重金属cd、zn、cu、pb污染下土壤生物效应及机理-王彬.docx
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1、西南大学 硕士学位论文 重金属 Cd、 Zn、 Cu、 Pb污染下土壤生物效应及机理 姓名:王彬 申请学位级别:硕士 专业:植物营养 指导教师:徐卫红 20080501 重金属 Cd、 Zn、 Cu、 Pb污染下土壤生物效应 及机理 植物营养学专业硕士研究生王彬 指 导 教 师 徐 卫 红 副 教 授 摘要 土壤的重金属污染问题一直是国内外土壤学、环境科学研究的热点。由于重金属在土壤 中难以降解,毒性强,具有积累效应等特征,研究重金属污染下的土壤生物效应,即重金属 对土壤微生物、土壤酶活性的影响己受到广泛关注。重金属污染土壤及其修复,过去一直采 用化学方法来评价,随着土壤微生物污染生态研究的不
2、断深入以及研究方法的改进,采用微 生物学指标评价重金属污染越来越受到人们的关注。近年来,国内外学者就重金属污染土壤 生物、生态效应作了大量的研究工作。并在重金属污染土壤的微生物学评价中取得一定的研 究成果。但由于在自然条件下,土壤微生物及酶活性受植被、季节、灌溉、耕作等因素的影 响,检测结果差异很大。在自然生态系统中,重金属污染主要以复合污染存在,土壤生态系 统中的复合污染具有多 样性、复杂性的复合效应机制,包括重金属间的协同作用、拮抗作用、 竞争作用和抑制作用等等,因此,在揭示重金属污染土壤的生物效应时,开展重金属复合污 染生物学研究更具有理论和实践意义。本文采用室内恒温培养试验、盆栽试验、
3、野外重金属 矿区调査及相关分析相结合的研究方法,探讨了重金属 Cd、 Zn、 Cu、 Pb复合污染下土壤的生 物效应,为重金属污染土壤的修复、环境质量评价及建立有效的土壤重金属污染预警指标体 系提供理论依据。本研究主要取得如下一些结果: 1. 矿区土壤由于遭受重金属污染,其理化性质受到严重影响,距离矿口越近, 土壤 pH 越低,有机质、有效 N、 P、 K的含量也越来越低,即土壤肥力越低。矿区重金属污染土壤的 酶活性较对照(距矿口 10 米)显著降低,且随着距矿口距离的增加,酶活性越来越髙, 表明矿区土壤不同区位段上的土壤酶活性存在着显著差异,矿区重金属污染对 5种酶的抑制 能力为脱氢酶 酸性
4、磷酸酶 脲酶 过氧化氢酶 蔗糖酶。矿区重金属污染对土壤微生物活 性产生了严重的影响,其中细菌和放线菌的数量明显下降,而真菌变化幅度相对较小。随着 距矿口距离越近即随矿区重金属污染程度的加剧,土壤微生物受到的抑制程度明显增强,微 生物活体数量、微生物生物量碳、氮显著下降,而微生物生物量 C/N却明显升高。 2. 在恒温( 25。 0培养条件下,供试土壤的酶活性与土壤中重金属镉、锌、铜、铅浓度 有密切的关系, Cd在 acid phosphatase urease catalase saccharase. The heavy metals inhibited soil microbial acti
5、vities, and the number of soil microbes, the soil microbial biomass carbon (C) and nitrogen (N) remarkable decreased with increasing of the distance from the mining site, but the C: N ratio of the soil microbial biomass increased* The bacteria and actinomycosis in soil markedly decreased while the.f
6、ungus was relatively stable. 2. Under constant temperature (25*0 culture, the activities of urease and invertasc in soil increased at CdlO mg kg1 and the activities of urease, invertase, dehydrogenase and catalase in soil were enhanced at Pb 彡 200 mg kg The activities of soil enzymes decreased with
7、increasing of heavy metal level at Zn and Cu treatments and at Cd and Pb treatments which levels were more than 10 mg kg1 (Cd) and 200 mg kg1 (Pb). Significant decline of soil enzymes was found at high heavy metal level. 3. Different effects of heavy metals on different soil mtemperature (25 “ cultu
8、re. The activities of soil bacteria, fungus and microbial biomass C and N increased at low heavy metal level, but remarkable decline was found at high heavy metal level. The toxicity of heavy metals on soil microbes was in the order of CdCu and ZnPb. 4. The effect of combined pollution of cadmium, z
9、inc, copper and lead on soil enzymes and microbes was greater than the individual heavy metal. The influence of combined pollution was not a simple superposition, including coordination and the counteraction. The coordination was found among Cd, Zn and Cu and the counteraction was observed between P
10、b and Cd, Pb and Zn, and Pb and Cu. 5. Except for urease, the activities of soil enzymes and microbes decreased first, and then increased with increasing of time under heavy metal pollution at constant temperature (25*0 culture. The lowest activities of soil enzymes were observed at 20th day. The ac
11、tivity of urease decreased with increasing of time in Cd and Cu contaminated soil. The number of soil microbes, and the soil microbial biomass C and N also decreased first and then increased with increasing of cultural The high inhibition of heavy metals on soil microbe number, and ;he soil microbia
12、l biomass C and N were found at 20th day. 6. In pot experiment, a stimulation on growth of rape (Brassica napus L.) was observed in Pb 100 mg/kg), but high inhibition on rape biomass was found in other heavy metals. The shoot biomass decreased by 56.3%, 67.3%, 56.7% and 62.7%, and root biomass decre
13、ased by 38.2%, 42.2%, 38.2% and 40.2% at high heavy metal level compared to the control The greater decline of rape biomass was observed in combined pollution of Cd, Pb, Zn and Cu. The concentration of Cd and Pb was higher in shoot than in roots, but concentration of Cu and Zn was lower in shoot tha
14、n in roots. The similar changes of soil enzymes and microbes were found in culture experiment and pot experiment. However, the activities of soil enzymes 独创性声明 学位论文题目: -重金属 Cd、 Zn、 Cu、 Pb污染下土壤生物效应及机理 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果,文中已加 了特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同 仁在文中作了明确说明
15、并表示衷心感谢。 学 位 论 文 作 者 : 签 字 曰 期 . “ 年沴月 A曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、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。本人授权西南大学研究生院(筹)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,本论文: 不保密, 保密期限至 年 月止 ) 。 学位论文作者签名: I祕 导师签名 签 字 曰 期 : 年 f月 /0曰 签字曰期 : 年 月 A? 曰 文献综述 土壤
16、是人类赖以生存的物质基础,是生态系统的重要组成部分,也是食物链的一个重要 环节,然而目前耕地正受到各种污染物的侵蚀,其中重金属污染尤为严重。重金属矿藏的大 量开采加工,农业中化肥和农药的大量的、不合理的施用,工业废物以及生活垃圾等等, 都导致了土壤的重金属污染。重金属污染与人的健康息息相关,自日本发现 水俣病 的成因 以来,土壤的重金属污染问题一直成为国内外研究的热点。由于重金属在土壤中难以降解, 毒性强,具有积累效应等特征,研究重金属污染下的土壤生物效应,即重金属对土壤微生物、 土壤酶活性的影响己受到广泛关注。重金属污染土壤及其修复,过去一直采用化学方法来评 价,随着土壤微生物污染生态研究的
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