易被作物吸收。沈秋悅等[2]選擇山林土和田園土為對象，研究土壤脲酶、過氧化氫酶活性對不同濃度外源Cd污染的響應，結果表明，添加Cd會明顯抑制土壤脲酶和過氧化氫酶活性，但田園土酶活性整體高于山林土。

2 單一重金屬污染對土壤酶活性的影響

目前，土壤重金屬污染主要包括的元素有Pb、Cd、Cr、Ag、Ni、Hg、As等，可以對土壤污染程度作出評價的土壤酶主要有脲酶、脫氫酶、過氧化氫酶、蔗糖酶等。孟慶峰等[3]研究了重金屬Cd和Pb對灘涂鹽漬土壤酶活性的影響，結果表明，重金屬質量分數較低時，Cd和Pb會提高土壤脲酶活性，抑制過氧化氫酶活性，而重金屬質量分數較高時，Cd和Pb會提高土壤過氧化氫酶活性，抑制脲酶活性。沈秋悅等[2]的研究也表明，過氧化氫酶活性對重金屬污染有強烈的反應機制。王巧紅等[1]的研究表明，Cd污染會抑制土壤蔗糖酶活性，且抑制程度隨污染濃度的增加而增加；酸性磷酸酶活性在Cd污染下表現為“低濃度促進高濃度抑制”。廖潔等[4]用不同濃度Cd對土壤進行污染處理，發現脲酶和酸性磷酸酶活性隨Cd污染濃度的增加而降低，且脲酶變化較酸性磷酸酶更為靈敏。

3 復合重金屬污染對土壤酶活性的影響

復合重金屬污染對土壤酶活性的影響分為獨立作用和交互作用2種。獨立作用即各個重金屬之間沒有相互影響，包括劑量加和作用和效應加和作用，劑量加和作用表現為各個重金屬的作用機制和方式相同，作用強度不同；而效應加和作用表現為重金屬的作用機制、方式及部位均不相同。交互作用主要表現在拮抗作用和協同作用，產生拮抗作用的原因可能是不同的重金屬在土壤表面存在吸附競爭現象，即某種重金屬的存在會抑制其他重金屬在土壤顆粒上的吸附，進而影響其生物有效性；產生協同作用的原因可能是多種重金屬作用于酶分子，直接抑制酶活性，也可能是通過抑制微生物生長，間接減少酶的合成。孟慶峰等[3]的研究表明，重金屬Cd和Pb對灘涂鹽漬土壤酶活性的影響存在交互作用，重金屬Cd是影響土壤脲酶活性的主導因素，Pb是影響土壤過氧化氫酶活性的主導因素。馮丹等[5]研究了Cu、Zn、Pb 3種重金屬復合污染對土壤脲酶、轉化酶和堿性磷酸酶活性的影響，結果發現，3種重金屬復合污染時，表現為Cu對土壤酶活性的抑制最明顯，其中對堿性磷酸酶的抑制排序為Cu>Zn>Pb；3種水解酶在重金屬復合污染下表現為堿性磷酸酶最敏感，尤其是Cu、Pb復合污染。羅虹等[6]的研究表明重金屬鎘、銅、鎳復合污染土壤時，對土壤酶活性的抑制表現為：Cd>Cu>Ni，且3者復合污染對脲酶和脫氫酶的抑制效果最強。

4 存在問題

隨著重金屬污染問題日益嚴峻，土壤酶作為反映土壤污染情況最敏感的指標已被廣泛關注，近年來的研究取得了很多成果，但也存在一些問題：室內培養試驗無法完全地模擬自然狀態下土壤受污染的過程，且培養試驗中加入的重金屬含量往往遠大于自然狀態下的污染量，因而不能反映土壤真實的受污染情況，不能實際有效地解決土壤污染問題；土壤重金屬污染同時受氣候、土壤的類型、植物的根際效應等影響，而現有的研究成果局限性較大，不能得到廣泛推廣；目前的研究僅限于土壤酶對重金屬污染的響應，而對酶活性的作用機制方面的研究較少，不能準確地指示土壤環境質量的變化。

5 展望

為了能更準確地反映土壤污染狀況，并及時作出切實有效地治理，今后對重金屬污染土壤酶的研究應重點從機理方面入手，如探究土壤酶活性在重金屬污染下的變化機理、重金屬復合污染土壤時各重金屬間的相互作用機理，并結合田間實際重金屬污染情況，研究土壤酶變化的驅動因子等。另外，還可以借助分子手段，探索重金屬污染土壤中更多未發現的酶的特性，尋找更加敏感、更能普遍推廣的重金屬污染土壤的綜合性指標。

參考文獻

[1]王巧紅，董金霞，張君，等.Cd污染對3種類型土壤酶活性及Cd形態分布的影響[J].四川農業大學學報，2017，35（3）：339-344.

[3]孟慶峰，楊勁松，姚榮江，等.單一及復合重金屬污染對土壤酶活性的影響[J].生態環境學報，2012，21（3）：545-550.

[4]廖潔，王天順，范業賡，等.鎘污染對甘蔗生長、土壤微生物及土壤酶活性的影響[J].西南農業學報，2017，30（9）：2048-2052.

[2]沈秋悅，曹志強，朱月芳，等.重金屬Cd污染對土壤微生物活性影響的研究[J].環境污染與防治，2016，38（7）：11-14，24.

[5]馮丹，王金生，滕彥國.銅、鋅和鉛復合污染對土壤水解酶活性的影響[J].農業資源與環境學報，2015，32（4）：411-417.

[6]羅虹，劉鵬，宋小敏.重金屬鎘、銅、鎳復合污染對土壤酶活性的影響[J].水土保持學報，2006（2）：94-96，121.