鎘在棕壤上的吸附過程及其對土壤酶活性的影響

江泳，王偉，王玉慧，趙培

(臨沂市國土資源局，山東 臨沂　276001)

鎘在棕壤上的吸附過程及其對土壤酶活性的影響

江泳，王偉，王玉慧，趙培

(臨沂市國土資源局，山東 臨沂276001)

土壤對鎘的吸附過程是影響鎘在土壤溶液中的濃度、遷移性、潛在毒性的重要因素。土壤微生物活性作為土壤質量的重要指標之一，對土壤重金屬的含量具有較好的指示作用。該文研究了重金屬鎘在棕壤中的吸附過程，及在此過程中土壤酶活性的變化。結果表明，隨著溶液中Cd2+含量的增大，兩種土壤對Cd2+吸附量逐漸增大，且吸附反應符合Freundlich模型。隨著鎘初始濃度的增加，土壤中脲酶和過氧化氫酶的活性均出現(xiàn)抑制現(xiàn)象，其中脲酶對鎘的反應更加敏感。

鎘；棕壤；吸附過程；土壤酶活性

引文格式：江泳，王偉，王玉慧，等.鎘在棕壤上的吸附過程及其對土壤酶活性的影響[J].山東國土資源，2015,31(2)：32-34.JIANG Yong, WANG Wei, WANG Yuhui, etc. Adsorption Effect of Cd in Brown Soil and Its Influence to Soilenzyme Activity[J]. Shandong Land and Resources, 2015,31(2):32-34.

0　引言

土壤重金屬污染問題在國際上引起了廣泛的關注。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國受Cd，As，Pb，Hg，Zn等重金屬污染的耕地面積近2000萬hm2，約占總耕地面積的五分之一[1]。

吸附-解吸是控制重金屬植物有效性的主要過程之一，土壤中重金屬的吸附-解吸直接影響重金屬在土壤及其生態(tài)環(huán)境中的形態(tài)轉化和遷移，最終影響農(nóng)產(chǎn)品的質量及人類的生存環(huán)境[2]。因此對重金屬在土壤上吸附過程的研究，有助于對進入環(huán)境中的重金屬行為及形態(tài)變化深入理解。

重金屬離子進入土壤后將對土壤酶活性產(chǎn)生抑制或激活作用，進而影響土壤養(yǎng)分釋放及從土壤中獲取養(yǎng)分的作物生長，因此土壤酶活性的測定將有助于判斷土壤重金屬污染程度及其對作物生長的影響[3]。國內(nèi)外眾多學者已開始研究利用土壤酶活性評價土壤重金屬污染的可行性[4-5]，并取得了顯著進展。

該文以土壤中典型的重金屬鎘為實例，從鎘在土壤中的吸附過程及其對土壤酶活性的影響兩個方面展開研究，旨在了解鎘在土壤中吸附過程的同時伴隨土壤酶活性變化的狀況。

1　材料與方法

1.1供試土壤

實驗土樣為棕壤，將采取的土壤放于通風處，晾干，磨碎，過20目篩，土壤基本理化性質見表1。

表1　供試土壤基本理化性質

1.2等溫吸附試驗

稱取5.0g過20目篩的土壤放入1組離心管中，以0.01mol L-1的KNO3溶液為介質，分別加入不同體積0.01mol L-1的CdCl2溶液，使上清液中Cd的濃度保持在0，2，6，10，15，20，30，50mg L-1；每個濃度重復4次，恒溫25℃下震蕩24h，離心，上清液用原子吸收測定Cd的含量，土樣用于土壤酶活性的測定。土壤對Cd的吸附量：

(1)

式中：Qt為土壤對Cd的吸附量(mg kg-1)，V0為吸附實驗開始溶液體積(L)，M為烘干土重量(kg)，C0為吸附實驗初始液濃度(mg L-1)，Ct為t時刻平衡溶液濃度(mg L-1)。

1.3土壤酶活性測定

1.3.1過氧化氫酶活性的測定

取1g風干土，置于100mL三角瓶中，并注入40mL蒸餾水和5mL 0.3%過氧化氫溶液。將三角瓶放在往復式震蕩機上，震蕩20min。而后加入5mL 3mol/L硫酸，以穩(wěn)定未分解的過氧化氫。再將瓶中懸浮液用慢速型濾紙過濾。然后吸取25mL濾液，用0.1mol L-1高錳酸鉀滴定至淡粉紅色終點。

1.3.2脲酶活性的測定

取1g風干土，置于50mL三角瓶中，加1mL甲苯。15min后加10mL l0%尿素液。搖勻后在37℃恒溫箱中培養(yǎng)24h。過濾后取3mL濾液注入50mL容量瓶中，然后加蒸餾水至20mL。再加4mL苯酚鈉溶液和3mL次氯酸鈉溶液，隨加隨搖勻。20min后顯色，定容。1h內(nèi)在分光光度計上于波長578mn處比色。計算尿酶活性以24h后1g土壤中NH4-N的毫克數(shù)表示。

1.4數(shù)據(jù)分析

土壤對鎘的吸附實驗數(shù)據(jù)用Freundlich模型進行了模擬：

(2)

式中：Kf為土壤的吸附能力(dm3kg-1)，n為吸附強度。

2　結果與分析

2.1鎘在棕壤上的吸附過程

不同濃度鎘在兩種土壤上的吸附過程如圖1所示，結果顯示，鎘濃度較低時，土壤對鎘的吸附量隨濃度的增加而快速增加，隨著初始鎘濃度的增加，土壤鎘吸附率隨著溶液中鎘平衡濃度的增加而減小，這與前人的報道相一致[6-7]。相比兩種土壤，不同鎘處理濃度下，土樣1對鎘的吸附量均大于土樣2，這主要與兩方面的原因有關，首先，從土壤的機械組成來看，土樣1的粘粒含量高于土樣2，而研究發(fā)現(xiàn)粘粒高的土壤對鎘的吸附量較大[8]；其次，土壤的酸堿性對鎘的吸附量有很大的影響，研究表明隨著土壤pH的升高，土壤對鎘的吸附量增加[9]，而土樣1的土壤比土樣2稍高，這也可能是導致其吸附量相對稍高的原因。

圖1　不同濃度鎘在土壤上的吸附量

2.2土壤對鎘的吸附過程方程擬合

兩種土樣對鎘的吸附過程通過Freundlich方程進行了擬合，擬合參數(shù)如表2所示。從表中可以看出，鎘在兩種土樣上的吸附過程均可以通過Freundlich方程進行模擬，相關系數(shù)分別為0.9752和0.9326，達到極顯著水平。兩種土樣中，土樣1對鎘的吸附能力(Kf=193.25)大于土樣2(Kf=186.19)。

表2　土壤對鎘的等溫吸附方程擬合參數(shù)

注：**表示在0.01顯著水平上相關

2.3鎘的吸附對土壤酶活性的影響

圖2　鎘在土壤上的吸附對脲酶活性的影響

圖3　鎘在土壤上的吸附對過氧化氫酶活性的影響

鎘在兩種土樣上的吸附均對土壤酶活性產(chǎn)生了很大的影響，圖2為鎘在兩種土樣上的吸附對土壤脲酶活性的影響。從圖中可以看出，鎘的吸附顯著地抑制了土壤脲酶的活性，添加不同濃度的Cd后，立即表現(xiàn)出強烈的抑制作用，濃度越大，抑制率越大。實驗結束時兩種土樣中脲酶的活性分別降低了79.16%和74.97%。圖3為鎘在兩種土樣上的吸附對土壤過氧化氫酶活性的影響，從圖中可以看出，隨著濃度的增加土壤過氧化氫酶活性明顯降低，這與楊志新等的研究一致[10]。而兩種酶中脲酶對鎘的反應更加敏感，因此，可以通過土壤脲酶活性的變化來反應該土壤中鎘的變化情況。

3　結論

通過鎘在棕壤上的吸附過程以及此過程中土壤酶活性的變化研究。結果發(fā)現(xiàn)，隨著溶液中Cd2+含量的增大，兩種土壤對Cd2+吸附量逐漸增大，且吸附反應符合Freundlich模型；同時鎘在棕壤上的吸附抑制了土壤脲酶和過氧化氫酶的活性。

[1]黃益宗,郝曉偉,雷鳴,等.重金屬污染現(xiàn)土壤修復技術及其修復實踐[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2013,32(3):409-417.

[2]陳蘇,孫麗娜,晁雷,周啟星,孫鐵珩.不同濃度組合的鎘、鉛在不同污染負荷土壤中的吸附-解吸動力學行為[J].應用基礎與工程科學學報,2007,15(1):32-43.

[3]盧顯芝,金建華,郝建朝，等.不同土層土壤酶活性對重金屬汞和鎘脅迫的響應[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2009,28(9):1844-1848.

[4]傅麗君,劉智任，楊磊.鎘、銅、鉛復合污染對枇杷園土壤微生物的生態(tài)毒理效應[J].生態(tài)毒理學報,2009,(6)：881-888.

[5]李博文,劉樹慶.潮褐土鎘、鋅、鉛復合污染與土壤酶活性的關系[J].吉林農(nóng)業(yè)科學,2000,25(1):38-41.

[6]Yu S,He Z L,Huang C Y,等. Adsorption-desorption behavior of copper at contaminated levels in red soils from China.Journal of Environmental Quality, 2002,31(4):1129-1136.

[7]Markiewicz-Patkowska J,Hursthouse A,Przybyla-Kij H. The interaction of heavy metals with urban soils:sorption behaviour of Cd,Cu,Cr,Pb and Zn with a typical mixed brownfield deposit. Environment International, 2005, 31(4):513-521.

[8]李朝麗,周立祥.我國集中典型土壤不同粒級組分對鎘吸附行為影響的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2007,26(2):516-520.

[9]郭晉君,張沛,杏艷,等.pH對土壤吸附重金屬鎘的影響[J].廣東化工,2013,8(40):116-117.

[10]楊志新,劉樹慶.Cd，Pb，Zn單因素及復合污染對土壤酶活性的影響[J].土壤與環(huán)境,2000,9(1):15-18.

Adsorption Effect of Cd in Brown Soil and Its Influence to Soilenzyme Activity

JIANG Yong, WANG Wei, WANG Yuhui, ZHAO Pei

(Linyi Bureau of Land and Resources, Shandong Linyi 276001, China)

Adsorption process of Cd in soil is the important factor which influence concentration, migratory aptitude and potential toxicity of Cd in soil solution. As an important indicators of soil quality, soil microorganism activity has good instruction function as soil heavy metal content. In this paper, the adsorption process of Cd in brown soil and changes of soil microorganism activity have been studied. It is showed that with the increase of Cd in the solution, soil adsorption of Cd increases gradually, and the adsorption reaction conforms to Freundlich equation. Accompanying with the increase of initial concentration of cadmium, soil urease and catalase activity have been inhibited, and thereinto urease is more sensitive to Cd.

Cd; brown soil; adsorption process; soil microorganism activity

2014-04-12；

2014-07-03；編輯：王敏

江泳(1974—)，男，浙江龍游人，主要從事地質環(huán)境治理工作；E-mail:jysky5@sina.com

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