本文關(guān)鍵詞：不同水分條件下砷污染對土壤酶活性影響及機(jī)理研究　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：砷是土壤中具有較強(qiáng)毒性和致癌作用的類金屬元素,被稱為土壤五大污染元素之一。砷進(jìn)入土壤后受水分含量影響而發(fā)生形態(tài)、價態(tài)轉(zhuǎn)化,影響砷的生物有效性及對環(huán)境風(fēng)險。土壤酶參與了土壤中所有生化反應(yīng),推動了營養(yǎng)元素循環(huán)轉(zhuǎn)化、能量代謝和污染物質(zhì)凈化等,因而重金屬的加入必然會對土壤酶產(chǎn)生影響。目前,關(guān)于砷的土壤酶效應(yīng)已進(jìn)行了諸多研究,但大都集中于砷長期污染對土壤酶活性影響,且研究多只考慮砷濃度單一因素而忽視了其他環(huán)境因素,如水分對砷毒性影響。故有必要開展不同水分條件下砷短期污染對土壤酶活性影響研究,以期更加準(zhǔn)確了解砷的生物毒性及變化規(guī)律。本文采用室內(nèi)模擬方法,在35%、65%和110%最大飽和持水量(WHC)條件下,較為系統(tǒng)地研究了不同水分下短期砷污染后土壤有效砷變化及對土壤FDA水解酶、脫氫酶、堿性磷酸酶及芳基硫酸酯酶活性的影響,并利用酶動力學(xué)手段探討了水分對砷抑制土壤堿性磷酸酶活性機(jī)理的影響。主要結(jié)果如下:(1)土壤對砷的吸附量隨砷添加濃度增加而增大,吸附率降低。砷解吸量及解吸率均隨砷吸附量的增加而增大。水稻土對砷吸附強(qiáng)度及容量均大于X土,求得江蘇水稻土和陜西X土對砷的最大吸附量分別為658.88、514.11mg·kg-1。(2)水分含量、砷濃度、土壤類型均是影響土壤有效砷含量的因素,且有效砷濃度隨老化時間延長降幅減緩。Elovich方程揭示出水分對有效砷向其他形態(tài)轉(zhuǎn)變速率影響的大小順序?yàn)?110%WHC65%WHC35%WHC。(3)砷污染前期(1~15d)激活土壤FDA水解酶及脫氫酶活性,后期(15~30d)激活程度減弱或起抑制作用。淹水(110%)提高了FDA水解酶活性,但一定程度降低了脫氫酶活性。水稻土FDA水解酶活性大于X土。(4)砷污染、淹水均顯著抑制土壤芳基硫酸酯酶活性。水稻土芳基硫酸酯酶活性顯著大于X土,且砷對水稻土酶活性抑制程度小于X土。(5)砷污染抑制土壤堿性磷酸酶活性,模型U=A/(1+B×C)可較好表征砷濃度(C)與酶活性(U)關(guān)系,揭示出土壤堿性磷酸酶在一定程度上可表征土壤砷污染程度,并反映出其間的機(jī)理為完全抑制作用。干燥和淹水均會降低土壤堿性磷酸酶活性。水稻土堿性磷酸酶活性及砷開始抑制酶活性濃度均顯著大于X土,表明水稻土對砷污染具有更強(qiáng)的緩沖性。(6)土壤總體酶活性(TEI)匯總了所有土壤酶信息,且其結(jié)果與采用土壤酶主成分分析獲得的結(jié)果具有一致性。砷污染降低了土壤總體酶活性,模型TEI=A/(1+B×C)可較好表征砷濃度與TEI關(guān)系,揭示出土壤總體酶活性參數(shù)可用于表征土壤砷污染程度。不同水分條件下X土總體酶活性大小順序?yàn)?5%WHC35%WHC110%WHC,水稻土為:35%WHC110%WHC65%WHC。水稻土總體酶活性顯著大于X土,一定程度上佐證了土壤總體酶活性可綜合反映土壤肥力水平。綜合全文,根據(jù)劑量最小最敏感原則,得出X土砷輕度污染時總砷及有效砷濃度分別為37、15 mg·kg-1;水稻土分別為66、11 mg·kg-1。(7)砷污染減弱了酶-底物親和力(Km)、酶-底物復(fù)合物分解能力(Vmax)及酶促反應(yīng)初速度(Vmax/Km),從本質(zhì)上抑制了酶促反應(yīng)進(jìn)行(k)。水分含量升高增大了Km,但卻減小了Vmax與k。模型Y=A/(1+B×C)及Y=A+B×C可較好表征各動力學(xué)參數(shù)(Y)與外源砷(C)的關(guān)系,揭示出堿性磷酸酶動力學(xué)參數(shù)在一定程度上可表征土壤砷污染程度,并計算獲得水稻土砷輕度污染的臨界濃度為20.52 mg·kg-1,此值與國家土壤標(biāo)準(zhǔn)中的二級污染標(biāo)準(zhǔn)值較為接近。水分條件影響砷對土壤堿性磷酸酶活性抑制機(jī)理:35%、65%水分下為完全競爭性抑制;110%水分下為以完全非競爭性抑制為主的線性混合抑制。綜合全文,可得出以下主要結(jié)論:土壤有效砷含量受砷污染濃度、水分含量及土壤類型影響;短期淹水激活FDA水解酶及脫氫酶活性,降低芳基硫酸酯酶及堿性磷酸酶活性;不同水分下,堿性磷酸酶及其酶動力學(xué)參數(shù)Vmax/Km對砷污染均最為敏感,可作為土壤砷污染監(jiān)測指標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X53

【參考文獻(xiàn)】

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1 馮秋分;蘇世鳴;曾希柏;張楊珠;李蓮芳;白玲玉;段然;林志靈;;我國農(nóng)田中砷污染現(xiàn)狀及微生物修復(fù)機(jī)理的研究與展望[J];湖南農(nóng)業(yè)科學(xué);2013年07期

2 劉斌;趙阿娟;楊虹琦;李曉忠;湯若云;肖海強(qiáng);;外源砷在3類土壤轉(zhuǎn)化形態(tài)及其煙株中的分布[J];中國農(nóng)學(xué)通報;2013年13期

3 關(guān)連珠;周景景;張昀;張廣才;張金海;禪忠祥;;不同來源生物炭對砷在土壤中吸附與解吸的影響[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報;2013年10期

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本文編號：1335255