土壤pH条件下磷酸酶对砷污染的毒性响应及机理研究.pdf

摘要 摘要 砷污染是我国当前较为严重的重金属污染问题之一，其在土壤中的迁移、转化及 生物毒性受土壤环境的制约。磷酸酶在土壤磷素循环过程中至关重要，可催化有机磷 水解矿化释放无机磷，其活性在一定程度上反映了土壤磷素有效化的程度。磷酸酶对 重金属污染较为敏感，是土壤重金属污染监测的重要生物指标。本文在土壤pH 缓冲条 件下，研究了实际环境中砷污染对土壤磷酸酶活性的影响，并借助动力学与热力学方 法深入分析了砷对土壤磷酸酶的作用机制，以探究在土壤pH 和最适pH 缓冲体系下土 壤磷酸酶对砷污染的响应及机理上的差异，最终为环境污染的监测、修复等提供依据。 主要获得以下结论： （1）在土壤pH 缓冲体系中，五价砷污染后土壤磷酸酶活性显著受到抑制，抑制 程度与砷含量、土壤肥力性状有关，碱性土壤的磷酸酶活性及其抑制率低于酸性土壤； 实地砷污染土壤中，砷含量较高的土壤磷酸酶活性较低，总砷及各砷形态含量与实地 污染土壤磷酸酶活性呈显著的负指数函数关系。 （2 ）动力学研究表明，土壤pH 缓冲体系中，五价砷污染后碱性土壤磷酸酶Km 呈 上升的趋势，V 变化趋势较小。酸性土壤磷酸酶的K 的变化趋势为上升、下降或不 max m 变，V 下降。所有土壤磷酸酶的 V /K 均呈下降趋势。碱性土壤为竞争性抑制或线 max max m 性混合抑制类型，酸性土壤较为复杂。土壤肥力性状可显著影响砷与酶、酶-底物复合 物的结合能力。与五价砷污染试验结果相比，实地砷污染土壤磷酸酶的V 较高，K max m 范围较小，V /K 较低。五价砷污染与实地砷污染试验表明，V /K 是较为灵敏的砷 max m max m 污染评价指标。五价砷污染与实地砷污染的热力学研究表明，土壤磷酸酶的酶促反应 是需要从外界吸收热量的非自发反应。 （3 ）与最适pH 缓冲体系相比，五价砷污染下，土壤pH 缓冲体系中土壤磷酸酶 活性及其抑制率碱性土壤较低，酸性土壤较高，动力学参数相差较大，抑制常数较高。 两种缓冲体系下，碱性土壤均以竞争性抑制为主；实地砷污染下，与最适pH 缓冲体系 相比，土壤pH 缓冲体系中砷与土壤磷酸酶活性的关系更为明显；土壤磷酸酶 V 与 max V /K 值较高，K 范围较大。采用土壤pH 缓冲体系，可以更准确地利用磷酸酶来评 max m m 价砷的毒性。 关键词：砷；土壤pH；土壤磷酸酶；动力学；热力学 I 西北农林科技大学硕士学位论文 目 录 摘要 I ABSTRACT II 第一章 综述 1 1 土壤砷污染概况 1 1.1 砷的来源 1 1.2 土壤中的砷 1 1.3 砷的污染现状 2 1.4 砷的毒害 3 2 土壤酶 3 2.1 土壤酶的来源 3 2.2 土壤磷酸酶 4 3 砷污