不同大氣污染區(qū)林木根區(qū)土壤重金屬和酶活性研究

1、生態(tài)環(huán)境200615(3):513518EcologyEnvironmentEmail:edit@作者簡介：陳紅躍（1964－），男，副教授，博士研究生，研究方向為生態(tài)公益林培育和污染生態(tài)學。Email:chenyue@scau.收稿日期：20060415不同大氣污染區(qū)林木根區(qū)土壤重金屬和酶活性研究陳紅躍1，閆雪燕1，陳明潔2，劉錢1，廖宇紅11.華南農(nóng)業(yè)大學林學院，廣東廣州510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學理學院，廣東廣州510642摘要

2、：黃埔區(qū)是廣州市污染較嚴重的地區(qū)，其中林木也受到了大氣等污染物的危害。林木根區(qū)的土壤重金屬和酶活性是探討污染對林木影響機制和反映污染程度的重要指標。作者分別在該區(qū)的石化廠、硫酸廠附近林地和非污染的華南農(nóng)業(yè)大學校園（對照）共3個區(qū)選擇了臺灣相思、馬尾松、尾葉桉和荔枝4個樹種、11個采樣點，共采集了33個供試土壤樣品，分析了林木根區(qū)土壤重金屬（Cu、Zn、Pb、Cd）全量、有效量和土壤酶（脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶和蛋白酶）活性。結果表明

3、，（1）石化廠重金屬含量總體上與對照區(qū)差異不大，而硫酸廠區(qū)重金屬含量則顯著地高于對照區(qū)，污染嚴重。（2）不同調查區(qū)根區(qū)土壤酶活性存在顯著差異，各調查區(qū)平均土壤酶活性大小順序基本上表現(xiàn)為：對照區(qū)石化廠區(qū)硫酸廠區(qū)，尤其是硫酸廠區(qū)顯著地低于對照區(qū)；而同一調查區(qū)不同樹種之間的酶活性也存在差異，臺灣相思根區(qū)土壤脲酶的活性均比其它樹種高；從酶活性看，在硫酸廠嚴重污染脅迫下，臺灣相思比尾葉桉更耐污染。（3）對土壤重金屬含量和酶活性進行典型相關分析得出

4、：根區(qū)土壤有效Zn含量對過氧化氫酶和酸性磷酸酶活性有明顯的刺激作用，但抑制了蛋白酶活性；有效Cd則抑制了過氧化氫酶和酸性磷酸酶活性，但刺激了蛋白酶活性。關鍵詞：大氣污染；林木根區(qū)土壤；土壤重金屬；土壤酶活性中圖分類號：X503.235文獻標識碼：A文章編號：16722175（2006）03051306近50年來，環(huán)境中污染物與生物有機體之間的相互作用規(guī)律與機理研究引起了國內外學者的廣泛關注，無論是國內的污染生態(tài)學（pollutionec

5、ology）還是國外的環(huán)境保護生態(tài)學（ecologyfenvironmentprotection），都把重金屬作為環(huán)境中的一類優(yōu)先污染物進行研究[1]。土壤酶是土壤生物化學過程的積極參與者，是生態(tài)系統(tǒng)中物質循環(huán)和能量流動過程的重要角色，土壤酶活性是土壤生產(chǎn)力和土壤質量評價的重要指標[24]。無論是土壤重金屬還是土壤酶，近年來都受到了國內外污染生態(tài)研究上的重視。國內對污染脅迫下土壤重金屬和酶活性進行了許多研究，如酸雨脅迫下的土壤重金屬問題

6、[56]，土壤酶問題[78]，污染環(huán)境中土壤重金屬和酶的關系[910]等等。上述研究多集中在土壤與污染物間的關系機制上，而很少涉及到生物因子，如林木方面的問題。這方面的研究是目前的一個薄弱環(huán)節(jié)。為此，本文選擇了兩種污染區(qū)和清潔區(qū)（對照區(qū)）不同林木根區(qū)土壤為研究對象，對其在污染的脅迫、林木作用參與下，土壤重金屬和土壤酶狀況進行比較研究，以探討污染物與生物體共同作用下土壤重金屬和酶的變化機制，并為城市工業(yè)污染區(qū)抗性樹種的選擇提供參考。1研究

7、地區(qū)概況1.1自然概況黃埔區(qū)地處廣州市東部，珠江沿岸，西鄰天河區(qū)，北靠白云區(qū)，東接增城市，南與番禺區(qū)隔江相望。區(qū)內地勢北高南低，主要地貌為低丘、臺地和平原。全區(qū)處于北回歸線以南，面臨南海，屬南亞熱帶季風氣候，年平均氣溫21～22℃，最冷月（1月）平均氣溫13℃左右，最熱月（7月）平均氣溫29℃左右。年平均降水量1670mm，一般4～9月為多雨期，10月至翌年3月為旱季。區(qū)內林分多為人工桉樹林、相思林或馬尾松（Pinusmassonian

8、a）人工、次生林。土壤均為花崗巖赤紅壤。1.2調查地概況調查地分三個地段：廣州市黃埔區(qū)石化廠北面山坡、黃埔區(qū)硫酸廠西南面山坡和華南農(nóng)業(yè)大學校園長崗及其附近山坡地的對照區(qū)。三個地段立地條件基本一致，均為南亞熱帶低丘中上部、中部和及山腳。選擇荔枝（Litchichinensis）、臺灣相思（Acaciaconfusa）、馬尾松和尾葉桉（Eucalyptusurophylla）為研究樹種。在林木的選擇上，相同樹種盡量選擇胸徑、樹高或年齡接近的

9、林木，具體的采樣點基本情況見表1（下頁）。廣州石化廠是生產(chǎn)石油化工產(chǎn)品的大型企業(yè)，附近還包括廣州乙烯廠。石化廠的采樣地大田山位于廠區(qū)北面，受一定程度的大氣污染，大部分林木生長基本正常，林地植物未見大量死亡。另外一處污染地龜山位于黃埔區(qū)硫酸廠（包括化工廠）南至西南面山坡，山體中心地段受污染嚴重，林地植被大量枯死，剩下少量潺槁樹（Litseaglutinosa）、臺灣相思及低洼地帶的尾葉桉等。裸露地表土流失殆陳紅躍等：不同大氣污染區(qū)林木根區(qū)

10、土壤重金屬和酶活性研究515多差異顯著。表2計算得出，石化廠林木根區(qū)土壤Cu、Zn、Pb、Cd全量的平均值是對照區(qū)的1.34，1.11，0.93，0.54倍，其有效態(tài)含量的平均值是對照區(qū)的0.93，0.52，0.37，0.34倍，即在石化廠污染區(qū)土壤中全Pb、全Cd以及四種金屬的有效態(tài)含量比對照區(qū)還要低，這說明石化廠大氣污染并未使土壤重金屬污染加重，或者該污染條件下可能有利于重金屬的遷移流失，也可能是與土壤特性和背景值等狀況有關，其原因

11、有待進一步查明。硫酸廠污染區(qū)的土壤則明顯地受到了Cu、Zn、Pb、Cd的嚴重污染，該區(qū)四種重金屬的全量平均值為對照區(qū)的2.98、8.11、3.90、43.22倍，而有效態(tài)含量是對照區(qū)的4.52、12.52、7.56、24.02倍，比對照區(qū)高出很多。參照土壤環(huán)境質量二級標準（GB15618—1995），該區(qū)鋅和鎘的含量嚴重超標。全量的增加可能與該地的污染物有關；有效量的增加可能與硫酸廠長期的排放物酸性氣體，附近的土壤長期受酸雨的淋蝕有關。

12、一些實驗室的模擬研究指出[5613]，酸性環(huán)境下，土壤各種重金屬活性被激活顯著地增加土壤中重金屬的溶出，使得重金屬的有效態(tài)含量相對增加。長期受硫酸廠酸雨及其它污染物污染的土壤不但重金屬富集量大，而且溶出也大。有些林木的根區(qū)環(huán)境狀況能影響土壤中重金屬的化學過程，一定程度上能對重金屬污染起到修復作用[14]。由表2不難看出，在污染相當嚴重的硫酸廠污染區(qū)，臺灣相思根區(qū)土壤的重金屬全量、有效量普遍比尾葉桉和裸露地要低，說明在嚴重脅迫條件下，其根

13、系對環(huán)境污染物含量的降低有明顯作用。3.2不同污染區(qū)林木根區(qū)土壤的酶活性隨著工業(yè)化進程的加快，有毒氣體及其它污染物的大量排放，導致土壤生態(tài)系統(tǒng)嚴重破壞。作為在土壤系統(tǒng)的物質和能量轉運過程中起著不可忽視作用的土壤酶，其活性大小在一定意義上能反映土壤受污染水平，因為他們參與土壤系統(tǒng)中各種物質的轉化和吸收。表3為不同污染區(qū)林木根區(qū)土壤的酶活性。對所調查的各土樣的脲酶、過氧化氫酶、酸性磷酸酶和脫氫酶活性采用Duncan檢驗法進行方差分析，結果表

14、明，不同供試土壤的不同酶活性存在極顯著差異（PrF石化廠區(qū)硫酸廠區(qū)；馬尾松根區(qū)除蛋白酶活性外，均為對照區(qū)石化廠區(qū)硫酸廠區(qū)。尾葉桉根區(qū)過氧化氫酶和酸性磷酸酶的活性順序是對照區(qū)石化廠區(qū)硫酸廠區(qū)；而脲酶和蛋白酶的活性順序是石化廠區(qū)對照區(qū)硫酸廠區(qū)；有關的研究表明[814]，土壤重金屬污染的加劇，導致酶活性的降低。由上述的酶活性比較順序可得知，硫酸廠污染已最嚴重，石化廠有輕度污染。無論在對照區(qū)還是污染區(qū)，臺灣相思基本上表現(xiàn)為根區(qū)土壤酶活性比尾葉桉

15、和荔枝高，部分比馬尾松高。特別是，臺灣相思土壤脲酶的活性在各區(qū)均比其它樹種高得多，這可能與其具有固氮的特性有關。在對照區(qū)，臺灣相思的酸性磷酸酶活性尾葉桉。說明在污染地區(qū)臺灣相思根系更有利于土壤酸性磷酸酶活性的提高；在對照區(qū)和輕度污染的石化廠污染區(qū)臺灣相思的蛋白酶活性尾葉桉，而在污染嚴重的硫酸廠污染區(qū)臺灣相思的過氧化酶活性尾葉桉，說明在污染較嚴重地區(qū)尾葉桉反而能提高過氧化氫酶的活性。表3供試土壤的酶活性Table3Theenzymatic

16、activitiesofsoilsamplestested脲酶過氧化氫酶酸性磷酸酶蛋白酶供試樣品w(NH3N)(mgg1)（37，24h）[c(KMnO4)(0.1molL1)](mLg1)（25，20min）w(酚)(mgg1)（37，24h）w(NH2N)(mgg1)（30，24h）SHT1.61833B1.54667E45.3933E0.085000GSHM0.20767F1.27667F48.5900D0.270000ASHW0

17、.22033F1.26000F18.8667H0.136667ESHL0.15100H(G)1.28667F16.2133I0.248000CLST0.27033E0.64733H29.3333F0.045667HLSW0.19233F(G)0.73233G15.0567I0.0246667ILSL0.11500H0.29800I2.8167G0.017333JCKT6.13733A3.24700B86.6800C0.220333DCK