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PFOA和Hg对土壤生物化学活性影响的研究

田海霞  
【摘要】: 随着我国工业化进程的加快,产生的大量工业三废物质以污灌、污泥形式向环境大量不合理排放,导致土壤生态系统遭到破坏。其中汞作为最主要污染无机物,全氟辛酸铵盐,简称PFOA,是一种新近确定的持久性难降解有机污染物,它们对土壤等环境的危害十分明显,因此两种污染物的生态毒理效应是当前环境、土壤、生物学领域研究的热点问题之一。 土壤酶作为土壤主要组分之一,在营养物质循环、能量代谢、污染物监测等方面发挥着重要的作用,其作为土壤生态毒理的目标物已经被国内外学者广泛应用。但作为新近确定的PFOA,未见土壤酶效应报道。故有必要对Hg和PFOA与土壤酶活性关系进行研究,在理论和实践上都具有重要意义。 本论文通过室内模拟试验,对我国的几种主要土壤类型的土壤脲酶、碱性磷酸酶、转化酶、脱氢酶与Hg、PFOA关系进行了探讨,并借助动力学手段对酶与Hg的作用机理进行了分析。主要结论如下: 1.同一类型土壤脲酶、、碱性磷酸酶、转化酶、脱氢酶活性、土壤脲酶动力学参数(Vmax、Vmax/Km、k)、土壤总体酶活性参数(TEI)与土壤肥力主要因子呈显著正相关,可作为指标表征土壤肥力水平高低。 2.PFOA抑制纯脲酶、土壤脱氢酶活性。随着PFOA质量浓度增加,纯脲酶未表现出明显的规律性,而土壤脱氢酶活性与PFOA质量浓度达显著或极显著负相关,揭示出土壤脱氢酶可作为土壤PFOA污染程度的指标之一。计算获得的PFOA污染生态剂量ED10和ED50临界值分别为31和153 mg·kg-1;其中酸性土壤比碱性土壤对PFOA污染更敏感。 3.土壤碱性磷酸酶、转化酶活性对PFOA不敏感。土壤脲酶活性对PFOA较为敏感,但两者关系未达显著相关。 4.低浓度Hg对土壤脲酶活性有激活作用,高浓度Hg抑制酶活性;二者关系拟合显示,大部分达显著或极显著负相关,揭示脲酶可以在一定程度上表征土壤Hg污染程度大小;供试土样Hg轻度污染的生态剂量ED10为0.13~0.81 mg·kg-1,酸性土壤和有机质含量低的土壤对Hg较敏感。 5.Hg对土壤脲酶动力学参数影响显示,Hg增大了土壤脲酶的Km,但总体处于同一数量级;随Hg质量浓度增加,Vmax、Vmax/Km、k值总体持续降低;线性拟合达显著或极显著负相关,揭示出Hg对土壤脲酶作用机理为非竞争性抑制,Vmax、Vmax/Km、k值可与酶活性一起作为土壤Hg污染的监测指标; 6.Hg抑制土壤碱性磷酸酶、转化酶活性,但全部供试土样并未都达显著或极显著关系。Hg抑制了土壤脱氢酶活性,二者关系达显著或极显著负相关,揭示土壤脱氢酶可表征土壤Hg污染程度,并得到Hg轻度污染的临界浓度为0.88 mg·kg-1。 7.Hg的加入导致酸性土壤和碱性低肥力土壤总体酶活性TEI减小,只有2、5、7、8号四个土样的关系达显著或极显著负相关。 8.PFOA和Hg的复合污染抑制了土壤脲酶和脱氢酶活性,计算得到了土壤脲酶和脱氢酶活性净变化量?U,表明PFOA和Hg存在交互作用;高浓度PFOA和Hg复合污染抑制土壤转化酶活性,且两者存在交互作用;土壤碱性磷酸酶活性对PFOA和Hg复合污染不敏感。 9.综合以上四种酶活性获得结果,表明脱氢酶对PFOA污染较敏感,获得的土壤轻度和中度PFOA污染的临界值为31 mg·kg-1和153 mg·kg-1;供试土样脲酶和脱氢酶对Hg污染较敏感,得到的土壤轻度和中度Hg污染时的临界值为0.13 mg·kg-1和0.88 mg·kg-1。


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