草甘膦對(duì)稻田土壤酶活力與土壤呼吸強(qiáng)度的影響

吳小玲，付立林，賀小兵，魏寶陽(yáng)

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科技學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.岐山中學(xué)，湖南 湘鄉(xiāng) 411432）

土壤微生物和土壤酶既是土壤有機(jī)物轉(zhuǎn)化的執(zhí)行者，又是植物營(yíng)養(yǎng)元素的活性庫(kù)，并在碳、氮、磷循環(huán)過(guò)程中具有重要的作用。化肥、農(nóng)藥對(duì)土壤的新陳代謝有直接影響，以農(nóng)藥殘留對(duì)土壤酶活性影響最為明顯。土壤酶，作為一項(xiàng)生態(tài)毒理學(xué)指標(biāo)，被許多學(xué)者用來(lái)判斷外來(lái)物質(zhì)對(duì)土壤的污染程度。目前的糧食生產(chǎn)不可避免地要使用化學(xué)農(nóng)藥，草甘膦[1-2]就是一種廣譜、滅生性內(nèi)吸傳導(dǎo)型化學(xué)除草劑，其最大的特點(diǎn)是傳導(dǎo)性強(qiáng)，對(duì)多年生深根雜草的地下組織破壞力很強(qiáng)，能達(dá)到一般農(nóng)業(yè)機(jī)械無(wú)法達(dá)到的程度。自1971年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，草甘膦被廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的雜草防治，到20世紀(jì)80年代已經(jīng)成為世界雜草防治的主要藥劑。

但是使用草甘膦后，農(nóng)田的土壤微生物和土壤酶活性是否會(huì)受到影響，此類相關(guān)的研究在國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)報(bào)道。通過(guò)研究草甘膦對(duì)土壤中蛋白酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶4種酶的活性及土壤呼吸強(qiáng)度的影響，以期為科學(xué)合理地施用該藥，減少環(huán)境污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

采集湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻試驗(yàn)田（耕種前）1～20 cm耕作層土壤，風(fēng)干，過(guò)2 mm篩備用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)置

稱取供試土壤分裝于花盆中，加入相同體積的蒸餾水將含水量調(diào)到20%，分別加入不同劑量的草甘磷：CK，0 μg/g干土；處理 1，0.006 μg/g干土；處理 2，0.058 μg/g 干土；處理 3，0.567 μg/g 干土；處理 4，5.321 μg/g干土。置于 27°C 恒溫培養(yǎng)，每天定時(shí)補(bǔ)加蒸餾水，使其含水量基本恒定，定期取樣測(cè)定4種酶的活性及土壤呼吸強(qiáng)度。

1.3 酶活測(cè)定方法

試驗(yàn)所設(shè)置的對(duì)照（CK）和除草劑處理做3個(gè)平行測(cè)定。蛋白酶活性的測(cè)定法用銅鹽比色法；蔗糖酶活性測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸比色法；過(guò)氧化氫酶、脲酶活性測(cè)定采用比色法；土壤呼吸強(qiáng)度的測(cè)定用堿吸收滴定法[3-6]。

2 結(jié)果與討論

2.1 草甘膦對(duì)土壤蛋白酶活性的影響

土壤中的蛋白酶主要來(lái)自于土壤微生物。試驗(yàn)結(jié)果顯示：不同濃度的草甘膦對(duì)土壤中的蛋白酶活性均有很強(qiáng)的抑制作用，隨著時(shí)間的推移，抑制作用減弱，蛋白酶的活性慢慢恢復(fù)。這可能是因?yàn)椴莞熟⒃诙虝r(shí)間內(nèi)殺死了大量的微生物，導(dǎo)致蛋白酶的活性急劇下降。這表明草甘膦對(duì)土壤的微生態(tài)系統(tǒng)破壞比較嚴(yán)重。低劑量的草甘膦（0.006 μg/g干土）能很快被土壤降解，大約6 d就可以恢復(fù)酶的活性（圖1）。中高劑量的草甘膦則需要更多的時(shí)間，大約10 d后蛋白酶活性才恢復(fù)到正常的水平。隨著草甘膦被土壤微生物降解，土壤微生物區(qū)系重新恢復(fù)到原有的狀態(tài)，雖然試驗(yàn)表明這種破壞是可恢復(fù)的，但是若是長(zhǎng)期使用，草甘膦對(duì)土樣微生物區(qū)系的破壞也可能成為不可逆?zhèn)Α?/p>

圖1 草甘膦對(duì)土壤蛋白酶活性的影響

2.2 草甘膦對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響

蔗糖酶表征的是微生物對(duì)碳源的使用情況，酶活力下降嚴(yán)重，說(shuō)明微生物的數(shù)量下降明顯。試驗(yàn)結(jié)果顯示：草甘膦對(duì)蔗糖酶都有較強(qiáng)的抑制作用（圖2），只是最強(qiáng)抑制所需時(shí)間不同，低劑量的草甘膦（0.006 μg/g干土、0.058 μg/g干土）在施用的前6 d出現(xiàn)了酶活力提高的現(xiàn)象，可能是在低劑量的條件下，某些微生物為抵抗藥物而加快繁殖，使得微生物數(shù)量呈上升的趨勢(shì)。高濃度的草甘膦（0.567 μg/g干土、5.321 μg/g干土） 施用前期沒(méi)有表現(xiàn)明顯的抑制作用，6 d后與對(duì)照組的酶活力相當(dāng)，但后期抑制作用相當(dāng)明顯，特別從第10 d開(kāi)始表現(xiàn)了很強(qiáng)的抑制作用。這說(shuō)明大劑量的使用草甘膦會(huì)對(duì)微生態(tài)系統(tǒng)造成很嚴(yán)重的破壞，并且很難在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)平衡。

圖2 草甘膦對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響

2.3 草甘膦對(duì)土壤脲酶活性的影響

草甘膦對(duì)脲酶的酶活影響不明顯，但是在前7 d脲酶都表現(xiàn)為一定的抑制效果（圖3）。處理3（0.567 μg/g干土）從開(kāi)始就表現(xiàn)出很強(qiáng)的抑制效果，這種抑制一直持續(xù)一周左右，之后酶活力與其他試驗(yàn)組水平基本一致。試驗(yàn)中各濃度草甘膦在施用后第6 d酶活都達(dá)到了相同的水平，8 d后處理組和對(duì)照組基本保持一致。試驗(yàn)過(guò)程中處理1和處理4表現(xiàn)為相同的效果，僅在第10 d時(shí)脲酶活力高于其它處理的酶活，說(shuō)明過(guò)高或者過(guò)低的草甘膦對(duì)土壤中脲酶的影響效果是一樣的。

圖3 草甘膦對(duì)土壤脲酶活性的影響

2.4 草甘膦對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響

從圖4可以看出，低濃度草甘膦（0.006 μg/g干土）對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性在施用的前6 d有促進(jìn)作用，在10～15 d這一段時(shí)間內(nèi)有抑制作用；在高濃度劑量（5.321 μg/g干土）時(shí)則表現(xiàn)為長(zhǎng)時(shí)間的抑制效果，并且這種抑制作用不斷加強(qiáng)，說(shuō)明草甘膦對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響很嚴(yán)重；處理1與處理3兩個(gè)濃度的土樣在第5～8 d這段時(shí)間內(nèi)，過(guò)氧化氫酶活性比對(duì)照組強(qiáng)，表現(xiàn)為輕微的刺激作用，在第6 d酶活性最高；處理2在草甘膦施用15 d后過(guò)氧化氫酶活性與對(duì)照組沒(méi)有明顯的區(qū)別。從整體看，草甘膦對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶酶活在第10 d后出現(xiàn)抑制現(xiàn)象，10 d前酶活性波動(dòng)比較大，可能是由于草甘膦濃度在土壤緩沖的可承受范圍內(nèi)，隨時(shí)間推移，其降解速度較慢，使得土壤中菌群失調(diào)而影響到土壤中過(guò)氧化氫酶活性。但是在第16 d后僅處理4還沒(méi)有恢復(fù)，仍對(duì)土壤中過(guò)氧化氫酶表現(xiàn)強(qiáng)烈的抑制作用。過(guò)氧化氫酶主要是起解毒的作用，能夠清除土壤中的自由基。低濃度的草甘膦刺激降解自由基的過(guò)氧化氫酶的酶活，所以低濃度時(shí)，過(guò)氧化氫酶活性提高；當(dāng)草甘膦達(dá)到一定的濃度以后，嚴(yán)重影響微生物的數(shù)量，甚至影響了過(guò)氧化氫酶的構(gòu)象，使酶活力在短期內(nèi)很難恢復(fù)，表現(xiàn)為長(zhǎng)時(shí)間的抑制作用，如處理4。

圖4 草甘膦對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響

2.5 草甘膦對(duì)土壤呼吸強(qiáng)度的影響

圖5 草甘膦對(duì)土壤呼吸強(qiáng)度的影響

從圖5可以看出，草甘膦對(duì)稻田土壤呼吸強(qiáng)度有一定的促進(jìn)作用，處理2（0.058 μg/g干土）施用前4 d表現(xiàn)出有輕微的抑制作用，這可能是由于在此濃度條件下土壤微生物受到抑制，其新陳代謝速度減慢。處理3（0.567 μg/g干土）對(duì)土壤呼吸促進(jìn)作用最為明顯，直到第13 d其呼吸強(qiáng)度才能恢復(fù)到對(duì)照組的水平。適量的草甘膦可使土壤呼吸強(qiáng)度增強(qiáng)，說(shuō)明其對(duì)土壤微生物新陳代謝有一定的促進(jìn)作用，也可能是土壤中有某些菌使草甘膦的毒性降低了，土壤環(huán)境中微生物呼吸作用沒(méi)有被長(zhǎng)時(shí)間抑制。

3 討論

草甘膦是一種廣譜化學(xué)除草劑，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外有關(guān)使用這種除草劑影響土壤酶活性和土壤呼吸強(qiáng)度的報(bào)道較少見(jiàn)。對(duì)這一問(wèn)題的深入研究有助于精確地把握草甘膦的施用劑量，以達(dá)到降低農(nóng)藥殘留量的目的，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境和減少農(nóng)業(yè)投入有重要意義，還能很大程度的提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。試驗(yàn)主要針對(duì)草甘膦的不同施用量在短時(shí)間內(nèi)對(duì)微生物區(qū)系的影響進(jìn)行了研究，能更清楚地了解化學(xué)農(nóng)藥的作用特征，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，適量的草甘膦不僅可以達(dá)到快速除草的效果，還可以提高土壤中某些酶的活性，從而加速土壤新陳代謝，同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)土壤呼吸強(qiáng)度和酶活性的影響是暫時(shí)的，只要施用濃度不太高，草甘膦可以很快被土壤微生物降解。大量的數(shù)據(jù)顯示在草甘膦作用水稻田16 d后，土壤中的各項(xiàng)指標(biāo)都基本恢復(fù)到對(duì)照組的水平。但是高濃度的草甘膦施用后，會(huì)持續(xù)抑制土壤中蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶的活性，而且需要較長(zhǎng)時(shí)間才能被分解。試驗(yàn)雖是在模擬田間的環(huán)境下進(jìn)行的，但可以認(rèn)為試驗(yàn)用草甘膦量（0.567 μg/g）是最佳的田間施用濃度，施用該濃度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)是安全的。

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