土壤无机纳米微粒对酶活性及玉米秸秆分解影响研究

摘要

本文通过玉米秸秆培养、土壤培养和纯酶培养等实验，采用分光光度法和红外光谱等分析测定方法分别研究了黑土无机纳米微粒对有机质腐解过程中酶活性、腐解产物形成、C、N元素转化和C/N比值变化以及蒙脱石纳米微粒对酸性磷酸酶试剂活性的影响。结果表明： 在玉米秸秆腐解过程中，土壤无机纳米粒子加入，对秸秆腐解过程中的酶活性有显著的影响，但这种影响因酶的种类不同而有显著的差异。纳米粒子在玉米秸秆腐解的整个培养期内促进了蛋白酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、中性磷酸酶活性的增加，并且在腐解的初期和中后期皆达到极显著水平。土壤纳米粒子对脲酶活性在腐解的后期起到显著的促进作用。而对葡聚糖酶、蔗糖酶活性的促进作用在玉米秸秆腐解的前期非常明显，但在中后期没有明显的规律性。纳米粒子主要促进了多酚氧化酶和淀粉酶的活性。纳米粒子在初期和后期显著地促进了过氧化物酶活性，而在其它时期则表现出抑制作用。纳米粒子对玉米秸秆腐解过程中纤维素酶活性有极显著和显著的抑制作用。 通过对秸秆腐解产物的分析表明：土壤无机纳米粒子对玉米秸秆腐解产物的生成也有显著的影响。无机纳米粒子在玉米秸秆腐解过程中，对水溶性有机化合物WOM(包括水溶性胡敏酸WHA和水溶性小分子有机化合物WLOM)的生成在腐解的初期有显著的促进作用，而中后期显著抑制了水溶性化合物的形成。纳米粒子对秸秆腐解产物转化形成碱溶性化合物AOM(包括碱溶性胡敏酸AHA和碱溶性富里酸AFA)的影响前期和后期存在较大差异，腐解的前期，促进了碱溶性化合物的生成，而在腐解的中后期对碱溶性有机化合物的形成起到了抑制作用。 对秸秆腐解产物不同提取组分进行元素分析结果表明：纳米粒子的存在对水溶性有机化合物总含C量在玉米秸秆腐解的初期无大的影响，但却影响其所含不同有机组分的C组成。同对照相比，在腐解的中后期，纳米处理的玉米秸秆腐解生成的所有水溶性有机化合物(WOM、WHA、WLOM)的C含量均下降。纳米处理的WOM和WHA中的N含量在整个玉米秸秆腐解的过程中，均低于对照处理。而WLOM含N量没有显著的规律性。在玉米秸秆腐解的初期，纳米粒子处理的AOM含C量均显著高于对照，其中AHA含C量也显著高于对照处理，但AFA含C量无显著的规律性。玉米秸秆腐解的中后期，纳米粒子处理的AOM和AHA含C量均显著低于对照处理，而AFA含C量的变化正相反，随着腐解的进行，AFA含C量显著高于对照处理。从AOM含N量的变化来看，同对照相比，纳米粒子处理在腐解的初期高于对照，中后期显著低于对照。纳米处理的WOM和WHA的C/N比值变化除后期表现低于对照外，均高于对照；WLOM的C/N比值在秸秆腐解前期高于对照；AOM的C/N比值除了初期高于对照外，均低于对照；而黑土纳米粒子的加入对秸秆腐解产物AHA的C/N比值的影响没有规律性；随着秸秆腐解，纳米处理的AFA的C/N比值在秸秆腐解初期低于对照，而后均高于对照。 对秸秆腐产物红外分析结果表明：纳米粒子施入明显增加了WHA中羟基、甲基、亚甲基和次甲基含量，增加了碳水化合物和氨基化合物组分，即促进了脂族性高的WHA生成。对AHA也有相似的作用，但主要是增加了碳水化合物组分，脂肪链结构组分无显著的变化，并且纳米粒子的加入降低了AHA的酸性。土壤纳米粒子的存在促进了氨基酸、糖类等小分子化合物聚合形成胡敏酸。纳米粒子的加入对玉米秸秆腐解形成的WLOM和AFA的组成无大的影响，但显著增加了WLOM和AFA的抗分解能力。 通过土壤培养实验，研究了不同浓度的纳米溶液对土壤蛋白酶、酸性磷酸酶、中性磷酸酶、碱性磷酸酶、脲酶、淀粉酶、蔗糖酶、过氧化物酶和多酚氧化酶活性的影响。结果表明：土壤培养实验的初期，土壤无机纳米粒子对土壤蛋白酶、酸性磷酸酶、中性磷酸酶活性具有显著促进作用，对淀粉酶、碱性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、具有显著的抑制作用。在培养的中期，土壤无机纳米粒子对土壤蛋白酶、脲酶、酸性磷酸酶、中性磷酸酶活性具有显著促进作用，对碱性磷酸酶、蔗糖酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、具有显著的抑制作用。在培养的后期，土壤无机纳米粒子对土壤蛋白酶、酸性磷酸酶、中性磷酸酶、淀粉酶、过氧化物酶、多酚氧化酶、蔗糖酶具有显著促进作用，对碱性磷酸酶、脲酶具有显著的抑制作用。这些作用又因加入的纳米粒子的浓度不同而有差异。 通过纯酶培养实验结果表明：在不同培养温度(30℃，37℃，45℃)和pH值条件下(pH6.0，pH5.0，pH4.0)，不同浓度的蒙脱石纳米溶液与去除纳米微粒的蒙脱石胶体溶液(CK)，随着酸性磷酸酶浓度的增加，对酶活性影响有显著差异。

目录

文摘

英文文摘

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第一章前言

第二章材料与方法

第三章结果分析与讨论

第四章结论

参考文献

致 谢

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