全 文 ：第 12卷 第 3期
2 0 0 4年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco-Agriculture
V01．12 No．3
July， 2004
重金属污染矿区复垦土壤微生物生物量及酶活性的研究*
龙 健 黄昌勇 滕 应 姚槐应
(浙江大学环境与资源学院 杭州 310029)
摘 要 对铜矿废弃地复垦土壤微生物生物量及酶活性研究结果表明，与对照土壤相比，矿区复垦土壤微生物生
物量C、N和P均有所降低，微生物商 c ／c 可作为矿区重金属污染土壤微生物学敏感指标之一；酶活性变化与
此相似，脲酶、脱氢酶和酸性磷酸酶与对照差异显著，其他则与对照差异明显，一定程度削弱了矿区土壤中C、N营
养元素周转速率和能量循环。
关键词 矿区复垦土壤 土壤微生物生物量 土壤酶 重金属污染
1rIle microbial bionmss and enzyli~ activities of reclaimed minesoils in the heavy metal polution 棚 ．U：)NG Jian ，
HUANG Chang-Yong，TENG Ying，YAo Huai—Ying(Colege of Resources and Environmental Sciences，Zh~iang Univer—
sity，Hangzhou 310029)，CJEA，2004，12(3)：146～148
Abstract The soil microbial biomass and soil enzyme activities in copper mining wasteland and non-minesoils were
studied．The results indicate that the sol microbial bioma~ses C，N，and P decline compared with those of the non-mine—
soils．The ratio of C √c can be as one of the soil microbial indexes in heavy metal polution area．The soil enzyme ac—
tivities display the similar pattern．T-test show that the differences in uresse，dehydrogenase，acid phosphtase between
the H I1ing wasteland and the non-mi nesoi~are significant，the other enzyme activities are different signifcantly betwen
the mi ning wasteland and the control，all of which may lead to the impairment of turnover and cycle velocity of C，N
rilltrl‘tion dements in minesoils．
Key words Reclaimed minesoil，Soil microbial biomass，Soil enzym e，Heavy metal pollution
我国南方红壤地区大量土壤遭采矿破坏或重金属污染退化，严重影响了土壤生态系统良性循环。目前
有关我国北方煤矿区废弃地复垦的研究多见报道，且多侧重于退化生态系统植被恢复过程及特征的研究，而
有关南方有色金属矿山废弃地复垦研究尚少见报道，更缺乏对矿区废弃地复垦土壤微生物学特征的研究。
本研究探讨了浙江省哩铺铜矿废弃地复垦土壤微生物生物量和酶活性的变化，为我国同类矿山复垦提供理
论依据。
1 研究区域概况与研究方法
哩浦铜矿位于浙江省诸暨市，北纬29。43 23 ，东经 119。59 09 ，全矿总面积 0．8km2，地貌为低山丘陵，海
拔高度 147～350m，属 中亚热带季风气候，年均气温 16．2C，≥10℃年积温 4924～5233℃，年降雨量
1335．9mm，年均蒸发量 1260．7mm，年均相对湿度75．1％，土壤类型主要为黄色砂页岩发育的红壤和山地黄
红壤。本研究样点Ⅲ号矿井废弃地(已废弃 5年)位于谷地中，三面环山，主要植被为草丛，以超积累植物海
洲香薷(Elsholtzia harchowensis Sun，俗称铜草)群落为主，占植被 65％以上，盖度为 0．6～0．8，群集生长而
茂盛，另有少量狗尾草(Setara viridis)、茵陈蒿(Artemisia capilaris)和荩草(Arthraton hispidus)等。试验
以Ⅲ号矿井废弃地为中心，根据受重金属污染程度及地上部生物多样性状况，向废弃地外围选 3个取样点，
即重度污染区(废弃地中心，1号)、中度污染区(2号)和非矿区土壤(对照，3号)。每取样点按 S型路线采集
0~20cm土层混合土样装入无菌纸袋带回实验室，将部分新鲜土壤研磨过 lmm筛，土壤含水量调至田间持
水量的45％并置无菌纸袋中，0~4"C保存用于测定土壤微生物生物量和酶活性；部分土壤风干后用于测定土
壤基本理化性状和重金属含量。以氯仿熏蒸提取法测定土壤微生物生物量 c、N，用可溶性碳自动分析仪测定
提取液中有机碳，微生物生物量C计算所用转换系数 K 为0．45。采用凯氏定N法消化、半微量蒸馏法测定提
*国家重点基础研究(973)发展规划项目(2002CB410804)和同家自然科学基金项目(40171054)共同资助
收稿 日期：2003—02—08 改回日期：2003—03—13
第 3期 龙 健等：重金属污染矿区复垦土壤微生物生物量及酶活性的研究 147
取液中N。以熏蒸提取法测定微生物
生物量 P，提取剂为 0．025Hl0l／LHCl一
0．03mol／LNH4F，用紫外分光光度计
测定提取液中 P，微生物生物量 P计
算所用转换系数为 0．40。以苯酚钠
比色法测定脲酶，用铜盐比色法测定
蛋白酶，以高锰酸钾滴定法测定过氧
表 2 土壤重金属含量
Tab．2 Heavy metal elements contents of soils
土样号 全量元素／mg·kgI1 Total elements 有效元素／mg·kg Available elements
Soil No． Cu Zn Pb Cd Cu Zn Pb Cd
化氢酶活性，用碘量滴定法测定多酚氧化酶活性，以磷酸苯二钠比色法测定磷酸酶活性，用 3，5一二硝基水杨
酸比色法测定蔗糖酶活性，以比色法测定脱氢酶活性。土壤基本理化性状按常规方法测定，其结果见表 1。
土壤全 Cu、全 Zn、全 Pb和全 Cd以HNO3一HzSO4一HC104一 消化，有效铜、锌、铅和镉以0．1mol／LHC1提取，
均用原子吸收分光光度计测定，结果见表 2。
2 结果与分析
2．1 矿区复垦土壤微生物生物量及微生物商的变化
表 3表明，土壤微生物生物量 C、N和P均表现为对照土样(3号)>2号>1号，与对照相比矿区 1号、2
号土样微生物生物量 C、N、P分别下降61．6％和26．4％、43．1％和23．0％、77．1％和 51．8％，表明重金属对
表3 不同污染土壤微生物生物量及微生物商的变化
Tab．3 Soil microbial biomass and C ／Corg under different pollution degrees
土壤微生物生物量
有抑制作用，这与
Brookes P．C．等研
究结果一致_3 J。微
生物生物量的下降
一 定程度削弱了矿
区复垦土壤 C、N
周转速率和循环速率以及供 P能力，但这并不意味着矿区复垦土壤中微生物种群有灭绝的危险，理论上会
有2种或几种更具耐性的种填补，从而丰富土壤微生物生态系统 ]。有研究表明耐性微生物在污染环境中
的繁殖，通常是由于基因改变、生理适应或已具耐性种对敏感种的取代，重污染土壤比轻污染土壤耐性细菌
数量多 15倍 J。同时土壤微生物生物量对土壤环境因子的变化极为敏感，哪怕很小的变化都会引起微生物
生物量和活性的极大波动，故采用微生物生物量评价土壤中重金属污染有较大难度。
微生物商是指土壤微生物生物量C与土壤有机碳总量比值，即微生物商：CnJCor．。近年研究表明微
生物商对重金属污染较敏感，是反映土壤生态系统中C平衡的指标，当外界环境发生改变时可较早检测出
C ／C 的变化_4]。有研究认为用微生物商表示土壤过程或土壤质量的变化，比单独应用微生物生物量或
土壤有机碳总量有效_5]，因为商是比值，可避免使用绝对量或有机质含量不同的土壤进行比较时所出现的某
些问题。表 3表明对照(3号)土样 C ， ／c 为矿区 1号、2号土样的2．4倍和 1．3倍，其原因可能是重金属
污染降低了土壤微生物对土壤有机质的矿化率，这与 Chander K．和 Brookes P．C．等研究结果一致 。
Sparling G．P．等 认为若土壤被重金属污染，土壤微生物C库将以较快速率下降，最终导致土壤微生物商的
降低。因此用微生物商作为重金属污染土壤的评价指标具有一定可行性。
2．2 矿区复垦土壤酶活性的变化
表4表明非矿区土壤脲酶、酸I生磷酸酶和蛋白酶活性均高于矿区土壤，并达显著水平，其中对照土样脲
酶为矿土 1号、2号土样的2．11倍和 1．15倍，脲酶受重金属的抑制作用最敏感，有研究⋯指出用土壤脲酶
∞
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活性作为预测土壤重金属复合污染程度的主要生化指标具有一定可行性，土壤中蔗糖酶直接参与土壤 C素
循环，而土壤脲酶和蛋白酶则直接参与土壤中含 N有机化合物的转化，其活性强度常用以表征土壤 N素供
应强度。与对照(3号)土样相比，矿区 1号、2号土样蛋白酶活性分别下降 59．49％和35．13％，蔗糖酶活性
仅下降 5．35％和 2．14％，表明矿区土壤中重金属含量高，降低了3ge土壤酶活性 ，削弱了土壤中C和N素
表4 不同污染土壤酶活性的变化 营养周转速率和
Tab·4 Soil enzyme activity under diferent polution degrees 能量循环。土壤
土样号
No．脲酶／r唱·g
Urease
Nrt3一N
酶活性Enzyr~activities
蔗糖酶／r唱·g 蛋白酶／r唱·kg 酸性磷酸酶／r唱·kg 过氧化氢酶／mg．g 多酚氧化酶／r唱．g一 脱氢酶／r唱．g
& Pr0temase Add pl-~phalase Pemxidase Polypheml I kh)血曜∞ase
—N phenol oxHase T．P．F
酸性磷酸酶的酶
促作用能加速土
壤有机磷脱磷速
度，提高磷的有
效性，在砂页岩
发育的红壤极缺
P状况下其作用
更明显。表 4表
明土壤酸性磷酸酶活性对重金属复合污染非常敏感，与对照(3号)土样相比，矿区 I号、2号土样分别下降
50．31％和24．66％，从而削弱了矿区土壤的供 P能力。矿区土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶和脱氢酶活性均
呈下降趋势，对照(3号)土样多酚氧化酶活性为矿区 1号、2号土样的6．33倍和 5．59倍，达显著水平，脱氢
酶活性下降趋势更明显，与对照(3号)土样相比，矿区 1号、2号土样分别下降 94．59％和 62．16％，故
Brookes P．C．_3 等建议以脱氢酶活性作为重金属污染的指标更灵敏。但矿区土壤过氧化氢酶活性与对照相
比未达显著水平。
重金属污染对土壤酶活性的影响多表现为抑制作用，其抑制机理可能与酶分子中活性部位一巯基和含咪
唑的配体等结合形成较稳定的络和物，产生与低物的竞争性抑制作用有关，抑或由于重金属抑制土壤微生物
生长和繁殖，减少其体内酶的合成和分泌而导致土壤酶活性下降l2]。重金属复合污染对土壤酶活性的复杂
交互作用机理以及重金属对酶活性的激活机理目前尚不明晰，尤其在自然条件下重金属复合污染土壤表现
更为复杂，这有待于进一步深入研究。
3 小 结
矿区复垦土壤中随重金属污染的加剧，土壤微生物生物量 C、N和 P下降趋势明显，与对照(3号)土样
相比矿区 1号、2号土样微生物生物量 C、N、P分别下降 61．6％和 26．4％、43．1％和 23．0％、77．1％和
51．8％。微生物商(C．JCor~)可作为矿区重金属污染土壤的微生物学敏感指标之一。矿区土壤微生物生物
量及酶活性的降低，一定程度削弱了矿区土壤中 C、N营养元素周转速率和能量循环。
参 考 文 献
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