多种评估方法在土壤环境质量评价中的应用

李曙芬

上海洹屏环保科技有限公司宁夏分公司 宁夏 银川 750001

1 样品采集与处理

选用某地工业区周边田地为研究背景，采样深度为20cm，依照不同类别﹑不同利用现状，将试验地分为若干单元，样地内部采用五点取样法，同单元中土样充分搅拌﹑混合。取来的土样要尽快开展试验，若有贮存需要还应做好区分探究，用于微生物群落结构分析的组别，贮存环境为零下20℃，以便后期开展DNA提取操作；用于理化性质及毒理试验的组别，存储温度应当控制在4℃左右；用于土壤酶活性检测的组别，样本可采用风干处理方式。

2 地球化学评价法

在地球化学评价方法中，测定指标的确立主要参照了DZ/T 2095-2016的相关规定，整体可分为土壤养分﹑土壤环境指标两大类，涵盖了N﹑P﹑有机质，Cd﹑Cr等的质量分数，以及土壤pH等，综合使用了X射线荧光光谱法﹑玻璃电极法﹑GC-MS法等，同时结合实况划分出5个指标等级，设定了不同的标准限值，整个试验地分为5个不同单元，若单个区块中出现2个以上数据时，取平均值开展等级划分。结果显示，样本中N含量呈现缺乏等级，即质量分数在0.075%以下；P含量中等，在0.06%至0.08之间；K含量较为丰富，在1.50%至2.50%之间。有机质测定中，含量显示为2.00%以内，评价为缺乏状态。在土壤环境质量评价中，As﹑Cd等元素含量均在标准范围之内，仅少部分样本中，出现了轻微的Ni超标，与试验地划分单元对应后，面积比重不超过10%，污染程度较轻，pH测定中，不同单元区块的样本差异较大，整体在4至6之间，水塘底泥部分样品相对较高，在7.54左右。综合来看，该地土壤理化性质总体较好，但养分匮乏的状况较为突出，需要采用深耕措施，结合施用N肥﹑有机肥料等，同时关注土壤pH偏低的问题，可以适当使用熏制火粪﹑覆盖栽培[1]等方式，缓解土壤酸化问题，提升农业利用率。

3 土壤酶活性评价法

3.1 测定方法

土壤酶是土壤结构中较为活跃的成分，植物根系﹑微生物等均是其重要来源，其测定值可以较为直观地反映土壤肥力﹑环境质量等，由于土壤酶赋存状况较为复杂，同时与矿物胶体等连接紧密，因此单一的提取难度较大，通常需要借助活性测定来反馈﹑推测具体含量，测定环节需要借助一定量的底物，经过酶促反应之后，计算剩余量进而间接得出结果。

当前有关土壤酶活性的测定方法较多，首先是分光比色法，主要借助了颜色反应原理，酶与底物接触后，会生成特定种类的有色物质，用分光光度计检测时，可以观察到特征性的吸收峰，进而为酶活性判别提供依据[2]。实践环节需要结合土壤中酶的种类，选择可用的底物，以此得出标准曲线，接着经过培养﹑离心等操作后，在同波长条件下，对吸光值进行准确测定，该方式起源较早﹑应用广泛，但操作步骤烦琐，检测周期较长。其次是荧光分析法，它起源于20世纪90年代，主要以荧光团标记底物为工具，应用思路与传统比色法类似，主要通过荧光强度变化得出判别结论，但其灵敏度﹑选择性要相对更好，耗时也有所压缩。最后是同位素标记法﹑滴定法等，由于操作复杂﹑精准度有限等原因，并未得到普遍应用。

3.2 条件控制

影响酶活性测定速率﹑精准性的因素较多，实践时必须加以关注和控制。首先是底物类型，可选的有显色类﹑荧光族类两种，前者以硝基酚类衍生物为主，后者则可选荧光素﹑香豆素等，要结合试验方案进行分析；其次是pH，由于土壤酶种类较多，氮酶﹑磷酸酶﹑蔗糖酶[3]等适宜的pH环境各不相同，因此要结合实际测定对象进行分析，尽可能与土壤原本pH相近；最后是温度因素，它的主要决定酶促反应速率，在一定区间内，土壤酶催化作用与温度呈现正相关关系，直至酶失活这种上升趋势才会停止，不同酶之间对最佳温度的需求是存在较大差异的，最佳温度把控会较为困难，因此目前主要以37℃﹑25℃为设定值，可以较好地兼顾不同酶特性。

3.3 结果讨论

本次试验采用荧光分析法，测试对象为过氧化氢酶﹑脲酶，以及磷酸酶﹑呼吸强度，结果显示不同样本中酶含量是存在较大差异的，其中水稻田土的酶活性普遍较低，脲酶活性仅为9.23U，磷酸酶活性为71.69U，同等条件下菜地土样本酶活性分别可达39.28U﹑187.42U，过氧化氢酶活性﹑土壤呼吸强度测定值更是相差几十倍。分析后认为，出现这种状况的原因可能是，菜地土壤性质较好，水肥供应均相对平稳，微生物活性有所保障，酶活性也相对更高。而水稻田中，由于生长需要时常会经历间歇性淹水，微生物生存空间不稳定，酶活性在一定程度上受到制约，同时由于周边为工业用地，污染物存在迁移﹑扩散的可能，经水扩散的路径要更为便捷﹑快速，因此耗水量较高的水稻田中，污染物含量也相对较高，容易导致酶活性的降低。

4 微生物群落结构分析法

4.1 测定方法

在土壤生态系统中，微生物群落有着不可或缺的重要地位，合理﹑优质的微生物群落结构可以改善土壤结构，同时促进植物养分的吸收，因此在进行土壤环境质量评价时，有必要将之作为重点研究对象。当前对于微生物群落结构的分析主要有两种思路，内容如下。

4.1.1 生化研究方法。依据试验材料的不同，生化研究方法又可被细分为3种。首先是平板技术，操作时需要借助平板结构对土样中微生物细胞进行分离﹑培养操作，然后根据菌落形态﹑数量等，进一步推测微生物群落结构，这种方法速度较快，但对真实状况的反映不足，与实际微生物量相比，培养量微乎其微，准确度很难保障，因此已经逐渐被淘汰﹑弃用。其次是底物利用分析法，Biolog就是其中较具代表性的技术类别，可以再现群落代谢特征，操作简便，自动化特征显著，但使用范围相对受限，在生长速度较快的微生物群落中表现出较高的适用性。最后是生物标记法，主要借助了PLFA等物质，该物质对细胞活性反应较为敏感，在活细胞中，性质﹑含量会相对稳定，但在死细胞中，会快速分解﹑消散。将之应用于土壤微生物群落测定，可以较为直观地展现相关信息，也不会受到质粒损失的干扰，与GC-MS技术相结合，效率﹑准确度更高。

4.1.2 分子生物学研究方法。分子生物学研究方向主要从微观视角出发展开测定，核酸杂交技术就是其中具有代表性的一员，实践时采用核酸探针开展操作，使其与样本核酸序列发生异性互补，并对杂交信号进行荧光标记，该种方式克服了同位素标记操作难度大的弊端，灵敏度高且使用简便。其次还有DNA成分多态性图谱分析法，DGGE应用相对广泛，主要利用了DNA片段解链行为的相关特征，可以在较为理想的状况下，促进同等尺寸片段的分离。TGGE方法则建立在温度梯度变性原理的基础上，分析对象为核苷酸片段，操作时需要经过核酸提取﹑指纹图谱分析等步骤。除上述方法外，DNA长度多态性图谱分析﹑高通量测序技术也是较为新颖﹑可行的技术手段，在进行土壤环境质量评估时要合理选用。

4.2 shannon指数分析

本次评估应用PCR-DGGE技术，以对照组为基准展开分析，结果表明各样本在细菌微生物种群构成上，是存在较大差异的，优势菌群条带差异尤为明显。为方便量化分析，引入了shannon指数，它可以客观描述群落规模﹑多样性等，土壤中微生物种类越多﹑分布越均匀，该指数就越大。结果发现，在多数受污染区域的微生物测定中，指数是大于对照土壤的，这可能是因为重金属等污染物作用下，促进了微生物的生长﹑富集。在优势条带位置﹑数量等的分析上，发现污染组和对照组也出现了较大差异，这说明污染物对微生物群落结构是存在一定影响的，可能导致土壤功能的变化。总体来看，几乎各样本生物多样性指数都出现了上升，但上升状况却有着细微不同，其中菜地土样的增幅最大。

5 生态毒理学评价法

5.1 诊断方法

5.1.1 生态毒理诊断方法。植物法是土壤生态毒理学诊断中较为常见的技术方案，通过植物根系等部位的生长情况，可以间接推断出土壤污染情况，为其环境生态评价提供依据，对于高等植物来说，种子发芽﹑根伸长抑制试验等发展相对成熟，操作也相对简便，使用时需要重点关注发芽率﹑根伸长等指标参数。当前伴随研究进展的深化，植物法还在进一步完善，可以为污染物积累﹑迁移甚至转化规律的摸索提供依据，不过，其在实践环节也存在一定的局限性，主要是因为干扰植物生长的因素较多，研究周期也相对较长，并不适用于快速检测场景。其次是动物法，主要借助了无脊椎动物特性，如蚯蚓，这类动物广泛分布于土层之中，与土壤联系紧密，同时对污染物也有较为敏感的反应，因此可以采用野外收集﹑实验室毒性测定的思路，对土壤展开生态毒理学评价，也可以实验室饲养﹑暴露测定，灵活性较高，但整体上看试验成本较高﹑测定准确度低等因素还是制约了其推广使用进程。很多研究中，也将土壤原生动物作为生态毒理诊断的研究对象，主要涵盖了纤毛虫﹑鞭毛虫等，它们体积细小，结构十分简单，繁殖速度也较为可观，通过数量﹑分子水平等的变化监测，可以较为方便地获知土壤情况。除此以外，前述土壤酶活性测定﹑呼吸强度测定等，也可作为生态毒理诊断策略。

5.1.2 生态毒理学分子诊断方法。传统生物检测技术发展时间较长，体系理论相对成熟，但其中也存在一定弊端，用动物﹑植物作为测定工具，毒性效应往往只能反馈在单个个体﹑种群中，普适性﹑外推性较差，因此在旧有体系的基础上，分子诊断方法应运而生。该种方式主要采用生物标记思路，使用转化酶类﹑抗氧防御类等物质进行标记操作，可以较为直观地反映土壤毒性在生物体内的积蓄﹑富集过程，代谢产物类物质的利用，还可以解释毒性动力学﹑遗传变异学相关规律，从而为土壤污染﹑整治研究提供依据。

5.2 结果讨论

本文主要采用植物法开展生态毒理评价，使用材料为小麦﹑青菜种子，以一定深度将种子埋在盛装有样本土的试验器皿中，控制水分﹑温度条件，并以固定周期观察种子发芽情况及根伸长情况。在采集的土壤样本中，总体发芽率是较为可观的，可以达到95%以上，差异性并不显著，这也印证了前述地球化学评价中，当地污染轻微的结论，说明该污染状况并不会对种植发芽造成太恶劣的影响，不过，部分样本中还是出现了发芽迟缓的情况。在根伸长试验中，发现不同单元的根伸长情况差异不大，这可能说明利用方式对土壤生态毒理并不会造成太大影响，但是pH不同的样本中，根伸长长度出现了较大变化，对于4.5±0.3pH区间内的样本土来说，根伸长态势较高，而pH过高﹑过低的土壤中，根伸长明显受到了抑制。

6 结束语

经过本次测定，发现试验地污染状况较为轻微，但存在严重的肥力不足﹑土壤酸化情况，不同耕种﹑利用方式也对土壤酶活性产生了较大影响，同时，土壤样本的微生物群落结构表明，土壤污染对于部分微生物有促进生长的作用，这与设想存在较大差别。生态毒理学试验中，表明当地污染情况并未对植物发芽造成太大影响，但会制约根伸长情况。总体来看，多种评估方式侧重点各有不同，但结论出入不大，实践时要结合实际，比较﹑综合选用，最大限度提升土壤环境质量评价的科学性和精准性。