全 文 ：镉污染对紫茉莉根际土壤生物学特性的影响
潘小翠，管 铭 (台州学院生命科学学院，浙江台州 318000)
摘要 采用室内盆栽模拟试验，研究不同浓度镉污染对紫茉莉根际土壤理化性质、土壤微生物生物量和土壤酶活性的影响。结果表明，
随着镉处理浓度的升高，紫茉莉根际土壤有机碳、全氮、全磷含量逐渐上升，其中全氮和全磷上升趋势显著;土壤微生物生物量碳、氮和
磷则呈现出下降趋势，其中生物量氮下降趋势显著。酶活性研究结果表明，随着镉处理浓度的升高，除了多酚氧化酶活性上升外，其余 5
种酶活性均呈现出下降趋势，其中精氨酸脱氨酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、天冬酰胺酶下降趋势显著。由此可知，镉污染对紫茉莉根际
土壤微生物生物量和酶活性均产生一定的抑制作用。
关键词 镉污染;紫茉莉;土壤理化性质;微生物生物量;酶活性
中图分类号 S685． 16 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2013)09 －03841 －03
Effects of Cadmium Pollution on Ｒhizoshpere Soil Biological Characteristics of Mirabilis jalapa
PAN Xiao-cui et al (College of Life Science，Taizhou University，Taizhou，Zhejiang 318000)
Abstract The effects of cadmium (Cd)pollution on the soil physico-chemical properties，soil microbial biomass and enzyme activities of
Mirabilis jalapa at the rhizosphere zones were studied by using indoor potted experiment． The results showed that soil organic C，total N，total
P content increased with the increase of Cd concentration，and total N and P increased significantly． Soil microbial biomass C，N and P de-
creased with the increasing contents of Cd，and biomass N decreased significantly． Along with the Cd concentration increased，enzyme activi-
ties showed a trend of decline except polyphenol oxidase，in which arginine deaminase，acid phosphatase，catalase and asparaginase decline
significantly． The results indicated that the Cd pollution had inhibitory effect on microbial biomass and enzyme activities on rhizosphere soil of
Mirabilis jalapa．
Key words Cadmium pollution;Mirabilis jalapa;Soil physico-chemical properties;Microbial biomass;Enzyme activity
作者简介 潘小翠(1986 － ) ，女，安徽安庆人，助理实验师，硕士，从事
环境微生物方面的研究，E-mail:panxiaocui061003 @ 163．
com。
收稿日期 2013-04-01
镉(Cd)是一种毒性很强的环境污染物，能够通过改变
植物的多种生理过程而影响植物的生长发育，使植物表现出
褪色、矮化、生长延迟等症状，严重时甚至死亡［1］。重金属
Cd污染还会影响土壤理化性质和微生物学特性。一些研究
表明，Cd能降低桐花树、五节芒、玉米、大豆、柱花草等多种
植物根际土壤微生物生物量和土壤酶活性［2 －5］。近年来，国
内外学者已将土壤酶活性和土壤微生物生物量广泛应用到
土壤重金属污染的研究领域，已被认为是重金属污染土壤微
生物变化的敏感指标［6 －7］。然而，以往有关土壤酶活性和土
壤微生物生物量的研究很少涉及重金属超积累或富集植物
的根际土壤。
紫茉莉(Mirabilis jalapa)是在我国矿区发现的一种耐性
植物。已有研究表明，紫茉莉是一种高生物量的 Cd富集植
物［8 －9］。紫茉莉的根茎叶均能富集土壤中的 Cd，在 Cd浓度
为 200 mg /kg时达到超富集植物的标准［8］。然而，重金属 Cd
对紫茉莉根际土壤生物学特性是否有影响尚未见报道。因
此，笔者以紫茉莉幼苗为材料，采用实验室盆栽模拟试验，探
讨 Cd处理对紫茉莉根际土壤生物学特性的影响，旨在探索
Cd污染与 Cd富集型植物根际土壤生物学指标的内在联系，
为污染土壤的质量评价、环境修复提供理论依据。
1 材料与方法
1． 1 植物材料与生长条件 紫茉莉种子于 4 月初播种于校
内生物园地内。当紫茉莉幼苗长出 1 ～ 2 对真叶时移栽至塑
料盆中，每盆 3株。塑料盆高 15 cm，上口内径 20 cm，装风干
花土 1． 5 kg。盆栽的紫茉莉遮荫生长(光照强度约为全光照
的 30%) ，保持土壤含水量为最大田间持水量的 70%左右。
移栽 2 d后浇灌 1 /2 Hoagland营养液 150 ml，以后每 14 d加
一次尿素(0． 1 g /kg)和 KH2PO4(0． 2 g /kg)溶液。7 月初将
CdCl2·2． 5H2O配成水溶液加入盆土中，使加入土壤中的 Cd
浓度分别为 0(CK)、5、10、25、50 和 100 mg /kg。每组 2 个重
复。镉处理 50 d后分别用手抖法收集根际土壤，并过 2 mm
筛，分 2份分装在塑料封口袋中。一份土样保存在 4 ℃冰箱
中，用于分析土壤微生物指标;另一份放在室温下风干，用于
分析土壤理化性质。
1． 2 测定方法
1． 2． 1 土壤理化性质的测定。土壤理化性质测定指标包括
有机碳、全氮、全磷、pH等指标。有机碳采用有机碳 －外加
热法测定［10］;全氮采用凯式定氮法测定［10］;全磷采用钼蓝比
色法测定［10］;土壤 pH采用 pH － H2O浸提法测定。
1． 2． 2 土壤微生物生物量的测定。土壤微生物生物量 C采
用氯仿熏蒸提取法进行分析［11］;微生物生物量 N 采用氯仿
熏蒸提取 －茚三酮比色法进行分析［12］;微生物生物量 P 采
用氯仿熏蒸提取 －钼蓝比色法进行分析［13］。
1． 2． 3 土壤酶活性的测定。土壤蛋白酶活性采用 Folin-Cio-
calteu比色法进行测定。酶活性以每小时每克干土生成酪氨
酸的 μg数表示(μg /(g． h) )。精氨酸脱氨酶活性参照 Alef
和 Kleiner 的方法进行测定［14］。酶活性以每小时每克干土生
成 NH4-N的 μg数表示(μg /(g·h) )。酸性磷酸酶采用磷酸
苯二钠比色法测定。酶活性以每小时每克干土生成的对硝
基苯酚的 μg 数表示(μg /(g·h) )。过氧化氢酶活性采用
KMnO4 滴定法测定。酶活性以单位时间内每克干土消耗 0． 1
mol /L KMnO4的 ml数表示(ml /g)。多酚氧化酶活性采用邻苯
三酚比色法测定。酶活性以每小时每克干土生成的红紫棓精
的 μg数表示(μg /(g·h))。天冬酰胺酶活性采用比色法测
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2013，41(9):3841 － 3843，4038 责任编辑 刘月娟 责任校对 卢瑶
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2013.09.148
定。酶活性以每克干土生成 NH4 的 mg数表示(mg/g)。
1． 3 数据统计分析 数据采用 Excel 2003 进行处理，相关
性和显著性采用统计软件 SPSS 16． 0进行分析。
2 结果与分析
2． 1 镉污染对土壤理化性质的影响 从图 1 可以看出，随
着 Cd处理浓度的升高，紫茉莉根际土壤有机碳、全氮、全磷
含量均有所上升，其中有机碳含量上升趋势在统计学上差异
不显著(P ＞0． 05) ;全氮含量较低，变化范围为 0． 06 ～ 0． 23
mg /g，且上升趋势显著(P ＜ 0． 05) ;全磷含量整体也呈现出
上升趋势，变化于 5． 49 ～ 9． 71 mg /g 之间，且差异显著(P ＜
0． 05) ;而 pH没有明显变化，呈中性。
2 ． 2 镉污染对土壤微生物生物量的影响 从图2可以看出，
图 1 不同浓度 Cd处理下的土壤理化性质
土壤微生物生物量 C、N 和 P含量均随着 Cd处理浓度的升
高呈下降趋势，其中微生物生物量 C 和 P 变化差异不显著
(P ＞0． 05) ，相关系数分别为 －0． 394和 －0． 452;微生物生物
量 N 含量随着 Cd 处理浓度的升高下降趋势显著(P ＜
0. 01) ，变化范围在 0． 06 ～ 0． 25 μg /g 之间，相关系数为
－0． 915。
图 2 不同浓度 Cd处理下微生物生物量的变化
2． 3 镉污染对土壤酶活性的影响 在土壤中，酶是最活跃
的有机成分之一，驱动着土壤的代谢过程，直接影响土壤的
物质转化与养分循环，对了解土壤的生物学特性具有重要意
义。由图 3可知，不同浓度的镉处理对紫茉莉根际土壤酶活
性的影响主要表现为抑制作用。随着 Cd 处理浓度的升高，
精氨酸脱氨酶活性下降趋势在显著(P ＜ 0. 01) ，变化范围为
11． 11 ～18. 28 μg /(g·h) ;酸性磷酸酶活性与 Cd 处理浓度
也呈显著负相关(r = － 0． 717，P ＜ 0． 01) ，变化范围为 27． 89
～57． 22 μg /(g·h) ;过氧化氢酶活性和天冬酰胺酶活性也
达到了显著下降水平(P ＜ 0． 05) ，变化范围分别为 6． 76 ～
9. 59 ml /g 和 1. 52 ～ 1． 60 mg /g，相关系数分别为 － 0． 616 和
－0． 700;蛋白酶活性略有下降，但差异不显著(P ＞ 0． 05) ;而
多酚氧化酶活性与 Cd处理浓度呈显著正相关(r = 0． 634，P
＜0． 05)。
3 结论与讨论
土壤理化特性、微生物生物量和土壤酶活性等生物学指
标在一定程度上反映重金属的污染程度。研究表明，随着重
金属 Cd处理浓度的升高，土壤有机碳、全氮、全磷含量有逐
渐上升的趋势，且全氮和全磷上升趋势显著(P ＜ 0． 05)。这
种现象可能是由于 Cd处理抑制了微生物的生长繁殖，使土
壤营养转化活性降低，进而导致土壤营养库的积累。另一方
2483 安徽农业科学 2013 年
图 3 不同浓度 Cd处理下土壤酶活性的变化
面，土壤微生物生物量碳、氮和磷含量随着 Cd处理浓度的升
高呈下降趋势，说明 Cd处理在一定程度上抑制了紫茉莉根
际土壤微生物的活性。
在土壤中，酶活性是其生物学特性的总体现。它表征了
土壤的综合肥力特性及土壤养分的转化特性，受重金属作用
敏感［15］。已有研究表明，镉污染对土壤过氧化氢酶、脲酶、
磷酸酶和转化酶活性均有一定的抑制作用［16 －17］。土壤中的
蛋白酶主要来自于细菌、真菌和放线菌，与土壤中氮的转化
活性有关［18］。随着 Cd处理浓度的升高，蛋白酶活性略有下
降，但在统计学上差异不显著，表明土壤中蛋白酶并不是表
征 Cd污染的敏感指标。土壤中酸性磷酸酶主要来自植物和
微生物，主要作用是水解各种有机磷化合物，并释放磷酸根，
有助于植物对磷的吸收［19］。研究还表明，酸性磷酸酶对重
金属 Cd的反应比较敏感，随着 Cd处理浓度的升高，酸性磷
酸酶的活性显著下降(P ＜ 0． 01)。这意味着 Cd处理降低了
紫茉莉根际土壤有机磷的转化。这也可能是导致土壤中全
P含量上升、微生物生物量 P下降的原因。过氧化氢酶的主
要作用是使过氧化氢分解为氧气和水，防止过氧化氢对生物
体的毒害，在一定程度上反映土壤微生物活动的强度［5］。研
究中，随着 Cd处理浓度的升高，过氧化氢酶活性呈显著下降
趋势(P ＜0． 05)。这在一定程度上也影响了土壤微生物的活
性。另外，随着 Cd处理浓度的升高，精氨酸脱氨酶、天冬酰
胺酶活性均显著下降。由此可知，Cd 处理抑制了紫茉莉根
际土壤酶的活性。原因可能是 Cd处理抑制了土壤微生物的
生长和繁殖，减少了微生物体内酶的合成和分泌，导致土壤
酶活性的下降［20］。这也间接地说明 Cd 处理对紫茉莉根际
土壤微生物活性产生一定的抑制作用。
紫茉莉虽为 Cd富集型植物，但是在高浓度时，Cd 对其
生长仍有一定的抑制作用。随着紫茉莉在 Cd污染土壤中生
长时间的延长，受抑制程度增大［8］。研究表明，Cd对紫茉莉
根际土壤微生物生物量和酶活性均有一定的抑制作用，可作
为 Cd污染土壤的评价指标。
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(下转第 4038页)
348341卷 9期 潘小翠等 镉污染对紫茉莉根际土壤生物学特性的影响
3 展望
近年来，虽然我国在农业及烟草行业的投入显著增加，
但是在烟草废弃物的处理上仍然存在不足与困难，以至于对
生态环境保护和废弃物资源利用都造成了较大的影响，所以
烟草废弃物资源化利用仍是今后研究的重点方向。目前的
研究表明，烟草废弃物具有较大的利用价值，因地制宜科学
地综合利用烟草废弃物，不但能够实现清洁农业和变废为宝
的目的，还可以实现烟草生产的可持续性发展以及生态环境
保护和经济效益的双重收益。
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