草甘膦施用量對農田表層土壤酶活性的影響

邢靜怡，陳 越，朱梓佳，李宏辭，梅靜怡，梁 媛

(蘇州科技大學 環境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215000)

1 引言

土壤酶是土壤中產生專一生物化學反應的生物催化劑，參與了土壤的發生、發育以及土壤肥力的形成和演化的全過程。土壤酶活性是土壤質量健康狀況的重要指標[1]。農藥、化肥不當使用可能對土壤酶活性產生一定的影響。

草甘膦又稱農達，學名N-(膦酸甲基)甘氨酸，為有機磷除草劑。它是一種非選擇性內吸傳導型莖葉處理除草劑，為低毒除草劑。草甘膦主要用于抗草甘膦作物的田間除草。據ISAAA統計，全球轉基因作物中大豆、玉米主要為抗草甘膦品種，因此其主要產區——巴西、美國、阿根廷對草甘膦的需求很大[2]。2012年我國草甘膦產量39萬t，全球第一[2]。

草甘膦作為除草劑一般通過直接噴灑、作物根部的分泌或者作物組織的分解等方法進入到土壤中。易與土壤中的礦物質以及有機復合物緊密結合，限制了草甘膦向其它區域遷移。長期使用草甘膦且又不進行施肥等撫育措施,可導致土壤容重增加,總孔隙度降低等, 對土壤的結構產生影響，不利于植物正常生長。

CAT廣泛存在于土壤中和生物體內，是過氧化氫酶體的標志酶，約占過氧化氫酶體的40%。土壤CAT促過氧化氫的分解，減輕其對生物體的毒害作用。CAT活性與土壤有機質含量和微生物數量有關。土壤肥力因子與CAT活性成正比例[1]。

脲酶廣泛存在于土壤中。脲酶酶促產物——氨是植物氮源之—。尿素水解與脲酶密切相關。脲酶活性與土壤有機質含量、微生物數量有關[1]。

蔗糖酶又稱轉化酶，對增加土壤中易溶性營養物質起著重要的作用。一般情況下，土壤肥力越高，蔗糖酶活性越強。它不僅能夠表征土壤生物學活性強度，也可以做為評價土壤熟化程度和土壤肥力水平的一個指標[3]。

2 材料和方法

2.1 試驗材料

2.1.1 供試藥品

本研究所用除草劑為88.8%草甘膦胺鹽粒劑(農達，glyphosate),由南通飛天化學實業有限公司制造。

2.1.2 供試土壤

土壤取自江蘇省蘇州市東山果樹下0～20 cm表層土，未使用過草甘膦。pH值為4.44。待土壤自然風干后過2 mm篩網備用。

2.1.3 草甘膦污染土壤的制備

稱取供試土壤65 g，分別加入0、0.65、0.975、1.30 g草甘膦粉劑，制備草甘膦污染土壤，污染程度分別0、10、15、20 g/kg。將污染過的土置于陰涼通風處進行穩定培養，保持土壤最大持水率的60%。為防止草甘膦揮發，在培養杯上用蓋子半遮。在自然條件下培養兩周后，取土分別進行過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶活性測定。

2.2 實驗方法

2.2.1 土壤過氧化氫酶的測定

土壤CAT活性采用高錳酸鉀滴定法測定[4]。CAT活性以震蕩20 min后1 g土壤所消耗的0.1 N高錳酸鉀的體積(mL)表示,單位為0.002M KMnO4mL/20min*g。

2.2.2 土壤脲酶的測定

土壤脲酶活性采用靛酚藍比色法測定[5]。試驗設置無土對照和無基質對照。整個實驗設置一個對照，每個土樣都設無基質對照。脲酶活性以24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克數表示。

2.2.3 土壤蔗糖酶的測定

土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定[6]。為了消除土壤中原有的蔗糖、葡萄糖而引起的誤差，每一土樣需做無基質(無蔗糖)對照，整個試驗需做無土壤對照。蔗糖酶活性以24 h后1 g土壤葡萄糖的毫克數表示。

3 結果與分析

土壤中草甘膦施加量與土壤過氧化氫酶、脲酶和蔗糖酶活性的相關性如圖1所示。

圖1 草甘膦添加量對土壤酶活性的影響

3.1 草甘膦施加量對土壤過氧化氫酶活性的影響

CAT與土壤中有機質含量有關，能將過氧化氫催化分解為氧氣和水，同時能夠分解土壤中的有害物質，減少其對土壤微生物的危害。

由圖1可知，當供試土壤未施加草甘膦時，土壤中CAT活性為15.30(0.002M KMnO4mL/20min*g)。當土壤中草甘膦施加量分別為10、15和20 g/kg時，CAT活性分別為8.6、5.7和1.05(0.002M KMnO4mL/20min*g)，較未施加時(CK)分別降低了44%、63%和93%，土壤CAT活性隨著草甘膦濃度的增加而持續降低，草甘膦對土壤中CAT活性有較明顯的抑制作用。

3.2 草甘膦施加量對土壤脲酶活性的影響

由圖1可知，當供試土壤未施加草甘膦時，土壤中脲酶活性為32.59 g/kg。當土壤草甘膦施加量為10 g/kg時，脲酶活性為4.74(mg/g)，較CK降低了85%。當土壤中草甘膦濃度為15、20 g/kg時，脲酶活性為負值。草甘膦對土壤中脲酶的活性有明顯的抑制作用，當土壤中草甘膦濃度大于10 g/kg時，基本破壞了產脲酶微生物的生長環境，或是土壤中脲酶遭到破壞導致無法檢出活性。

3.3 草甘膦施加量對土壤蔗糖酶活性的影響

由圖1可知，當供試土壤未施加草甘膦時，土壤中蔗糖酶活性為22.88 g/kg。土壤蔗糖酶活性隨著草甘膦濃度的增加而增加。當土壤草甘膦施加量分別為10、15、20 g/kg時，蔗糖酶活性分別為28.97、39.14和55.17(mg/g)，較CK分別增加了21%、42%和59%，即表明草甘膦對土壤中蔗糖酶的活性有較明顯的促進作用，這與閻雷等的研究結果一致。隨著草甘膦施加量增加，CAT和脲酶活性均降低，故蔗糖酶活性升高可能是因為草甘膦抑制了產CAT及脲酶的微生物的生長從而為產蔗糖酶類微生物的生長繁殖提供了有利條件。

4 結語

草甘膦不同濃度處理下對土壤中CAT、脲酶和蔗糖酶的影響各不相同。從圖1中可以看到，經過草甘膦污染后的土壤，隨著草甘膦施加量的遞增，土壤中的CAT活性有明顯下降趨勢；脲酶活性則急劇下降；而蔗糖酶活性增加了2倍多。顯然，草甘膦施加量與土壤的CAT、脲酶呈負相關，而與土壤的蔗糖酶呈正相關。在一定程度上表明，草甘膦抑制產CAT和脲酶的微生物生長或是能夠抑制CAT和脲酶的活性，同時促進了土壤中產蔗糖酶的微生物生長。

綜上分析，草甘膦對土壤中土壤酶的產生體現了生物界的選擇性。筆者認為應當加強草甘膦污染的生物治理和修復的研究，減少對環境造成的污染。