【doc】重金属污染黑土中固氮菌及反硝化菌作用强度的测定

【doc】重金属污染黑土中固氮菌及反硝化菌作用强度的测定 重金属污染黑土中固氮菌及反硝化菌作用 强度的测定 应用生态19g1年5月第2卷第2期 CHINESEJOURNALOFAPPL1EDECOLOGY,May1991,2'2):174一l77 重金属污染黑土中固氮菌及反硝化 菌作用强度的测定 王淑芳胡连生纪有海王玉兰姚德明 (中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳110015) 【嫡曩】本文采用气相色谱法同时袒0定了重金属cd,As,PbT~1]Cu污染黑土中 周氮菌及反硝化菌的作 用强度.为准确,快速地提出土壤巾cd,As,Pb和Cu等重金属毒害土壤微生物临界 指标开辟了折 的途径.' 美?词土壤微生物重金属牺界毒害浓度气稆色谱法 Actlonintensityofnitrogen—fFxinganddenitrifyingbacteriain~hernozempoIlutedby heavymetals?WangShufang,HuLiansheng,JiYouhai,WangYulanandYaoDeming (~nstituteofAppliedEcology,AcademiaSinica,Shenyang]10015).一Chin.J?App1.EcoI.. ]991,2(2):l74—177. Inthispaper,theactionintensityofnitrogen-fixinganddeni~ifyingbacteriainchetrno— zeropollutedbyheavymetalsisdeterminedwithgaschromatographicmethodatthesame time.Anexactandfastngwme血odfordefiningcriticalindicatorofsoiImicroorganisms pollutedbyheavymetalssuchasCd,As,PbandCuisprovided. KeywordsSollmier0organism,Heavymetals,Criticaltc.xicconcentration.Gascl】roma— togr~lphicmet】1od. 1前言 土壤中固氮菌和反硝化菌的活动在土壤氮 素平衡过程中起着重要作用.固氮菌的作用可 增加土壤中氨的含量,而反硝化菌的作用能引 起氮素流失和挥发.因此,在重金属污染土壤 环境的研究中,准确,怏速地测定周氮菌及反 硝化菌的作用强度是十分重要的. 有关土壤固氮菌与反硝化菌作用强度的测 定,一般多用比色法和气相色谱法分别进行. 近年来国外在论证按常规的土壤固氮作用测量 耐,Bergersen等提出过用气相色谱法同 时测定同一土壤系统中所产生的固氮菌和反硝 化菌的作用强度. 率文于】990年6月I1日收蓟. 本文利用气相色谱法同时测定了重金属 Cd,As,Pb及Cu污染黑土中圃氮菌和反硝化 菌的作用强度'叙述了供试材料和气相色谱条 件J讨论了测试方法的可用性和重复性I找出? 了两种菌作用强度与重金属含量的相关性.并 按目前国内外常用的关于确定土壤中重金属的 临界毒害浓度的有关规定为基准,求得 了所试重金属Cd,As,Pb及Cu影响土壤微生 物生化过程的临界毒害浓度.为重金属毒害土 壤微生物,提供了一种快速而可靠的测定方 法,其测试结果可做为评价土壤环境质量的 依据. 2材料与方法 2.1供试材料 将同含量的Cd,As,Pb及Cu等重金属化台物 曲i"??pp?.',:... ? ? 2期王淑芳等:重金属污染黑土中厨氮菌及反硝化菌作用强度的测定175 裘1?壤中添加一盒属化舍啊的种类豆冀音量 Tab.1Componentandcontentofhea~j,metal~omp0und~addedtosofItes{ed 置于黑土中做盆栽试验.其添加的重金属化台物的种 类及浓度如表1所示.盆栽种植大豆殛小麦.在作物 成熟收获时取土壤样品供试验. 2.2试验方法与步骤 固氮菌的强氮酶县有还原乙炔成为乙烯的作甩 同氟南 (如C2H:———叼2Hd)并成当量戋系(?'J 因此,乙炔还原成乙烯的量,可用柬间接地表示同氮 菌同氰作用的强度. 土壤中反硝化菌的反硝化作用过程能产生N20, 乙块能抑制N2O进一步还原成Nj(如NOi?N2O— C2Hi丑断还原 (NO)?N2O————一N2),故测定N20累 积量,可表示反硝化菌反硝化作用的强度(". 而且上述的这两个过程可以在同一?壤系统中同时产 生,日此可采用气相色谱法同时弼出在有乙炔状态下 的同一?壤系统中所产生的C2H和N20的量. 其测定方法是先将供试土壤样品进行待测的预处 理及培葬.在测定土样中加八定量的葡萄糖做为固氮 菌和反硝化菌的活动碳源,之后将盛有待测样品瓶密 封并注八定量的乙块,放置30?下培养1e,2小耐. 从测样瓶中取培养好的气体样品100~],注入气稆色 谱仪中,由柱1分离,ECD检测N:O和由柱1分离, FID检测c2Hd,经仪指示其反应生成的C2H和 N2O的峰高(ram),5g土/24d~时,分别表示所得土壤 中的固氨菌,反硝化菌的作用强度?. 2.5气相色谱条件 2.5.1仪器为美匡产Nuclear—Chicago5000型气 相色谱仪.检测器为ECD与FID.为实现一次进样同 时测定微量的CH与NhO,需将仪器的进样口,气 路系统,色谱桂,检测器与记录系统联接成匿1所示 的状态. 2.5.2色谱条件色谱柱l柱I为3m×1800ram 的玻璃柱,内装5O一80日P~apakO,柱I为3ram Chin?J.App1.1~~o1.,2:2(19~1) ?悼 重1装置腰 F.1Exp睇i皿?t81乳t一"p. ×1800mm的玻璃柱,内装60,80日GDX一502,柱温 为60?J进样口温度为130~3J检测器温度:ECD为 290?,FID为150?. 3结粜与讨论 3.1所试方法盼可行性 通过气相色谱法同时测定了供试土壤中固 氮菌及反硝化菌的作用强度.为了验证该法测 得结果的可用性,在利用气相色谱法同时觌4定 固氮菌和反硝化菌的作用强度之后,又用气相 色谱法分别对两种菌的作用强度进行了单独测 定.其所得结果如图2,3所示.从图中所示的 两种测试方法测得的土壤中两种菌的作用强度 与土壤中重金属含量的关系曲线中,可以看出 二者的图形变化规律基本相符,但所得的结果 其绝对值尚有差异,这可能是由于试验过程中 的系统误差以及土壤生化作用受条件制约而复 杂化所致.就单独测定丽言,用乙炔还原测定 土壤固氮菌生化作用强度时,在两次试验结果 中难于数据绝对一致,也出现有波动值.该法的 重复性经计算其离均差为0.5—5,测得结 176应用生态2卷 瞳2土壤固氨菌作用强度二堆与单独刮定结果对I, t小壹土) Ffg2CompariSonoftheint~.nsityofsoilnitrog,~la— fi置{gbacterlathemeasuredbysingleandtwodi. me丑s;o?almethods. …-?二维色谱谢定TwodimOnslc~aIchromato— graphledetermination. …一 单独耐定Singledetermination. I, 毳.嘉r一m 羹……" 奏, I.I.nlt (.?/r I.^ 圈5土壤反硝化苗作甩强度=维与单独蔼定培果对比 '大豆土) FiE.5Comparisonoftheintensityofsoildeni trlfylng5acterlameasured5ys~gleandtwo dlmenslonalme吐ods. …-?:维色谱制定个wodimensionalchromat,~一 gr~,phlcdetermination. …x单驻定Si.gI~determ~satlos. 果钧规律与单独铡定基本一致,可以认为用气 相色谱艟同时测定是可行的. 瞳5黑土中重金属古量与反硝化苗作用强度的燕泵 Fi|.5Relatioaxshlpbetweencontentsofheavy metads_dten目i口ofsond口itri圩;gb~cter[a _矗chernozem. ?一? 麦? …一?? Wheatsoil. Soeansoil 在利用气相色谱法同时测定与单独测定土 壤中两种菌的作用强度时,由于试验中预处理 Chln.J.App1.Eco1.,2:2(1991 ? ? 一 2期王淑芳等:重金属污染黑!一I固氯菌及反硝亿茁作用强度的测定 盛样瓶的容积差,样瓶密封程度和取样量等因 素影响,本试验应进行3次以上重复,增E得 到可靠的试验结果.这一点巳被试验验证. 3.2试验结果的相关规律 署?用气相色谱法同时测定了供试土壤中两 种菌的作用强度与其土壤环境中重金雇的量变 关系,如图4,5所示.从图中可以看出,固氮 菌的作用强度随土壤中几种重金属含量增加两 趋于降低,当土壤中重金属含量增加到一定值 后,反硝化菌的作用强度有随重金属含量增加 而增强的现象.这一情况与文献[3]报道的, 在一定浓度(Pb"为700ppm,As为30ppm 以上)范围内,土壤中Pb"和As"对土壤细菌 数量有增多,有刺激作用的规律相吻台.反硝 化菌也属于细菌群体中一类菌,因此可能该菌 的作用强度髓菌数量受到刺激增多而增强的缘 故.就其两种菌对重金属反应的灵敏规则性而 言,固氨菌优于反硝化菌. 采用气相色谱法同时测定所得到的供试土 壤中两种菌的作用强度与环境土壤中重金属含 量的关系,其所得数据用回归统计法证实,固 氮菌的作用强度与环境土壤中重金属含量呈负 相关,显着水平为0.0]l反硝化菌的作用强度 与土壤中重金属含量问呈正负相关,规律变化 不一,显着水平为0.O5一O.01. 3.3临界毒害浓度的确定 根据重金属对土壤微生物体系的临界毒害 浓度的有关为基础(土壤生物酶活性 及生化作用强度因重金属毒害其活性和强度降 低lO,25),本文以图4,5求得所试重金属 Cd,As",Pb稻Cu的土壤生化效应临 界毒害浓度见表2. 由表2看出所试方法求得的土壤生化作用 强度与酶的活性对土壤重金属污染物毒害反应 较植物效应反应敏感.就其几种重金属的毒性 以cd+.>As">Cu>Pb的次序排列. 综上结果表明,气相色谱法同时测定重金 属污染黑土中固氮菌,反硝化菌的作用强度, Chin?LAIrp1.I~eo[.,2:2(199]) 裹2蒜土中重金属临界毫睿浓度 Tab.2Criticaltoxicc0ncentrati0nofheavy metalsinchernozem 临界毒害壤度 重金属固氯菌謦i茜性丘硝化菌作 种类植抹生长势降低10--25强度降低 (显见株矮)Enzyme1O一 25 act扣i竹0f a~trogeaIntec~.ityo GrowthpotentialiJxmgden[tr[iI Kindsofofplant(plantbacteab-cteri? heightshortened)(decresed(deexe~d metalsb,10一5%)b,l0一:5% 襞喜目日悄葛赡矩踺粥葛七害{害?叽 I Cd:504 As54 .:353020Cu:140 <30OO Pb22...不明显4S0 Nosign]一 能够准确,快速,可靠地制定出重金属毒害 微生物生化的临界浓度指标,是,种有效的 方法. 参考文献 1邦洪元,张德生主编.1982.土壤动态生物化学研究诖. 科学出版社,北京,150,163. 2严提升主编.1088.土壤肥力研究方法.农业出版社,北 京,225--228. 5夏增糠主犏.1086.土壤环境容量研究.气象出版社,北 京,l#5,141. 4Bergers~,F.J.:980.Methodsforevalaating biologicalaitrogeafatlon.]ohnWiley&So丑s Chichester,569--572. 5H|盘mte盘?,C.H.1盯'.KpITep?丑zl~rlles?ec— lgol-oE0pI?P0Ba???BPe?积,B白?eclBB?oq_? X?_?zBCe~z,cEoa:跏盘cTBe,(2'E~8--40. BHb??.B.B.1082.O?pe?e?bHo?0"7钔疆x0n gOlIlleHTpalIRI~口e?Hx?et_??蜘B-?oBe? h???BcebcEogo3?tcTBe,(3):5—7. 7IIepuoesaa.A..?na茸?耶:D|_,E.JI.1982.Cx朝a ?0P??p?aH??TEe?Hxet蚶 0BBno,~:se.X?_??BCe?hc*o-孙?AtTBe '3)'12--1a. ?? '