王艷

不同有機(jī)物料對有機(jī)磷農(nóng)藥污染土壤酶活性及土壤微生物量的影響

王艷

山西財(cái)經(jīng)大學(xué)國際貿(mào)易學(xué)院，山西 太原 030006

農(nóng)藥污染嚴(yán)重影響了土壤的生態(tài)和食品的安全，為了解有機(jī)物料對農(nóng)藥污染土壤修復(fù)的影響，本文采用室內(nèi)恒溫恒濕培養(yǎng)的方法，研究了在有機(jī)磷農(nóng)藥污染的土壤中加入葡萄糖、堆肥、秸稈3種不同的有機(jī)物料對土壤微生物及土壤酶活性的影響，結(jié)果表明：有機(jī)磷農(nóng)藥對土壤微生物生物量碳和土壤的呼吸強(qiáng)度都有一定的影響，具體表現(xiàn)為前期（0～3 d）抑制，中期（3～40 d）為促進(jìn)作用，后期（40 d以后）恢復(fù)穩(wěn)定。加入有機(jī)物料后，顯著提高了土壤的微生物生物量碳和土壤的呼吸強(qiáng)度，其中葡萄糖、堆肥、秸稈處理分別在第9、30、40天時(shí)的土壤的微生物生物量碳最高，在第9、30、50天時(shí)土壤的呼吸強(qiáng)度最高。有機(jī)磷農(nóng)藥對土壤過氧化氫酶和土壤脲酶影響表現(xiàn)為先抑制后激活，然后恢復(fù)的變化趨勢。加入不同有機(jī)物料后，堆肥和秸稈對土壤過氧化氫酶和土壤脲酶都有促進(jìn)作用，顯著提高了其活性。堆肥處理的土壤過氧化氫酶、脲酶活性分別在0～20 d，20 d為最高，秸稈處理的土壤過氧化氫酶、脲酶活性都在40～50 d為最高。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)（70 d），秸稈、堆肥處理的土壤過氧化氫酶、脲酶活性要高于葡萄糖、空白處理。葡萄糖處理在前期（0～40 d）對過氧化氫酶、脲酶活性有一定的影響，到后期（40～70 d）同空白之間差異不大。研究結(jié)果表明有機(jī)物料的加入可以提高土壤微生物量和土壤的呼吸強(qiáng)度，提高土壤酶的活性，對于農(nóng)藥污染土壤的修復(fù)具有積極的作用。

有機(jī)磷農(nóng)藥；有機(jī)物料；土壤微生物量；土壤酶

農(nóng)藥對世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有很大的貢獻(xiàn)，全球每年使用的農(nóng)藥近600萬t，可使糧食產(chǎn)量增加25%～30%，蔬菜增加40%～45%（Pimentel，1995），但在使用的農(nóng)藥中只有0.1%能發(fā)揮實(shí)際效能，其余大部分殘留在環(huán)境中（Pimentel，1995；Thwih，2002），通過沉降、降雨、淋溶、揮發(fā)等途徑進(jìn)入土體、水體、大氣（Vryzas等，2009；宋寧慧等，2010；許百發(fā)等，2010），造成污染，進(jìn)而對人和生物造成嚴(yán)重危害。在我國的農(nóng)藥市場上有機(jī)磷農(nóng)藥所占份額最大，且使用比較廣泛（李曉超，2007），由于有機(jī)磷農(nóng)藥大多屬于中高毒性農(nóng)藥，且多具有內(nèi)吸毒性，在環(huán)境中殘留量大，難以自然降解（Tamara和Richard，2003；Engel等，2001）。在我國受農(nóng)藥污染的耕地約有1600萬hm2，有機(jī)磷農(nóng)藥是造污染的主要原因，使耕地環(huán)境質(zhì)量不斷下降（權(quán)桂芝，2007）。隨著農(nóng)藥殘留問題的日益突出和人們環(huán)保意識的提高，對于污染土壤的修復(fù)研究也越來越多，其中對環(huán)境友好的生物轉(zhuǎn)化和微生物降解技術(shù)成為近年來的研究熱點(diǎn)（金瀟等，2011；Bhadbhade等，2002；王繼雯等，2013）。本文通過研究加入不同有機(jī)物料后對有機(jī)磷農(nóng)藥污染土壤酶活性及土壤微生物的影響，旨在為生物治理農(nóng)藥污染土壤技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

土壤采自山西省太原市清徐縣清源鎮(zhèn)下轄村農(nóng)戶大棚，農(nóng)藥為50%（V/V）對硫磷乳油，天津紅星制藥廠生產(chǎn)。供試材料：1）玉米秸稈，其有機(jī)碳含量為461.4 g·kg-1。將采集的玉米秸稈用剪刀剪成大約1.5 cm的小段，在烘箱中于70 ℃烘干至恒重，用粉碎機(jī)粉碎，過1 mm篩備用。2）腐熟堆肥（牛糞），其有機(jī)碳含量為114.4 g·kg-1。將采集的堆肥用手掰成小塊，在烘箱中于70 ℃烘干至恒重，用粉碎機(jī)粉碎，過1 mm篩備用。3）供試葡萄糖，其有機(jī)碳含量為400 g·kg-1，分析純，天津市化學(xué)試劑三廠。根據(jù)等碳原則，每千克土樣中需要加

入的有機(jī)物料質(zhì)量為玉米秸稈6.5 g，腐熟堆肥26.2 g，葡萄糖7.5 g。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將土壤自然風(fēng)干后過2 cm的篩，調(diào)節(jié)含水量為土壤持水量(WHC)的50%，此時(shí)土壤手感濕潤疏松但不結(jié)塊，同時(shí)加入農(nóng)藥，加入量為每千克土樣中需要加入對硫磷濃度為100 mg·kg-1。將土壤置于密封的塑料桶內(nèi)，在室溫下預(yù)培養(yǎng)1 d。然后分別稱取土樣3000 g(濕土重)置于塑料盆中，加入有機(jī)物料。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為：1）空白：混合土壤；2）葡萄糖：混合土壤+葡萄糖；3）腐熟堆肥：混合土壤+腐熟的堆肥；4）秸稈：混合土壤+玉米秸稈，3次重復(fù)。將不同處理的土樣置于恒溫(25 ℃)、恒濕（50%）的條件下培養(yǎng)。

1.3測定項(xiàng)目與方法

在培養(yǎng)后的一定時(shí)間內(nèi)取土樣，采用氯仿熏蒸K2SO4提取法測定土壤微生物生物量碳（吳金水等，2006）、高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性（關(guān)松萌等，1986p323）、比色法測定脲酶活性（關(guān)松萌等，1986p296-297）。

土壤微生物呼吸強(qiáng)度的測定：在原有室內(nèi)培養(yǎng)法（范志平等，2008）的基礎(chǔ)上，采用氣相色譜（GC214B，SHIMADZU）檢測CO2。色譜條件：10 m×2 mm不銹鋼色譜柱；進(jìn)樣口溫度、柱溫以及檢測器（TCD）溫度分別為40、40 ℃和90 ℃；載氣為氮?dú)?，流速?0 mL·min-1；進(jìn)樣量0.2 mL。

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel2003軟件完成。

圖1 不同有機(jī)物料對土壤微生物碳的影響Fig. 1 Effect of organic materials on soil biomass c

2 結(jié)果與分析

2.1不同有機(jī)物料對污染土壤微生物生物量碳的影響

由圖1可知，空白處理在前期（0～3 d）時(shí)土壤微生物生物量碳下降，然后又開始升上，到40 d后，基本保持穩(wěn)定。各有機(jī)物料處理中葡萄糖處理在第3天時(shí)土壤微生物生物量碳就遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他處理，到第9天時(shí)達(dá)到了最高值，1374.8 mg·kg-1，然后開始下降，到40 d時(shí)只較空白處理高出9.6%；堆肥處理在30 d時(shí)達(dá)到了最高值，在50 d時(shí)較空白處理高出12.2%，到60 d時(shí)其與空白、葡萄糖處理沒有明顯的差異；秸稈處理在30 d前土壤微生物生物量碳低于堆肥、葡萄糖處理，在40 d時(shí)達(dá)到了最大值，到70 d時(shí)與其他處理間沒有明顯差異。

2.2不同有機(jī)物料對土壤呼吸的影響

此外，醫(yī)院用大廳設(shè)置鋼琴?zèng)_淡醫(yī)院的冷峻和嘈雜；用手術(shù)等待區(qū)——患者家屬可以邊進(jìn)食邊等待，緩解焦慮等一系列舉措，踐行“優(yōu)質(zhì)”這一定語。

CO2是微生物分解作用的產(chǎn)物，因此通過測定CO2釋放量可以進(jìn)一步的反應(yīng)出土壤中微生物的活性。從圖2可以看出，各處理土壤CO2釋放量同圖1中各處理微生物碳的變化趨勢大體相一致，葡萄糖處理在第9天為最高，分別為秸稈和堆肥處理的2.4倍和2.7倍；堆肥處理在30 d時(shí)達(dá)到最高，分別較葡萄糖和秸稈處理高出22.0%和29.3%；秸稈處理在50 d時(shí)達(dá)到最高值，分別為堆肥和葡萄糖處理的2.4倍和2.6倍。空白處理土壤CO2釋放量在整個(gè)過程中變化較小，在70 d時(shí)各處理間的土壤CO2釋放量差異都很小。

2.3不同有機(jī)物料對土壤過氧化氫酶活性的影響

土壤過氧化氫酶促進(jìn)過氧化氫的分解，能有效地防止土壤及生物體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的過氧化氫對其毒害（鄭巍等，2000）。在整個(gè)培養(yǎng)時(shí)期中（圖3），葡萄糖處理前20 d的過氧化氫酶活性最低，在40 d、50 d時(shí)分別較空白處理高出8.6%和14.3%，50 d以后和空白處理間沒有的顯著的差異?？瞻滋幚淼耐寥肋^氧化氫酶活性在9 d時(shí)達(dá)到最高，然后下降，到50 d后基本保持不變。堆肥處理在9 d、20 d時(shí)土壤過氧化氫酶活性最高，隨后開始下降。秸稈處理在3～9 d時(shí)升高，隨后下降，到40 d時(shí)又升高，達(dá)到最大值18.9 mg·g-1·h-1，到

70 d時(shí)同堆肥處理基本保持一致，但兩者的土壤過氧化氫酶活性要高于空白和葡萄糖處理。

圖2 不同有機(jī)物料對土壤CO2釋放量的影響Fig. 2 Effect of organic materials on soil CO2emission

圖3 不同有機(jī)物料對土壤過氧化氫酶活性的影響Fig. 3 Effect of organic materials on soil catalase activity

圖4 不同有機(jī)物料對土壤脲酶活性的影響Fig. 4 Effect of organic materials on soil urease activity

2.4不同有機(jī)物料對土壤脲酶活性的影響

土壤脲酶作為一種酰胺酶，可水解尿素為氨和二氧化碳，是氮素轉(zhuǎn)化的重要酶類。在整個(gè)培養(yǎng)過程中(圖4)空白處理在第3天時(shí)，脲酶活性較低，到第9天時(shí)達(dá)到了最高，然后開始下降，到40 d以后，基本保持不變，葡萄糖處理在第3、9天時(shí)脲酶活性在各處理中為最高，其中第9天時(shí)達(dá)到了2.0 NH4+-N mg·g-1，然后迅速下降，到40 d以后，同空白處理相差不大。堆肥處理在第20天時(shí)達(dá)最高，到50 d后保持穩(wěn)定，秸稈處理在40 d時(shí)為最高。

到70 d時(shí)，秸稈、堆肥處理的脲酶活性要高于葡萄糖、空白處理。

3 討論

土壤酶來自土壤微生物、植物和動(dòng)物活體或殘?bào)w，是土壤的重要組成部分，其參與土壤中所有的生化反應(yīng)，在物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量代謝、污染土壤修復(fù)（CaiK等，2006）等過程中發(fā)揮著重要作用。近年來國內(nèi)外學(xué)者（Davies和Greaves，1981；王金花等，2003；周瑛等，2005）對土壤酶與農(nóng)藥的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥對土壤酶的作用隨農(nóng)藥和土壤類型的不同而有較大差異。本試驗(yàn)中有機(jī)磷農(nóng)藥對硫磷對土壤過氧化氫酶和土壤脲酶表現(xiàn)為先抑制后激活，然后恢復(fù)的變化趨勢，其與魯赫鳴、楊春璐（魯赫鳴等，2004；楊春璐等，2006）等人的研究結(jié)果一致。加入不同有機(jī)物料后，除葡萄糖外，堆肥和秸稈對土壤過氧化氫酶和土壤脲酶都促進(jìn)作用，顯著提高了其活性。在整個(gè)培養(yǎng)過程中堆肥和秸稈處理土壤的過氧化氫酶活性都高于葡萄糖和對照處理，堆肥和秸稈處理之間土壤酶活性的變化趨勢同土壤微生物的變化趨勢一致，這說明土壤酶和土壤微生物之間有著密切的相關(guān)關(guān)系，微生物生命代謝活動(dòng)的加強(qiáng)能夠提高土壤酶活性，同時(shí)土壤酶活性的提高也促進(jìn)了土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化速率，為微生物提供養(yǎng)分和良好的土壤微生態(tài)環(huán)境，其同前人的研究結(jié)果一致（鄭勇等，2008）。葡萄糖處理的土壤過氧化氫酶活性在前期顯著低于其他處理，可能因在過氧化氫酶測定過程中高錳酸鉀會(huì)氧化葡萄糖導(dǎo)致了測定結(jié)果偏低。

4 結(jié)論

對硫磷農(nóng)藥對土壤微生物生物量碳和土壤的呼吸強(qiáng)度的影響為前期（0～3 d）都有一定的抑制作用，中期（3～40 d）為促進(jìn)作用，后期（40 d以后）恢復(fù)穩(wěn)定，加入有機(jī)物料后，顯著提高了土壤的微生物生物量碳和土壤的呼吸強(qiáng)度，其中葡萄糖、堆肥、秸稈分別在第9、30、40天時(shí)的土壤的微生物生物量碳最高，在第9、30、50天時(shí)土壤的呼吸強(qiáng)度最高。對硫磷對土壤過氧化氫酶和土壤脲酶活性的影響表現(xiàn)為先抑制后激活，然后恢復(fù)到加入前的活性水平。加入不同有機(jī)物料后，堆肥和秸稈對土壤過氧化氫酶和土壤脲酶都有促進(jìn)作用，顯著提高了其活性。葡萄糖在0～20 d期間內(nèi)對脲酶也有一定的促進(jìn)作用，后期同空白處理差異不大。有機(jī)物料的加入可以提高土壤微生物量和土壤的呼吸強(qiáng)度，提高土壤酶的活性，對于農(nóng)藥污染土壤的修復(fù)具有積極的作用。

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Effect of Organic Materials on Soil Microbial Biomass and Soil Enzyme in the Soils Contaminated by Organophosphorus Pesticides

WANG Yan
School of International Trade, Shanxi University of Finance & Economics, Taiyuan 030006, China

Pesticide pollution seriously endangers soil ecology and food security. In order to understand the effect of organic materials on the remediation of soils contaminated with pesticides, in this paper, in condition of indoor constant temperature and humidity, soil biomass and soil enzyme were studied in organophosphorus pesticides contaminated soil by application glucose, compost and straw.The result showed that the effects of parathion pesticide on soil biomass carbon and respiration intensity were suppression in earlier period(0～3 d), promotion in medium(3～40 d) and stability in the later stage(after 40 d). After application organic materials, soil biomass carbon and respiration intensity significantly increased. In which, soil biomass carbon of glucose, compost and straw treatments were the highest in 9 d、30 d、40 d respectively and soil respiration intensity were the highest in 9 d、30 d、50 d respectively. The effect of parathion pesticide on soil catalase and urease activity were suppression at first, then activation, but later restore. After adding organic materials, compost and straw significantly improved the activity of soil catalase and urease. The activity of soil catalase and urease were the highest in 0～20 d and 20 d respectively in compost treatment. And they were the highest both in 40～50 d in straw treatment. At the end of culture (70 d), the activity of soil catalase and urease in compost treatment and straw treatments were higher than that in glucose and CK treatments. Glucose had influence on soil catalase and urease at the earlier stage (0～40 d), but had no difference from CK at later stage (40～70 d). The results showed that organic materials not only increased soil microbial biomass and respiration intensity, but also improved soil enzyme activity. It played a positive role in remediation of pesticide contaminated soil.

organophosphorus; pesticides; organic materials; soil microbial biomass; soil enzyme

S141; X172

A

1674-5906（2014）07-1205-05

山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目（20090311027）

王艷（1964年生），女，教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境及新型肥料的研制工作。E-mail: wangy64@263.net

2014-04-21

王艷. 不同有機(jī)物料對有機(jī)磷農(nóng)藥污染土壤酶活性及土壤微生物量的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(7): 1205-1209.

WANG Yan. Effect of Organic Materials on Soil Microbial Biomass and Soil Enzyme in the Soils Contaminated by Organophosphorus Pesticides [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(7): 1205-1209.