重金属镉、铅对脲酶活性的影响

摘 要：在试验室条件下，研究了外源添加不同浓度的重金属镉、铅对土壤脲酶活性的影响。结果表明，重金属镉、铅污染对不同的土壤生化过程具有不同效应，镉污染对土壤酶活性的影响中，对土壤的脲酶活性都有很显著的抑制作用；铅对脲酶的活性抑制率是比较低的，低浓度的铅还产生激活作用。

关键词：重金属；脲酶；镉；铅

土壤是人类的衣食之源和生存之本，即使是现代经济生活中，土壤依然是最基本的生产要素和各种经济关系的载体[1]。随着工业的发展和农业生产的现代化，环境污染问题日益严重，大量的重金属污染物进入到土壤系统中。但是由于土壤的自净能力有限，当污染物的含量超过了土壤容量时，就会对生态环境和人类健康造成严重的影响，甚至威胁到人类的生存[1]。其中土壤重金属污染的问题已经成为全球各国共同面临的棘手问题。

土壤酶是土壤中稳定的具有某种特殊催化能力的一类蛋白质[2]。土壤中与物质和能量转化有关的生物化学过程都是在土壤酶的作用下进行的，因此它们在土壤养分的转化、循环和利用及降解土壤中有毒物质、消除土壤污染等方面发挥着重要作用[3]。国内外众多学者已开始研究利用土壤酶活性评价土壤重金属污染的可行性，并取得了显著进展。

一、材料与方法

1、供试土壤

供试土壤为棉花地，采自于北辰区的被人为影响较弱的的农田里，经实验室实验检测重金属含量不超标，属于自然无污染土壤。将取来的新鲜土样弄成碎块，放在室内阴凉通风处自行干燥。干燥后的土壤研磨过200目尼龙筛，并置于塑料袋内，放于室内备用。

2、添加外源铅、镉土壤污染实验

称取150g干土的新鲜土壤样品，用蒸馏水调节土壤含水量至田间持水量40%，装于500 ml的塑料烧杯中，用具有透气性能的薄膜封口，于25℃生化培养箱内预培养3周。然后根据处理要求将重金属溶液与土壤充分混匀，调节土壤含水量至田间最大持水量60%，薄膜封口，于25℃培养箱内培养。培养过程中为了保持土壤湿度不变，用称量差减法每隔3天调节一次土壤水分。整个培养试验持续52天，分别于第3、10、17、31、52天取样测定土壤脲酶活性。

Cd 以CdCl2・2.5H2O形式投加，Pb 以Pb（NO3）2 形式投加，将CdCl2・2.5H2O 和Pb（NO3）2 粉末溶于水后与土壤充分混匀。本实验共设16个处理，分别为L1（CK）、L2（Pb50）、L3（Pb200）、L4（Pb400）、L5（Cd5）、L6（Pb25）、L7（Pb50）、L8（Pb50Cd5）、L9（Pb50Cd25）、L10（Pb50Cd50）、L11（Pb200Cd5）、L12（Pb200Cd25）、L13（Pb200Cd50）、L14（Pb400Cd5）、L15（Pb400Cd25）、L16（Pb400Cd50）。

3、土壤酶测定方法

脲酶活性测定采用土壤酶研究法[4]。

二、结果与讨论

1、镉、铅单一污染对脲酶活性的影响

脲酶在外源重金属 Pb的情况下，添加低浓度的Pb（50）对脲酶活性有激活的作用，而随着添加重金属浓度的增加脲酶活性不断的降低。当Pb浓度为50mg/kg时，对脲酶活性为激活作用，其平均激活率为12.34%；当Pb浓度为200mg/kg和400mg/kg时，对脲酶活性为抑制作用，其平均抑制率为12.47%和31.52%。脲酶活性的抑制百分数随着重金属的浓度增大而递增，而且这种递变规律在重金属加入量较高时更明显。不同Pb 处理在土壤培养中期（17天左右）脲酶活性最高，随着培养时间的延长酶活性有降低的趋势，酶活性的最低值出现在第52天。

脲酶对重金属Cd元素的反映非常敏感，添加不同浓度的Cd后，立刻表现出强烈的抑制作用，随着浓度变化越大，其抑制率也会越大，其抑制率分别为6.32%、11.62%、21.32%。培养初期和中期酶活性相对比较高，到末期（52天）其活性到了最低点。

2、镉、铅复合污染对脲酶活性的影响

土壤样品中脲酶活性几乎都随着重金属添加量的增加而降低。在铅、镉复合污染下，脲酶活性随重金属浓度增加而减小。由于铅单一污染的时候，对脲酶活性大部分都是促进作用。所以土样L8、L11、L14与CK对比则产生了激活的作用，剩下的土样则产生了抑制作用。在铅、镉复合污染下，脲酶活性的变化与单一铅污染变化比较相似，并且高于单一镉污染。在培养时间段初期，脲酶活性的净变化量=U均小于0，且接近于0，铅和镉复合污染表现出轻微的拮抗作用，即铅和镉复合污染的毒性因为铅的存在而减弱。随着培养时间的延长（到后期），=U大于0，铅和镉的复合污染表现出协同作用，即铅和镉复合污染的毒性因为铅和镉的加入毒性更大了，所以脲酶的毒性程度呈现出铅和镉复合污染>镉单一污染>铅单一污染。

3、土壤重金属的全量及各形态对土壤酶活性的影响

可交换态 Pb对脲酶具有轻微的激活作用，激活作用不是特别明显，呈相对不显著正相关。Pb的其他态和全量对脲酶都产生了比较明显的抑制作用，其中碳酸盐结合态的抑制作用最为明显R值为0.447，其次是全量、有机态、残渣态、铁锰氧化态。

总量和各个形态的Cd对脲酶都具有相对明显的的抑制作用，负相关显著。其中铁锰氧化态和碳酸盐结合态的抑制率最高，R值都达到了0.905，最低的是残渣态。通过对比可以看出重金属Cd的毒性远大于Pb，重金属Cd对环境的危害性最大，所以用脲酶活性作为判断土壤的污染程度是比较可行的方案。

三、结论

通过实验室外源添加重金属Pb、Cd发现，低浓度的Pb对脲酶有激活作用，随着添加浓度越来越高酶活性就有明显的降低趋势。Cd对脲酶有强烈的抑制作用，通过分析发现两种重金属的毒性强度为Pb、Cd复合污染>Cd单一污染>Pb单一污染。通过对比可以看出重金属镉的毒性远大于铅，重金属镉对环境的危害性最大，所以用脲酶活性来判断土壤重金属镉的污染程度是比较可行的方案。由于实验室的实验条件有限只研究了Pb、Cd对脲酶的影响，如果以后有条件可以研究点别的酶活性，找出一定的变化规律。

参考文献：

[1]陆文龙，李春月.重金属镉对土壤酶活性影响的研究[J].吉林化工学院学报，2010，27（3）.

[2]曹慧，孙辉，杨浩，等.土壤酶活性及其对土壤质量的指示研究进展[J].应用与环境生物学报，2003，9（1）.

[3]尤育堂，刘世凡，熊建平.苎麻对稻田土壤汞净化效果研究[J].农业环境保护，1994，13（1）.

[4]关松荫.土壤酶及其研究法[M] .北京：农业出版社，1986.

[5]杨正亮，冯贵颖.重金属对土壤脲酶活性的影响[J].干旱地区农业研究，2002，（9）.

[6]周礼恺，等.土壤酶学[M]北京：科学出版社，1987.

作者简介：曹紫娟（1986.2-），女，天津人，天津师范大学环境与科学学院2010级环境科学专业研究生，主要研究方向：土壤重金属修复。