铜对小白菜的毒性效应及其生态健康指标

以小白菜地上部分及根系重量、叶绿素值（SPAD值）以及与抗逆性有关的丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶活性（SOD）、脯氨酸含量等作为毒性指标，研究了0～400mg／kg外源铜对青紫泥小白菜生长的影响，并应用“生态剂量”概念计算青紫泥栽培小白菜的铜污染安全指标及食品卫生指标。结果表明，低浓度铜（〈100mg／kg）显著增加小白菜鲜重，高浓度铜（〉200mg／kg）则造成小白菜减产，400mg／kg的外源铜使小白菜减产84％；铜污染使根系重量下降表现出与地上部分同样的趋势。SPAD值随铜污染浓度的增加而呈线性下降；铜污染浓度低于100mg/kg有促进根体积、根长度、根表面积增加的趋势，但超过200mg／kg的铜浓度则显著降低根长、根体积和根表面积。在与重金属污染引起的抗逆性有关的牛理生化指标中，脯氨酸最为敏感，铜浓度小于50mg／kg或大于200mg／kg都能显著影响脯氨酸含量及SOD活性；与脯氨酸的变化一样，高浓度铜增加了MDA含量；青紫泥铜污染的临界指标为171mg／kg。

土壤酶对重金属污染的响应及指示研究进展

土壤酶在关键元素生物地球化学循环、动植物健康维持、环境污染净化等方面起着不可替代的重要作用,同时还是土壤污染程度评价的辅助指标之一。然而,由于土壤物理、化学和生物学性质的差异,以及研究方法的多样化,导致重金属与土壤酶活性之间的关系十分复杂,阻碍了土壤酶在土壤质量和健康评价中的应用。系统阐述了重金属污染对土壤酶的生态毒理效应,及其对土壤酶催化动力学特征的影响,构建了土壤-重金属-微生物对土壤酶作用的概念模型,并探讨未来的研究趋势和方向。土壤酶活性测定高效、便宜,且对重金属污染敏感,是极具潜力的土壤重金属污染评价的生物学指标,但仅采用土壤酶活性可能高估或低估重金属的生态毒性,加之当前对土壤酶的选择、活性的测定均缺乏统一的标准,致使难以建立重金属毒性阈值与土壤理化性质或土壤重金属有效性之间的定量关系,最终导致土壤酶在土壤污染生态风险评价中存在争议。未来亟需通过新技术和数学模型,深入揭示不同类型土壤中酶对重金属胁迫的响应机理,构建土壤性质与毒性阈值关系的经验模型,可为加强土壤酶在土壤质量和健康评价中的应用提供重要的理论依据。

Cd,Pb污染下植物生长对土壤酶活性及微生物群落结构的影响

主要研究重金属污染下植物生长对土壤酶活性和微生物群落结构的影响。玉米为供试植物。结果表明:Cd,Pb污染下土壤呼吸强度和酶活性随重金属浓度和培养时间增加而逐渐减小,土壤中低浓度Pb可促进脱氢酶和脲酶活性,但对磷酸酶起抑制作用;种植玉米可减轻Cd,Pb对磷酸酶和脲酶的影响,促进土壤呼吸,但对提高脱氢酶活性作用不显著,同时,种植玉米有利于降低Cd,Pb对脲酶和脱氢酶的抑制作用,但对提高磷酸酶的抑制作用阈值并不显著;Pb对土壤基因多态性的影响要小于Cd,种植玉米有利于提高土壤基因多态性及基因丰富度。因此提高植物多样性对减轻重金属毒害,增加微生物群落多样性和促进土壤健康具有重要意义。

草甘膦的土壤酶效应研究

为了探讨当今世界使用量最大的除草剂——草甘膦的土壤环境效应,本文采用室内模拟方法,较为系统地研究了我国4类土壤:褐土、黄绵土、风沙土和红壤,共11个土样中4种主要酶类(脲酶、转化酶、磷酸酶以及脱氢酶)活性与草甘膦间的关系,计算并得到了能够表征土壤轻度污染的生态剂量值ED10。结果表明:非缓冲液法较好地反映了土壤酶的实际情况;草甘膦总体上激活土壤脲酶、转化酶和脱氢酶活性,最大增幅分别为190%、1372%和42%;抑制磷酸酶活性,最大幅度为35%;磷酸酶与草甘膦间为完全抑制作用机理;激活脱氢酶活性揭示出草甘膦导致了土壤中微生物活性增强,从侧面反映出草甘膦是一种毒性较低的农药。计算获得4类供试土壤褐土、黄绵土、风沙土和红壤ED10值分别为168.3、438.5、35.1和141.4mg·kg-1;在一定程度上用土壤酶活性比生物来表征土壤污染程度更敏感。土壤性质对草甘膦的毒性有重要影响。

2,4-D对土壤酶活性的影响

2,4-D是人类最早使用的一种有机氯除草剂,其环境效应一直是人们关注的课题之一。通过室内模拟试验方法,研究了2,4-D对土壤酶活性的影响。结果发现,2,4-D可显著降低土壤脲酶的活性,起初酶活性有一个浓度迟缓期,活性变化较小,随后则表现出较强的抑制效应;3种模型拟合均达到了显著或极显著相关,揭示出土壤脲酶在一定程度上可表征2,4-D污染的程度,从侧面反映出其机理为完全抑制;得到土壤严重污染时2,4-D浓度为5.88～15.15mg·L-1。土壤转化酶效应无规律性变化,其对2,4-D反应较为迟钝。土壤碱性磷酸酶随农药浓度变化,先激活,后抑制,最后又激活;采用一元二次模型拟合,除4号土样外,其余均达到显著或极显著相关,表明磷酸酶活性与土壤污染状况有着密切的关系。土壤肥力水平对农药的生态毒理有重要的影响。

杀虫双对土壤酶活性影响的研究

采用模拟方法探讨了杀虫双污染土壤酶活性的变化规律。结果表明 ,杀虫双对土壤脲酶、多酚氧化酶和过氧化物酶具有明显的抑制作用 ,在低浓度时酶活性抑制幅度较大 ,高浓度时抑制幅度较小。土壤酶活性的生态剂量 ED50 结果发现 ,土壤脲酶活性的 ED50 值最小 ,反映出脲酶对杀虫双反应最敏感 ,建议采用土壤脲酶活性作为土壤杀虫双污染程度的监测指标 ;此外获得了土壤中杀虫双污染浓度的 ED50 值 :土娄土和红壤分别为 1.30 1和0 .5 2 6 g/ kg。转化酶活性表现出在杀虫双低浓度时激活 ,在高浓度时抑制的变化规律。

土壤水分对稻田土壤有效砷及碱性磷酸酶活性影响

采用室内模拟方法,在35%、65%和110%最大饱和持水量(WHC)条件下,系统地分析了稻田土壤有效砷及碱性磷酸酶活性变化规律.结果表明:砷污染稻田土壤后有效砷含量随砷污染浓度增加而增大,随培养时间延长逐渐降低,15d后趋于稳定;淹水降低了土壤有效砷含量及碱性磷酸酶活性;采用U=A/(1+B×C)模型较好拟合了不同水分下土壤碱性磷酸酶活性(U)与砷浓度(C)关系,表明碱性磷酸酶活性在一定程度上可表征不同水分下稻田土壤砷污染程度;计算得到稻田土壤砷轻度污染临界浓度(ED10)为总砷67mg/kg和有效砷11mg/kg.研究表明适当调控土壤水分含量是控制稻田土壤砷毒性的有效方法之一.

Hg的土壤酶效应初步研究

采用土壤酶对汞生态毒性进行研究,在理论和实践上具有重要意义。通过室内模拟试验,针对我国几种主要类型土壤(黄褐土、风沙土、塿土和红壤)中影响土壤碳、氮、磷物质循环和微生物活性的土壤转化酶、脲酶、碱性磷酸酶、脱氢酶与Hg的关系进行了探讨。结果表明,Hg抑制土壤碱性磷酸酶、转化酶活性,但规律性不明显;土壤脲酶低浓度时激活,高浓度抑制;土壤脱氢酶和总体酶活性受到抑制。Hg浓度与脲酶、脱氢酶、总体酶活性间达显著或极显著负相关关系,揭示出其在一定程度上可表征土壤Hg污染的程度,其中尤以总体酶活性结果最优;计算Hg轻微污染时的ED10值0.0005～0.59mg·kg-1。土壤有机质和pH对二者关系具有重要影响。

Cr^(3+)对土壤脲酶活性特征的影响

采用模拟方法对Cr3+的土壤脲酶效应进行了研究,结果表明,土壤pH对Cr3+的生态毒性有重要影响;酸性土壤脲酶受到显著抑制,活性及动力学特征参数与Cr3+浓度间达显著或极显著负相关,而且模型U=β0(/β1×C+1)揭示其间机理为完全抑制,动力学则进一步细化为非竞争性抑制;获得土壤轻微和中度污染时的生态剂量ED10和ED50分别为50.59和865.7 mg.kg-1;酸性土壤中脲酶活性、Vmax、k可作为土壤Cr3+污染的监测指标之一,而碱性土壤则反应不敏感,其随铬浓度增加,脲酶活性及动力学参数呈先增加后降低的规律性变化,总体变幅较小;两类土壤的差别可能主要是由于土壤环境引起了不同价态铬转变的缘故。

全氟辛酸铵盐(PFOA)对土壤酶活性影响的初步研究

全氟辛酸及其盐类(PFOA)是新近认定的持久性有机污染物之一,虽然对环境的危害愈来愈严重,但鲜见其土壤生态毒理的研究报道。为此采用室内模拟的方法,对PFOA与土壤酶(脲酶、脱氢酶、过氧化氢酶)活性间的剂量-效应关系进行了研究。结果表明,PFOA可显著抑制土壤脱氢酶活性(除5号土样外),二者关系达显著或极显著负相关,揭示出土壤脱氢酶活性可表征土壤PFOA污染的程度;供试土样PFOA轻度和中度污染时的生态剂量ED10和ED50值分别为31mg·kg-1和151mg·kg-1,而且酸性土壤比碱性土壤对PFOA反应更敏感,表明土壤pH对PFOA的生态毒性有重要影响。PFOA对纯脲酶、土壤脲酶和过氧化氢酶活性影响规律性不明显,总体呈波动性变化,有待进一步研究。

不同价态砷的土壤碱性磷酸酶效应研究

【目的】砷是土壤污染的主要元素之一,研究As5+、As3+单一和复合污染对土壤碱性磷酸酶活性的影响,揭示其对土壤碱性磷酸酶的作用机理,为砷污染监测提供理论依据。【方法】采集江西鹰潭红壤、陕西榆林风沙土、陕西杨凌土娄土各2个肥力水平的土样为供试土壤,采用室内模拟法,研究不同含量As5+、As3+以及二者复合污染下供试土壤碱性磷酸酶活性的变化。【结果】As5+和As5++As3+均能抑制土壤碱性磷酸酶活性,随As5+和As5++As3+含量的增加,相对碱性磷酸酶活性持续减小;采用模型E=A/(1+B×C)可较好表征相对碱性磷酸酶活性(E)与砷含量(C)间的关系(A、B为参数),揭示出土壤碱性磷酸酶活性可作为表征土壤As5+和As5++As3+污染程度的监测指标,且As5+和As5++As3+对碱性磷酸酶活性的作用机理为完全抑制作用(包括竞争性抑制和非竞争性抑制)。As3+对土壤相对碱性磷酸酶活性影响较小。As5+与As3+之间存在一定的交互作用,除了低肥力水平红壤及土娄土中As5+和As3+含量均小于50mg/kg时二者表现为协同作用外,在其他供试土壤中均为拮抗作用。不同供试土壤As5+的生态剂量ED10和ED50差异较大,砷对土壤造成轻度污染的含量为25mg/kg。【结论】土壤碱性磷酸酶可作为土壤As5+及As5+与As3+复合污染程度的监测指标。

氧化乐果对土壤酶活性的影响

【目的】氧化乐果是当今世界农业生产上施用的主要农药之一,为粮食增产提供了重要保障。但大量施用带来的环境污染、农产品品质降低等问题愈来愈受到人们的关注,因此开展其土壤生态毒理效应研究在理论和实践上具有重要意义。【方法】采用室内模拟方法,分析了不同氧化乐果污染浓度(0.0、0.5、1.0、5.0、10.0ga.i.·kg-1)下,土壤中影响碳、氮、磷循环的三大水解酶(转化酶、脲酶和碱性磷酸酶)活性。【结果】氧化乐果可显著抑制土壤脲酶活性,关系达到显著或极著负相关;土壤脲酶活性可作为监测土壤污染程度的指标之一;模型U=A/(1+B×C)的较好拟合揭示出氧化乐果对土壤脲酶机理为完全抑制作用;从土壤脲酶角度计算获得土壤受氧化乐果轻微、中度和严重污染的临界含量分别为0.32、2.88和11.43ga.i.·kg-1;而在供试氧化乐果浓度下,转化酶和碱性磷酸酶的最大变幅分别不超过18.61%和8.36%,揭示出转化酶和碱性磷酸酶对氧化乐果不敏感。【结论】在表征土壤氧化乐果的污染程度方面土壤脲酶最适;土壤酶与农药之间关系受到酶种类、农药品种、土壤性质等因素的影响。

不同价态铬对土壤碱性磷酸酶活性的影响

【目的】研究不同价态铬对土壤碱性磷酸酶活性的影响,为环境保护以及重金属铬的监测提供理论依据。【方法】以采自陕西杨凌、榆林、黄龙的土娄土、风沙土、褐土为供试土样,采用室内模拟方法,研究了Cr3+(0,250,500,750,1500,2500,5000 mg/kg)、Cr6+(0,500,1000,1500,2000,2500,5000 mg/kg)单一和复合污染条件下,土壤碱性磷酸酶活性的变化规律。【结果】土壤碱性磷酸酶活性(U)随铬含量(C)的增加而降低,采用U=A/(1+B×C)模型(其中A、B为复合参数)可较好地表征土壤碱性磷酸酶与铬含量之间的关系,且拟合方程均达极显著相关;土壤受铬轻度污染的Cr3++Cr6+、Cr3+、Cr6+临界含量分别为17.8,37.9,548.7 mg/kg。【结论】铬明显抑制土壤碱性磷酸酶活性,其中Cr3+的抑制作用明显强于Cr6+,土壤碱性磷酸酶可表征土壤铬污染的程度,铬对土壤碱性磷酸酶的作用机理均为完全抑制作用。

草甘膦对土壤微生物量及呼吸强度的影响

以中国褐土、黄绵土、风沙土和红壤4类土壤共10个土样为材料,较为系统地研究了草甘膦对土壤微生物量、土壤呼吸及代谢墒的影响。结果表明,在碱性土壤中,草甘膦对微生物碳和微生物氮有一定的抑制作用;在酸性土壤中,草甘膦对微生物碳和微生物氮有一定的激活作用。这揭示出土壤性质对草甘膦的毒性有重要影响,特别是pH。草甘膦对土壤呼吸有轻微激活作用,但土壤代谢熵明显增加,不利于土壤微生物的生长,从而影响土壤品质。碱性和酸性土壤受草甘膦轻度和中度污染的临界质量分数分别为43.8和219.2mg/kg及58.2和291.0 mg/kg。

U及伴生重金属Mn、Pb对土壤酶活性的影响

通过盆栽实验,研究不同浓度条件下U、Mn、Pb对土壤酶(脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化物酶)活性的影响。结果表明:U对四种酶均有抑制作用,其中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性随着U浓度的增加而降低;Mn对脲酶、磷酸酶有抑制作用,对过氧化物酶则有促进作用,Mn浓度较低时促进蔗糖酶活性,高浓度时则抑制。Pb对脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性均有抑制作用,其中对磷酸酶抑制作用最强烈,然而低浓度Pb促进过氧化物酶活性。脲酶、磷酸酶对U、Mn、Pb污染反应更敏感。通过相关性分析、回归分析及生态抑制效应研究,结果表明土壤脲酶和磷酸酶适于作为监测评价土壤U污染的生物指标。脲酶、磷酸酶比蔗糖酶和过氧化物酶更适于表征土壤Mn、Pb污染程度。

Cr^(3+)的土壤酶效应研究

【目的】研究Cr3+对土壤酶活性的影响,为建立土壤重金属铬污染评价的酶学指标提供依据。【方法】以我国常见的红壤(酸性土壤)及褐土和风沙土(碱性土壤)为供试土样,采用室内模拟方法,在供试土样中添加0,50,100,300,500,1 000,1 500,3 000mg/kg Cr3+,研究不同Cr3+含量下土壤脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、过氧化氢酶、脱氢酶和总体酶活性的变化规律。【结果】Cr3+显著或极显著地抑制了土壤脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性,且均为完全抑制作用(包括竞争性抑制和非竞争性抑制),供试土样中Cr3+轻度污染时的生态剂量(ED10)为25mg/kg;酸性土壤中脲酶、芳基硫酸酯酶和过氧化氢酶对Cr3+的毒害反应更敏感,碱性土壤中磷酸酶和脱氢酶的反应更敏感。【结论】土壤脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、过氧化氢酶、脱氢酶活性及总体酶活性均可用来表征土壤Cr3+污染程度的大小;土壤pH、有机质含量对土壤酶与Cr3+的关系具有重要影响。

Cr^(3+)对土壤酶活性的影响

【目的】研究Cr3+含量对土壤脲酶和脱氢酶活性的影响,以筛选出土壤Cr3+污染评价的酶学指标以及影响酶与Cr3+关系的主要因素。【方法】以采自全国的18种典型土样为材料,采用室内模拟方法,研究不同含量Cr3+对18种土壤脲酶和脱氢酶活性的影响。【结果】Cr3+总体上抑制了土壤脲酶和脱氢酶活性。拟合土壤脲酶和脱氢酶活性与Cr3+含量间的关系,结果显示二者呈显著或极显著负相关,且机理为完全抑制(包括竞争性抑制和非竞争性抑制)作用。计算获得Cr3+对脲酶和脱氢酶的临界污染浓度分别为16.38和4.32mg/kg,远小于Cr3+污染国家二级标准。【结论】土壤脲酶和脱氢酶在一定程度上可表征土壤Cr3+污染的程度,土壤pH和有机质分别是影响Cr3+对土壤脲酶和脱氢酶毒害的主要因素。

一氯苯对土壤酶活性影响的模拟研究

采用室内模拟试验方法,研究了不同浓度一氯苯对塿土和红壤中三大水解酶(脲酶、转化酶、磷酸酶)活性的影响。结果表明,一氯苯可明显激活土壤脲酶活性,抑制转化酶和磷酸酶活性。在5.53～110.58gkg-1的一氯苯浓度范围内,三种酶活性的范围分别为20.81～162.00μgg-1h-1,64.60～582.10μgg-1h-1和5.80～89.75μgg-1h-1。相对于对照,脲酶活性增加了1.11%～118%,而转化酶和磷酸酶分别降低了0.740%～25.4%和2.02%～35.6%,反映出三种酶均可揭示土壤受一氯苯污染的程度。通过方程U=B/(1+Ax)拟合可知一氯苯对磷酸酶表现为完全抑制作用,并由此得到塿土和红壤受一氯苯轻度污染时的酶活性生态剂量ED10分别为33.9gkg-1和16.7gkg-1。

基于土壤酶的酚酸类化感物质效应研究

旨在准确评价化感物质环境效应,为科学决策秸秆还田措施提供依据。采用室内模拟方法,较为系统地研究3种典型化感物质(阿魏酸、对羟基苯甲酸、香豆素)对催化土壤碳、氮、磷、硫物质循环及微生物活性的6种土壤酶活性的影响。结果表明,有机质质量分数高的土壤酶活性较高;不同土壤酶对化感物质的响应不同,其中,转化酶、脲酶、磷酸酶、FDA水解酶活性随化感物质质量分数增加呈波动性变化,且多数处理间差异不显著,表明在供试质量分数范围内,3种化感物质对上述4种酶类的急性毒性效应未表现出规律性响应;化感物质抑制土壤脱氢酶活性,采用U=A+B×C和U=A/(1+B×C)模型可较好拟合二者关系,除加入香豆素的2号土样外,其他处理间均呈极显著负相关,表明土壤脱氢酶对化感物质表现为敏感的抑制作用;阿魏酸则显著激活土壤芳基硫酸酯酶活性,二者呈极显著正相关,表明芳基硫酸酯酶对阿魏酸较敏感;根据值最小最敏感的原则得出供试土壤化感物质临界值为24.63mg·kg-1。阿魏酸可激活土壤总体酶活性,对羟基苯甲酸表现为抑制,而香豆素则呈波动性变化。土壤脱氢酶是对化感物质较为敏感的土壤酶类,其他酶类的变化受化感物质类型、质量分数及土壤性质的影响,具体有待深入探讨。

杀虫双对土壤脲酶影响的研究

通过对土壤脲酶受杀虫双影响的研究．结果表明,杀虫双对不同生态区土壤脲酶活性具有明显的抑制作用,随杀虫双浓度的增加,酶活性持续减小、计算得到了土壤酶活性的生态剂量ＥＤ５０值,获得了北方(?)土和南方红壤污染的;临界浓度为４８９和２４６ｇ/ｋｇ;Ｌａｎｇｍｕｉｒ模型可较好表征酶活性与尿素浓度间的定量关系;土壤脲酶活性和最大表观酶活性均可表征土壤受杀虫双污染程度的大小。