改性纳米黑碳对棕壤有效态Cu、酶活性和微生物呼吸的影响

摘 要：研究了添加改性纳米黑碳（MBC）对棕壤中有效态Cu、呼吸强度和酶活性影响。结果表明，添加MBC降低了棕壤pH 和有效态Cu含量，且随着MBC施入量的增加，土壤有效态Cu含量逐渐降低；MBC的施入，提高了土壤脲酶活性，对过氧化氢酶活性有较弱的抑制作用，对土壤呼吸作用的影响是先增强后减弱，培养后期，呼吸强度与对照无显著性差异。相关性分析表明，过氧化氢酶活性与有效态Cu含量之间有极显著正相关关系，与黑碳施入量之间有极显著负相关关系，土壤有效态Cu含量与MBC施入量之间有极显著负相关关系，说明MBC对棕壤中Cu有较好的钝化效果，增加了土壤脲酶活性和土壤呼吸作用，在Cu污染土壤修复中具有一定的应用前景。

关键词：改性纳米黑碳；棕壤；铜；酶活性

Effects of Modified Nano-Black Carbon on Content of Bioavailable Cu（Ⅱ）， Enzyme Activity and Microbial Respiration in Brown Soil

LIU Yu-zhen，CHENG Jie-min

（ School of Population Resources and Environment， Shandong Normal University， Jinan 250014， China）

Abstract： By culture experiment， the effects of modified nano-black carbon on content of bioavailable Cu（Ⅱ）， enzyme activity and microbial respiration in brown soil were studied. The results showed that during the treatment of 60 days modified nano-black， the soil pH and bioavailable Cu concentration decreased. The decreasing trend of bioavilable Cu content was followed by the increasing of added amount. MBC showed a remarkable activation effect on soil urease activity and a weak inhibition on soil catalase activity. The soil respiration increased first and then decreased during the treatment. The respiration rate had no significant difference from the untreated soil at the late period of cultivation. The correlation analysis showed that the catalase activity were positively correlated with concentration of soil bioavailable Cu， but negatively correlated with the amount of modified nano-black carbon negatively correlated with the content of soil bioavailable Cu. It is indicated that MBC had good passivation effect on bioavailable Cu in brown soil and could increase the urease activity and soil respiration. It will have a great value in remediating copper-contaminated soils.

Key words： Modified nano-black carbon （MBC）；brown soil； copper； enzyme activity

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.3 培养试验

1.4 分析方法

2 结果与分析

2.1 MBC对棕壤中有效态Cu含量的影响

2.2 MBC对棕壤过氧化氢酶和脲酶活性的影响

研究表明[14-16]，过氧化氢酶参与土壤生物的呼吸代谢，其活性与土壤微生物数量、土壤氮、磷、钾元素的有效性等相关，且在土壤碳、氮、磷循环过程中起着重要作用，脲酶的酶促反应产物氨是植物氮源之一，其活性可以用来表示土壤供氮能力[17]，因此，本研究通过探讨MBC施入对土壤过氧化氢酶和脲酶的活性影响，了解MBC在钝化重金属的同时，能否对土壤生态环境造成影响，明确MBC在钝化修复重金属污染土壤应用中的环境风险。

由图2可知，棕壤施入MBC后，其过氧化氢酶活性总体上降低，但不同的施入比例和不同的培养时间，降低程度不一样。在培养初期，施入比例≤0.5%时，MBC的施入对棕壤过氧化氢酶活性影响不明显，但培养超过30 d后，对过氧化氢酶活性的影响明显增大；同样的培养时间下，MBC施入比例越大，棕壤过氧化氢酶活性越低，尤其在培养后期，MBC对棕壤过氧化氢酶活性的抑制作用更明显，当施入比例为0.7%和1.0%时，培养60 d，棕壤过氧化氢酶活性与对照相比，分别降低了34.57%、35.01%。由图3可知，与对照相比，施入MBC能明显提高土壤脲酶活性。方差分析表明，在培养10 d时，施入不同比例MBC对土壤脲酶活性的影响不明显，但培养30 d和60 d后，施入MBC对土壤脲酶活性的影响较大；与对照相比，施入0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和1.0%MBC，培养60 d后，棕壤脲酶活性分别提高了87.54%、90.08%、97.45%、98.30%、95.18%。

由上述研究结果可知，施入MBC能抑制棕壤过氧化氢酶活性，施入比例较低时，抑制作用较弱，施入比例增加，抑制作用增强；但施入MBC能明显激活土壤中脲酶活性。相关性分析表明，棕壤过氧化氢酶活性与土壤有效态Cu含量有极显著正相关关系，与MBC施入量之间有极显著负相关关系，棕壤脲酶活性与pH之间有极显著负相关关系，与土壤有效态Cu含量有显著负相关关系；可见，土壤酶活性除与土壤施入MBC的量有关外，还与重金属含量有关。 2.3 MBC对棕壤呼吸强度的影响

由图4可知，培养10 d时，施入0.1%、0.3%和0.5% MBC的处理棕壤显著高于对照，培养30 d时，除施入0.1% MBC的处理呼吸强度显著高于对照外，其他均无显著变化。培养60 d时，除施入1.0%MBC的处理呼吸强度与对照相比无显著性差异外，其他施入比例的处理土壤呼吸强度均显著高于对照。

在相同的培养时间下，随MBC施入比例的增加，棕壤的呼吸强度先增加后降低；但无论培养10 d、30 d还是60 d，施入0.1% MBC的处理，土壤呼吸强度都是最强的，这是因为初始施入少量的MBC，刺激了土壤微生物的呼吸，使呼吸作用增强，但随着施入量的增加，土壤的C/N增高，土壤中没有足够的氮素供微生物繁殖生长，微生物的数量和活性降低，因此呼吸强度下降[18]。

2.4 相关性分析

棕壤有效态Cu含量、酶活性、呼吸强度与MBC施入量的相关分析（表1）表明，过氧化氢酶活性与有效态Cu之间具有极显著正相关关系