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），杨凌区的塿土（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、塿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、三苯基甲臢（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軍i其中Xi为第i种土壤酶活性，X軍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%。#p#分页标题#e# （3）随Hg浓度增加，各处理碱性磷酸酶酶活性变化规律不明显，反映出土壤碱性磷酸酶对Hg敏感性较差。杨春璐等[3]研究表明土壤中性磷酸酶对汞污染不敏感。而徐冬梅等[17]认为汞对土壤酸性磷酸酶具有明显的抑制作用，研究表明其机理为非竞争和反竞争的混合抑制类型，这与本文结果产生差异的主要原因可能是供试土壤的地区差异所致不同。 2.3Hg对土壤转化酶活性的影响 表5显示： （1）土壤转化酶活性与有机质（r=0.76*）和全磷（r=0.79*）呈显著正相关。 （2）在低浓度时各土壤转化酶响应不尽一致。如Hg浓度为0.25mg•kg-1时，对2、9号土样转化酶有轻微的激活作用，增幅分别达到15%和14%，其余土样的降幅范围为9%～33%。 （3）随Hg浓度增加，土壤转化酶活性变化规律亦不明显，如5号土样转化酶对汞污染反应比较迟钝，因为不加污染物时本身转化酶活性很小。和文祥等[22]研究也得出类似的结论。但有研究表明Hg能抑制土壤转化酶活性，两者之间存在很好的相关性，即转化酶活性在一定程度上也可表征Hg污染状况[3]。因为Hg对转化酶活性的抑制作用主要是由于其能与酶活性部位中的巯基和咪唑的配位体等结合并形成稳定的化学键，从而与底物产生非竞争性抑制作用。土壤转化酶活性对Hg污染响应不一致，其原因可能是供试土壤的地区差异所致，有待进一步研究。 （4）将二者关系拟合（表6）后显示，仅4个土样达显著或极显著负相关；计算获得生态剂量ED10的范围为0.74～4.48mg•kg-1。 2.4Hg对土壤脱氢酶活性的影响 土壤脱氢酶是胞内酶，只存在于活的微生物细胞内，能够促进有机物脱氢，起到传递氢的作用，其活性大小直接反映土壤微生物的数量和活性，并可作为土壤重金属污染的指标[23]。 由表7可以看出： （1）Hg胁迫下土壤脱氢酶活性随Hg浓度增加而减小，各处理的脱氢酶活性均显著低于未添加Hg土壤。当浓度增至20.0mg•kg-1时，5、8、9号土样的脱氢酶活性完全被抑制，其余土样降幅也达到68%～92%。 （2）从不同土壤类型来看，当汞浓度为20.0mg•kg-1时，碱性土壤降幅为68%～100%，平均达到82%；酸性土壤中仅7号土样能检测出脱氢酶活性，其降幅为83%。含有机质较低的8号和9号酸性土样在Hg浓度为5mg•kg-1时，脱氢酶即完全被抑制。表明在酸性条件下汞的毒性更强。因为在酸性条件下，土壤中的重金属主要以离子态存在；pH越低土壤中游离出来的重金属数量越大，活性越强，对生物的毒害就越高；反之亦然[24]。 （3）Hg质量浓度（C）与脱氢酶活性（U）拟合结果（表8）显示，两者关系均达显著或极显著负相关，揭示脱氢酶在一定程度上可表征土壤Hg污染程度。 （4）计算的生态剂量值ED10为0.88～4.5mg•kg-1。其中有机质含量低的土样ED10值也较低，将土样有机质含量与其ED50值进行相关分析，两者达到极显著正相关（r=0.89**），表明有机质对Hg的污染具有一定缓冲作用。 2.5Hg对土壤总体酶活性的影响 土壤的理化性质不同，对酶的保护作用和对外源物质的吸附缓冲能力也有差异，因此二者之间关系随土壤不同也必然存在差异。由前面分析可知，土壤脲酶、碱性磷酸酶、转化酶、脱氢酶对Hg毒性的响应有明显差别，因而很难选择哪个酶作为指标会更好，为此计算了土壤总体酶活性参数。结果（表9）显示： （1）Hg加入后，土壤总体酶活性呈现抑制作用。 （2）随Hg浓度的增加，总体酶活性值持续减小，当Hg质量浓度为20mg•kg-1时，土壤总体酶活性降幅为32%～84%；而且有机质含量最高的1号土样降幅最小，揭示了有机质对Hg的污染有缓冲作用。 （3）Hg质量浓度（C）与总体酶活性（U）拟合结果（表10）显示，两者关系达极显著负相关，表明总体酶活性可较好表征土壤汞污染的程度；计算得到Hg污染的生态剂量值ED10为0.0005～0.59mg•kg-1。 3结论 综上所述，通过Hg的土壤酶效应研究表明：Hg抑制了土壤碱性磷酸酶、转化酶活性，但是规律性不明显；低浓度Hg激活了土壤脲酶活性，高浓度时则相反；土壤脱氢酶和总体酶活性受到了Hg的抑制，其间关系达到了极显著负相关，揭示出脲酶、脱氢酶和总体酶活性在一定程度上可表征土壤Hg污染程度的大小；根据剂量越小，反应越敏感的原则，计算得到供试土样Hg污染的生态剂量值ED10为0.0005～0.59mg•kg-1，酸性土壤和有机质含量低的土壤对Hg较敏感；土壤有机质和pH对土壤酶与汞的关系有重要影响。
