不同有機物料對有機磷農藥污染土壤酶活性及土壤微生物量的影響

王艷

不同有機物料對有機磷農藥污染土壤酶活性及土壤微生物量的影響

王艷

山西財經大學國際貿易學院，山西 太原 030006

農藥污染嚴重影響了土壤的生態和食品的安全，為了解有機物料對農藥污染土壤修復的影響，本文采用室內恒溫恒濕培養的方法，研究了在有機磷農藥污染的土壤中加入葡萄糖、堆肥、秸稈3種不同的有機物料對土壤微生物及土壤酶活性的影響，結果表明：有機磷農藥對土壤微生物生物量碳和土壤的呼吸強度都有一定的影響，具體表現為前期（0～3 d）抑制，中期（3～40 d）為促進作用，后期（40 d以后）恢復穩定。加入有機物料后，顯著提高了土壤的微生物生物量碳和土壤的呼吸強度，其中葡萄糖、堆肥、秸稈處理分別在第9、30、40天時的土壤的微生物生物量碳最高，在第9、30、50天時土壤的呼吸強度最高。有機磷農藥對土壤過氧化氫酶和土壤脲酶影響表現為先抑制后激活，然后恢復的變化趨勢。加入不同有機物料后，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。培養結束時（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。研究結果表明有機物料的加入可以提高土壤微生物量和土壤的呼吸強度，提高土壤酶的活性，對于農藥污染土壤的修復具有積極的作用。

有機磷農藥；有機物料；土壤微生物量；土壤酶

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

1 材料與方法

1.1試驗材料

土壤采自山西省太原市清徐縣清源鎮下轄村農戶大棚，農藥為50%（V/V）對硫磷乳油，天津紅星制藥廠生產。供試材料：1）玉米秸稈，其有機碳含量為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，用粉碎機粉碎，過1 mm篩備用。2）腐熟堆肥（牛糞），其有機碳含量為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，用粉碎機粉碎，過1 mm篩備用。3）供試葡萄糖，其有機碳含量為400 g·kg-1，分析純，天津市化學試劑三廠。根據等碳原則，每千克土樣中需要加

入的有機物料質量為玉米秸稈6.5 g，腐熟堆肥26.2 g，葡萄糖7.5 g。

1.2試驗設計

將土壤自然風干后過2 cm的篩，調節含水量為土壤持水量(WHC)的50%，此時土壤手感濕潤疏松但不結塊，同時加入農藥，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，在室溫下預培養1 d。然后分別稱取土樣3000 g(濕土重)置于塑料盆中，加入有機物料。試驗設4個處理，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。將不同處理的土樣置于恒溫(25 ℃)、恒濕（50%）的條件下培養。

1.3測定項目與方法

在培養后的一定時間內取土樣，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（關松萌等，1986p323）、比色法測定脲酶活性（關松萌等，1986p296-297）。

土壤微生物呼吸強度的測定：在原有室內培養法（范志平等，2008）的基礎上，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 ℃；載氣為氮氣，流速為30 mL·min-1；進樣量0.2 mL。

1.4數據處理

試驗數據處理采用Microsoft Excel2003軟件完成。

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

2 結果與分析

2.1不同有機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，基本保持穩定。各有機物料處理中葡萄糖處理在第3天時土壤微生物生物量碳就遠遠高于其他處理，到第9天時達到了最高值，1374.8 mg·kg-1，然后開始下降，到40 d時只較空白處理高出9.6%；堆肥處理在30 d時達到了最高值，在50 d時較空白處理高出12.2%，到60 d時其與空白、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時達到了最大值，到70 d時與其他處理間沒有明顯差異。

2.2不同有機物料對土壤呼吸的影響

此外，醫院用大廳設置鋼琴沖淡醫院的冷峻和嘈雜；用手術等待區——患者家屬可以邊進食邊等待，緩解焦慮等一系列舉措，踐行“優質”這一定語。

CO2是微生物分解作用的產物，因此通過測定CO2釋放量可以進一步的反應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時達到最高，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時達到最高值，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釋放量在整個過程中變化較小，在70 d時各處理間的土壤CO2釋放量差異都很小。

2.3不同有機物料對土壤過氧化氫酶活性的影響

土壤過氧化氫酶促進過氧化氫的分解，能有效地防止土壤及生物體在新陳代謝過程中產生的過氧化氫對其毒害（鄭巍等，2000）。在整個培養時期中（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。空白處理的土壤過氧化氫酶活性在9 d時達到最高，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時升高，隨后下降，到40 d時又升高，達到最大值18.9 mg·g-1·h-1，到

70 d時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，是氮素轉化的重要酶類。在整個培養過程中(圖4)空白處理在第3天時，脲酶活性較低，到第9天時達到了最高，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天時脲酶活性在各處理中為最高，其中第9天時達到了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天時達最高，到50 d后保持穩定，秸稈處理在40 d時為最高。

到70 d時，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、植物和動物活體或殘體，是土壤的重要組成部分，其參與土壤中所有的生化反應，在物質轉化、能量代謝、污染土壤修復（CaiK等，2006）等過程中發揮著重要作用。近年來國內外學者（Davies和Greaves，1981；王金花等，2003；周瑛等，2005）對土壤酶與農藥的關系進行了系統研究，發現農藥對土壤酶的作用隨農藥和土壤類型的不同而有較大差異。本試驗中有機磷農藥對硫磷對土壤過氧化氫酶和土壤脲酶表現為先抑制后激活，然后恢復的變化趨勢，其與魯赫鳴、楊春璐（魯赫鳴等，2004；楊春璐等，2006）等人的研究結果一致。加入不同有機物料后，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作用，顯著提高了其活性。在整個培養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關系，微生物生命代謝活動的加強能夠提高土壤酶活性，同時土壤酶活性的提高也促進了土壤中物質轉化速率，為微生物提供養分和良好的土壤微生態環境，其同前人的研究結果一致（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氧化葡萄糖導致了測定結果偏低。

4 結論

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

ENGEL L S, CHECKWAY H, KEIFER M C, et al. 2001. Parkinsonism and occupational exposure to pesticides[J]. Occupational and Environmental Medicine, (58): 582-589.

FUNK S B, ROBERTS D J, CRAWFORD D L, et al. 1993. Initialphase optimization for bioremediation of munition compound contaminated soil[J]. Applied and Environment Microbiology, 59(7): 2171-2177.

BHADBHADE B J, SAMAIK S S, KANEKAR P P. 2002. Biomineralization of an organophosphorus pesticide, Monocrotophos, by soil bacteria[J]. Journal of Applied Microbiology, (93): 224-234.

CAIK Z, LUO S M, FANG X. 2006. Effects of film mulching of up land rice on root and leaf traits, soil nutrient content and soil microbial

activity[J]. Acta Ecologica Sinica, 26(6): 1903-1911.

DAVIES H A, GREAVES M P. 1981. Effects of some pesticides on soil enzyme activities[J]. Weed Research, 21: 205-209.

OCIO J A , MARTINE J , BROOKS P C. 1991b. Contribution of straw -derived N to total microbial biomass N following incorporation of cereal straw to soil[J]. Soil Biology and Biochemistry, 23: 656-659.

PIMENTEL D. 1995. Amounts of pesticides reaching target pests-Environmental impacts and ethics[J]. Journal of Agricultural and Environmental Ethics, 8(1): 17-29.

TAMARA G, RICHARD H. 2003. Immunotoxicity of organophosphorous pesticides[J]. Ecotoxicology, (12): 345-363.

THWIH M. 2002. Current status of pesticides residue analysis of food in relation with food safety. [EB/OL]. http://www.fao.org/DOCREP/MEE

TING/004/AB429E.HTM.01-28.VRYZAS Z, VASSILIOU G, ALEXOUDIS C, et al. 2009. Spatial and temporal distribution of pesticide residues in surface waters in northeastern Greece [J]. Water Research, 43(1): 1-10.

范志平, 王紅, 鄧東周, 等. 2008. 土壤異養呼吸的測定及其溫度敏感性影響因子[J]. 生態學雜志, 27(7): 1221-1227.

龔平, 孫鐵珩, 李培軍. 1996. 農藥對土壤微生物的生態效應[J]. 應用生態學報, 7: 127-132.

關松萌, 張德生, 張志明. 1986. 土壤酶及其研究法[M]. 北京: 農業出版社.

黃繼川, 彭智平, 于俊紅, 等. 2010. 施用玉米秸稈堆肥對盆栽芥菜土壤酶活性和微生物的影響[J]. 植物營養與肥料學報, 16 (2): 348-353.

金瀟, 顏冬云, 秦文秀. 2011. 有機磷農藥的微生物降解技術[J]. 湖南農業科學, (9): 93-97.

李鮮花, 賀英, 張穎. 2011. 施用堆肥對番茄生長及土壤微生物的影響[J]. 湖北農業科學, 50(17): 3503-3506.

李曉超. 2007. 中國統計學年鑒[M]. 北京: 中國統計出版社: 557.

魯赫鳴, 閆穎, 王文思, 等. 2004. 農藥對土壤過氧化氫酶活性的影響[J].東北師大學報自然科學版, 36(4): 93-97.

邱俊珊, 朱可麗, 張杰, 等. 2002. 降解芳烴微生物的多樣性[J]. 應用生態學報, 13(12): 1713-1715.

權桂芝. 2007. 土壤的農藥污染及修復技術[J]. 天津農業科學, 13(1): 35-38.

宋寧慧, 卜元卿, 袁單軍. 2010. 農藥對地表水污染狀況研究概述[J]. 生態與農村環境學報, 26(Z1): 49-57.

王靜, 喬雄梧, 朱九生, 等. 1999. 四種農藥對土壤微生物的影響: 土壤呼吸的變化[J]. 應用與環境生物學報5: 155-157.

王繼雯, 甄靜, 劉瑩瑩, 等. 2013. 一株有機磷農藥高效降解菌的篩選及酶學性質研究[J]. 中國農學通報, 29(21): 83-87.

王金花, 朱魯生, 王軍, 等. 2003. 除草劑阿特拉津對土壤脲酶活性的影響[J]. 應用生態學報, 14(12): 2281-2286.

吳金水, 林啟美, 黃巧云, 等. 2006. 土壤微生物生物量測定方法及其應用[M]. 北京: 氣象出版社: 54-59.

許百發, 徐建宏, 胡素珍. 2010. 淺析農藥對環境污染的種類、途徑及防控舉措. 安徽農學通報, (10): 65.

楊春璐, 孫鐵珩, 和文祥, 等. 2006. 農藥對土壤脲酶活性的影響[J]. 應用生態學報, 17(7): 1354-1356.

張瑞福, 崔中利, 何健, 等. 2004. 甲基對硫磷長期污染對土壤微生物的生態效應[J]. 農村生態環境, 20(4): 1-5.

鄭巍, 劉惠君, 劉維屏. 2000. 吡蟲啉及代謝產物對土壤過氧化氫酶活性的影響[J]. 中國環境科學, 20(6): 524-527.

鄭勇, 高勇生, 張麗梅, 等. 2008. 長期施肥對旱地紅壤微生物和酶活性的影響[J]. 植物營養與肥料學報, 14(2): 316-3211.

周瑛, 劉維屏, 王婷婷. 2005. 異丙甲草胺及其高效體對我國南方潮土

微生物的影響Ⅰ. 過氧化氫酶[J]. 應用生態學報, 16(5): 895-898.

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

山西省科技攻關項目（20090311027）

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

2014-04-21

王艷. 不同有機物料對有機磷農藥污染土壤酶活性及土壤微生物量的影響[J]. 生態環境學報, 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.