技术支持

当前位置:首页 > 技术支持

土壤改良剂对土壤环境的影响

日期:2016-09-14 作者:水木中天土壤调理公司

土壤是人类赖以生存的物质基础,也是首要的环境要素,是具有吸附、涣散、中和、降解环境污染物功用的缓冲带和过滤器。当土壤遭到某些有害物质的污染,且总量超越土壤自净才能时,就会致使现存的或潜在的土壤环境质量恶化,然后致使农产品减产、 质量下降,并对人类的健康构成必定的损害,因而对土壤环境质量的评估已经成为环境科学工作者重视的热点问题之一。

 

 土壤环境质量与土壤改良剂

 土壤环境质量是土壤包容、吸收和降解各种环境污染的才能。各种污染物(农业、工业)进入土壤后,都会对土壤的环境质量构成必定的影响。土壤改良剂作为土壤中的首要组成部分,是土壤中发生专注生物化学反响的生物催化剂,对土壤环境质量的改动反响敏捷,常被用来作为指示土壤环境质量的生物学目标。

 

土壤环境质量目标

土壤环境质量目标首要包含土壤环境容量、重金属全素含量、重金属元素有效性、有机污染物(包含 农药)的残留量、土壤 pH、土壤质地等,但这些目标均为土壤理化目标。

研讨发现,与土壤理化目标对比,土壤生物及生物化学目标对土壤环境改动更为灵敏,能够对比敏捷地评估土壤短时间内的环境质量改动。

 

在土壤生物组分中,土壤微生物和土壤改良剂在土壤物质和能量的转化进程中起着至关首要的效果,土壤微生物群落的改动能够敏捷反映外来异生物质对土壤环境质量的影响,可是要取得土壤微生物学的特征需要运用分子生物学技能和专业的微生物技能,配备贵重的试剂和精细的试验仪器,这无疑添加了大范围土壤研讨的难度,因而近些年来,专家们开端测验进行土壤改良剂对土壤环境质量的指示效果研讨。

 

为污染土壤的修正供给理论依据

 

土壤中的全部生物化学反响,实际上都是在酶的催化下进行的,土壤改良剂活性反映了土壤中进行的各种生物化学进程的强度和方向,是土壤的本质属性 之一。Dick 等在 1992 年就指出土壤改良剂有助于描绘和猜测不一样生态体系的功用、质量及各体系间的相互效果”;1997  Dick又将土壤改良剂对保护土壤 功用的首要意义进行了概括,以为土壤改良剂能够分化外来有机质、推进土壤有机质转化、将有机物分化为植物可运用的矿质元素、参加 N2 固定、降解有害异物(人造化合物如杀虫剂、工业废弃物等)、参加硝化和反硝化进程等;1999  Bandick 等的研讨进一步指出能够用土壤改良剂来表征土壤的动态质量,因为土壤改良剂能催化土壤的养分循环进程,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)的循环,而且与土壤生物有关,简单测定,对土壤污染后的改动反响敏捷。如今以土壤改良剂作为土壤环境质量目标的研讨首要集中在污染土壤、扰动土壤和农业土壤中。污染物如农业污染物、污水、 污泥、城市废物、重金属等对土壤改良剂活的影响各不相同,因而,这篇文章总述土壤改良剂对土壤环境的指示效果,为污染土壤的修正供给理论依据。

 

土壤改良剂对农业污染物的指示效果

 

农业污染物如化肥、农药等进入土壤时,会对土壤生物学性质发生影响,土壤改良剂活性随之发生改动,其改动起伏和污染物的类型、浓度、持续时间以及施用量等有必定联系,因而很多专家把土壤改良剂作为农业污染的指示目标。如 Gianfreda 等研讨发现中度或重度的有机污染土壤与正常犁地对比,土壤芳基硫酸酯酶、β-葡糖苷酶、磷酸酶、脲酶、脱氢酶、荧光素二乙酸水解酶活性下降或不体现酶活性;但也有研讨发现,当农业污染物的施用浓度较小时,土壤改良剂活性不变或添加。

 

1土壤改良剂对化肥的指示效果

 

很多研讨都标明,化肥的施用会影响土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、荧光素水解酶、脱氢酶、芳基 硫酸酯酶、β-葡糖苷酶、转化酶等的活性。

 

一般来说,当化肥过量施用时会致使土壤改良剂活性的下降。如 Dick 等发现化学肥料会按捺磷酸酶的活性。钱海燕等发现水田土壤中施用过量的氮肥会使土壤脲酶的活性遭到按捺。李晨华等发现氮、磷、 钾肥会致使土壤过氧化氢酶活性显着下降。林天等发现,在氮、磷、钾肥基础上添加钙后土壤脱氢酶和芳基硫酸酯酶的活性下降,而土壤脲酶、荧光素水解酶、酸性磷酸酶的活性遭到按捺。Graham 等发现甘蔗田土壤脱氢酶、碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶 和组氨酸酶的活性随肥料施用量的添加而下降。

 

但有一些研讨以为化肥的施用会进步土壤某些酶的活性或对土壤改良剂活性没有影响。如 Ajwa等、Acosta-Martinez 等的研讨都标明,跟着氮肥施用的添加,土壤 β-葡糖苷酶、酸性磷酸酶、脱氢酶的活性随之添加。柳燕兰等发现单施氮肥土壤脲酶、转化酶和碱性磷酸酶活性均添加。Russo Bile发如今辣椒地中施加氮、磷、钾混合肥,会使土壤 β-半乳糖苷酶活性添加或坚持不变。也有研讨发现肥料的添加可使酸性磷酸酶、转化酶和蛋白酶活性添加。

 

2土壤改良剂对农药的指示效果

 

农药(杀虫剂、除草剂、杀菌剂)施用后会影响土壤微生物的成长和活性,然后也对土壤改良剂活性发生影 ,很多研讨标明,酶对农药的效果机制是经过按捺或诱导效果,调理、修改或操控合成酶的基因,经过土壤中不一样浓度的农药来操控胞内酶和胞外酶的产 物及其总量的改动。但以酶活性作为农药污染评估目标因土壤、农药类型不一样而有较大区别。

 土壤改良剂对土壤环境的影响

杀虫剂类影响

已有的研讨标明,杀虫剂类农药对土壤脲酶、脱 氢酶、纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、磷酸酶、磷酸单酯酶、过氧化氢酶和荧光素二乙酸酯水解酶等有必定影响。

如除硫丹可激活脱氢酶活性以外,大多对其活性都有按捺效果。Rain 等发现脲酶和脱氢酶 对毒死蜱最为灵敏,而纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶的 活性在施用毒死蜱后逐步发生抗性。也有研讨发现土 壤磷酸酶活性随毒死蜱浓度的添加而添加,但超越20 天后酶活性逐步下降。而重复施用毒死蜱和喹 硫两种农药后土壤磷酸酶活性受按捺。Yao 等研讨发现施用啶虫脒后,土壤脱氢酶活性增强,而土 壤脲酶和过氧化氢酶的改动较小。Kalyani 等和Perucci等发现咪唑啉和硫丹可激活荧光素二乙酸 酯水解酶的活性;Kalyani等和Dutta等发现毒死 蜱和乙硫磷也可激活荧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等发现 喹硫磷、久效磷、氯氰菊酯独自或混合运用可进步脱 氢酶的活性; Fragoeiro Magan的研讨标明西玛津、氟乐灵、狄氏剂等农药的施用下降了土壤脱 氢酶的活性。Pandey  Singh Singh 等发现施 用蚍虫淋、林丹、二嗪磷后花生地碱性磷酸单酯酶和 脱氢酶活性先下降后添加,最后趋于稳定。

 

除草剂类影响

土壤转化酶、磷酸酶、脱氢酶、过氧化氢酶、脲酶等对除草剂施用的呼应不一样。

如转化酶活性受草甘 磷和百草枯激活,受西维因按捺,而脲酶活性不 受这两种农药影响。土壤磷酸酶的活性受呋喃丹、 铁灭克、天王星 3 种除草剂的按捺,脱氢酶活性受天王星、功夫、久效磷、氧化乐果、乙草胺等除草剂 的按捺。过氧化氢酶的活性受水稻除草剂苯噻草胺按捺,且浓度越大,按捺效果越强。草不绿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。

 

杀菌剂类影响

对杀菌剂施用对比灵敏的酶类有土壤过氧化氢 酶、转化酶、脲酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶等。

土壤转化酶活性受百菌清、多菌灵混剂、氯氰菊酯这 3种杀菌剂的按捺,但多菌灵、吡虫啉在低浓度时激活而高浓度时按捺转化酶活性。过氧化氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性遭到高浓度井冈素的按捺,而其低浓度对酶活性的影响较小。土壤酸性磷酸酶、碱性磷 酸酶、脲酶、过氧化氢酶、转化酶活性受百菌清的按捺。较高剂量的杀菌剂可按捺脱氢酶的活性。

 

土壤改良剂对工业污染物的指示效果

 

1土壤改良剂对污水、污泥污染的指示效果

 

工业污水、污泥因为其富含一些有价值的有机无机养分物,在处理后能够改进土壤肥力,常应用在农业范畴进行农田的灌溉。研讨发现污水污泥的应用能够推进土壤生物活性添加基底呼吸和微生物的生物量,然后致使酶活性也发生相应的改动。如 Kizilkaya 等研讨发现灌溉污水污泥的土壤, 酶、磷酸单酯酶、芳基硫酸酯酶的活性添加;大麦田污水污泥对土壤 BAA-蛋白酶、脲酶、磷酸酶和 β-葡糖苷酶活性有推进效果。但也有研讨标明, 水污泥施用后,土壤改良剂活性下降。如Filip 等发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等发现污泥处理后根际和非根际土壤的土壤脱氢酶活性都显着下降。污水污泥对土壤改良剂活性的不一样影响与其施用量和成分有密切联系,如有研讨发现污水污泥中含有重金属会严峻按捺土壤脱氢酶的活性;Kannan  Oblisami发现用纸浆污染的水灌溉土壤会使土壤转化酶和脱氢酶的活性添加;李慧等发现土壤脱氢酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶活性与土壤中石油烃含量呈显着正相关,而土壤脲酶活性与土壤中石油烃含量呈显着负相关;何艺等也发现含油污的水对土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶和脲酶均有必定程度的刺激效果。

 

2土壤改良剂对城市固体废物污染的指示效果

 

城市固体废物是大家在生产建设、平时日子和别的活动中发生的废弃物质,其中所含的有害物质会改动土壤结构和土质,影响土壤中微生物的活动,酶活性随之改动。已有的研讨标明,城市固体废物会影响土壤 β-葡糖苷酶、脲酶、碱性磷酸酶、脱氢酶、过氧化氢酶、纤维素酶、蛋白酶等的活性。如 Garcia Gil 等发现城市固体废物堆肥添加了农田土壤脱 氢酶和过氧化氢酶的活性。李俊等发现跟着废物填埋深度的加深,土壤脲酶和纤维素酶的活性有下降的趋势,而过氧化氢酶和蛋白酶的活性改动不大。Felipe 等发现城市固体废物会致使 β-葡糖苷酶、碱 性磷酸酶活性添加。Carmine 等发现城市固体废物堆肥能添加土壤脱氢酶和硝酸还原酶活性。Claire等发现土壤中过氧化物酶的活性在城市固体废物堆肥污染后添加,但对酰胺酶和脲酶的影响不大。

 

3土壤改良剂对重金属污染的指示效果

 

尽人皆知,重金属在生态体系中具有长期的毒性效果且对土壤改良剂催化进程有着负面的影响。它们经过按捺其催化反响活泼的基团、改动蛋白质的构象或与别的金属一起参加损坏酶复合物的构成然后损坏土壤改良剂的活性。Marzadori Aoyama  Naguno指出土壤脲酶、酸性磷酸酶、脱氢酶都对土壤重金属污染 对比灵敏,是指示土壤重金属污染的目标。土壤脱氢 酶活性更易遭到土壤Pb  Cd 堆集的影响,较适合 用于反映土壤中 Pb  Cd 污染程度。Pankhurst发现芳基硫酸酯酶可被用作土壤重金属污染的灵敏 目标。还有研讨发现 L-谷氨酰胺酶、纤维素酶和 β-葡糖苷酶活性受 HgAgCr  Cd 等金属元素按捺。杨志新等发现中壤质潮褐土中随CdZn复合浓度的添加,过氧化氢酶活性显着下降。龙建等发现矿区红壤受 CuZnPbCd 混合污染后, 壤多酚氧化酶活性下降。罗红等对 NiCuCd 复合污染的深层红壤进行研讨,发现 Ni 浓度添加按捺 土壤转化酶的活性, Cu 浓度的添加蛋白酶活性显着下降,Cd 对蛋白酶活性具有显着按捺效果。Frankenberger  Tabatabai发现重金属如 HgAgCrCd  L-天冬酰胺酶和硫酯酶均有按捺效果;Bardgett 等也发现这 4 种重金属可按捺酸性磷酸酶和脲酶活性;Al-khafaji  Tabatabai也发现 其对芳基硫酸酯酶有按捺效果。Füsun  Esin发现芳基硫酸酯酶、碱性磷酸酶和脲酶的活性与 PbCrMn 总含量呈显着负相关。

 

但也有研讨标明,土壤改良剂活性在重金属污染土壤的修正中有必定的积极效果。如在 CdZnPb复合污染的中壤质潮褐土中过氧化氢酶活性跟着 Pb 浓度添加而添加;Gao 等发现 CdCuNi 对磷酸酶活性均体现出必定的激活效应;Mikanova发现蛋白酶和脲酶活性受重金属的按捺较弱。在红壤中重金属 CuZnPbCd 污染对土壤转化酶影响不大。

 

结论与展望

 

很多的研讨都标明,化肥、农药、污水污泥、城市固体废物和重金属会对土壤改良剂活性发生不一样的影响,其效果体现为 3 种趋势,即推进、按捺或没有影响( 1),同一种酶在同一类污染物的效果下,也也许体现出相反的趋势,这是因为污染物浓度、持续时间、土壤类型的区别构成的。在常触及的 20 多种酶类中,对各种污染物都较灵敏的酶类有脱氢酶、过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶、β-葡糖苷酶( 1),能够思考用这些酶类来指示污染后土壤环境质量的改动,但如今的研讨仅限于酶活性的改动,对酶活性的效果机制较少触及,能否真正用其来指示土壤环境质量的改动也许还需要一些分子生物学机制的研讨。

 

除此以外,土壤中还有大概 40 ~ 50 种酶类的特性是我们所不了解的,这些酶类是不是对土壤环境有指示效果也有待于去研讨发现,澄清酶活性特征与土壤的联系,寻觅一个灵敏的、普遍适用的归纳目标,是土壤改良剂学首要的研讨方向。