纳米ZnO对典型农田土壤外源有机质矿化的影响研究

【作者】 姜浩； 王惠； 杨宝山； 朱一丹； 曹鑫磊；

【机构】 济南大学水利与环境学院； 山东省生态固碳与捕集利用工程技术研究中心；

【摘要】 随着工农业的发展,越来越多的金属纳米颗粒排放到环境中,纳米ZnO(ZnO NPs)作为世界上第二大使用量的含金属基质的纳米材料,其在不同领域的广泛使用,导致了其在土壤中的积累量不断增加。关于纳米毒性的研究已有较多开展,但关于纳米颗粒对土壤生态系统中生态过程的影响,还少有开展。本研究以山东省济南市章丘区冬小麦-夏玉米轮作的典型农田土壤为研究对象,探究不同浓度的ZnO NPs(0、100、250、500mg/kg干土)对不同稳定性外源有机质(小麦秸秆、纤维素、木质素)矿化和土壤酶活性的影响的研究。结果表明:添加外源有机质刺激了土壤异养呼吸,但在不同浓度的ZnO NPs处理下土壤异养呼吸发生了较大的变化。在添加秸秆的处理中,在28天时,低浓度的ZnO NPs刺激了土壤异养呼吸,而在56天时,高浓度的ZnO NPs显著抑制了土壤异养呼吸;在添加纤维素的处理中,在第28天时,土壤异养呼吸随着ZnO NPs浓度的增加而明显增强,而前期没有任何变化;而在添加木质素的处理中,28天,ZnO NPs对土壤异养呼吸基本无影响,在第42天时,ZnO NPs明显抑制了土壤异养呼吸,这表明不同浓度的ZnO NPs对不同稳定性的外源有机质分解的影响不同。随着外源有机质的加入,第7天时,秸秆处理显著提高了过氧化物酶的活性,而纤维素处理显著降低了过氧化物酶的活性;到了第56天过氧化物酶没有明显变化,但是纤维素二糖水解酶的活性被显著增强。在秸秆处理中的第56天,ZnO NPs(500mg/kg)的β-葡萄糖苷酶活性高于其他两个浓度;在纤维素处理下的第28天和第56天,ZnO NPs提高了β-葡萄糖苷酶的活性。然而,ZnO NPs对纤维素二糖水解酶的活性影响不大。在第4天和28天,秸秆+ZnO NPs(500mg/kg)的多酚氧化酶活性较高。纤维素的添加提高了纤维素酶的活性,但是ZnO NPs的浓度几乎没有影响;在秸秆处理中,ZnO NPs(500mg/kg)的纤维素酶活性高于其他两个浓度;而在木质素的处理中,在第56天时,纤维素酶活性是ZnO NPs(500mg/kg)>ZnO NPs(100mg/kg)>ZnO NPs(0mg/kg)。更多还原