大冶矿区土壤重金属积累对土壤酶活性的影响 - 生态环境学报.doc

大冶矿区土壤重金属积累对土壤酶活性的影响 胡学玉，孙宏发，陈德林 中国地质大学（武汉）环境学院武汉 430074 大冶矿区位于湖北省的东南部，是我国的青铜之乡，长期的采矿和冶炼活动已使该矿区土地生产力和农产品品质严重下降。为了探明相关重金属的污染状况，应用野外调查与采样分析相结合的方法，研究了大冶矿区土壤酶活性和土壤中重金属的累积特性。结果表明：矿区土壤Cu、Pb、Zn、Cd、As全量的平均值分别是该区土壤背景值的35.1倍、16.0倍、3.0倍、29.8倍、1.1倍。不同样点土壤酶活性存在一定程度的差异。土壤重金属胁迫对土壤酶活性主要表现为抑制作用，其中对土壤重金属响应较敏感的酶为脲酶和过氧化氢酶，这两种酶与重金属Cu、Pb、Zn、Cd、As的全量分别呈显著或极显著的负相关。这些研究结果对于大冶矿区土壤环境质量评价及生态修复有一定的指导意义。 矿区土壤重金属污染土壤酶活性中图分类号：X 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2007）0-1421-03随着采矿和冶炼业的迅速发展，矿冶周边地区土壤重金属污染已成为环境科学和土壤科学研究和关注的热点问题之一[1-3]。大冶是我国青铜之乡，位于湖北省东南部。长期的矿产资源开采与冶炼已导致该区自然环境恶化、生态平衡失调[4,5]。然而，对大冶采矿及冶炼区土壤中重金属污染状况还缺乏系统的研究，有关该区土壤重金属对土壤酶活性的影响更少见报道。因此，开展大冶典型矿冶周边地区土壤中重金属污染状况研究，并探讨重金属污染程度与土壤生物活性之间的关系，为矿冶周边地区重金属污染土壤的可持续利用、环境质量评价及生态修复提供科学依据有重要的现实意义。 研究区位于湖北省大冶市，地处湖北“冶金走廊”腹地，跨东经114°31′115°20′，北纬29°40′30°15′。属于亚热带向中亚热带过渡的自然地带，为季风性大陆气候，夏季盛行东南风，冬季多西北风。全年平均气温17 °C，年平均降雨量1300 mm，年蒸发量为1520 mm。由于中生代燕山中酸性岩浆岩侵入到石灰岩中，形成许多含亲铜元素和亲铁元素的硫化矿、氧化矿等矿床。研究区内分布着较大的铜矿、铁矿、煤矿和石灰石矿等矿业基地。 以大冶有色金属公司冶炼厂烟囱为中心，分别向东南、西北、西南、正南方向按一定距离采集20个土壤混合样。每点样地面积20 m×20 m，56点混合。样点分布区多为水田与菜地。采样深度为20 cm。 土壤混合均匀后按四分法获取足量的样品装入无菌封口塑料袋。将无菌封口塑料袋内的一部分新鲜土壤置于4 ℃冰箱内保存，供土壤酶活性分析；将另外的土壤样品自然风干后，剔除植物残体和石块，磨碎，过筛，保存于塑料瓶中待测。 用HF-HNO3-HCO4消煮土壤样品，ICP-AES法测定各重金属元素含量[6]。 土壤过氧化氢酶与过氧化物酶活性的测定采用容量法；土壤蔗糖酶和土壤脲酶活性采用比色法测定[7]。 数据处理与分析采用SPSS软件。 由供试土壤重金属元素全量分析结果（表1）可以看出，与该区土壤背景值[8]相比，6种重金属的含量除Cr外，其余均高于背景值。Cu的平均含量是背景值的倍、Pb为16.0倍、Zn为3.0倍、Cd为29.8倍、As为1.1倍、Cr为0.8倍，这表明长期的矿冶活动已使该地区土壤表现出不同程度的重金属累积现象。Cu含量的最高点出现在铜绿山铜矿遗址周围，达到5644.60 mg·kg-1，这也是导致Cu含量在20个样点间变幅较大的直接原因。其它元素含量的最高点大都出现在大冶有色金属公司冶炼厂附近。 土壤中各种生化反应除受微生物本身活动的影响外，实际上是在各种酶的参与下完成的。在自然状态下，酶作为土壤的重要组成部分，其活性的大小可敏感地反映土壤中生化反应进行的方向与强度。从表2可以看出，不同样点土壤酶活性存在一定程度的差异。从过氧化氢酶活性的变化来看，其变幅在0.8 m·g-1~4.4 mL·g-1之间；过氧化物酶活性变化范围为0.3 m·g-1~1.2 mL·g-1；脲酶活性变化范围为0.0206 mg·g-10.3358 g·g-1；蔗糖酶的变化范围为2.864 g·g-141.696 g·g-1。从变异系数来看，蔗糖酶活性的变化幅度较大，脲酶和过氧化氢酶活性次之，过氧化物酶活性差异较小。 Table 1 Total amount of heavy metals in the soil of Daye mineral district mg·kg-1 元素 Cu Pb Zn Cr Cd As 最大值 5644.60 543.24 366.32 92.49 16.93 23.03 最小值 85.39 122.46 68.38