三氯生对土壤酶活性的影响范文

《环境科学与技术杂志》2014年第S1期

1材料和方法

1.1供试土壤与污染物供试土壤采自山东农业大学试验田土壤,土壤类型为棕壤，取样方法采用五点法，采集0~20cm耕作层土壤，室温下风干混匀，过2mm筛，备用。按照文献[34]测定土壤理化性质，见表1。三氯生标准品质量分数为99.5%(购自Sigma-Aldrich，USA)，溶于丙酮，配成5g/L储备液，置于4℃冰箱保存；其它试剂均为分析纯。

1.2实验设计与处理称取预培养好的土壤样品适量，向土样加入稀释至不同浓度的三氯生丙酮溶液,使土样中三氯生浓度分别为1、5、10、50、100mg/kg干土[29]，同时取一份加入相同量的丙酮作为对照，将土样与三氯生充分混匀,通风2h使溶剂挥发完全，并调节土壤含水量为最大持水量的60%，置于培养箱中，25℃恒温条件下避光培养,每2~3d补充水分，保持土样含水量为最大持水量的60%。培养后第7天、14天、21天、28天、35天和42天时分别取土样测定土壤脲酶和磷酸酶活性，第21天、28天、35天和42天时测定土壤过氧化氢酶活性，每个处理设3个重复。

1.3土壤酶活性测定方法脲酶活性的测定，用苯酚-次氯酸钠比色法[35],于波长578nm处比色,单位为mgNH4+-N/(g•h)；酸性磷酸酶活性的测定，采用磷酸苯二钠比色法[35],于波长410nm处比色,单位为酚mg/g，以风干土重。过氧化氢酶活性测定，采用滴定法，酶活性以单位土重消耗的0.02mol/L的高锰酸钾毫升数表示[35]。

1.4统计分析所有检测数据均重复3次,并用MicrosoftExcel2003进行平均值和标准方差运算,以（Mean±S）形式表示。

2结果与讨论

2.1投加三氯生对土壤脲酶活性的影响脲酶在土壤中存在十分广泛，是被深入研究的一种水解酶。脲酶与土壤中氮素转化密切相关,与蛋白物质一起参与土壤氮素循环。脲酶的酶促反应产物是氨，是植物氮源的重要来源之一。控制土壤脲酶活性的意义在于脲酶能够提高尿素氮肥的利用率，同时可以防止硝酸盐及亚硝酸盐的大量积累。三氯生对脲酶活性的影响状况见图1。由图1可以看出：在开始阶段（7d），与对照相比，不同浓度的三氯生对土壤脲酶活性起抑制作用，到21d时，脲酶活性趋于空白对照水平，随后28d时，低浓度水平的三氯生(≤50mg/kg)激活脲酶活性，高浓度水平的三氯生(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，高浓度的抑制作用大于低浓度，三氯生浓度为100mg/kg时，抑制作用最强烈。个人护理品中消毒杀菌剂应用后对土壤脲酶活性的影响尚未见报道，作者推测造成本次实验结果的原因可能是三氯生投加后，在培养初期抑制了部分较敏感的微生物，导致脲酶活性降低。而土壤酶活性从受抑制状态又恢复到初始状态，可能是三氯生的添加没有对土壤生态环境造成不可逆的破坏，在土壤微生物适应了环境的改变后，又有新的最适微生物存活繁殖，维护了土壤生态环境的平衡[36],随后土壤微生物适应了含有三氯生的环境后，脲酶活性有所增加，但在高浓度三氯生的持续作用下，多数土壤微生物产生明显的抑制作用，使得微生物生物量减少，微生物正常代谢过程中具有酶促作用的有机物释放量减少，导致脲酶活性被抑制。

2.2不同浓度三氯生对土壤酸性磷酸酶活性的影响状况土壤磷酸酶酶促作用能加速土壤有机磷的脱磷速度，可以表征土壤磷素有效化强度。图2表示不同浓度的三氯生对土壤酸性磷酸酶活性影响的趋势。由图2可知，与对照相比，三氯生对土壤酸性磷酸酶活性的影响,随培养时间及污染物浓度水平的不同而不同。三氯生含量低于50mg/kg时，在培养的前4周，对土壤酸性磷酸酶活性有不同程度的激活作用，而在第5周时表现出抑制作用，最后又刺激酶活性。而浓度为100mg/kg时，三氯生对土壤酸性磷酸酶活性有不同程度的抑制作用。即在较高浓度三氯生条件下，酸性磷酸酶活性先抑制，大约在第3周由抑制变为激活，第4和第5周时又抑制，最后恢复到对照水平。因此，低浓度的三氯生刺激土壤酸性磷酸酶活性，浓度高达100mg/kg时，三氯生抑制土壤酸性磷酸酶活性，但培养的后期磷酸酶活性恢复到对照水平。总体来说,投加三氯生对土壤酸性磷酸酶活性影响不大,这与NatashaJ等[29]和Liu等[33]的研究结果相近。在黏土和砂土2种土壤中研究不同浓度的三氯生对酸性磷酸酶活性影响的结果表明[29]，三氯生的应用在砂土中刺激了酸性磷酸酶活性，而在黏土中对磷酸酶活性没有影响，因此作者认为三氯生的影响作用与土壤类型有关，可能是土壤中微生物内在性质的不同决定了对三氯生的响应程度不同。但总体来说，2种土壤中三氯生的影响都不大。本研究中采用棕壤土，其理化性质与NatashaJ等[29]有很大不同，因此三氯生的影响也有所不同。Liu等[33]的研究同样表明，磷酸酶活性先增加到最大值后又降低了，尽管总体是抑制效应，但在培养过程中一直在变化，与三氯生浓度间是非线性关系，且培养的最后酶活性有所恢复。本实验在室内培养过程中，三氯生会发生降解，产生甲基三氯生[11]，因此在培养后期可能是甲基三氯生的毒性作用导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颗粒中，其生物可利用性降低，从而对土壤酶活性的抑制作用随着培养时间逐渐减弱，直至培养后期酶活性逐渐恢复到空白水平。

2.3三氯生对土壤过氧化氢酶活性的影响过氧化氢酶是一种分布很广泛的酶,它能促进过氧化氢对化合物的氧化作用,有利于防止它对生物体的毒害作用,其活性可以反映土壤呼吸强度,并与有机质含量、微生物数量等有关。不同浓度三氯生对土壤过氧化氢酶活性（以单位土重消耗的0.02mol/L的KMnO4溶液毫升数表示）影响状况见图3。如图3所示，在培养初期(21d)，不同浓度的三氯生对土壤过氧化氢酶活性没有影响，随着培养时间的延长，低浓度三氯生作用下，过氧化氢酶活性先升高，此后下降到对照水平。三氯生浓度高于50mg/kg时，在35d时抑制了过氧化氢酶活性，到42d时，50mg/kg的三氯生作用下，过氧化氢酶活性恢复到对照水平，而100mg/kg的三氯生仍然抑制土壤酶活性，本研究结果与张丽珍等[37]的有所不同。张丽珍等[37]研究了另一种个人护理品中的杀菌剂-三氯卡班对土壤过氧化氢酶活性的影响，研究表明三氯卡班对土壤过氧化氢酶活性表现为先抑制后激活作用，与本实验结果有所不同。可能是因为本实验中三氯生浓度100mg/kg远高于前者(70mg/kg)所致。本次实验结果的可能原因是，过氧化氢属于活性氧,对生物体有毒害作用,它在细胞代谢过程中不断产生和消除,处于低水平的动态平衡。本实验培养初期，三氯生的加入基本没有破坏该平衡，但在28d时，低浓度三氯生的胁迫使过氧化氢的产生和消除间的平衡遭到破坏,导致过氧化氢的积累[38],这就刺激了过氧化氢酶的分泌以消除多余的过氧化氢,表现为酶活性的增强，而高浓度的三氯生可能会抑制土壤中的大部分微生物，使过氧化氢酶的产生受到抑制，浓度越高，这种抑制作用持续时间越长。

3结论

不同浓度水平的三氯生对3种土壤酶活性的影响程度不同。对脲酶活性来说，低浓度水平的三氯生先抑制后激活脲酶活性，最后脲酶活性恢复到对照水平，高浓度的三氯生先抑制脲酶活性，随后脲酶活性恢复最后又被抑制。而对酸性磷酸酶活性影响程度有所不同，低浓度水平的三氯生先激活后抑制磷酸酶活性，最后磷酸酶活性恢复到对照水平，高浓度的三氯生先抑制后激活再抑制磷酸酶活性，随后磷酸酶活性恢复到对照水平。三氯生对土壤过氧化氢酶活性初期没有影响，此后低浓度三氯生刺激了酶活性，高浓度的三氯生抑制了过氧化氢酶活性。三氯生的疏水性质以及持久性迫切要求深入研究三氯生对土壤敏感微生物群落和过程的生态效应，如硝化菌。今后的研究中，三氯生污染引起的抗性问题也是需要引起重视的[39]。

作者：王凤花贾文 张庆泉李慧杰高娜娜牛学恒 赵富波赵宗礼单位：山东农业大学资源与环境学院土肥资源高效利用国家工程实验室山东省高校农业环境重点实验室