（环境工程专业论文）不同环境下水稻土硫和重金属形态转化及微生物生态研究.pdf

摘要 水稻田土壤存在湿干交替过程，土壤含氧量、含水率及氧化还原电位会随之 变饿，从焉影响水糕土中s o b 和s r b 的糟群分布，这些变纯萼l 起的硫形态转化将 会照著影响水稻土中熏金属的形态和生物有效性。水稻羽土壤排干时是否会形成 金属硫化麴淡及诧过程是否有硫酸盐还愿菌s r b 蕊参与将是一个非常有意义螅 探索。本实验以重金属污染水稻土原位采样分析和室内模拟实验相结合，研究不 麓条停下土壤孛重金属和琉形态转他的规律及其捆互关联，并考察微生物垒纯特 征和种群结构差异。主要研究结论如下： 1 野外采集的浙汪上虞某铅锌矿尾矿区周这土壤p 珏值偏酸性；金琉静 有机硫含量商，有机硫平均含量占土壤金硫量的8 7 6 ；土壤重金属污染差异大。 ( 2 ) 不圊土壤含水率处理模拟水稻毽瀣予交替逯程发瑰，土壤呼吸爨度、 土壤酶活与土壤含水率存在相关性；土壤重金属形态变化受土壤含水率的影响。 当圭壤含水率达裂疆漓最大持瘩量对各供试土壤呼吸强度最大，过漫或过干都会 抑制土壤呼吸强度。土壤过氧化氢酶活性、脲酶活性与土壤含水率之间的相关性 不搂显。土壤芳墓硫酸酯酶活性对土壤含末率的变 艺响应出较显著，且劳基硫酸 酯酶活性随土壤深度增加而下降。从非淹育到淹育，c u 各形态发生变化，其中 餐规结合态鲍镤提升了2 。3 2 ；扶淹商再裂淹育晾干，可交换态c 珏含量下降。z 建 各形态变化规律与c u 基本相似，但变化幅度不同。 3 ) 不震浓度萋金震胁遣下水稻摄际环境模掇实验发现，土壤呼吸强度， 土壤酶活对重金属胁迫有显著响应，对c u 、z n 的响应趋势不同；且土壤硫含量 辘改变主壤呼吸强度对e 珏、焱黪遣酶噙痘趋势；承鬓搬骣与菲掇际主壤重佥属 化学形态以及硫与照金属结合的分子形态也表现出差异。 4 不蘸主壤含永率和不霹重金属爨遣下永器摄辩和菲檄际徽生麴糟群结 构存在明显差异。根据已知报道的硫酸盐还原菌特异引物优化了扩增体系，从水 稻摄豫主孛初步扩增窭了s r b 戆巍巯瀚竣菌属( d e s u l f o t o m a c u l u m ) ，建证实水 稻田湿干交替的特殊有氧。厌氧共存生态环境中存在厌氧菌s r b 提供初步证据。 关键词：硫重金属形态硫酸盐还原茵s r b 水稻土微生物生态 a b s t r a c t t h e r ei sas p e c i a la l t e r n a t i n gw e t d r yp r o c e s si np a d d ys o i l ，w h i c hw i l lc a u s e c o n v e r s i o nf r o ma e r o b i ct oa n a e r o b i cc o n d i t i o n a n dt h i sw i l la f f e c ts o ba n ds r b p o p u l a t i o nd i s t r i b u t i o n 。a l lt h e s ec h a n g e sw i l lf i n a l l yc a u s eh e a v ym e t a l ss p e c i a t i o n t r a n s f o r m a t i o na n dt h e i rb i o a v a i l a b i l i t y c h a n g e ，g o i n g w i t hs u l f u r s p e c i a t i o n t r a n s f o r m a t i o n t h e s ec h a n g i n gr u l e sa n dm u t u a lr e l a t i o ns h o u l db es t u d i e dd e e p l y a n di ti sam e a n i n g f u le x p l o r a t i o nw h e t h e rr e d u c e dm e t a ls u l f i d e sf o r mo rn o ta n d h o ws r ba c ti nt h i sp r o c e s sw h e np a d d ys o i ! d r a i n e d 。t h i sr e s e a r c hc o n n e c t e di n s i t e a n a l y s i so fh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t e dp a d d ys o i la n ds i m u l a t i o n i nl a b ，t os t u d y h e a v ym e t a l sa n d s 醢l 缸s p e c i a t i o nt r a n s f o r m a t i o na n dr e l a t i o n sb e t w e e nt h e s e p r o c e s s e su n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n ，a n dm i c r o b i a lc o m m u n i t yd i v e r s i t ya n dc h a n g e s o f b i o c h e m i s t r yc h a r a c t e r s 。t h em a j o rr e s u l t so b t a i n e da r e a sf o l l o w s 。 t h et a r g e ts o i l sp hv a l u e db e t w e e n4 。8 7a n d5 9 2 s u l f u ri nm i n e r a ls o i le x i s t e d a l m o s ti no r g a n i cc o m b i n a t i o ns t a t e t h es o i lw i t h i n1 , 0 0 0m e t e r sf r o mt h et a i l i n g s d u m p sp o i n tw a ss t i l ls u b j e c tt oa c e r t a i nd e g r e eo fh e a v ym e t a l sp o l l u t i o n t h g r ew a sac e r t a i nc o r r e l a t i o nb e t w e e ns o i lr e s p i r a t i o n ，s o i le n z y m ea c t i v i t ya n dt h e s o i lm o i s t u r ec o n t e n t s o i lc a t a t a s ea c t i v i t ya n ds o i lm o i s t u r ec o n t e n tw e r en o tc l e a r l y r e l e v a n t s o i lu r e a s ea c t i v i t ys h o w e da l m o s tn oa p p a r e n tr e a c t i o nt os o i lm o i s t u r e c o n d i t i o n sc h a n g e 。t h ee f f e c t i o no fs o i lm o i s t u r ec o n t e n tc h a n g e so ns o i la r y l s u l f a t a s e a c t i v i t yw a sr e l a t i v e l ys i g n i f i c a n t c o n t e n t so fe a c hc o p p e rs p e c i a t i o nc h a n g e dw i t h s o i lw a t e rc o n t e n t ，t h em o s ts i g n i f i c a n tw a sc o n t e n to fo r g a n i cb o u n dc o p p e rb e i n g u p g r a d e d2 3 2 c o n t e n t so f e a c hz i n cs p e c i a t i o nc h a n g e d a sc o p p e r t h ed e t e c t i o nr e s u l t so fs o i lb i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c ss h o w e ds o i ls u l f u rc o n t e n t s i g n i f i c a n t l ya f f e c ts o i lr e s p i r a t i o nr a t e ，a n di t c o u l dc h a n g er e s p o n s et r e n do fs o i l r e s p i r a t i o nr a t et oc uc o n c e n t r a t i o n s s t r e s s c u ，z ns t r e s sh a v ea c e r t a i nd e g r e eo f i n h i b i t i o nt os o i le n z y m ea c t i v i t yb u th a v ed i f f e r e n tf e a t u r e s ，a n dw h e t h e ra d d i t i o n a l s u l f u ra l s os h o wd i f f e r e n c e s t h e r ew e r ea l s od i f f e r e n c e sb e t w e e nr i c er h i z o s p h e r e s o i la n db u l ks o i li nh e a v ym e t a l ss p e c i a t i o n m i c r o b i a lp o p u l a t i o ns t r u c t u r eo fr i c er h i z o s p h e r ea n db u l ks o i le x i s t e ds i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e sw h e nd e a l tw i t hd i f f e r e n ts o i lm o i s t u r ec o n t e n ta n dd i f f e r e n th e a v ym e t a l s s t r e s s a n di n i t i a la m p l i f i c a t i o no fo n es p e c i eo fs r bi na e r o b i cr i c er h i z o s p h e r es o i l s u p p l i e da n a e r o b i cb a c t e r i as r be x i s t i n ge v i d e n c ei nt h es p e c i a la e r o b i c a n a e r o b i c c o e x i s t e n c ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti np r e s e n c eo fd r y w e tr i c ep a d d yf i e l d s k e yw o r d s ：s u l f u r , h e a v ym e t a ls p e c i a t i o n ，s r b ，p a d d ys o i l ，m i c r o b i a le c o l o g y 1 1 1 图表索弓 图表索引 图1 1 土壤硫素形态分级示意图5 图1 2 土壤生物硫循环6 图1 3 分析s r b 种群结构的三步n e s t e dp c r d g g r 路线图1 2 图1 4 土壤c u 污染对微生物群落结构的影响1 7 图1 5 不同形态硫处理对微生物群落结构的影响1 8 图2 1 上虞矿区各采样点位置分布示意图2 4 图2 2 水稻室内土培实验自制装置示意图2 8 图2 3 水稻室内土培分蘖期实景照片2 9 图3 1 水稻土淹育处理后p h 变化趋势图4 2 图3 2c u z n 胁迫下水稻土淹水后p h 变化趋势图4 3 图3 3 不同程度c u 胁迫下水稻根际与非根际土壤重金属的化学形态差异。4 4 图3 - 4 不同程度z n 胁迫下水稻根际与非根际土壤重金属的化学形态差异。4 4 图3 5s 的低价态标准参比物质k 边x a n e s 图谱。4 7 图3 - 6s 的高价态标准参比物质k 边x a n e s 图谱。4 7 图3 7 供试水稻土对照样品k 边x a n e s 图谱4 7 图3 8 供试水稻土c u z n 处理样品k 边) 渔n e s 图谱4 8 图3 - 93 0 0 p p m c u 处理下水稻植株和根际土样品k 边x a n e s 图谱4 8 图3 1 0 土样中金属硫化物的k 边x a n e s 检测。4 8 图3 11 不同土壤含水率对水稻土呼吸强度的影响。4 9 图3 1 2 不同浓度c u 胁迫对水稻土呼吸强度的影响5 0 图3 1 3 不同浓度z n 胁迫对水稻土呼吸强度的影响5 1 图3 1 4 不同土壤含水率对水稻土过氧化氢酶活性的影响。5 2 图3 1 5 不同土壤含水率对水稻土芳基硫酸酯酶活性的影响。5 2 图3 1 6 不同浓度c u 胁迫对水稻土过氧化氢酶活性的影响5 3 图3 1 7 不同浓度z n 胁迫对水稻土过氧化氢酶活性的影响5 3 图3 1 8 不同浓度c u 胁迫对水稻土脲酶活性的影响5 4 图3 1 9 不同浓度z n 胁迫对水稻土脲酶活性的影响5 5 图3 2 0 不同浓度c u 胁迫对水稻土芳基硫酸酯酶活性的影响5 6 图3 2 l 不同浓度z n 胁迫对水稻土芳基硫酸酯酶活性的影响5 6 图3 2 2 提取的土壤d n a 电泳条带5 7 图3 2 3 土壤d n a 的p c r 扩增产物电泳条带。5 7 图3 2 4s r b 特异引物p c r 扩增产物电泳条带5 7 图3 2 5 不同土壤含水率处理下土壤微生物种群结构的差异。5 8 图3 2 6 不同程度重金属胁迫下水稻根际土和非根际土的微生物种群结构差异。5 9 i i i 图表索弓 表2 1 上虞各采样点位置分布和污染程度明细表2 5 表2 2 不同程度重金属( c u z n ) 添加明细表2 9 表2 3 用予扩增16 sr d n a 髀遥用弓l 物3 5 表2 4 用于扩增硫氧化菌s o b 的特异弓1 物3 5 表2 5 用于扩增硫酸盐还原菌s r b 的特异引物3 5 表3 1 采样点壤基本理纯性质3 s 表3 2 采样点表层土壤金属元素全量3 9 表3 - 3 壤环境质量( 重金属) 标准值3 9 表3 - 4 采样点土壤各形态硫含量4 0 表3 5 不同土壤含水率下重金属c u z n 的含量与存在形态4 2 表3 - 6c u z n 下水稻掇际土蕊随淹育对闻变纯情况鸵 表3 7 盆栽水稻生长情况记录4 5 表3 8s 的标准参比物质k 边x a n e s 分析各参数指标。4 6 i v i n d e x i n d e x f i g 。l 。lf l o ws h e e tf o t h ef r a c t i o n a t i o no fs u l f u rs p e c i a t i o n 5 f i g 1 2t h eb i o l o g i c a ls u l f u rc y c l ei ns o i l 6 f i g 1 - 3n e s t e dp c r - d g g rs c h e d u l e sf o rs r b 1 2 f i g 。i - 4e f f e c t i o no f c up o l l u t i o no nm i c r o b i a lc o m m u n i t y 。1 7 f i g 1 5e f f e c t i o no fd i f f e r e n ts u l f u rs p e c i e so nm i c r o b i a lc o m m u n i t y 18 f i g 2 - ls k e t c hm a po f s a m p l i n gs i t e si ns h a n g y u 。2 4 f i g 2 - 2s i m u l a t i v ed e v i c e sf o rr i c ec u l t i v a t ei ng r e e n h o u s e 。2 8 f i g 2 - 3p i c t u r e so f f i c ec u l t i v a t i o na tt i l l e r i n gt i m e 2 9 f i g 。3 一lp a d d ys o i lp hv a r i a t i o nw i t hi n u n d a t i o nc u l t i v a t i o n 。4 2 f i g 3 - 2p a d d ys o i lp hv a r i a t i o nw i t hi n u n d a t i o nc u l t i v a t i o nt i m ea f t e rc u z nt r e a t m e n t 4 3 f i g 3 - 3h e a v ym e t a ls p e c i a t i o no f f i c er h i z o s p h e r ea n db u l ks o i lu n d e rc up o l l u t i o n 4 4 f i g 。3 - 4h e a v ym e t a ls p e c i a t i o no f f i c er h i z o s 曲e r ea n db u l ks o i lu n d e rz np o l l u t i o n 。4 4 f i g 3 - 5n o r m a l i z e ds u l f u rk e d g ex a n e ss p e c t r ao fr e d u c e ds u l f u rs t a n d a r d s 4 7 f i g 3 - 6n o r m a l i z e ds u l f u rk e d g ex a n e ss p e c t r ao fo x i d i z e ds u l f u rs t a n d a r d s 。4 7 f i g 。3 7n o r m a l i z e ds u l f u rk - e d g ex a n e ss p e c t r ao f c ks o i l 。4 7 f i g 3 - 8n o r m a l i z e ds u l f u rk e d g ex a n e ss p e c t r ao fc u z nt r e a t m e n tp a d d ys o i l 4 8 f i g 。3 - 9n o r m a l i z e ds u l f u rk e d g ex a n e ss p e c t r ao f f i c ep l a n ta n ds o i l 。4 8 f i g 3 - 1 0k e d g ex a n e ss p e c t r ao f h e a v - ym e t a ls u l f i d e si nr i c er h i z o s p h e r es o i l 4 8 f i g 3 l le f f e c t i o no fd i f f e r e n ts o i lw a t e rc o n t e n to np a d d ys o i lr e s p i r a t o n 4 9 f i g 。3 1 2e f f e c t i o no f d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nc up o l l u t i o no np a d d ys o i lr e s p i r a t o n 5 0 f i g 3 - 3 e f f e c t i o no fd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nz np o l l u t i o n o np a d d ys o i lr e s p i r a t o n 51 f i g 3 1 4e f f e c t i o no f d i f f e r e n ts o i lw a t e rc o n t e n to np a d d ys o i lc a t a l a s ea c t i v i t y 5 2 f i g 3 1 5e f f e c t i o no f d i f f e r e n ts o i lw a t e rc o n t e n to np a d d ys o i la r y l s u l f a t a s ea c t i v i t y 5 2 f i g 3 16e f f e c t i o no fd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nc up o l l u t i o no np a d d ys o i lc a t a l y s ea c t i v i t y 5 3 f i g ，3 1 7e f f e c t i o no f d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nz np o l l u t i o no np a d d ys o i lc a t a l y s ea c t i v i t y 一5 3 f i g 3 18e f f e c t i o no fd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nc up o l l u t i o no np a d d ys o i lu r e a s ea c t i v i t y 5 4 f i g 3 - 1 9e f f e c t i o no f d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nz np o l l u t i o no np a d d ys o i lu r e a s ea c t i v i t y 。5 5 f i g 。3 2 0e f f e c t i o no fd i f f e r e n tc up o l l u t i o ng r a d i e n to np a d d ys o i la r y l s u l f a t a s ea c t i v i t y 5 6 f i g 3 21e f f e c t i o no fd i f f e r e n tz np o l l u t i o ng r a d i e n to np a d d ys o i la r y l s u i f a t a s ea c t i v i t y 5 6 f i g 。3 2 2e l e c t r o p h o r e s i sb a n d so fs o i le x t r a c t e dd n a 5 7 f i g 3 2 3e l e c t r o p h o r e s i sb a n d so f p c ra m p l i f i c a t i o nr e s u l t s 。5 7 f i g 3 - 2 4e l e c t r o p h o r e s i sb a n d so f p c ra m p l i f i c a t i o nb ys r bs p e c i f i cp r i m e r 5 7 f i g 。3 2 5s o i lm i c r o b i a le c o l o g yd i v e r s i t yu n d e rd i f f e r e n ts o i lw a t e rc o n t e n t 5 8 f i g 3 2 6m i c r o b i a le c o l o g yd i v e r s i t yo f f i c er h i z o s p h e r ea n db u l ks o i l 。5 9 v i n d e x t a b l e2 - 1d e t a i l so f s a m p l i n gs i t e si ns h a n g y u 。，。2 5 1 h b l e2 - 2d e t a i l so f h e a v ym e t a l sa d d i t i o n 2 9 l 秘l 棼2 - 3s e q u e n c i n gp r i m e r sf o rl6 s 测a 。，。3 5 m 潮e2 4s p e c i f i cp c ra m p l i f i c a t i o np r i m e r sf o rs o b 。3 5 1 a b l e2 5s p e c i f i cp c ra m p l i f i c a t i o np r i m e r sf o rs r b 3 5 秘l 霉3 1p h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fs o i ls a m p l e s 一3 8 t a b l o3 心1 b t a lc o n t e n to f h e a v ym e t a l si ns a m p l e so f s u r f a c es o i l 。3 9 粕l e3 心s t a n d a r do fs o i le n v i r o n m e n t a lq u a l i t y ( h e a v ym e t a l ) ( m g 蟮) 3 9 露国l e3 - 4c o n t e n t so f e a c hs u l f u rs h a p ei ns o i ls a m p l e s 。| ；霉0 t a b l e3 5c u z nq u a l i t ya n dd i s t r i b u t i o nu n d e rd i f f e r e n ts o i lw a t e rc o n t e n tt r e a t m e n t 4 2 及国 持3 - 6p a d d ys o i le hv a r i a t i o nw i t hi n u n d a t i o nc u l t i v a t i o nt i m ea f t e rc u z nt r e a t m e n t 4 5 t a b 论3 。7g m v c t hr e c o r do f r i c ec u l t i v a t i o n 。4 5 t a b l e3 - 8a l lt h es u l f u rs t a n d a r d si nt h es u l f u rk e d g ex a n e sa n a l y s i s 。4 6 v l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得澎姿墨堂或萁他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：噶豇暇签字网期：力国年乡月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂鎏盘堂 有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权堑鎏苤堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者躲唁灏炙 替醐哆俐月了匿 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名：酶荽心 签字嚣期：2 j 噼月? e t 电话； 邮编： 致谢 本论文是在恩师陈英旭教授的悉心糍导下完成的。两年的研究生生活，在陈 老师严谨的治学态度、渊博的专业知识、敏锐的学术思想和勤勉的敬业精神的激 励和鞭策下，我得以不懈努力乖开拓进取；而恩师提供的先进完善的研究平台和 宽松自由的学术氛围曼是让我得到全方位的锻炼和提升。两年的时阉虽然转瞬即 逝，但却是我人生中最重要的历练，来之不易的机会更是让我倍加珍惜。不管是 工作基础还是人生信念，我都有了全新的认识和理解。值论文完成之瑟，谨向思 师陈英旭教授致以最崇高的敬意弄口最诚挚的谢意! 在课题选择确定、实验设计研究和论文撰写修改的过程中，得到了课题组施 积炎副教授的支持信任和精，心指导，以及陈新才老师的谆谆教诲和无私帮助，在 此要向两位尊敬的老师致以最诚挚的感谢! 还要感谢你们在生活上对我的鼓励和 指手l ，使我镌够勇敢积极地面对遇到的困难彝问题。另外，还要特别感谢与我课 题相近的林惠荣博士的大力支持和无私帮助! 还有课题组胡少平师兄在实验上的 指导以及刘磊同学的帮助! 以及参与部分实验工作的实习生殷自强扣朱铭敏! 西 为你们，我才得以顺利地完成实验和论文，再一次深表感谢! 感谢环保楼的昊伟祥副教授、林墙副教授、楼莉萍副教授、李文红老师、王 飞凡副教授、何云峰副教授、张志剑副教授等在平时的学习和工作中给与的指导、 关心和帮助! 还要感谢学院研究生科的钱秀萍老师、丁小梅老师和陈秀美老师的 帮助! 特别感谢石德智师兄、郝永俊师兄、崔昕意溪姐、孙华师兄、留学生a n t o n 、 沈超峰师兄、韩志英师姐、丁颖师姐、梁新强师兄、李华师姐、杨建军同学、唐 先进同学以及孙营军同学，你们在这两年不同的阶段给了我各方豌不同的帮助或 影响，真的感谢与你们的相识l 还要感谢课题组其他各位老师和同学在我平时的生活学习中给与的帮助! 感 谢修复组的陈立涛、徐劫、于民革、傅晓萍、赵红梅、李锋、豆长明、武煲、张 聪恺、王远鹏、金海峰、马嵩以及固废组的王蔽龙、吕豪豪、黄向东、刘微、花 莉、吴松维、刘玉学还有水级的钱轶超、李松、俞巧钢、张秋玲、张冬梅以及其 他课题组的冯自松、臧羚、和苗苗、丁娜等众多同学在科研上的相互交流和生活 申的热心帮助! 在环保楼这个大集体申度过的美好时光让我难以忘怀! 最后，要深深地感谢我的父母! 你们的支持和期望是我前进动力的源泉! 家 人的呵护还有男友孙华的陪伴给了我莫大的幸福快乐! 谢谢你们! 在此，谨以此篇献给所有关心和支持我的人! 曹媛媛于浙大华家池 二零零八年五月十日 浙江大学硕士学位论文 第一部分文献综述 第一部分文献综述 1 1 引言 土壤是人类赖以生存的宝贵囱然资源，也是人类生态环境的重要组成部分。 但土壤受到重金属污染的形势正日益加剧，严重影响着环境安全和社会可持续发 展。金属采矿冶炼萼| 起的污染是土壤重金属污染的重要来源( 束文圣等，2 0 0 0 ； 李永康等，2 0 0 4 ) 。尾矿库及其周边地区的土壤污染量大面广，土壤贫瘠，植被 恢复缓慢，是我国污染土壤治理不可忽视的阚题( 胡振琪等，2 0 0 3 ) 。对土壤环 境中重金属的研究，仅考察其总含量是不科学的，因为不同形态的重金属对生物 体的有效性或毒性差异很大。需要结合研究主壤孛重金属的化学形态和分子形态 ( 包括元素配位环境和价态) ，从根本上揭示重金属形态与生物有效性的关联， 才能更有效遗控制和修复土壤重金属污染。 水稻是我国大面积种植的粮食作物。湿生水稻在其生长期一般都是在淹水环 境生长的，水稻匿一旦淹水，菲根际土壤迅速失氧，只有土表2 3 m m 薄层彝檄 际土壤中0 2 相对丰富( f r e n z e l ，1 9 9 2 ) 。受到尾矿熏金属污染的水稻田，不仅严 重影响水稻产量和质量，还存在独特的重金属形态转化规莓，嚣为水稻霉这种特 殊的土壤生境存在淹水厌氧落干好氧的交替以及好氧厌氧环境共存的现象。 土壤重金属翡生物地球亿学过程控期着重金属的活性和形态，有研究发现该 过程与硫元素循环有密切关联。一般认为水稻田土壤中存在强烈的硫循环。而硫 氧纯还原菡等功能微生物在主壤琉循巧孛发挥着重要作蔫，它们在一定条件下能 改变土壤中元素形态，从而影响燕金属的生物有效性。 重2 壤重金属形态 1 9 5 4 年g o l d b e r g 等率先提出了金属存在形态的概念，但目前没有统一的定 义。国际理论化学与应用化学协会( i u p a c ) 把形态分析定义为“确定分析物质 的原予和分子组成形式的过程 ，即元素的各种存在形态，包括游离态、共价结 合态、络合配位态、超分子结合态等定性和定量的分析。 土壤重金属形态研究一般分溶解态( 土壤溶液) 和颗粒态( 土壤固相) 两方 面，前者主要研究价态和化合态，后者研究其结合态。土壤重金属形态分析应包 括采样、样品预处理、物类分析和评价等过程。最理想的方法是尽可能地原位分 浙江大学硕士学位论文第一部分文献综述 析，但多数情况下很难做到，土壤样品的采集、保存和预处理就成了形态分析酶 重要一环( j s z p u n a r ，2 0 0 0 ) 。样品预处理的关键在于防止处理过程中形态( 如 氧亿态、络合程度、有机金属状态) 的转交。以往土壤重金属形态转化研究大多 基于化学连续提取进行形态分级，经典的t e s s i e r 五步提取法和改进的b c r 提取 法为代表。 l ，2 - l 土壤重金属化学形态 重金属进入土壤后，通过溶解、沉淀、凝聚、络合吸附等各种反应，形成不 同酶化学形态，从薅表现出不同的活性和生物可给性( 魏树和，周启星，2 0 0 4 ) 。 大量研究表明，用分级提取法划分土壤中重金属不同形态可给性的顺序为水溶态 可交换态 有机络合态 残渣态( 彭克臻，1 9 8 0 ；周启星等2 0 0 1 ) 。其中水溶 态和可交换态易被植物吸收，具有很大的迁移性( s i n g h a k ，b e n e r j e ed k ，1 9 9 9 ； 孙敬亮，2 0 0 3 ) ；碳酸盐结合态与土壤结合较弱，最易被释放，有较大曲可移动 性；铁锰氧化态在还原条件下易溶解释放( 杨元根等，2 0 0 1 ) ；有机结合态在氧 亿环境下易分鬃释放；残渣态属于不溶态重金属，它只有通过化学反应转化成可 溶态物质才对生物产生影响( 吴新民等，2 0 0 3 ) 。 u s e r o 等( 1 9 9 8 ) 研究表明，在被污染的沉积物中，c 毽的氧化态组分帮与有 机质结合态明显地高于其它结合态，残渣态含量很低；与许多研究者的结果一致 ( s z e f e r ，1 9 9 5 ；s a v v i d e sc ，1 9 9 5 ；l i c h e n gz ，1 9 9 6 ；c a j u s t el j ，2 0 0 0 ) 。z n 的酸溶态和还原态含量较高，活性较强。利用不同方法测定的p b 的各组分含蹙 结果不一样，但大致土是残渣态含量较高。g o m e z 等( 2 0 0 0 ) 指塞，在藏一环 境中不同的金属有不同的分布模式，对高浓度污染的、含铁氧化物丰富的河流沉 积物运属短程序提嘏方法研究发现，氧化条件下，f o 、孙较容易释放到环境中； 酸性和还原条件下，z n 、c u 较容易释放到环境中。b a r o n a 等( 1 9 9 9 ) 对西班牙 北部的一个受c 毽、z n 污染的试验点昀土壤研究发现，j 残渣态组分孛，c u 酶 含量最高，故对该土壤的污染贡献最大；z n 几乎存在于每一种组分中，而其分 布模式在不同类生壤孛又不一样。c a j u s t e 等2 0 0 0 ) 用连续提取法评价了凡种 重金属的生物有效性，发现p b 在大多数土壤中绝大部分是以残渣态存在，最稳 定，对植物的生物有效性最低；z n 、c u 大部分是汉菲残渣态存在，其中，c u 的 有机结合态占优势，z n 对植物的有效性最高。 2 浙江大学硕士学位论文 第部分文献综述 重金属形态转化受到如p h 值、有机质含量、土壤酶活、外源重金属进入、 植物根际等各种因素的影响。土壤中可交换态重金属随p h 升高而减少，且呈极 显著负相关，碳酸盐结合态重金属与p h 呈显著正相关，铁锰化物结合态重金属 与p h 呈正相关，有机态重金属随p h 值升高而升高( 李宗利，1 9 9 4 ；丁疆华等， 2 0 0 1 ；刘霞等，2 0 0 2 ) 。刘霞等( 2 0 0 3 ) 发现，碳酸盐结合态重金属与有机质含 量呈负相关，但相关性不显著；交换态和有机结合态重金属与有机质含量正相关， 增加有机质可使碳酸盐结合态向有机结合态转化。符建荣等( 1 9 9 3 ) 的研究也表 明交换态，有机结合态重金属均与有机质含量呈正相关，有的甚至达显著水平； 碳酸盐结合态重金属与有机质含量呈负相关。有研究表明，土壤中全量重金属、 各形态重金属含量与过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性均呈显著或极显著负相关，而 与脲酶活性的负相关性很小；当总量重金属对土壤酶活性影响不显著时，有的形 态的重金属却已显著抑制土壤酶的活性，说明以重金属的形态分析来研究重金属 对土壤酶活性的关系要比用总量更准确( 刘云国等，2 0 0 2 ；刘霞等，2 0 0 3 ；王健 等，2 0 0 4 ；可欣等，2 0 0 4 ) 。另外，外源重金属进入土壤以后，各形态有不同的 变化趋势。f o r s t n e ru ( 1 9 8 1 ) 的实验表明可溶态重金属进入土壤后其浓度迅速 下降；交换态重金属先微弱上升，然后迅速下降；碳酸盐态重金属浓度变化情况 与交换态重金属变化相似；铁锰氧化态重金属浓度先上升然后下降；有机态重金 属不断上升；残渣态重金属变化不大，说明外源重金属在土壤中一直不断变化， 处于动态的形态转化过程中。根际环境是一个复杂的、动态的微型生态系统，根 系活动能活化根际中的重金属，促进其生物有效性。王建林等( 1 9 9 2 ) 的研究， 红壤中的氧化铁大多处于老化状态，但在植稻后，可使土壤中原有的铁活化，在 根际这一现象更为明显。但c a c a d o r ( 1 9 9 6 ) 等发现，z n 、p b 、c u 在非根际 中以几种可迁移的化学形态存在，而在根际环境中，它们主要分布在残渣态中， 认为根际可能存在交换态、碳酸盐