汞的生态毒理效应

汞作为土壤重金属污染元素之一，且在生物体中易转化为毒性更大的甲基化合物，会引起诸如水俣病等灾害的发生，被EPA列为129种优先控制的污染物之一。据报道目前全球每年人为活动向大气的汞排放量有2000t，其中我国每年排放500～600t，占全球汞排放总量的1/4以上[1]。我国土壤中Hg含量范围为0.001～45.90mg•kg-1，高于世界土壤Hg自然含量的平均值，特别是在贵州等Hg污染严重的地区，土壤含量可达29.6～793mg•kg-1[2]。因此，汞的生态毒理效应研究一直是环境和土壤科学关注的重点，在理论和实践上具有十分重要的意义。

土壤酶作为土壤重要的组成部分，在营养物质转化、能量代谢、污染土壤修复等过程中发挥着重要作用，被称为土壤生态系统的中心[3]。近20年来国内外学者将其应用到土壤污染领域，由于土壤酶测定简便、快捷、准确，而且是土壤污染和性质共同作用的结果，作为监测指标优势明显，相继提出将土壤转化酶、磷酸酶、脱氢酶等作为污染监测指标[4-7]。由于土壤酶的种类、来源、功能不同，尽管单一酶活性可提供一些重要信息，但无法涵盖全部或整体酶活性的状态，因而利用不同地区土壤酶对重金属的反应并不一致；同时对汞污染的土壤酶效应方面研究报道相对较少，结果也有一定差异，如杨春璐、Oliveira等[4，8-10]分别认为脱氢酶、碱性磷酸酶、脲酶可作为土壤汞污染的指标；加之这些文献报道多局限在单一酶活性的研究上，鲜见几个酶类的综合分析。为此，本文以我国几种主要类型土壤为对象，采用室内模拟方法，研究影响C、N、P物质循环和微生物活性的土壤转化酶、脲酶、磷酸酶和脱氢酶活性的变化规律，并以这4种酶为基础，获得监测土壤汞污染土壤酶学指标，为环境保护和监测等提供依据。

1材料与方法

1.1供试土样

采自陕西省黄龙县的褐土（简育干润淋溶土，Hapli-UsticArgosols），杨凌区的?v土（土垫旱耕人为土EumOrthicAnthrosols），榆林市的风沙土（干旱砂质新成土，Aridi-SandicPrimosols）和江西省鹰潭市的红壤（简育湿润富铁土HapUdicFerrisols）。黄褐土、风沙土、?v土的主要矿物学类型为水云母-蛭石；红壤的为高岭-水云母[11]。采样时，先去除0～5cm的表土，取5～20cm土样，混匀风干，过1mm筛后备用。常规方法分析[12]土样的理化性质，结果见表1。

1.2试验方案

向5.00g土样中加入1mL甲苯，15mim后添加5mL不同质量浓度（0、0.25、0.5、1.0、5.0、10.0、20.0Hg2+mg•kg-1）的HgCl2溶液，混匀30min后加入相应的底物和缓冲液，37℃培养，定期（8h或12h）取样，采用靛酚蓝、磷酸苯二钠、3，5-二硝基水杨酸和三苯基四氮唑氯化物（TTC）比色法分别测定土壤脲酶、碱性磷酸酶、转化酶和脱氢酶活性[13]，其单位分别用NH3-N、ph（OH）、葡萄糖的量、三苯基甲?（TPF）的量μg•g-1•h-1来表示。每处理重复3次，设无底物、无土壤处理作为对照。

1.3数据分析

采用Excel和DPS7.05软件对数据进行计算分析。相对活性＝处理的酶活性/对照酶活性×100％生态剂量（Ecologicaldose）ED10和ED50分别是指土壤酶活性变化10%和50%时外界污染物的浓度，可表征土壤轻微和中度污染时的临界浓度[14]。总体酶活性参数按下式计算：TE（IThetotalenzymeindex）[15]=in=1ΣXi/X?i其中Xi为第i种土壤酶活性，X?i为第i种酶活性的平均值。

2结果与讨论

2.1Hg对土壤脲酶活性的影响

由表2可以看出：

（1）未添加Hg时，同一类型土壤的脲酶活性值随有机质含量升高而增加，且与有机质（r=0.72*）、全磷（r=0.71*）达显著正相关，这主要是由于土壤酶能与有机质等结合，以吸附态存在的缘故

（2）从不同土壤类型来看，汞对4种土壤中脲酶活性的抑制程度不同，这与土壤性质有关。加入相同浓度的Hg，表现出不同的生态效应与环境效应。如添加0.25mg•kg-1Hg2+后，除5号和9号外，其他土样脲酶活性变化较小，其中4、6号和7号土样脲酶活性略有增加，增幅分别为4%、23％和9％。一般认为土壤有机质含量和pH能够对重金属的毒性起缓冲作用，土壤有机质含量高，对酶的保护作用相对较大[17-18]。其原因是重金属极易与土壤组分（有机、无机颗粒）发生吸附络合、沉淀反应，Hg进入土壤后95%以上能迅速被土壤吸持或固定，从而降低Hg的生态毒性[16]。本文中5号土壤有机质含量最低，9号土壤pH最小且有机质含量也很少，因此这两种土壤受汞毒害作用最大，在0.5mg•kg-1Hg2+时脲酶完全被抑制。

（3）随Hg质量浓度增加，除4、6、7号0.25mg•kg-1和0.50mg•kg-1浓度外，土样脲酶活性受到抑制，且大部分浓度下的酶活性差异达到显著水平。当浓度增大到20.0mg•kg-1时，供试土样脲酶活性降幅达27%～100%。

（4）当Hg质量浓度≥0.5mg•kg-1时，红壤脲酶活性降幅远大于其他土壤。这可能是酸性土壤条件下Hg毒性较强的缘故，揭示出酸性土壤脲酶比碱性的更敏感。

（5）将Hg质量浓度（C）与脲酶活性（U）按U=A×ln（C）+B模型拟合[18]，结果（表3）显示除5、8号土样外，其余均达显著或极显著负相关，揭示脲酶在一定程度上可表征土壤Hg污染程度的大小，这与SophieChaperon等的结果一致[19-21]。计算得到土壤Hg轻度污染的生态剂量ED10值为0.13～0.81mg•kg-1。

2.2Hg对土壤碱性磷酸酶活性的影响

表4可以看出：

（1）土壤磷酸酶活性与有机质（r=0.77*）和全磷（r=0.76*）呈显著正相关，佐证了土壤碱性磷酸酶活性可作为土壤肥力的指标[22]。

（2）总体上Hg抑制了土壤碱性磷酸酶活性，如加入Hg在20mg•kg-1时，4号土样降幅最小为1%，5号土样降幅最大达到41%。碱性土壤平均降幅为13%，而酸性土壤的降幅为23%。