【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
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?.',:...
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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
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,经记录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
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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.
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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 ?
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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.
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