全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 渊杂匀耘晕郧栽粤陨 载哉耘月粤韵冤
摇 摇 第 猿源卷 第 猿期摇 摇 圆园员源年 圆月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
灾后生态恢复评价研究进展 刘孝富袁王文杰袁李摇 京袁等 渊缘圆苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于生态能量视角的我国小水电可持续性分析 庞明月袁张力小袁王长波 渊缘猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
北部湾北部海域夏季微型浮游动物对浮游植物的摄食压力 马摇 璐袁曹文清袁张文静袁等 渊缘源远冤噎噎噎噎噎噎
鲶鱼和胡子鲶的两性异形与雌性个体生育力 樊晓丽袁林植华袁丁先龙袁等 渊缘缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
环境温度对白头鹎代谢产热和蒸发失水的影响 林摇 琳袁曹梦婷袁胡益林袁等 渊缘远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
灌溉对沙拐枣幼苗生长及氮素利用的影响 黄彩变袁曾凡江袁雷加强袁等 渊缘苑圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
孕粤匀泽污染土壤植物修复对酶活性的影响 朱摇 凡袁洪湘琦袁闫文德袁等 渊缘愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于修正 砸陨杂运耘模型的重庆岩溶地区地下水脆弱性评价 魏兴萍袁蒲俊兵袁赵纯勇 渊缘愿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎
排水沟蓄水条件下农田与排水沟水盐监测 潘延鑫袁罗摇 纨袁贾忠华袁等 渊缘怨苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
高寒退化草地不同海拔梯度狼毒种群分布格局及空间关联性 高福元袁赵成章袁卓马兰草 渊远园缘冤噎噎噎噎噎噎
捕食者对空心莲子草叶甲种群的生物胁迫 刘雨芳袁李摇 菲袁桂芳艳袁等 渊远员猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
夏尧冬季南海北部浮游植物群落特征 马摇 威袁孙摇 军 渊远圆员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
磨盘山天然次生林凋落物数量及动态 范春楠袁郭忠玲袁郑金萍袁等 渊远猿猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
持续干旱对樱桃根际土壤细菌数量及结构多样性影响 刘方春袁邢尚军袁马海林袁等 渊远源圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
随机森林算法基本思想及其在生态学中的应用要要要以云南松分布模拟为例
张摇 雷袁王琳琳袁张旭东袁等 渊远缘园冤
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基于水文平衡的湿地退化驱动因子定量研究 侯摇 鹏袁申文明袁王摇 桥袁等 渊远远园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
华北低丘山地人工林蒸散的控制因子 黄摇 辉袁孟摇 平袁张劲松袁等 渊远远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
新疆天山高寒草原不同放牧管理下的 悦韵圆袁悦匀源和 晕圆韵通量特征 贺桂香袁李凯辉袁宋摇 韦袁等 渊远苑源冤噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
宁夏生态足迹影响因子的偏最小二乘回归分析 马明德袁马学娟袁谢应忠袁等 渊远愿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
引黄灌区土壤有机碳密度剖面特征及固碳速率 董林林袁杨摇 浩袁于东升袁等 渊远怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
自养微生物同化 悦韵圆的分子生态研究及同化碳在土壤中的转化 吴小红袁简摇 燕袁陈晓娟袁等 渊苑园员冤噎噎噎噎
资源与产业生态
基于能值分析法的矿区循环经济系统生态效率分析 孙玉峰袁 郭全营 渊苑员园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 粤阅鄄粤杂模型的海岸带生态系统综合承载力评估要要要以舟山海岸带为例
苏盼盼袁叶属峰袁过仲阳袁等 渊苑员愿冤
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噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
基于增强回归树和 蕴燥早蚤泽贼蚤糟回归的城市扩展驱动力分析 李春林袁刘摇 淼袁胡远满袁等 渊苑圆苑冤噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
陕西省不同生态区大气氮素干湿沉降的时空变异 梁摇 婷袁同延安袁林摇 文袁等 渊苑猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同覆盖方式对旱地果园水热特征的影响 刘小勇袁李红旭袁李建明袁等 渊苑源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
长白山苔原带土壤动物群落结构及多样性 王振海袁殷秀琴袁蒋云峰 渊苑缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
最大可允许填海面积模拟要要要厦门西海域案例研究 林琛琛袁 饶欢欢袁 刘摇 岩袁等 渊苑远远冤噎噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
圆园员猿年水文土壤学与自然资源可持续利用国际学术研讨会述评 张摇 骁袁赵文武 渊苑苑源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆缘圆鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢圆怨鄢圆园员源鄄园圆
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 云南松树冠要要要云南松为松科松属裸子植物袁多生长在海拔 员园园园要猿缘园园皂的高山袁喜光尧耐干旱尧耐瘠薄袁适应酸性
的红壤尧黄壤袁在其他树种不能生长的贫瘠石砾地或冲刷严重的荒山坡分布袁易于天然更新遥 主要分布于四川西南
部尧云南尧西藏东南部尧贵州西部尧广西西部袁常形成大面积纯林袁尤以云南分布最广袁故有云南松之称遥 云南松树高
可达 猿园皂袁胸径达 员皂袁树皮呈灰褐色袁叶通常 猿针一束袁鲜有两针袁球果圆锥状卵圆形袁种子近卵圆形或倒卵形遥 树干
通直袁木质轻软细密袁是优质造纸尧人造板原料袁富含松脂是云南松的重要特点之一遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 3 期
2014年 2月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.3
Feb.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:湖南省教育厅科研重点项目(12A149);国家林业局推广项目(2012-64);国家自然基金面上项目(31070410);湖南省林业厅科技项
目;湖南省普通高校青年骨干教师培养对象
收稿日期:2013鄄01鄄04; 摇 摇 修订日期:2013鄄12鄄10
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: forestranger33@ hotmail.com
DOI: 10.5846 / stxb201301040020
朱凡,洪湘琦, 闫文德,宿少锋,梁小翠,王志勇.PAHs污染土壤植物修复对酶活性的影响.生态学报,2014,34(3):581鄄588.
Zhu F, Hong X Q, Yan W D, Su S F, Liang X C, Wang Z Y.Enzymatic activity during phytoremediation of polycyclic aromatic hydrocarbon impacted soil.
Acta Ecologica Sinica,2014,34(3):581鄄588.
PAHs污染土壤植物修复对酶活性的影响
朱摇 凡1,2,*,洪湘琦1, 闫文德1,2,宿少锋3,梁小翠2,王志勇4
(1. 中南林业科技大学,长沙摇 410004;2. 南方林业生态应用技术国家工程实验室, 长沙摇 410004;
3. 海南林业科学研究所,海口摇 571100;4.湖南省森林植物园,长沙摇 410000)
摘要:PAHs作为一类持久性有机污染物对土壤环境质量产生深刻的影响。 选用了中国亚热带城市普遍采用的 4 个树种(樟
树、栾树、广玉兰、马褂木),利用盆栽试验,研究了 PAHs污染土壤植物修复对酶活性影响。 结果表明,多酚氧化酶活性定量抑
制率为-94.98%—16.29%,过氧化氢酶为-76.71%—13.19%,磷酸酶为-49.62%—56.38%。 土壤酶活性对 PAHs 污染的响应受
到不同树种的影响。 方差分析表明,过氧化氢酶活性在不同污染水平间差异显著,3种酶活性在不同时间下差异性显著,3种酶
活性在不同树种伊污染水平、不同时间伊污染水平二因素作用下差异都不显著。 主成分分析表明,PAHs污染对土壤酶活性的影
响大于树种的影响,多酚氧化酶和磷酸酶对土壤反映敏感。
关键词:PAHs;树种;修复;土壤酶
Enzymatic activity during phytoremediation of polycyclic aromatic hydrocarbon
impacted soil
ZHU Fan1,2,*, HONG Xiangqi1, YAN Wende1,2, SU Shaofeng3, LIANG Xiaocui2, WANG Zhiyong4
1 Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China
2 State Key Laboratory of Ecological Applied Technology in Forest Area of South China, Changsha 410004, China
3 Hainan Forestry Academy of Sciences, Haikou 571100, China
4 Hunan Forest Botanical Garden, Changsha 410000, China
Abstract: Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are widespread in nature because of several polluting anthropogenic
activities. They have been recognized as a potential health risk due to their intrinsic chemical stability, high recalcitrance to
different types of degradation and high toxicity to living organisms. Soil enzymes, being in intimate contact with the soil忆s
environment and very sensitive to any ecosystem perturbation, are well suited for assessing the impact of pollution on the soil
quality. The aim of this trial was to quantify the responses of soil enzyme activity during the phytoremediation of PAHs
impacted soil. Four tree species including Cinnamomum camphora, Magnolia grandiflora, Koelreuteria bipinnata,
Liriodendron chinense, from subtropical China, were selected and planted separately in the pots in which soils were treated
with diesel oil to three concentration levels of PAHs( L1 ﹤ L2 ﹤ L3). Phosphatase, polyphenol oxidase and hydrogen
peroxide activity were evaluated at 0, 3, 6, 9 and 12 months after the PAHs contamination. The resulted showed that the
inhibition rates of polyphenol oxidase activity ranged from -94.98% to 16.29%, the inhibition rates of hydrogen peroxide
activity ranged from - 76. 71% to 13. 19%, and the inhibition rates of phosphatase activity ranged from - 49. 62% to
56郾 38%. Enzymatic activity in PAHs contaminated soils were also affected by different tree species. Analysis of variance
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indicated that there was a significant difference of hydrogen peroxide activity between different PAHs levels and there were a
significant difference of 3 enzyme activities between different times, but all 3 enzyme activities were not significant between
interactions of different trees and PAHs levels and between interactions of different times and PAHs levels. Two principal
components were extracted from the principal component analysis and their cumulative contribution of variance accounted for
94.19%. The variance contribution rate of PC1 and PC2 were 87.61% and 6.58%, respectively. The correlation coefficients
between main substrates and PC1 or PC2 indicated that enzymatic activity was influenced by PAHs and trees together, but
the such influence from PAHs contamination was higher than that from the trees. Meanwhile, the principal component
analysis also showed the polyphenol oxidase and phosphatase activities impacted by the PAHs and trees were higher than the
hydrogen peroxide activity.
Key Words: PAHs;trees;phytoremediation; enzyme
摇 摇 土壤环境质量不仅与土壤的理化性质有关,而
且与土壤生物学性质关系密切。 由于土壤微生物与
酶活性比土壤理化性质对土壤质量的变化能做出更
快速地响应,所以土壤微生物和酶在污染物生态毒
理[1,2]、污染监测评价[3鄄6]和修复[7鄄8]等方面的研究
受到普遍关注。
PAHs是一类持久性有机污染化合物,已严重威
胁到土壤环境质量。 近年来,关于土壤酶与有机污
染物之间的关系各国学者做了较多研究,如张晶[9]
等研究长期灌溉含多环芳烃污水对稻田土壤酶活性
的影响,发现 PAHs 含量与脱氢酶和脲酶活性呈极
显著正相关,与多酚氧化酶活性呈显著正相关;
Wyszakowska等[10]研究了种植燕麦对柴油污染土壤
酶活性的影响,结果发现柴油显著抑制了脱氢酶和
脲酶的活性,但对酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活只有
轻微影响。 还有一些研究表明加氧酶[11]、脱氢
酶[12]、木质素降解酶[13]也参与了 PAHs 的降解过
程。 这些结果通过酶的时间变幅来证实酶能够较灵
敏地反映出胁迫环境下土壤生态系统的早期预警,
但是酶与 PAHs 的相关关系还会受到土壤类型、污
染物的种类和含量以及实验条件的影响[14鄄16]。
植物修复污染土壤是一种公认的经济、实用绿
色技术,植物在修复过程中,除了 PAHs 对土壤酶活
性产生影响外,还会受到成活或死亡根系释放的有
机物质的影响[17],使得酶活性变得较为复杂。 关于
PAHs污染土壤植物修复过程中土壤酶活性变化的
研究还比较少见[18,19],而且明确植物与污染物对酶
活性影响的研究就更不多见了。 为准确表征植物和
PAHs对酶活性的影响程度,本研究选用中国亚热带
城市普遍采用的 4 个树种:樟树 ( Cinnamomum
camphora)、 广玉兰 ( Magnolia grandiflora )、 栾树
( Koelreuteria bipinnata ) 和 马 褂 木 ( Liriodendron
chinense),人工配制土壤 PAHs污染的 3 个梯度水平
(L1﹤ L2﹤ L3),以过氧化氢酶、多酚氧化酶、磷酸
酶为研究对象,比较分析污染土壤植物修复过程中
土壤酶活性的差异和动态,探讨酶活性与 PAHs 和
不同树种之间的关系,为丰富应用土壤酶作为土壤
质量综合评价指标提供理论依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 试验地概况
试验依托于城市森林生态湖南省重点实验室。
试验地设在湖南省长沙市中南林业科技大学城市生
态站内(东经 112毅48忆,北纬 28毅03忆)。 当地年平均气
温 16.8 益,最高气温 40.6 益,最低气温-12 益,年平
均降雨量 1400 mm。 无霜期为 270—300 d,日照时
数年均 1677.1 h,属典型的亚热带湿润季风气候。 试
验在面积为 22 m 伊 6 m的不锈钢框架结构的温室内
进行。
1.2摇 试验设计
试验土壤为湖南省株洲市夕阳红苗圃园土壤,
土壤没有 PAHs 污染的历史。 土壤自然风干,过 5
mm筛,待用。 供试土壤和加入污染物后土壤的基本
性质见表 1.
试验采用南方城市常见的绿化树种樟树、栾树、
广玉兰和马褂木,为一年生实生苗,来源于长沙黄兴
镇苗木基地。
PAHs用市售 0 号柴油代替。 多环芳烃在柴油
中比例为 18%—20%,国内外研究中也经常选择柴
油模拟 PAHs 污染[9,20鄄21]。 将 0 号柴油按照比例与
风干过筛的土壤混合,土油充分拌匀后,薄层平铺置
285 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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于露天环境,使得土壤充分吸附柴油,保证试验期间
污染物含量的稳定性。 48 h 后分装到圆形塑料盆
(椎40cm伊H25cm)中,每盆装 12kg 污染土,装土前,
盆钵底部圆孔铺一层落叶,以防止浇灌时水分渗透
造成水溶性 PAHs流失。
表 1摇 土壤的基本情况
Table 1摇 General situation of the studied soil
处理 Treatment pH 总有机碳 / (g / kg)Total organic carbon
全氮 / (g / kg)
Total nitrogen
土壤含水量 / %
Water content
原土 5.01 12.65 1.18 33.2
L1 5.01 19.06 1.35 18.3
L2 4.98 23.36 1.29 16.7
L3 4.86 46.26 1.16 17.0
摇 摇 本研究设计 4 个处理:淤L0:不加污染物,种植
物;于L1:加 2g / kg柴油,种植物;盂L2:加 10g / kg 柴
油,种植物;榆L3:加 50g / kg 柴油,种植物;虞CK:加
污染物,不种植物,含 CK1(加 2g / kg柴油), CK2(加
10g / kg 柴油) CK3 (加 50g / kg 柴油)。 除了对照
(CK),每种处理下都分别种植 4种苗木,每盆只种 1
株,每个处理每种苗木 3次重复。 试验总共 57盆。
试验期间盆栽放置在温室中培育,随意摆放,每
月将盆栽位置随机移动一次,尽量使每盆植物的微
环境保持一致,室内温度因开窗对流基本与环境温
度保持一致,平时用自来水浇灌,保持所有供试苗木
盆内土壤田间持水量在 50%左右。 试验于 2006 年
10月开始进行,配制好的污染土壤装盆前取一次样
(2006 年 10 月),随后种上植物,分别于 3 个月
(2007年 1月)、6个月(2007 年 4 月)、9 个月(2007
年 7月)、12个月(2007年 10月)对土壤采样。 每次
取样时距离树基部 5cm 处从土层表面直达盆底,其
间避免根受伤,每次每盆取土样约 1kg。
1.3摇 试验方法
1.3.1摇 土壤样品的制备
将盆中所取土壤充分混匀,风干后过 2mm 筛,
用于酶活性的测定。
1.3.2摇 土壤指标测定
土壤酶活性:过氧化氢酶—高锰酸钾滴定法,过
氧化氢酶活性以 20min 后 1g 土壤的 0. lN 高锰酸钾
的毫升数表示(0.1N KMnO4 / g)。 磷酸酶—磷酸苯
二钠比色法,磷酸酶活性以 2h 后 100g 土壤中 P 2O5
的毫克数表示(mg P 2O5 / 100g)。 多酚氧化酶—邻苯
三酚比色法,多酚氧化酶活性以 3h 后 100g 土壤中
紫色没食子素的毫克数表示[22]。
土壤含水量用烘干法;土壤 pH值用电位法测定
(水浸);土壤有机质用重铬酸钾水合加热法;土壤全
氮凯氏定氮法[23]
1.4摇 数据处理
为定量动态描述 PAHs 的抑制作用,采用酶活
性抑制率予以表征[24],负值表示激活作用,正值表
示抑制作用。 计算公式如下:
酶活性抑制率=(1-A / A0)伊100%
式中,A为 PAHs污染土壤酶活性,A0为对照(CK)酶
活性。
数据经 Excel 软件基础处理后,用 SPSS14.0 进
行方差分析,用 Sigmaplot10.0 作图,用 CANOCO4.5
进行主成分分析。
2摇 结果
2.1摇 修复过程中土壤酶的时间动态变化
酶活性在植物修复 PAHs 污染土壤过程中的动
态变化结果见图 1。 过氧化氢酶、多酚氧化酶活性随
着时间推移表现出逐渐升高后又下降的过程,磷酸
酶活性随着时间推移表现出逐渐降低过程。 与种植
植物无污染处理(L0)相比,过氧化氢酶活性 3 个月
后在 L1、L3污染水平下均高于 L0,多酚氧化酶活性
仅在 9个月时在 L1、L2、L3 污染水平下高于 L0,磷
酸酶活性 6个月后在 L1、L2、L3 污染水平下均高于
L0,且种植植物无污染处理下过氧化氢酶和多酚氧
化酶活性随时间推移变化幅度小。 这说明污染物
PAHs对土壤酶有激活作用。
385摇 3期 摇 摇 摇 朱凡摇 等:PAHs污染土壤植物修复对酶活性的影响 摇
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图 1摇 植物修复 PAHs污染土壤酶活性随时间变化
Fig.1摇 The change of enzymatic activities during phytoremediation of PAHs impacted soils over time
2.2摇 修复过程中土壤酶活性抑制率
为定量描述在 PAHs 污染下土壤酶活性的响应
变化,我们将 3 个污染水平下的酶活性与无植物加
污染物的土壤酶活性(CK)对比,如表 2 所示,过氧
化氢酶活性定含量抑制率在-76. 71%—13郾 19%之
间,其中 3个月 L3水平下,抑制率最小(-76.71%),
在污染土壤 3 个月 L2 水平下, 抑制率最大
(13郾 19%); 多酚氧化酶活性定含量抑制率在
-94.98%—16.29%之间,其中 6 个月 L3 水平下,抑
制率最小( -94.98%),在污染土壤 12 个月 L3 水平
下,抑制率最大(16.29%);磷酸酶活性定含量抑制
率在-49.62%—56. 38%之间,其中 6 个月 L1 水平
下,抑制率最小( -49.62%),在污染土壤 12 个月 L3
水平下,抑制率最大(56.38%)。 过氧化氢酶活性在
L1水平下始终表现出受到抑制,在 L2 和 L3 水平得
到激活;多酚氧化酶在污染初期就开始得到激活,直
到 12个月后激活作用才消失;磷酸酶在污染初期活
性均受到抑制,然后被激活,但随即又表现出抑制。
表 2摇 植物修复 PAHs污染土壤酶活性抑制率比较
Table 2摇 The comparison of enzymatic activities inhibition rate during phytoremediation of PAHs impacted soils
处理时间
(月)
Treatment time
(months)
过氧化氢酶活性抑制率 / %
Inhibition rate of hydrogen
peroxide activity
CK L1 L2 L3
多酚氧化酶活性抑制率 / %
Inhibition rate of polyphenol
oxidase activity
CK L1 L2 L3
磷酸酶活性抑制率 / %
Inhibition rate of
phosphatase activity
CK L1 L2 L3
3 0 10.36 13.19 -76.71 0 -70.1 -52.15 -24.07 0 33.67 17.09 22.94
6 0 11.75 -3.73 -50.34 0 -62.82 9.83 -94.98 0 -49.62 -21.34 -8.7
9 0 0.54 -10.03 -28.07 0 -78.71 -0.67 -26.59 0 -31.23 2.16 5.97
12 0 0.97 -53.04 -3.54 0 5.93 -1.96 16.29 0 0.53 29.69 56.38
摇 摇 同样地,为掌握种植不同植物土壤酶活性对
PAHs污染响应,计算出同一树种不同污染水平的酶
活性抑制率见表 3,栽培樟树和广玉兰的污染土壤
中,过氧化氢酶和多酚氧化酶活性表现为激活,磷酸
酶的活性为受到抑制;栽培栾树的污染土壤中,过氧
化氢酶活性被激活,而多酚氧化酶和磷酸酶的活性
在 L1水平下激活,在 L2 和 L3 水平下均受到抑制;
栽培马褂木的污染土壤中,过氧化氢酶、多酚氧化酶
和磷酸酶活性被激活受到抑制。 可见,土壤酶活性
对 PAHs污染的响应受到不同树种的影响。
反过来看,过氧化氢酶和多酚氧化酶在 4 个树
种的土壤中活性多表现为激活,磷酸酶活性多表现
为抑制。
485 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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表 3摇 不同树种修复 PAHs污染酶活性的抑制率
Table 3摇 The inhibition rate of enzymatic activities in PAHs impacted soils by different trees remediation
污染水平
Contaminated levels
樟树
Cinnamomum
camphora
栾树
Koelreuteria
bipinnata
广玉兰
Magnolia
grandiflora
马褂木
Liriodendron
chinense
过氧化氢酶 L1 9.77 -20.06 0.92 6.30
Hydrogen peroxide L2 -22.66 -44.59 -25.42 -6.35
L3 -66.98 -52.05 -49.00 -28.83
多酚氧化酶 L1 -65.20 -34.38 -21.36 -82.21
Polyphenol oxidase L2 -18.38 21.40 -43.48 -16.52
L3 -33.03 9.69 -52.56 -23.17
磷酸酶 phosphatase L1 18.24 -2.69 7.48 -19.67
L2 5.43 4.35 12.24 -0.13
L3 20.00 16.23 26.46 13.54
2.3摇 土壤酶与 PAHs的关系
方差分析(表 4)表明, 在 PAHs 不同污染水平
间,过氧化氢酶活性差异性显著(P<0.05),而多酚氧
化酶和磷酸酶活性差异性不显著;在不同树种下,3
种酶活性差异性不显著;在不同时间下,3 种酶活性
差异性显著(P<0.05);3种酶活性在不同树种伊污染
水平二因素作用下差异都不显著,同样,3 种酶活性
在不同时期伊污染水平二因素作用下差异也不显著。
表 4摇 植物修复 PAHs污染土壤酶活性的方差分析
Table 4摇 Analysis of variance of enzymatic activities during phytoremediation of PAHs impacted soils
项目
Items
土壤酶
Enzyme
平方和
Sum of square
自由度
Variance
均方
Mean square F P
污染水平 过氧化氢酶 1.627 29 0.048 3.558 0.043*
Contaminated level 多酚氧化酶 13920.1 29 494.3 0.58 0.567
磷酸酶 7868.402 29 274.053 0.856 0.436
树种 Different trees 过氧化氢酶 2.843 47 0.056 2.21 0.10
多酚氧化酶 58473.47 47 1291.378 0.76 0.523
磷酸酶 14047.47 47 309.933 0.441 0.725
时间 过氧化氢酶 0.761 14 0.013 12.27 0.001*
Different times 多酚氧化酶 7245.525 14 169.033 8.216 0.003*
磷酸酶 3940.786 14 14.376 66.031 0.00*
不同树种伊污染水平 过氧化氢酶 0.43 8 0.05 0.99 0.458
Different trees伊 多酚氧化酶 3660.4 8 457.5 0.39 0.923
Contaminated level 磷酸酶 401.1 8 50.1 0.14 0.996
不同时间伊污染水平 过氧化氢酶 0.12 8 0.015 0.29 0.956
Different time伊 多酚氧化酶 2761.4 8 345.2 1.82 0.151
Contaminated level 磷酸酶 258.8 8 32.4 0.49 0.846
摇 摇 *表示达到 0.05显著水平 *P<0.05
2.4摇 主成分分析
为了更好地分析 PAHs 污染和树种与酶活性之
间的复杂关系,对 3 种土壤酶活性进行了主成分分
析。 根据提取的主成分个数一般要求累计方差贡献
率达到 85%的原则[25],共提取了 2 个主成分,累计
贡献率达 94.19%。 其中第 1主成分(PC1)的方差贡
献率为 87.61%,第 2主成分(PC2)为 6.58%(图 2)。
结果表明,L1、L2、L3、L0 和 CK1、CK2 均分布在 PC1
轴上的正方向,但 L3 和 CK3 分布在 PC2 轴上的负
方向。 可见,PAHs高浓度污染与低浓度污染对土壤
酶活性的影响产生了差异,而且种植植物(L0)和无
植物的对照(CK)对酶活性影响差异不大。
从土壤酶活性的点在影响因子箭头及其延长线
的投影点可以表示看出,多酚氧化酶(Po)和磷酸酶
585摇 3期 摇 摇 摇 朱凡摇 等:PAHs污染土壤植物修复对酶活性的影响 摇
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(Ph)活性受污染和树种影响较大,过氧化氢酶(Dy)
活性受影响较小。
图 2摇 植物修复 PAHs污染土壤酶活性的主成分分析
Fig. 2 摇 Principal component analysis for enzymatic activities
during phytoremediation of PAHs impacted soils
3摇 讨论
(1)土壤酶作为土壤的组成部分,在物质转化和
污染土壤修复等过程中发挥着重要作用。 过氧化氢
酶是在生物呼吸和有机物的生物化学氧化反应过程
中形成的,对土壤有机质分解和转化起着重要作用,
同时它能促进 H2O2分解,也常被用作 PAHs 引起的
氧化胁迫生物标志物[26];多酚氧化酶是一种诱导
酶,催化土壤中酚类物质氧化生成醌,常作为土壤氧
化势的表征[16];磷酸酶属于水解酶,在土壤磷循环
中起着催化作用,也常被用来评价土壤管理和土壤
污染[27]。 土壤酶主要来源于土壤微生物,然而植物
在生长过程中不断分泌无机离子和有机化合物,不
仅能为土壤微生物生命活动提供能源使其聚集在根
系周围,而且能够极大地改变“根-土壤冶界面的物
理化学环境[28鄄29],导致酶数量和种类的改变;同时污
染物进入到土壤中会引起土壤中各微生物种群活细
胞数量及组成结构的变化,导致土壤中的微生物在
生理代谢方面做出响应[30],最终影响到土壤酶活
性,因此土壤酶活性与微生物、植物和污染物三者都
有关系,使得活性变化较为复杂。 本研究发现,同为
种植植物下 PAHs 污染和无污染 ( L0 )的对比 (图
1),可以看出 PAHs对酶有激活作用;从不同污染水
平角度分析(表 2),发现 3 种酶活性均有不同程度
的响应;方差分析和主成分分析均表明植物对酶活
性的影响小于污染产生的影响。 综上所述,在植物
修复过程中,土壤酶活性对污染反应更为敏感。
(2)污染土壤的修复过程是一个长期复杂的生
态过程[31],土壤从受损状态逐渐复原,必然伴随着
一系列生物学指标的变化。 本研究结果显示 PAHs
污染土壤经过植物修复 1年结果表明磷酸酶和多酚
氧化酶对土壤污染反映敏感,但修复 6 个月的结果
表明过氧化氢酶和多酚氧化酶对土壤污染反映敏
感[21],马恒亮[18]等研究认为在 35天小麦 /苜蓿套作
期间,过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性可以作为监
测关键酶。 因此多酚氧化酶可以作为修复过程中土
壤环境质量的指示者,过氧化氢酶和磷酸酶可以分
别在修复过程不同时间段来指示土壤质量[32]。 当
然,只采用土壤酶活性作为评价土壤生态毒性的唯
一指标还不全面,应结合其他生态毒性评价方法表
征污染土壤健康状况[33]。
4摇 结论
(1)树种修复 PAHs污染土壤过程中,过氧化氢
酶和多酚氧化酶活性表现出逐渐升高又下降的过
程,磷酸酶活性表现逐渐降低过程。 与种植植物无
污染处理相比,表明污染物 PAHs 对土壤酶有激活
作用,方差分析表明,过氧化氢酶活性在不同污染水
平间差异显著,3种酶活性在不同时间下差异显著。
(2)土壤酶活性对 PAHs 污染的响应受到不同
树种的影响,但受树种影响差异不显著。
(3)主成分分析表明,在植物修复过程中土壤酶
活性对污染反应更为敏感。 多酚氧化酶可以作为修
复过程中土壤环境质量的指示者,过氧化氢酶和磷
酸酶可以分别在修复过程不同时间段来指示土壤
质量。
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
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叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
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叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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主摇 摇 编摇 王如松
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