凹土添加对铜污染下辣椒土壤特性的影响
目 录
1 引言 1
2 材料与方法 2
2.1 供试材料 2
2.2 实验设计 2
2.3 测定内容及方法 3
2.4 数据分析 3
3 结果与分析 3
3.1 凹土添加对铜污染下辣椒土壤过氧化氢酶活性的影响 3
3.2 凹土添加对铜污染下辣椒土壤脲酶活性的影响 5
3.3 凹土添加对铜污染下辣椒土壤有机质含量的影响 7
3.4 凹土添加对铜污染下辣椒土壤有效氮含量的影响 9
3.5 凹土添加对铜污染下辣椒土壤有效磷含量的影响 11
3.6 凹土添加对铜污染下辣椒土壤有效钾含量的影响 12
3.7 凹土添加对铜污染下辣椒土壤电导率值的影响 14
4 讨论 16
结论 17
致谢 18
参考文献 19
1 引言
土壤是人类赖以生存的自然资源和进行生产活动的物质基础，由于三废排放、铜矿开采、含铜杀菌剂的大量使用及城市污泥堆肥的利用，使得土壤重金属含量超标，造成了严重的重金属污染。重金属进入土壤不能被分解，移动性差、并且滞留时间较长、不能被微生物降解[1]。重金属不仅对人类造成了危害，还破坏了生态系统的良性循环和人类的生活环境，重金属污染范围广、时间长、危害大、治理难，以及随之而来的食品安全问题都受到人类较高的关注。因此，重金属污染土壤的修复治理已经成为人们亟待解决的问题。
铜是环境污染的重金属元素，亦是植物生长发育的必须微量元素之一，还是多种氧化酶活性的核心元素，在严重污染的铜矿区附近的土壤中，铜含量常高达2000mg/kg（李福燕2007）[2]。铜 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
进入土壤后，会发生络合、吸附、溶解、沉淀等反应。铜可参与蛋白质组成，光和电子转移，线粒体的呼吸和细胞壁代谢，微量铜对植物的生长是有利的，高于30mg/kg可引起中毒（常红岩，2000）[3]。宋玉芳[4]进行蚯蚓急性毒性效应研究表明：铜浓度低于240mg/kg，不产生毒性效应，在300-400mg/kg之间，产生毒性及亚致死效应，450mg/kg以上，致死率迅速上升，当浓度达到1000mg/kg时，致死率则达100%。杨元根研究表明：铜的浓度偏高，微生物群落降低，生理活动增强，群落结构发生改变，并且损伤的时间持续较长。但是在铜浓度较高的区域种植果树，可以分泌大量草酸降低土壤中的铜离子毒害(Hodson1991，Hein1999)[4]。
凹凸棒石粘土（凹土）是一种含水富镁硅酸盐为主的层链状过渡结构的粘土矿。一般在偏碱性、适当盐度、一定温度或干旱、半干旱气候及介质SIO2、Al2O3、MgO三组分比例适当的环境下才能形成的世界性稀缺资源。凹凸棒石不仅有着特殊的结构而且还有众多功能性质：比表面积大、吸附、催化作用，流变性和耐热性，耐压、絮凝性、耐酸碱、多孔性、吸附能力强、热膨胀性，因此在石油、化工、建材、造纸、医药、农牧、太阳能和硅酸盐等工业领域都有应用。曾有研究表明在凹土培养基中加入土壤悬浮液能刺激根的生长[6]，临泽地区的实验也证明出凹土能促进作物生长、提高产量、改善果实品质等[7-8]。陈天虎等认为凹凸棒土对Cu2+的吸附作用则表现为与铜羟基化合物之间的相互作用，在吸附竞争体系中铜羟基化合物的增加利于铜的吸附[9]。林云青[10]等对铜锌镉污染红壤的改良效应研究中发现：添加凹凸棒土和钠基蒙脱石能够明显增加黑麦草的地上部的生物量。
土壤养分、酶活性及电导率等是反映土壤特性的代表性指标。土壤养分测定能够为以后的施肥提供依据，土壤酶是土壤中重要的生物大分子，可作为养分循环、有机质形成、能量代谢等过程的催化剂[11-19]，电导率能够反映土壤中的盐类离子，了解盐分动态，对植物生长及拟定改良措施有重要意义。本试验通过施用4个浓度梯度的凹土(10g/kg、20g/kg、30g/kg、40g/kg)于硫酸铜（100mg/kg、200mg/kg）模拟的铜污染土壤，并在铜污染土壤中栽种辣椒苗进行温室培养，主要从酶活性、土壤养分以及电导率等特性的变化，探讨凹土对铜污染下辣椒土壤特性的影响，旨在为凹土降低土壤中铜污染提供理论依据。
2 材料与方法
2.1 供试材料
2.1.1 供试土壤、凹土、辣椒苗和硫酸铜
土壤选自图书馆对面桃园表层土壤（0-30cm）（含有机质13.6g/kg、碱解氮14mg/kg、有效磷12.8mg/kg、有效钾55mg/kg）于2015年11月份采集，采集回来后剔除残渣、碎石等杂质并阴干。
凹土是淮安市盱眙县鸿庆凹土有限公司生产，纯度99%，研磨过70目(1mm)。
辣椒品种为绿源二号（Capsicum frutescens L.red pepper），辣椒幼苗由淮安市蔬菜研究所提供。
硫酸铜购于淮安国药化学试剂有限公司。
2.2 实验设计
2.2.1 实验处理如下：对照（CK）
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（100.0 mg/kg）+0.0g/kg凹土 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（100.0 mg/kg）+10.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（100.0 mg/kg）+20.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（100.0 mg/kg）+30.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（100.0 mg/kg）+ 40.0g/kg凹土
4.0kg土壤+ CuSO45H2O（200.0 mg/kg）+ 0.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（200.0 mg/kg）+10.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（200.0 mg/kg）+20.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（200.0 mg/kg）+ 30.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（200.0 mg/kg）+ 40.0g/kg凹土
本试验采用的是随机区组设计，共11个处理，每个处理重复3次，共33盆，采用盆栽（盆径8.3cm、每盆装土4kg）方法移植辣椒苗（3-5片真叶），每盆种6棵辣椒苗。前期一次性施入外源铜（CuSO45H2O以水溶液形式加入土壤中混匀），铜胁迫浓度为100.0mg/kg、200.0mg/kg，铜处理一周后，随即将10.0g/kg、20.0g/kg、30.0g/kg、40.0g/kg（以每公斤土计）四个浓度梯度凹土拌入土中，在辣椒生长期进行正常管理，分别在辣椒移植缓苗后10、20、30天取辣椒根际土壤进行阴干、研磨、过筛，备用。
2.3 测定内容及方法
过氧化氢酶的测定：采用0.002mol/LKMnO4滴定法，以1 g 土壤培养20 min 消耗的0.002 mol/L KMnO4毫升数表示；脲酶：采用扩散法，以24 h内1 g土壤中NH3-N 的毫克数表示，以上酶测定参照关松荫[20]的方法。有机质(O.M.)：采用重铬酸钾容量法；有效氮采用碱解扩散法；有效磷(A.P.)：采用碳酸氢钠浸提，钼锑抗比色法；速效钾(A.K.)：采用乙酸铵提取，火焰光度计法。以上项目采用鲁如坤[21]主编农业化学分析方法一书中的测定方法。电导率的测定：采用水：土（5：1）法。
1 引言 1
2 材料与方法 2
2.1 供试材料 2
2.2 实验设计 2
2.3 测定内容及方法 3
2.4 数据分析 3
3 结果与分析 3
3.1 凹土添加对铜污染下辣椒土壤过氧化氢酶活性的影响 3
3.2 凹土添加对铜污染下辣椒土壤脲酶活性的影响 5
3.3 凹土添加对铜污染下辣椒土壤有机质含量的影响 7
3.4 凹土添加对铜污染下辣椒土壤有效氮含量的影响 9
3.5 凹土添加对铜污染下辣椒土壤有效磷含量的影响 11
3.6 凹土添加对铜污染下辣椒土壤有效钾含量的影响 12
3.7 凹土添加对铜污染下辣椒土壤电导率值的影响 14
4 讨论 16
结论 17
致谢 18
参考文献 19
1 引言
土壤是人类赖以生存的自然资源和进行生产活动的物质基础，由于三废排放、铜矿开采、含铜杀菌剂的大量使用及城市污泥堆肥的利用，使得土壤重金属含量超标，造成了严重的重金属污染。重金属进入土壤不能被分解，移动性差、并且滞留时间较长、不能被微生物降解[1]。重金属不仅对人类造成了危害，还破坏了生态系统的良性循环和人类的生活环境，重金属污染范围广、时间长、危害大、治理难，以及随之而来的食品安全问题都受到人类较高的关注。因此，重金属污染土壤的修复治理已经成为人们亟待解决的问题。
铜是环境污染的重金属元素，亦是植物生长发育的必须微量元素之一，还是多种氧化酶活性的核心元素，在严重污染的铜矿区附近的土壤中，铜含量常高达2000mg/kg（李福燕2007）[2]。铜 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
进入土壤后，会发生络合、吸附、溶解、沉淀等反应。铜可参与蛋白质组成，光和电子转移，线粒体的呼吸和细胞壁代谢，微量铜对植物的生长是有利的，高于30mg/kg可引起中毒（常红岩，2000）[3]。宋玉芳[4]进行蚯蚓急性毒性效应研究表明：铜浓度低于240mg/kg，不产生毒性效应，在300-400mg/kg之间，产生毒性及亚致死效应，450mg/kg以上，致死率迅速上升，当浓度达到1000mg/kg时，致死率则达100%。杨元根研究表明：铜的浓度偏高，微生物群落降低，生理活动增强，群落结构发生改变，并且损伤的时间持续较长。但是在铜浓度较高的区域种植果树，可以分泌大量草酸降低土壤中的铜离子毒害(Hodson1991，Hein1999)[4]。
凹凸棒石粘土（凹土）是一种含水富镁硅酸盐为主的层链状过渡结构的粘土矿。一般在偏碱性、适当盐度、一定温度或干旱、半干旱气候及介质SIO2、Al2O3、MgO三组分比例适当的环境下才能形成的世界性稀缺资源。凹凸棒石不仅有着特殊的结构而且还有众多功能性质：比表面积大、吸附、催化作用，流变性和耐热性，耐压、絮凝性、耐酸碱、多孔性、吸附能力强、热膨胀性，因此在石油、化工、建材、造纸、医药、农牧、太阳能和硅酸盐等工业领域都有应用。曾有研究表明在凹土培养基中加入土壤悬浮液能刺激根的生长[6]，临泽地区的实验也证明出凹土能促进作物生长、提高产量、改善果实品质等[7-8]。陈天虎等认为凹凸棒土对Cu2+的吸附作用则表现为与铜羟基化合物之间的相互作用，在吸附竞争体系中铜羟基化合物的增加利于铜的吸附[9]。林云青[10]等对铜锌镉污染红壤的改良效应研究中发现：添加凹凸棒土和钠基蒙脱石能够明显增加黑麦草的地上部的生物量。
土壤养分、酶活性及电导率等是反映土壤特性的代表性指标。土壤养分测定能够为以后的施肥提供依据，土壤酶是土壤中重要的生物大分子，可作为养分循环、有机质形成、能量代谢等过程的催化剂[11-19]，电导率能够反映土壤中的盐类离子，了解盐分动态，对植物生长及拟定改良措施有重要意义。本试验通过施用4个浓度梯度的凹土(10g/kg、20g/kg、30g/kg、40g/kg)于硫酸铜（100mg/kg、200mg/kg）模拟的铜污染土壤，并在铜污染土壤中栽种辣椒苗进行温室培养，主要从酶活性、土壤养分以及电导率等特性的变化，探讨凹土对铜污染下辣椒土壤特性的影响，旨在为凹土降低土壤中铜污染提供理论依据。
2 材料与方法
2.1 供试材料
2.1.1 供试土壤、凹土、辣椒苗和硫酸铜
土壤选自图书馆对面桃园表层土壤（0-30cm）（含有机质13.6g/kg、碱解氮14mg/kg、有效磷12.8mg/kg、有效钾55mg/kg）于2015年11月份采集，采集回来后剔除残渣、碎石等杂质并阴干。
凹土是淮安市盱眙县鸿庆凹土有限公司生产，纯度99%，研磨过70目(1mm)。
辣椒品种为绿源二号（Capsicum frutescens L.red pepper），辣椒幼苗由淮安市蔬菜研究所提供。
硫酸铜购于淮安国药化学试剂有限公司。
2.2 实验设计
2.2.1 实验处理如下：对照（CK）
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（100.0 mg/kg）+0.0g/kg凹土 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（100.0 mg/kg）+10.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（100.0 mg/kg）+20.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（100.0 mg/kg）+30.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（100.0 mg/kg）+ 40.0g/kg凹土
4.0kg土壤+ CuSO45H2O（200.0 mg/kg）+ 0.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（200.0 mg/kg）+10.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（200.0 mg/kg）+20.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（200.0 mg/kg）+ 30.0g/kg凹土
4.0kg土壤 + CuSO45H2O（200.0 mg/kg）+ 40.0g/kg凹土
本试验采用的是随机区组设计，共11个处理，每个处理重复3次，共33盆，采用盆栽（盆径8.3cm、每盆装土4kg）方法移植辣椒苗（3-5片真叶），每盆种6棵辣椒苗。前期一次性施入外源铜（CuSO45H2O以水溶液形式加入土壤中混匀），铜胁迫浓度为100.0mg/kg、200.0mg/kg，铜处理一周后，随即将10.0g/kg、20.0g/kg、30.0g/kg、40.0g/kg（以每公斤土计）四个浓度梯度凹土拌入土中，在辣椒生长期进行正常管理，分别在辣椒移植缓苗后10、20、30天取辣椒根际土壤进行阴干、研磨、过筛，备用。
2.3 测定内容及方法
过氧化氢酶的测定：采用0.002mol/LKMnO4滴定法，以1 g 土壤培养20 min 消耗的0.002 mol/L KMnO4毫升数表示；脲酶：采用扩散法，以24 h内1 g土壤中NH3-N 的毫克数表示，以上酶测定参照关松荫[20]的方法。有机质(O.M.)：采用重铬酸钾容量法；有效氮采用碱解扩散法；有效磷(A.P.)：采用碳酸氢钠浸提，钼锑抗比色法；速效钾(A.K.)：采用乙酸铵提取，火焰光度计法。以上项目采用鲁如坤[21]主编农业化学分析方法一书中的测定方法。电导率的测定：采用水：土（5：1）法。
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