阿特拉津对不同肥力土壤磷酸酶的影响

生态环境2004,13(1):[e-mail]基金项目：科技部社会公益研究专项基金项目（2001DIA10004）；山东农业大学博士后科研基金项目（22023）作者简介：辛承友（1977－），男，硕士研究生，主要从事农药生态毒理研究。*通讯联系人：E-mail:[e-mail]收稿日期：2003-09-29阿特拉津对不同肥力土壤磷酸酶的影响辛承友1，朱鲁生1*，王军1，孙瑞莲1，赵秉强21.山东农业大学资源与环境学院，山东泰安271018；2.中国农科院土壤肥料研究所，北京100081摘要：通过室内恒温培养法，研究除草剂阿特拉津对4种长期定位施肥处理下的土壤的磷酸酶活性的影响。试验结果表明，在阿特拉津质量分数不同和处理时间长短不同的情况下，阿特拉津对土壤磷酸酶的活性既有激活作用又有抑制作用。在试验过程中，4种不同肥力的土壤其磷酸酶活性随着处理时间的延续而呈现出“降低→升高→降低→升高”的消长趋势。不同阿特拉津质量分数对磷酸酶的影响没有规律，同一质量分数处理既有激活作用，也有抑制作用。在4种不同肥力的土壤中，磷酸酶活性最高的是以氮、磷、钾无机肥配合有机肥施用的土壤。关键词：阿特拉津；除草剂；土壤磷酸酶活性；土壤肥力中图分类号：X171.5文献标识码：A文章编号：1672-2175（2004）01-0027-04土壤中存在各种各样的酶，它们主要来自于土壤中的微生物。土壤酶是一种生物催化剂，土壤中各种各样的生化过程是在这些酶的参与下完成的[1]。土壤酶活性反映了土壤中进行的各种生物化学过程的动向和强度，对土壤肥力的形成和提高以及对土壤生态系统的物质循环具有重要意义[2]。土壤有机磷转化受多种因子的制约，尤其是磷酸酶的参与，可加速土壤有机磷的水解矿化速度，提高土壤磷素的有效性[3]。磷酸酶活性是评价土壤磷素生物转化方向与强度的指标[4]。阿特拉津是一种广泛使用的三嗪类低毒除草剂，可防除玉米、甘薯、甘蔗、果园中的阔叶杂草及部分禾本科杂草，但它在土壤中的残留半衰期长达28～399d，大量持续使用该除草剂必将影响土壤的理化性质、土壤肥力和农产品的品质，造成严重的全球性生态问题。1980～1990年美国每年释放的阿特拉津就高达36000多t[5]。我国从20世纪80年代初开始使用，近年来使用面积不断扩大，1996年阿特拉津全年的使用量为1800t，1998年为2130t，1999年为2205t，2000年为2835.2t[6]；平均每年用量以20%的速度递增。尤其是在华北和东北地区使用更加广泛，仅辽宁一省就有5.3×105ha土地在使用阿特拉津除草，使用量超过1600t[7]。国内外很多学者的研究表明，不同环境条件下的磷酸酶活性有一定的差异[8~19]，并且不同农用化学物质可能对土壤磷酸酶的活性有影响[2,20~22]。但是农药对不同肥力条件下土壤磷酸酶影响的报道比较少见。本文初步探索阿特拉津使用后对几种不同肥力土壤磷酸酶的影响规律，从而间接反映该农药对土壤肥力状况的影响，以便为科学合理地使用该农药及提高肥料的利用率、减少环境污染提供科学依据。1材料与方法1.1试验材料1.1.1供试土壤供试的4种土壤为褐潮土，属潮土类，采自国家褐潮土壤肥力和肥料效益监测基地（北京昌平）长期定位试验田。该试验田自1990年设置，至今已经连续12年。试验前（1990年）耕层土壤主要理化性质如下：有机质、全氮、全磷、全钾质量分数分别为12.30、0.80、1.52、17.50g/kg；速效氮、速效磷、速效钾质量分数分别为36.07、11.16、78.61mg/kg；pH8.82。处理后土壤的理化性质见表1。本实验共设4种土壤处理，分别为：（1）CK：种植，不施肥；（2）NPK：每茬施用N150kg/hm2+P2O575kg/hm2+K2O37.5kg/hm2；（3）NPK+M：N、P、K肥施用量与（2）相同，再加上施用有机肥22500kg/hm2；（4）NPK+S：N、P、K肥施用量与（2）相同，再加上施用干玉米秸秆3000kg/hm2；氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾。试验小区面积为200m2，不设重复，各处理均实行“玉米-小麦”一年两熟连作。本试验土样采集于2002年4月，均为0～20cm耕层土壤。每个处理随机取5个点，剔除石砾和植物残根等杂物，混合制样，装入袋中。1.1.2药品和试剂阿特拉津原药质量分数为95.5%；甲苯、磷酸苯二钠、四硼酸钠、氢氧化钠、铁氰化钾、4-氨基安替吡啉、酚等均为分析纯；自制二次重蒸水。表1供试土壤的理化性质处理有机碳全氮全磷碱解氮速效磷速效钾w/(g·kg-1)w/(mg·kg-1)CK13.200.730.5855.781.4870.00NPK13.200.780.5566.931.9070.00NPK+M15.000.830.6265.3919.4590.00NPK+S16.100.930.9076.1686.20100.0028生态环境第13卷第1期（2004年2月）1.2实验方法1.2.1试验原理本实验采用了磷酸苯二钠法测定磷酸酶活性，其原理是：磷酸苯二钠作为基质被土壤磷酸酶水解后生成酚，测定酚的质量即可测定磷酸酶的活性[4,23]。1.2.2试验设计因为本实验所用的土样pH8.84（参考土壤处理前理化指标）为碱性，所以主要测定碱性磷酸酶的活性[24]；根据田间使用量及施药方法，估算在田间正常使用的情况下土壤中的阿特拉津浓度约为5mg/kg，故实验中阿特拉津处理浓度设为0（CK）、1、5、10mg/kg[25]。1.2.3酚标准曲线（1）原液：准确称取1g酚用蒸馏水溶解至1L，保存在暗色瓶中。（2）工作液：准确量取10ml原液用蒸馏水稀释至1L（1ml含10µg酚）。绘制标准曲线：分别取1，3，5，7，9，11和13ml稀释的工作液于50ml容量瓶中，分别加入20ml蒸馏水，再加入5mlpH9.6的硼酸盐缓冲液，0.5ml质量分数为2.0%的4-氨基安替吡啉溶液，0.5ml质量分数为8%的铁氰化钾溶液，摇匀显色20min，这时显青色，定容，在分光光度计上于波长578nm处比色，以工作液为横坐标，以吸光值为纵坐标绘制标准曲线，得到的标准曲线为：Y=0.0563X+0.0009（R=0.9988）1.2.4土壤磷酸酶活性的测定取上述供试新鲜土样过20目筛，调节土壤水分质量分数为田间最大持水量的60%，每种土样200g置入广口瓶中，添加阿特拉津标准溶液，使其在土壤中的质量分数分别为0、1、5、10mg/kg，塞上棉塞，于（25±1）℃生化培养箱中培养。每隔1天用称质量法调节水分质量分数，使水分质量分数在实验期内保持恒定。农药用丙酮溶解，同时设溶剂对照。于处理后第1、4、8、16、24、36天分别准确称取各处理土壤5g置于250ml三角瓶中，加1ml甲苯（以全部浸润土样为准），轻摇混匀，静置15min，加入10ml磷酸苯二钠溶液和10mlpH9.6的硼酸盐缓冲液，仔细混合后将混合物置于37℃恒温箱中培养12h。培养结束后摇匀过滤，取1ml滤液于25ml容量瓶中，加10ml蒸馏水，5ml硼酸缓冲液，1ml质量分数为2%的4-氨基安替吡啉溶液，1ml质量分数为8%的铁氰化钾溶液，摇动，溶液呈粉红色；然后用蒸馏水定容，待颜色稳定时（约需20～30min），在分光光度计上于波长578nm处测定溶液的光密度，参比以不加滤液其它步骤相同。根据用酚制备的标准曲线查出供试滤液中酚的量。试验设3次重复，结果为其平均值，同时设置无土对照和无基质对照。无土对照：不加土样，其它操作与样品试验相同。无基质对照：以等体积水代替基质，其它操作与样品试验相同。磷酸酶活性以每克风干土壤中的酚的毫克数（mg/g）来表示：wp＝（XS－XNS－XNB）×Y×Z×n上式中，wp为土壤磷酸酶活性值；XS、XNS、XNB分别为样品、无土、无基质对照的光密度值在标准曲线上对应的酚的质量（mg）；Y为样品溶液的体积与测定样品体积之比值（本实验中为20）；Z为测定酶活性的单位土壤质量与样品质量之比值（本实验中为1/5）；n为滤液稀释倍数（本实验中为25）。2结果与讨论2.1阿特拉津处理后的土壤磷酸酶活性经不同质量分数的阿特拉津处理后，在不同时间测得的4种土壤磷酸酶活性见表2。由表2可以看出，处理第1天4种不同肥力的土壤，在不加阿特拉津处理时的磷酸酶活性比较为：NPK+MCKNPK+SNPK，说明有机肥能提高磷酸酶的活性[14]。在整个试验过程中，不加阿特拉津处理的对照的土壤磷酸酶活性随着处理时间的延续有一定的消长动态，说明磷酸酶活性随处理时间而变化。这可能是土壤微生物的消长变化引起的。经阿特拉津处理后，随处理时间和处理浓度的变化，磷酸酶活表2土壤磷酸酶活性wp/(mg·g-1)处理时间/d不同施肥处理w(阿特拉津)/(mg·g-1)015101CKNPKNPK+MNPK+S1.00690.76831.16860.89390.70501.34091.66301.03000.52560.69671.02171.29350.59720.75531.06140.80514CKNPKNPK+MNPK+S0.33190.52550.86000.67470.48940.31001.00160.61430.48700.20760.65520.49530.44200.55930.82330.53328CKNPKNPK+MNPK+S0.60021.16861.19580.82460.71680.63341.01290.86250.69260.94770.96730.80090.78791.13901.10760.773716CKNPKNPK+MNPK+S1.34911.09691.08630.80330.92051.23311.28220.83171.34151.13131.07030.92401.17331.05961.11471.021124CKNPKNPK+MNPK+S0.73100.48350.64340.61440.25080.66410.82100.46630.51730.62500.93290.59480.42430.53560.94710.392336CKNPKNPK+MNPK+S1.30771.17331.37041.21241.14431.39351.36931.15371.38351.40661.58121.28281.25261.26331.38821.3592辛承友等：阿特拉津对不同肥力土壤磷酸酶的影响29性发生了显著的变化，说明阿特拉津对土壤磷酸酶的作用差异明显，不同浓度处理在不同处理时间有不同的抑制或激活作用。在本实验中阿特拉津对磷酸酶的作用既有激活作用又有抑制作用，这与周礼恺[23]叙述的除草剂阿特拉津能明显的降低土壤磷酸酶的活性不一致。这可能是阿特拉津能被土壤微生物分解、利用，微生物细胞合成酶的数量增加，以及阿特拉津对这些酶产生一定的激活或抑制作用。由于阿特拉津在土壤中不断减少，土壤微生物活性也发生变化，从而磷酸酶活性发生了显著的差异[26]。2.2阿特拉津对不同肥力土壤磷酸酶活性的影响以处理时间为横坐标、以土壤磷酸酶的活性为纵坐标作图，结果见图1～4。由图1可以看出，CK土壤磷酸酶活性随着处理时间的延续呈现“降低→升高→降低→升高”的变化趋势，其中第4、8天不同阿特拉津质量分数处理对磷酸酶都具有激活作用。与不加阿特拉津的对照比较，第1天经阿特拉津处理的土壤磷酸酶活性降低，说明磷酸酶活性受到明显的抑制，阿特拉津质量分数为5mg/kg时活性最低，抑制率接近50%；随后在处理第4天和第8天磷酸酶活性平均水平都下降，但经阿特拉津处理的土样表现为磷酸酶受到激活；到处理第16天和第24天，阿特拉津对磷酸酶又表现为抑制作用，处理第24天受到较强的抑制作用，阿特拉津质