三氯生對土壤酶活性的影響范文

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《環境科學與技術雜志》2014年第S1期

1材料和方法

1.1供試土壤與污染物供試土壤采自山東農業大學試驗田土壤,土壤類型為棕壤，取樣方法采用五點法，采集0~20cm耕作層土壤，室溫下風干混勻，過2mm篩，備用。按照文獻[34]測定土壤理化性質，見表1。三氯生標準品質量分數為99.5%(購自Sigma-Aldrich，USA)，溶于丙酮，配成5g/L儲備液，置于4℃冰箱保存；其它試劑均為分析純。

1.2實驗設計與處理稱取預培養好的土壤樣品適量，向土樣加入稀釋至不同濃度的三氯生丙酮溶液,使土樣中三氯生濃度分別為1、5、10、50、100mg/kg干土[29]，同時取一份加入相同量的丙酮作為對照，將土樣與三氯生充分混勻,通風2h使溶劑揮發完全，并調節土壤含水量為最大持水量的60%，置于培養箱中，25℃恒溫條件下避光培養,每2~3d補充水分，保持土樣含水量為最大持水量的60%。培養后第7天、14天、21天、28天、35天和42天時分別取土樣測定土壤脲酶和磷酸酶活性，第21天、28天、35天和42天時測定土壤過氧化氫酶活性，每個處理設3個重復。

1.3土壤酶活性測定方法脲酶活性的測定，用苯酚-次氯酸鈉比色法[35],于波長578nm處比色,單位為mgNH4+-N/(g•h)；酸性磷酸酶活性的測定，采用磷酸苯二鈉比色法[35],于波長410nm處比色,單位為酚mg/g，以風干土重。過氧化氫酶活性測定，采用滴定法，酶活性以單位土重消耗的0.02mol/L的高錳酸鉀毫升數表示[35]。

1.4統計分析所有檢測數據均重復3次,并用MicrosoftExcel2003進行平均值和標準方差運算,以（Mean±S）形式表示。

2結果與討論

2.1投加三氯生對土壤脲酶活性的影響脲酶在土壤中存在十分廣泛，是被深入研究的一種水解酶。脲酶與土壤中氮素轉化密切相關,與蛋白物質一起參與土壤氮素循環。脲酶的酶促反應產物是氨，是植物氮源的重要來源之一。控制土壤脲酶活性的意義在于脲酶能夠提高尿素氮肥的利用率，同時可以防止硝酸鹽及亞硝酸鹽的大量積累。三氯生對脲酶活性的影響狀況見圖1。由圖1可以看出：在開始階段（7d），與對照相比，不同濃度的三氯生對土壤脲酶活性起抑制作用，到21d時，脲酶活性趨于空白對照水平，隨后28d時，低濃度水平的三氯生(≤50mg/kg)激活脲酶活性，高濃度水平的三氯生(100mg/kg)抑制酶活性,35d以后，在三氯生作用下，土壤脲酶活性均被抑制，高濃度的抑制作用大于低濃度，三氯生濃度為100mg/kg時，抑制作用最強烈。個人護理品中消毒殺菌劑應用后對土壤脲酶活性的影響尚未見報道，作者推測造成本次實驗結果的原因可能是三氯生投加后，在培養初期抑制了部分較敏感的微生物，導致脲酶活性降低。而土壤酶活性從受抑制狀態又恢復到初始狀態，可能是三氯生的添加沒有對土壤生態環境造成不可逆的破壞，在土壤微生物適應了環境的改變后，又有新的最適微生物存活繁殖，維護了土壤生態環境的平衡[36],隨后土壤微生物適應了含有三氯生的環境后，脲酶活性有所增加，但在高濃度三氯生的持續作用下，多數土壤微生物產生明顯的抑制作用，使得微生物生物量減少，微生物正常代謝過程中具有酶促作用的有機物釋放量減少，導致脲酶活性被抑制。

2.2不同濃度三氯生對土壤酸性磷酸酶活性的影響狀況土壤磷酸酶酶促作用能加速土壤有機磷的脫磷速度，可以表征土壤磷素有效化強度。圖2表示不同濃度的三氯生對土壤酸性磷酸酶活性影響的趨勢。由圖2可知，與對照相比，三氯生對土壤酸性磷酸酶活性的影響,隨培養時間及污染物濃度水平的不同而不同。三氯生含量低于50mg/kg時，在培養的前4周，對土壤酸性磷酸酶活性有不同程度的激活作用，而在第5周時表現出抑制作用，最后又刺激酶活性。而濃度為100mg/kg時，三氯生對土壤酸性磷酸酶活性有不同程度的抑制作用。即在較高濃度三氯生條件下，酸性磷酸酶活性先抑制，大約在第3周由抑制變為激活，第4和第5周時又抑制，最后恢復到對照水平。因此，低濃度的三氯生刺激土壤酸性磷酸酶活性，濃度高達100mg/kg時，三氯生抑制土壤酸性磷酸酶活性，但培養的后期磷酸酶活性恢復到對照水平。總體來說,投加三氯生對土壤酸性磷酸酶活性影響不大,這與NatashaJ等[29]和Liu等[33]的研究結果相近。在黏土和砂土2種土壤中研究不同濃度的三氯生對酸性磷酸酶活性影響的結果表明[29]，三氯生的應用在砂土中刺激了酸性磷酸酶活性，而在黏土中對磷酸酶活性沒有影響，因此作者認為三氯生的影響作用與土壤類型有關，可能是土壤中微生物內在性質的不同決定了對三氯生的響應程度不同。但總體來說，2種土壤中三氯生的影響都不大。本研究中采用棕壤土，其理化性質與NatashaJ等[29]有很大不同，因此三氯生的影響也有所不同。Liu等[33]的研究同樣表明，磷酸酶活性先增加到最大值后又降低了，盡管總體是抑制效應，但在培養過程中一直在變化，與三氯生濃度間是非線性關系，且培養的最后酶活性有所恢復。本實驗在室內培養過程中，三氯生會發生降解，產生甲基三氯生[11]，因此在培養后期可能是甲基三氯生的毒性作用導致土壤中酸性磷酸酶活性降低，但由于甲基三氯生的容易吸附到土壤顆粒中，其生物可利用性降低，從而對土壤酶活性的抑制作用隨著培養時間逐漸減弱，直至培養后期酶活性逐漸恢復到空白水平。

2.3三氯生對土壤過氧化氫酶活性的影響過氧化氫酶是一種分布很廣泛的酶,它能促進過氧化氫對化合物的氧化作用,有利于防止它對生物體的毒害作用,其活性可以反映土壤呼吸強度,并與有機質含量、微生物數量等有關。不同濃度三氯生對土壤過氧化氫酶活性（以單位土重消耗的0.02mol/L的KMnO4溶液毫升數表示）影響狀況見圖3。如圖3所示，在培養初期(21d)，不同濃度的三氯生對土壤過氧化氫酶活性沒有影響，隨著培養時間的延長，低濃度三氯生作用下，過氧化氫酶活性先升高，此后下降到對照水平。三氯生濃度高于50mg/kg時，在35d時抑制了過氧化氫酶活性，到42d時，50mg/kg的三氯生作用下，過氧化氫酶活性恢復到對照水平，而100mg/kg的三氯生仍然抑制土壤酶活性，本研究結果與張麗珍等[37]的有所不同。張麗珍等[37]研究了另一種個人護理品中的殺菌劑-三氯卡班對土壤過氧化氫酶活性的影響，研究表明三氯卡班對土壤過氧化氫酶活性表現為先抑制后激活作用，與本實驗結果有所不同。可能是因為本實驗中三氯生濃度100mg/kg遠高于前者(70mg/kg)所致。本次實驗結果的可能原因是，過氧化氫屬于活性氧,對生物體有毒害作用,它在細胞代謝過程中不斷產生和消除,處于低水平的動態平衡。本實驗培養初期，三氯生的加入基本沒有破壞該平衡，但在28d時，低濃度三氯生的脅迫使過氧化氫的產生和消除間的平衡遭到破壞,導致過氧化氫的積累[38],這就刺激了過氧化氫酶的分泌以消除多余的過氧化氫,表現為酶活性的增強，而高濃度的三氯生可能會抑制土壤中的大部分微生物，使過氧化氫酶的產生受到抑制，濃度越高，這種抑制作用持續時間越長。

3結論

不同濃度水平的三氯生對3種土壤酶活性的影響程度不同。對脲酶活性來說，低濃度水平的三氯生先抑制后激活脲酶活性，最后脲酶活性恢復到對照水平，高濃度的三氯生先抑制脲酶活性，隨后脲酶活性恢復最后又被抑制。而對酸性磷酸酶活性影響程度有所不同，低濃度水平的三氯生先激活后抑制磷酸酶活性，最后磷酸酶活性恢復到對照水平，高濃度的三氯生先抑制后激活再抑制磷酸酶活性，隨后磷酸酶活性恢復到對照水平。三氯生對土壤過氧化氫酶活性初期沒有影響，此后低濃度三氯生刺激了酶活性，高濃度的三氯生抑制了過氧化氫酶活性。三氯生的疏水性質以及持久性迫切要求深入研究三氯生對土壤敏感微生物群落和過程的生態效應，如硝化菌。今后的研究中，三氯生污染引起的抗性問題也是需要引起重視的[39]。

作者：王鳳花賈文 張慶泉李慧杰高娜娜牛學恒 趙富波趙宗禮單位：山東農業大學資源與環境學院土肥資源高效利用國家工程實驗室山東省高校農業環境重點實驗室