重金属污染对土壤酶活性影响的研究进展
摘 要：重金属污染引起土壤环境质量恶化，严重危害农产品产量、质量及人类健康。土壤酶作为土壤生态系统中生化反应的催化剂，促进各种土壤代谢过程，对土壤环境质量的变化反应迅速，是指示土壤环境质量的生物学指标。本文从不同类型污染土壤、单一重金属污染、复合重金属污染3方面综述了土壤酶活性的变化，提出目前研究存在的问题，并对今后工作做了展望。
关键词：重金属污染土壤；酶活性；研究进展
中图分类号：S182 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20181033223
近年来，我国工农业迅猛发展，导致农药、重金属等污染物进入土壤，由于重金属污染具有不可逆性、积累性且易富集、难降解，通过食物链直接威胁到人类健康。因此，开展重金属对土壤环境影响的研究迫在眉睫。
土壤酶主要来源于土壤中的微生物细胞，在土壤中起高度催化作用，它表征着土壤物质能量的代谢能力，并能准确反映土壤重金属污染的程度，是评价土壤肥力的高低及生态环境质量的重要指标。本文综述了不同形式重金属污染对土壤酶活性的影响，以期为土壤重金属污染控制和治理提供理论依据。
1 重金属污染对不同类型土壤酶活性的影响
土壤类型是根据土壤属性、成土过程及成土因素等，对土壤进行系统划分，不同类型的土壤，其养分状况、理化性质、微生物群落结构不同，因而对重金属污染的敏感度也不同，一些研究表明，重金属污染对不同类型的土壤会产生不同程度的物质循环与能量流动上的影响。王巧红等[1]研究了四川地区紫色土、冲积土和黄壤酶活性对Cd污染的响应特征，发现Cd污染对紫色土、黄壤酶活性的影响较小，对冲积土酶活性影响较大，且冲积土和黄壤中的重金属元素更易被作物吸收。沈秋悦等[2]选择山林土和田园土为对象，研究土壤脲酶、过氧化氢酶活性对不同浓度外源Cd污染的响应，结果表明，添加Cd会明显抑制土壤脲酶和过氧化氢酶活性，但田园土酶活性整体高于山林土。
2 单一重金属污染对土壤酶活性的影响
目前，土壤重金属污染主要包括的元素有Pb、Cd、Cr、Ag、Ni、Hg、As等，可以对土壤污染程度作出评价的土壤酶主要有脲酶、脱氢酶、过氧化氢酶、蔗糖酶等。孟庆峰等[3]研究了重金属Cd和Pb对滩涂盐渍土壤酶活性的影响，结果表明，重金属质量分数较低时，Cd和Pb會提高土壤脲酶活性，抑制过氧化氢酶活性，而重金属质量分数较高时，Cd和Pb会提高土壤过氧化氢酶活性，抑制脲酶活性。沈秋悦等[2]的研究也表明，过氧化氢酶活性对重金属污染有强烈的反应机制。王巧红等[1]的研究表明，Cd污染会抑制土壤蔗糖酶活性，且抑制程度随污染浓度的增加而增加；酸性磷酸酶活性在Cd污染下表现为“低浓度促进高浓度抑制”。廖洁等[4]用不同浓度Cd对土壤进行污染处理，发现脲酶和酸性磷酸酶活性随Cd污染浓度的增加而降低，且脲酶变化较酸性磷酸酶更为灵敏。
3 复合重金属污染对土壤酶活性的影响
复合重金属污染对土壤酶活性的影响分为独立作用和交互作用2种。独立作用即各个重金属之间没有相互影响，包括剂量加和作用和效应加和作用，剂量加和作用表现为各个重金属的作用机制和方式相同，作用强度不同；而效应加和作用表现为重金属的作用机制、方式及部位均不相同。交互作用主要表现在拮抗作用和协同作用，产生拮抗作用的原因可能是不同的重金属在土壤表面存在吸附竞争现象，即某种重金属的存在会抑制其他重金属在土壤颗粒上的吸附，进而影响其生物有效性；产生协同作用的原因可能是多种重金属作用于酶分子，直接抑制酶活性，也可能是通过抑制微生物生长，间接减少酶的合成。孟庆峰等[3]的研究表明，重金属Cd和Pb对滩涂盐渍土壤酶活性的影响存在交互作用，重金属Cd是影响土壤脲酶活性的主导因素，Pb是影响土壤过氧化氢酶活性的主导因素。冯丹等[5]研究了Cu、Zn、Pb 3种重金属复合污染对土壤脲酶、转化酶和碱性磷酸酶活性的影响，结果发现，3种重金属复合污染时，表现为Cu对土壤酶活性的抑制最明显，其中对碱性磷酸酶的抑制排序为Cu>Zn>Pb；3种水解酶在重金属复合污染下表现为碱性磷酸酶最敏感，尤其是Cu、Pb复合污染。罗虹等[6]的研究表明重金属镉、铜、镍复合污染土壤时，对土壤酶活性的抑制表现为：Cd>Cu>Ni，且3者复合污染对脲酶和脱氢酶的抑制效果最强。
4 存在问题
随着重金属污染问题日益严峻，土壤酶作为反映土壤污染情况最敏感的指标已被广泛关注，近年来的研究取得了很多成果，但也存在一些问题：室内培养试验无法完全地模拟自然状态下土壤受污染的过程，且培养试验中加入的重金属含量往往远大于自然状态下的污染量，因而不能反映土壤真实的受污染情况，不能实际有效地解决土壤污染问题；土壤重金属污染同时受气候、土壤的类型、植物的根际效应等影响，而现有的研究成果局限性较大，不能得到广泛推广；目前的研究仅限于土壤酶对重金属污染的响应，而对酶活性的作用机制方面的研究较少，不能准确地指示土壤环境质量的变化。
5 展望
为了能更准确地反映土壤污染状况，并及时作出切实有效地治理，今后对重金属污染土壤酶的研究应重点从机理方面入手，如探究土壤酶活性在重金属污染下的变化机理、重金属复合污染土壤时各重金属间的相互作用机理，并结合田间实际重金属污染情况，研究土壤酶变化的驱动因子等。另外，还可以借助分子手段，探索重金属污染土壤中更多未发现的酶的特性，寻找更加敏感、更能普遍推广的重金属污染土壤的综合性指标。
参考文献
[1]王巧红，董金霞，张君，等.Cd污染对3种类型土壤酶活性及Cd形态分布的影响[J].四川农业大学学报，2017，35（3）：339-344.
[3]孟庆峰，杨劲松，姚荣江，等.单一及复合重金属污染对土壤酶活性的影响[J].生态环境学报，2012，21（3）：545-550.
[4]廖洁，王天顺，范业赓，等.镉污染对甘蔗生长、土壤微生物及土壤酶活性的影响[J].西南农业学报，2017，30（9）：2048-2052.
[2]沈秋悦，曹志强，朱月芳，等.重金属Cd污染对土壤微生物活性影响的研究[J].环境污染与防治，2016，38（7）：11-14，24.
[5]冯丹，王金生，滕彦国.铜、锌和铅复合污染对土壤水解酶活性的影响[J].农业资源与环境学报，2015，32（4）：411-417.
[6]罗虹，刘鹏，宋小敏.重金属镉、铜、镍复合污染对土壤酶活性的影响[J].水土保持学报，2006（2）：94-96，121.