1.1实验背景与意义
近年来随着社会经济的快速发展，土壤中重金属含量不断增加，土壤重金属污染已成为普遍的环境问题。据统计，我国遭受不同程度重金属污染的耕地面积已接近2*105km2，约占耕地总面积的1/5，每年因重金属污染的粮食多达1.2*107t，每年合计经济损失至少200亿元。更为严重的是土壤重金属污染具有长期性、滞后性等特点，可以通过多种途径进入食物链累计放大，严重影响人类健康，威胁人类生命安全。
1.2国内外土壤中重金属研究概况
随着全球经济化的迅速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤严重污染。土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降，并可通过食物链危害人类的健康，也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。因此引起世界各国的广泛重视。目前，世界各国土壤存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放Hg约1.5万 t、Cu为340万 t、Pb为500万 t、Mn为1500万 t、Ni为100万 t[1]。中国北方大城市的蔬菜基地和部分商品粮基地也存在着不同程度的重金属污染，如北京、天津、西安、沈阳、济南、长春、郑州等地；。 南方相对较轻，如福州、宁波、上海、武汉、成都等地。土壤重金属污染将会造成生态系统的严重破坏。从中国土壤资源状况看，到2000年底中国人均耕地仅为0.1 hm2，而且随着今后中国经济社会的发展如生态退耕、农业结构调整及自然灾害损毁等，土壤资源将进一步减少。因而如何有效地控制及治理土壤重金属的污染，改良土壤质量,将成为生态环境保护工作中十分重要的一项内容。
1.3 土壤中反硝化及厌氧氨氧化速率研究
土壤中氮循环过程是全球地球化学氮循环的重要组成部分。反硝化和厌氧氨氧化过程在氮的生物地球化学循环中起着极其重要的作用，能将生态系统中硝态氮（NO3--N）转化成大气主要成分氮气（N2），是硝酸盐还原的主要过程。反硝化反应过程为：NO3-→NO2-→NO→N2O→N2，厌氧氨氧化反应过程：NH4 NO2-→N2 2H2O。因而反硝化与厌氧氨氧化过程被认为是NO3-N从土壤环境中去除的有效途径。Shan研究了中国11种典型稻田土，测得反硝化速率2.37-8.31nmol N g1 h1，厌氧氨氧化速率0.15 - 0.77 nmol N g1 h1；反硝化是水稻田中硝酸根还原的主要过程占76.7592.47%之间, 厌氧氨氧化过程占4.489.32%。McTigue对北极圈沉积物中氮循环过程进行研究，发现反硝化速率比厌氧氨氧化速率高一两个数量级，总的反硝化速率高达40.8mu;molNm-2 h-1，厌氧氨氧化速率平均值为0.220.02mu;molNm-2 h-1。Xi对中国东北地区两种温带森林土壤进行脱氮潜势研究，发现来自厌氧氨氧化及其共反硝化的氮气排放速率为0.01 -1.2 nmol N g-1 h-1，占总氮排放量的0.5% - 14.4%。反硝化是主要的产氮过程，占总氮排放量的85.6% -99.5%。然而，Wang研究了中国天津和瑞士巴塞尔高地土壤氮损失过程，在土壤淹水层（水饱和状态区）来自厌氧氨氧化过程的氮损失占37.567.6%，高达0.675 g N m2 d1。厌氧氨氧化速率在0.0050.74 nmolN g1 h1，比反硝化速率要高。但在通气层却没有检测到明显的厌氧氨氧化反应。因而在不同土壤条件下，反硝化和厌氧氨氧化反应速率不同，但两者在土壤硝酸根还原过程中扮演着重要角色。
1.4 土壤中反硝化及厌氧氨氧化速率研究
污灌、农药和化肥施用过程中重金属元素进入水稻田土壤后,与土壤中其他化学物质进行一系列的物理、化学作用,并被生物尤其是微生物富集固化,在土壤中固定和积累,积累到某种限度就会对土壤 植物系统造成危害,并可能通过接触和食物链等途径直接或间接地危害人类。水稻 稻田土 微生物之间存在着相互依赖、相互作用的复杂的生态系统。从根际土壤中分离的细菌约 65%具有反硝化能力。反硝化作用的活性取决于土壤中反硝化细菌(DNB)的种群数量和环境条件,直接关系到水稻田土壤的氮素损失和包括土壤、地表水和地下水在内的环境污染。通过在土壤中加入不同浓度的 4 种重金属元素,研究重金属污染对水稻田土壤的 DNB 及其活性的影响,以利用反硝化活性的变化来阐明重金属污染的生物效应。
1.5 研究方法
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