（环境科学专业论文）济南周边地区主要土壤类型——潮土、褐土和棕壤中的重金属形态分析.pdf

f ： 多 ，洽 j 蠢 l r 体，均已在汶：中以明确厉式标明。席声明的注翁啧任由本人承担。 论文佑撇：幽日期：_ 汐幻叁 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或 向国家有鬟部门或胡菔越野做的复印件和电子版，允许论文襁查阅和惜阅； 本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或离；= 分内容编入有关数据库进行检 索，可以稠影印、缩印或典m 僦 手段朵甬仑= 妇溉本学位娩文。 ：坦超刷嗽：易弛日期：2 幽刍j 占 ， 一 t l ， j 峨 r j 一 。 “ 山东大学硕士学位论文 目录 摘! 要1 a b s t r a c t 。2 j j i 言3 1 研究背景3 2 研究目的和意义4 3 研究内容4 第一部分文献综述5 1 1 土壤重金属概述5 1 1 1 重金属的定义5 1 1 2 十壤重金属污染及其来源5 1 1 3 我国十壤重金属污染现状6 1 1 4 土壤重金属污染的危害7 1 2 土壤重金属形态概述1 0 1 2 1 十壤重金属形态l o 1 2 2 十壤重金属化学形态的空间差异规律1 l 1 2 3 土壤重金属形态分布的影响冈素1 3 1 3 土壤重金属形态分析的研究概述1 6 1 3 1 十壤重金属形态分析1 6 1 3 2 十壤重金属形态分析方法1 7 1 3 3 十壤重金属形态分析的意义2 1 第二部分实验材料与方法2 4 2 1 试剂与仪器2 4 2 1 1 实验试剂一2 4 2 1 2 主要仪器没各2 4 2 2 采样点布设与样品采集2 4 2 2 1 济南周边地区土壤概述2 4 2 2 2 采样点布殴一2 6 2 2 3 样品采集2 7 2 3 样品预处理2 8 2 3 1 土壤样品的风干2 8 山东大学硕士学位论文 2 3 2 土壤样品制备2 8 2 4 实验方法2 9 2 4 1 土壤样品的总量消解2 9 2 4 2 土壤样品的连续分级提取2 9 2 5 测定方法3 0 2 5 1 土壤主要成分分析3 0 2 5 2 重金属含量的测定3 0 2 6 数据处理与统计3 1 第三部分结果与讨论3 2 3 1 土壤主要成分分析3 2 3 1 1 潮士的主要成分分析3 2 3 1 2 褐十的主要成分分析3 3 3 1 3 棕壤的主要成分分析3 4 3 1 4 小结3 4 3 2 土壤重金属总量分析3 5 3 3 土壤重金属的化学形态分析3 7 3 - 3 1 不同类型士壤中的重金属形态分析3 8 3 3 2 小同重金属元素在三种土壤类型中的比较4 6 3 4 土壤重金属活性态所占比例分析5 7 3 5 土壤重金属污染评价5 9 3 5 1 与困内外土壤重金属背景值比较5 9 3 5 2 十壤重金属污染评价6 0 3 5 3 建议6 4 第四部分结论6 6 参考文献6 9 致谢7 9 攻读硕士学位期间所取得的成果8 0 ， 矗 ， 卜 ， 山东人学硕十学位论文 c a t a l o g u e a b s t r a c ti nc h i n e s e 1 a b s t r a c ti ne n g l i s h 2 i n t r o d u c t i o n 。3 1 r e s e a r c hb a c k g r o u n d 3 2 r e s e a r c hp u r p o s ea n dm e a n i n g 4 3 r e s e a r c hc o n t e n t s 4 c h a p t e r1 l i t e r a t u r er e v i e w 5 1 1o v e r v i e wo fh e a v ym e t a l si ns o i l s 5 1 1 1d e f i n i t i o no f h e a v ym e t a l 5 1 1 2p o l l u t i o no fs o f th e a v ym e t a l sa n di t sp o l l u t i o ns o u r c e 5 1 1 3p r e s e n tc o n d i t i o n so f s o i lc o n t a m i n a t e db yh e a v ym e t a l si nc h i n a 一6 1 1 4h a r mo f s o i lc o n t a m i n a t e db yh e a v ym e t a l s 7 1 2o v e r v i e wo fh e a v ym e t a ls p e c i a t i o n 1 0 1 2 1h e a v ym e t a ls p e c i a t i o n 1 0 1 2 2s p a t i a ld i s t r i b u t i o nr e g u l a r i t i e so f h e a v ym e t a ls p e c i a t i o n 1l 1 2 3i n f l u e n c ef a c t o r sa b o u tm o r p h o l o g i c a ld i s t r i b u t i o n 1 3 1 3o v e r v i e wo fr e s e a r c ho ns p e c i a t i o na n a l y s i so ns o i lh e a v ym e t a l s 1 6 1 3 。1s p e c i a t i o n a n a l y s i so ns o i lh e a v ym e t a l s 1 6 1 3 2m e t h o d so f s p e c i a t i o n a n a l y s i so ns o i lh e a v ym e t a l s 1 7 1 3 3s i g n i f i c a n c eo f s p e c i a t i o n a n a l y s i so ns o i lh e a v ym e t a l s 2 1 c h a p t e r 2m a t e r i a l sa n dm e t h o d o l o g i e s 2 4 2 1r e a g e n t sa n da p p a r a t u s 2 4 2 1 1r e a g e n t s 2 4 2 1 2m a j o ra p p a r a t u s 2 4 2 2s a m p l i n gp o i n t sd i s t r i b u t i o na n ds a m p l ec o l l e c t i o n 2 4 2 2 io v e r v i e wo fs o f t si nj i n a na n di t ss u r r o u n d i n ga r e a s 2 4 2 2 2d i s t r i b u t i o no fs a m p l i n gp o i n t s 2 6 2 2 3s a m p l ec o l l e c t i o n 2 7 2 3s a m p l ep r e t r e a t m e n t ：1 8 2 3 1a i r d r y i n go fs o i ls a m p l e s 2 8 2 3 2p r e p a r a t i o no fs o i ls a m p l e s 2 8 山东大学硕士学位论文 2 4e x p e r i m e n t a im e t h o d s 2 9 2 4 1d i g e s t i o no fs o i ls a m p l e s 2 9 2 4 2s e q u e n t i a le x t r a c t i o np r o c e d u r eo fs o i ls a m p l e s 2 9 2 5m e a s u r i n gm e t h o d s 3 0 2 5 1a n a l y s i so nm a i nc o m p o n e n to fs o f t s 3 0 2 5 2m e a s u r e m e n to fh e a v ym e t a l sc o n t e n t 3 0 2 6d a t ap r o c e s s i n ga n ds t a t i s t i c a la n a l y s i s 3 1 c h a p t e r 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 3 2 3 1a n a l y s i so nm a i nc o m p o n e n to fs o i l s 3 2 3 1 1a n a l y s i so nm a i nc o m p o n e n to fm o i s t u r es o i l 3 2 3 1 2a n a l y s i so nm a i nc o m p o n e n to f c i n n a m o ns o i l 3 3 3 1 3a n a l y s i so nm a i nc o m p o n e n to f b r o w ns o i l 3 4 3 1 4s u m m a r y 3 4 3 2a n a l y s i so n7 r ( t a lc o n t e n to fh e a v ym e t a l s 3 5 3 3s p e c i a t i o na n a l y s i so ns o i lh e a v ym e t a l s 3 7 3 3 1m o r p h o l o g i c a ld i s t r i b u t i o nr e g u l a r i t i e so fd i f f e r e n t ss o i lt y p e s 3 8 3 3 2c o m p a r i s o no fd i f f e r e n th e a v ym e t a l si nt h r e es o i lt y p e s 4 6 3 4p r o p o r t i o no f a c t i v ef r a c t i o no fh e a v ym e t a l si ns o i l s 5 7 3 5e v a l u a t i o no fs o i lh e a v ym e t a l sp o l l u t i o n 5 9 3 5 1c o m p a r i s o nw i t hs o i lb a s e l i n ea th o m ea n da b r o a d 5 9 3 5 2e v a l u a t i o no fs o i lh e a v ym e t a l sp o l l u t i o n 6 0 3 5 3p r o p o s i t i o n 一6 4 c h a p t e r4 c o n c l u s i o n t ；6 r e f e f e n c e s 6 9 t h a n k s 7 9 a c h i e v e m e n td u r i n gg r a d u a t es t u d e n tp e r i o d 8 0 i 山东大学硕士学位论文 摘要 随着全球人口的快速增长、工业生产规模的不断扩大和城市化的快速发展， 大量含有各种重金属元素的三废物质进入土壤中，并造成这些重金属元素在土壤 中的累积，土壤重金属污染问题已受到越来越多的重视。从2 0 世纪7 0 年代开始， 众多研究人员发现土壤中重金属的生物活性及环境行为不仅与其总量有关，更大 程度上是由重金属在环境中存在的化学形态而决定。土壤中重金属的迁移性、生 物有效性和生物毒性等都与重金属在土壤中的存在形态有关。因此，研究重金属 元素在土壤中的存在形态及分布对于了解重金属的生物有效性、迁移规律和对牛 物的毒害作用等具有十分重要的意义。 本文以济南周边地区三种土壤类型( 潮土、褐土、棕壤) 的表层土壤( 0 。2 0 c m ) 为研究对象，采集了三种土壤类型的共计1 1 个采样点的土壤样品。本次实验采 用b c r 连续提取法对土壤样品进行了不同存在形态的提取，测得了重金属c d 、 c o 、c u 、m n 、n i 、p b 、z n 、a s 和c r 等元素在各个采样点的醋酸可提取态、 可还原提取态、可氧化提取态和残渣态等4 个形态的含量，探讨了不同重金属元 素的污染来源及分布特征，并对济南周边地区的土壤莺金属污染进行了初步评 价。研究结果表明： 不同类型土壤中重金属元素c d 、c o 、c u 、m n 、n i 、p b 、z n 、a s 和c r 等 元素各形态的分配比例差别较大，但均以残渣态为主；各种重金属元素在三种土 壤类型( 潮土、褐土、棕壤) 中的含量和形态分布规律基本一致；重金属元素的 活性态所占比例从高到低依次为：元素m n z n p b c o c u c d n i c r a s ：济南周边地区的士壤已不同程度地受到重金属的污染，重金属元素c 文n i 、 p b 、z n 、a s 等在各采样点的土壤样品中污染较为严重，其中元素c 刁f 和a s 的 污染均已达到重污染级。 关键词：土壤；重金属；形态分析；连续提取；潮土；褐土；棕壤 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dg r o w t ho ft h eg l o b a l p o p u l a t i o n ，t h ec o n s t a n te x p a n s i o no f i n d u s t r i a lp r o d u c t i o na n dt h er a p i dd e v e l o p m e n to fu r b a n i z a t i o n ，al a r g en u m b e ro f w a s t e s c o n t a i n i n gd i f f e r e n th e a v ym e t a l s e n t e ri n t ot h es o i l s b e c a u s eo ft h e a c c u m u l a t i o no ft h e s eh e a v ym e t a l s ，h e a v ym e t a l p o l l u t i o ni n s o i lh a sr e c e i v e d i n c r e a s i n ga t t e n t i o n s i n c et h e19 7 0 s ，m a n yr e s e a r c h e r sh a v ef o u n dt h a tt h eb i o l o g i c a l a c t i v i t ya n de n v i r o n m e n t a la c t i o n so fh e a v ym e t a l si ns o i l sa r en o to n l yr e l a t e dt oi t s t o t a la m o u n tb u ta l s or e l a t e dt ot h ec h e m i c a ls p e c i a t i o no fh e a v ym e t a l si nt h e e n v i r o n m e n t t h em i g r a t i o n ，b i o a v a i l a b i l i t ya n dt o x i c i t yo fh e a v ym e t a l si ns o i l sa r e a l lr e l a t e dt ot h e i re x i s t e n c ep a t t e r n s t h e r e f o r e ，t h es t u d yo fh e a v ym e t a l si nt h es o i l i so fg r e a ts i g n i f i c a n c ef o ru n d e r s t a n d i n gt h e i rc h a n g ev e r s i o n ，m i g r a t i o nl a wa n dt h e r o l eo fb i o l o g i c a lp o i s o n i n g i nt h i sp a p e r ，t h es u p e r f i c a ls o i ls a m p l e s ( d 一2 0 c m ) o ft h et h r e es o i lt y p e so fj i n a n a n di t ss u r r o u n d i n ga r e a s ( m o i s t u r es o i l ，c i n n a m o ns o i l ，b r o w ns o i l ) w e r er e g a r d e da s r e s e a r c ho b je c t e l e v e ns a m p l e so ft h r e es o i lt y p e sw e r ec o l l e c t e d t h es o i ls a m p l e s w e r et r e a t e dw i t hb c rp r o c e d u r e ，a n df o u rd i f f e r e n ts o l u t i o n sw e r eg a i n e d t h e p u r p o s eo ft h ep r o c e d u r ew a st or e s e a r c ht h ec o n t e n t sa n dd i s t r b u t i o no fd i f f e r e n t h e a v ym e t a l s ( c d 、c o ，c u 、m n 、n i 、p b 、z n 、a sa n dc r ) i nt h es o i l s t h ed i s t r i b u t i o n c h a r a c t e ra n dt h ep o l l u t i o ns o u r c eo fh e a v ym e t a l s ( c d 、c o 、c u ，m n 、n i 、p b 、 劢、a sa n dc r ) w e r ed i s c u s s e d a n dt h ep o l l u t i o ni n f l u e n c eo fh e a v ym e t a l s ( c d 、c o ， c u 、m n 、n i ，p b ，z n ，a sa n dc r ) i nt h es o i l so f o fj i n a na n di t ss u r r o u n d i n ga r e a s w e r ee l e m e n t a r i l ye s t i m a t e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tc d 、c o 、c u 、m n 、n i 、p b 、z n 、a sa n dc ri nt h em a i n s o i lt y p e so fj i n a na n di t ss u r r o u n d i n ga r e a sw e r ed o m i n a t e db yt h er e s i d u a lf r a c t i o n t h el a wo ft h ec o n t e n ta n dm o r p h o l o g i c a ld i s t r i b u t i o no fh e a v ym e t a l si nt h et h r e e s o i lt y p e sw a si ng e n e r a lq u i t es u b s t a n t i a la g r e e m e n t t h eo r d e ro ft h ea c t i v ep o r t i o n o fd i f f e r e n th e a v ym e t a li ns o i li s ：m n z n p b c o c u c d n i c r a s t h e s o i l sh a db e e np o l l u t e dm o r eo rl e s s k e yw o r d s ：s o i l ；h e a v ym e t a l ；s p e c i a t i o na n a l y s i s ；c o n t i n u o u se x t r a c t i o n ；m o i s t u r e 2 s o i l ；c i n n a m o ns o i l ；b r o w ns o i l 【 ， ， 、 ， r 一 山东人学硕士学位论文 1 研究背景 引言 土壤不仅是农业生产的基础，而且是人类生存环境的重要组成部分，土壤质 量的优劣直接影响到人类的生产、生活和社会经济的可持续发展。近年来，随着 全球人口的快速增长、工业生产规模的不断扩大和城市化的快速发展，大量含有 各种重金属元素的三废物质进入土壤中，并造成这些重金属元素在土壤中的累 积，土壤重金属污染问题已受到国内外越来越多学者的重视。 目前，土壤重金属研究大部分集中在对其总量的测定、植物对重金属的吸收 和富集机理，以及对水体和士壤中重金属的污染评价上。从2 0 世纪7 0 年代开始， 众多研究人员发现土壤中重金属的生物活性及环境行为不仅与其总量有关，更大 程度上由重金属在环境中的化学形态决定。土壤中重金属的迁移性、生物有效性 和生物毒性等都与重金属在土壤中的存在形态有关。因此，土壤中的重金属形态 分析已成为现代分析化学特别是环境分析化学领域的一个热门研究方向。 近年来，有关环境中重金属形态分析的研究报道呈上升态势。国外出版了一 些有关形态分析的专著。研究环境介质中微量重金属的形态分配( 又称地球化学 稠分配) ，日前的工作大多集中于土壤、沉积物等方面的研究。常见的土壤和沉 积物中重金属形态分析研究方法有以下几种：t e s s i e r 等人于1 9 7 9 年提出的五步 连续提取法f 1 1 ，简称t e s s i e r 法；f o r s t n e r 等人于1 9 8 6 年提出的了六步连续提 取法【2 1 ，简称f o r s t n e r 法；欧共体标准物质局( c o m m u n i t y b u r e a u o f r e f e r e n c e ， 简称b c r ，现已更名为t h es t a n d a r d s ，m e a s u r e m e n t sa n dt e s t i n g - p r o g r a m m e ， m & t ) 于1 9 9 2 年提出的一种三级四步提取法【3 】，简称b c r 法。t e s s i e r 法将 重金属赋存形态分为：可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合 态和硫化物结合态、残渣态，该法是目前应用最广泛的方法；f o r s t n e r 法将重金 属形态分为六种：可交换态、碳酸盐态、易还原态( 主要是m n 还原物) 、中等 还原态、可氧化态、残渣态；b c r 法把重金属赋存形态分成四种：乙酸可提取 态、可还原态、可氧化态、残渣态。经过多个实验室之间的对比研究表明，b c r 方法的重现性较好，且非常适合于河流底泥沉积物重金属的分析。日前，b c r 法 3 山东大学硕士学位论文 在欧洲各国得到广泛的应用。 2 研究目的和意义 重金属元素进入植物体已成为其污染环境和危害人体健康最重要的途径。然 而，土壤中重金属的生物活性及环境行为不仅与其总量有关，更大程度上由重金 属在环境中的化学形态决定 4 - 6 。重金属的有效态含量虽然能反映一定的生物有 效性，但很难反映重金属的潜在危害及不同形态之间的迁移转化特性；而重金属 形态的研究却能将重金属活性进行分级，揭示土壤重金属中的存在状态、迁移转 化规律、生物有效性、毒性及可能产牛的环境效应，从而预测重金属的长期变化 和环境风险【7 】。因此，研究重金属在土壤中的形态分布对于了解重金属的变化形 式、迁移规律和对生物的毒害作用等具有十分重要的意义。 3 研究内容 本文以济南周边地区三种土壤类型( 潮土、褐土、棕壤) 的表层土壤( o 一2 0 c m ) 为研究对象，采集了三种土壤类型的共计1 1 个采样点的土壤样品。本次实验采 用b c r 连续提取法对土壤样品进行处理，取得了重金属元素c d 、c o 、c u 、m n 、 n i 、p b 、z n 、a s 和c r 等在各个采样点的醋酸可提取态、可还原提取态、可氧 化提取态和残渣态等4 个形态的含量，以研究济南周边地区三种土壤类型中c d 、 c o 、c u 、m n 、n i 、p b 、z n 、a s 和c r 等重金属元素的含量及存在形态，探讨 了c d 、c o 、c u 、m n 、n i 、p b 、z n 、a s 和c r 等重金属元素的污染来源及分 布特征，并对济南周边地区的土壤重金属污染进行了初步评价。 l ：，7 ， j 4 山东大学硕士学位论文 第一部分文献综述 自2 0 世纪2 0 年代以来，由于工业的发展，环境污染日趋严重，由此引起的 重金属污染问题也随之出现。 土壤作为环境要素的重要组成部分，处在自然环境的中心位置，承担着来自 工业与生活污水、固体废弃物、农药化肥及大气降尘和酸雨等各方面的9 0 的污 染物，所以土壤环境质量是环境问题的核心。 随着工农业生产的不断发展，三废物质大量排放，其中很多含有各类重金属 元素。重金属污染物随着排入环境而直接或间接地进入土壤中，重金属在土壤中 的迁移与其存在的环境有关，具有残留时间长、隐蔽性强、毒性大等特点，并且 通过作物吸收富集后进入食物链，也可通过某些迁移方式进入到水体及大气中， 从而威胁人类的健康与其它动物的繁衍生息，因此土壤重金属的研究己越来越多 地受到世界各国的重视。 1 1 土壤重金属概述 1 1 1 重金属的定义 重金属元素在化学中一般指相对密度大于或等于5 o 的金属，包括元素 f e 、m n 、c u 、z n 、c d 、h g 、n i 、c o 等4 5 种元素。元素a s 虽然是一种准金 属元素，但由于其很多性质和环境行为与重金属元素相类似，所以也将它归入重 金属元素【引。 1 1 2 土壤重金属污染及其来源 土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入到土壤中，致使土壤中重金 属含量明显高于背景含量、并造成现存或潜在的土壤质量退化、生态与环境质量 恶化的现象。 土壤中重金属污染物来源途径有很多，也很广，很复杂。首先，土壤母质本 身含有重金属，不同的母质在成土过程中所形成的土壤含有的重金属差异也很 大。此外，人类t 农业的生产活动也造成对土壤的污染。归纳起来，土壤重金属 5 山东大学硕士学位论文 污染物的来源主要有以下几方面： 1 工业污染源主要是基础工业特别是采矿和冶炼业是向环境中释放重金 属的主要污染源。 2 生活污染源生活垃圾中含有的重金属能渗透到土壤中，生活废水中的有 机物可以吸收重金属，用这些水灌溉也可造成土壤的污染。 3 农业污染源主要是农药、化肥等农资和不恰当的灌溉造成的土壤污染。 4 交通污染源机动车的燃料所含有的重金属对土壤造成的污染。 5 自然污染源土壤母质土中的重金属本身含量较高，还有火t l f 喷发造成的 土壤污染。 1 1 3 我国土壤重金属污染现状 我国土壤重金属污染物主要来源于污水灌溉、工业废渣、城市垃圾、工业废 弃物堆放及大气沉降1 9 1 。污水中占较大比例的工业废水成分比较复杂，在不同程 度上含有生物难以降解的多种重金属元素，是土壤重金属污染物的主要来源。我 国土壤污染除元素c d 和元素h g 污染外，元素p b 、a s 、c r 、c u 的污染也比 较严重【l o 】。 目前，我国被农药、重金属等污染的土壤面积已达上千万公顷，污染的耕地 约o 1 亿h m 2 ，一i 耕地总面积的1 0 以上，多数集中在经济较发达的地区。全国 每年受重金属污染的粮食多达1 2 0 0 万吨，由重金属污染而导致的粮食减产高达 1 0 0 0 多万吨，合计经济损失至少2 0 0 亿元【1 1 1 。 据农业部进行的全国污灌区调查，在约1 4 0 万公顷的污水灌区中，遭受重金 属污染的土地面积占污水灌区面积的6 4 8 ，其中轻度污染的占4 6 7 ，中度污 染的占9 7 ，严重污染的占8 4 。华南地区部分城市有5 0 的农田遭受元素 c d 、a s 、h g 等重金属污染。广州近郊因污水灌溉而污染农田2 7 0 0 公顷，因施 用污染底泥造成1 3 3 3 公顷土壤被污染，污染面积占郊区耕地面积4 6 1 1 2 1 。上海 农田耕层土壤元素h g 和元素c d 含量增加了5 0 。天津近郊因污水灌溉导致 2 3 万公顷农田受重金属污染，沈阳张士灌区重金属污染面积达2 5 0 0 多公顷”1 。 近年来国内蔬菜重金属污染调查显示，我国菜地土壤重金属污染形势更为严 峻。珠三角地区近4 0 的菜地重金属污染超标，其中1 0 属“严重”超标【1 4 】。 重庆蔬菜重金属污染程度依次为：元素c d 元素p b 元素h g ，近郊蔬菜基 6 l i l 东大学硕十学位论文 地土壤重金属元素h g 和元素c d 出现超标，超标率分别为6 7 和3 6 7 t 1 5 1 。 广州市蔬菜地的铅污染最为普遍，砷污染次之；就污染的程度而言，镉污染最为 严重，其次为砷1 6 1 。保定市污灌区土壤中元素p b 、c d 、c u 、z n 的检出超标率 分别为5 0 、8 7 5 、2 7 5 和1 0 0 o ，蔬菜中元素c d 的检出超标率为8 9 3 【1 7 1 。 1 1 4 土壤重金属污染的危害 1 1 4 1 对微生物多样性的影响 微生物广泛分布于各种土壤中，对于土壤健康、污染土壤的生物修复有重要 意义。因此，国内外对重金属污染土壤中的微生物多样性开展了大量研究。 土壤重金属污染一般会影响微生物群落多样性，改变其群落结构。随着重金 属污染程度的加剧，一些铅锌银等尾矿区的土壤微生物群落结构发生了相应变化 l i b l 。重金属污染( z n 、c d 、c u ) 显著影响土壤微生物群落，氨氧化细菌被完 全抑制 9 1 。土壤重金属污染可减少真菌牛物量、改变真菌群落组成 2 0 - 2 1 i 。在受 元素p b 、a s 、c d 、c 及有机c 污染的土壤中，细菌、真菌和放线菌的数量比在 未污染的土壤中有明显的降低【2 2 】。土壤重金属污染能抑制古细菌的生长，降低 其数量，因此对古细菌的多样性不利c 2 3 】。 土壤重金属污染对微生物功能多样性( 碳源利用能力) 不利。k e l l y 和t a t e 利朋单一碳源利用能力的分析方法对重金属元素z n 污染下的土壤微生物群落 进行了研究，发现重金属元素z n 污染影h 向土壤微乍物的群落结构和功能多样 性1 7 4 1 。可培养细菌( 尤其是牛长在假单胞菌选择培养基上的细菌) 的数量和微 生物碳源利用能力被重金属显著抑制，但细菌的落谢荧光计数和脂肪酸构型并不 总是被重金属污染改变口5 1 。在长期受重金属元素c d 污染的土壤中代谢熵 ( q c 0 2 ) 高，碱性磷酸单酯酶、芳基硫酸酯酶、水解酶和蛋白酶活性以及酶活_ a t p 比值降低，因而重金属元素c d 污染降低了微生物的代谢效率i z7 1 。 土壤重金属污染还会影响微生物的遗传多样性。与未污染土壤相比，微牛物 d n a 总量在受重金属元素c u 和n i 污染的土壤中有所增高，而在受重金属元素 p b 、z n 和c d 污染的土壤中有所降低1 2 8 1 。g r i f f i t h s 等【2 9 1 发现与未污染土壤相比， 不同重金属污染的土壤中的微牛物群落存在差异，尤其是重金属元素c u 污染 的土壤。受重金属元素h g 污染的土壤增加了可培养细菌所占的比例和抗性细 菌的数量，增加了抗性细菌的功能多样性，遗传多样性先是迅速下降然后缓慢上 7 1 一 k 、_ 山东大学硕士学位论文 升，但没有完全恢纠3 0 1 。藤应等【3 1 1 在国内首次通过核酸快速提取系统提取了重 金属复合污染农田的d n a 并进行分析，结果表明：重金属复合污染导致了农 田土壤微生物在基因上的损伤，影响了农田土壤生态系统的细菌丰富度，改变了 土壤环境的优势菌群，从而使农田土壤微生物群落结构多样化发生变化，导致重 金属复合污染严重的农田土壤中d n a 含量较低。 1 1 4 2 对土壤酶活性的影响 土壤酶在有机物分解和养分循环过程中起着重要的作用，土壤酶活性能敏感 地反应土壤质量的健康状况。 日前研究表明，土壤酶活性大小与重金属污染程度存在一定的相关性。 k u p e r m a n 等 3 2 】研究发现随着重金属浓度的增加，几乎所有的土壤酶活性明显降 低了1 0 - 5 0 倍。 胡学玉等例的研究表明，土壤重金属对过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和过氧 化物酶等四种土壤酶活性均有不同程度的影响且主要表现为抑制作用，其中对土 壤重金属含量变化响应较敏感的酶为脲酶和过氧化氢酶。 1 1 4 3 对植物的影响 土壤中不论是植物牛长必需还是不需的重金属元素的浓度在一定范围内不 至于影响到植物的生长，但当浓度过高，植物富集于体内的含量超过了本身的富 集阂度值，植物就会发牛毒害，甚至死亡。在美国佛罗里达州，土壤的含铜量超 过5 0 m g k g 时，柑桔幼苗生长受到影响，土壤含铜量达2 0 0 m g k g 时，小麦就会 枯死【3 4 1 。张祖锡等人1 3 5 1 的试验表明，污灌小麦3 次试验的生物量比对照的分别 下降2 3 3 ，2 8 5 3 和9 7 8 。 吸收到植物体内的重金属能诱导其体内产生某些对酶和代谢具有毒害作用 和不利影响的物质，间接引起植物伤害。某些重金属胁迫f 植物体内产生过氧化 氢、乙烯等类物质对体内代谢和酶活性的负效应，同时也能够对其带来直接伤害， 如镉与巯基氨基酸和蛋白质的结合引起氨基酸蛋白质的失活，甚至导致植物的死 亡【3 们。重金属的胁迫有时会引起大量营养元素( n 、p 、k ) 的缺乏和有效性的 降低，较高浓度的重金属含量有抑制植物体对钙、镁等矿物质元素的吸收和转运 的能力。 重金属处理引起植物铁含量的下降或缺乏，导致铁参与生理过程的异常，呈 8 山东大学硕十学位论文 现铁缺乏症状。如较高浓度的锌处理使大豆出现叶片失绿的毒害症状，在铁供应 条件下叶片也不能复绿；经过镉处理的小麦幼苗叶和根的生长明显受到抑制，其 茎和叶中富集的镉量增加，铁