BP-3和對羥基苯甲酸甲酯對土壤酶活性的影響

蘇可熠，陳敏杰，朱澤業(yè)，施海林，譚佳佳，邵波

BP-3和對羥基苯甲酸甲酯對土壤酶活性的影響

蘇可熠1，陳敏杰2，朱澤業(yè)1，施海林1，譚佳佳1，邵波1

（1. 浙江樹人大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，浙江 杭州 310015； 2. 浙江師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 金華 321004）

個人護理品（PCPs）是一類新型有機污染物，由于生產(chǎn)和使用量的逐步增加，PCPs最終會在土壤中大量蓄積，因此其對土壤生態(tài)的危害和本身帶來的健康風(fēng)險值得關(guān)注。本實驗以BP-3和對羥基苯甲酸甲酯為研究對象，采用室內(nèi)培養(yǎng)實驗法，考察兩種典型PCPs單一和復(fù)合作用下對土壤酶活性的影響。結(jié)果表明，除BP-3對土壤脲酶和對羥基苯甲酸甲酯對土壤過氧化氫酶、蔗糖酶活性表現(xiàn)為低促高抑的變化趨勢外，BP-3對過氧化氫酶活性起到先促進后抑制的效果，對羥基苯甲酸甲酯對土壤脲酶活性整體上呈現(xiàn)促進-抑制-促進的變化趨勢，BP-3作用下土壤蔗糖酶活性前期（3～15 d）呈現(xiàn)出低促高抑的趨勢，后期所有實驗組酶活性均低于空白對照組。

BPs類紫外防曬劑；對羥基苯甲酸酯類防腐劑；土壤；復(fù)合毒性

個人護理品（PCPs）是一種高產(chǎn)且種類多樣的化合物，其中含量極高的防曬、防腐劑成分廣泛應(yīng)用于各種常見的日化品中，且由于這些產(chǎn)品多用于體外，不受人體新陳代謝的影響導(dǎo)致大量的PCPs進入環(huán)境介質(zhì)中產(chǎn)生污染。根據(jù)研究顯示，許多PCPs具有持久性和生物蓄積的特點[1]，部分化合物還具有環(huán)境內(nèi)分泌干擾效應(yīng)[2]，對環(huán)境影響巨大。PCPs進入環(huán)境主要通過：（1）生產(chǎn)、運輸過程（2）日常生活中洗漱、游泳等活動。大量含有PCPs成分的污水進入污水處理廠后的去除效率很低，最終處理后的水會排入自然水體中。西班牙對17個泳池和溫泉中的51份水樣進行檢測，每個水樣中至少檢測出一種有機紫外線濾過劑成分[3]。巴西東南部對6座水廠進行了6～12個月的調(diào)查，在不同時期，均檢測到有機紫外線濾過劑的存在，其中BP-3的質(zhì)量濃度為18～115 ng·L-1[4]。劉祖發(fā)等[5]對廣州市的15個湖泊的水樣進行檢測，均檢出了一定濃度的防腐劑，且水體中溶解度最高的為對羥基苯甲酸丁酯，占總量的30.45%，毒性最大的對羥基苯甲酸甲酯僅為6.71%，所占比例最小，但對水環(huán)境影響最大。2010年對污水廠的水質(zhì)和地表水檢測結(jié)果顯示，對羥基苯甲酸甲酯類的最大質(zhì)量濃度范圍達到 15～400 ng·L-1[6]。值得注意的是污水處理工藝中被去除的物質(zhì)會蓄積在污泥中，當(dāng)這些污泥被回用填埋，也會將這些物質(zhì)帶入土壤環(huán)境中，因此其對土壤環(huán)境的生態(tài)毒性效應(yīng)也值得被關(guān)注，并且與藥品相比，PCPs對環(huán)境介質(zhì)的單一毒性和復(fù)合毒性實驗較少，無法準確評估其對生態(tài)環(huán)境的潛在威脅。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

采用網(wǎng)格分布法，在拱墅區(qū)進行采樣。均勻攪拌后，清理雜草、枯葉，清除土壤表面約1 cm表土，取樣深度約20 cm。去掉小碎石和植物殘渣等碎屑后，立即用2 mm篩子對土壤樣品進行篩選。取其中的部分土樣測定土壤的理化性質(zhì)，結(jié)果見表1。剩余的土壤在25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中預(yù)培養(yǎng)7 d，然后進行后續(xù)實驗[7]。

表1 供試土壤理化性質(zhì)

1.2 研究方法

1.2.1 單一作用對土壤酶活性的影響

向裝有200.00 g供試土壤的燒杯中加入BP-3和對羥基苯甲酸甲酯溶液，質(zhì)量濃度分別為0、50、200、1 000、5 000 mg·L-1，每個實驗組處理3個重復(fù)，充分攪拌均勻后置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，在試驗過程中，始終保持土壤濕度在最大持水量的50%～60%左右。每隔3 d取樣測定，采用高錳酸鉀滴定法、靛酚藍比色法和3，5-二硝基水楊酸比色法分別測定土壤過氧化氫酶、脲酶和蔗糖酶活性[8]，共取10組數(shù)據(jù)。

1.2.2 復(fù)合作用對土壤酶活性的影響

根據(jù)單一實驗結(jié)果確定復(fù)合實驗的質(zhì)量濃度為1 000 mg·L-1BP-3 +1 000 mg·L-1對羥基苯基苯甲酸甲酯，設(shè)置一組空白對照組，每組處理三個重復(fù)，培養(yǎng)和測定方法與單一實驗相同。

2 結(jié)果與分析

2.1 單一作用下對土壤酶活性的影響

土壤酶直接參與土壤的物質(zhì)循環(huán)和能量代謝過程，其中脲酶在土壤氮元素的循環(huán)與轉(zhuǎn)化過程中起著重要的作用，而過氧化氫酶可以分解土壤代謝過程中產(chǎn)生的H2O2，對生物體起到保護作用[9]。蔗糖酶是評價土壤肥力的重要指標，它與土壤有機質(zhì)、氮磷含量、微生物數(shù)量和土壤呼吸強度息息相關(guān)。圖1和圖2分別為BP-3和對羥基苯甲酸甲酯對過氧化氫酶活性的影響結(jié)果。由圖可知，在試驗初期，BP-3對過氧化氫酶活性都起到了一定程度的促進作用，其中200 mg·L-1的BP-3的激活作用最為明顯，在9 d時酶活性為對照組的1.17倍。而到后期都起到抑制作用，且隨著濃度增加抑制作用逐漸增強。而對羥基苯甲酸甲酯對土壤過氧化氫酶活性的最大抑制率達到50.0%（5 000 mg·L-1作用6 d時），隨著濃度的增加和時間的推移酶活性逐漸下降。

圖1 BP-3對土壤過氧化氫酶活性的影響

圖3和圖4分別為BP-3和對羥基苯甲酸甲酯對土壤脲酶活性的影響，由圖可知BP-3對土壤脲酶活性整體上呈現(xiàn)低濃度促進高濃度抑制的變化趨勢。其中低濃度組在實驗前期和后期對脲酶活性的促進作用最為明顯，最大激活率為33.3%（50 mg·L-1作用6 d時和200 mg·L-1作用27 d時）而高濃度組隨著濃度增大對脲酶活性的抑制作用顯著提高。

圖2 MP對土壤過氧化氫酶活性的影響

對羥基苯甲酸甲酯對土壤脲酶活性整體上呈現(xiàn)促進-抑制-促進的變化趨勢，但高濃度組在整個實驗中都起到了抑制作用，對比可得BP-3對土壤脲酶活性的抑制作用大于對羥基苯甲酸甲酯。

圖3 BP-3對土壤脲酶活性的影響

圖4 MP對土壤脲酶的影響

圖5和圖6分別為BP-3和對羥基苯甲酸甲酯對土壤蔗糖酶活性的影響，BP-3作用下前期（3～15 d）蔗糖酶活性變化與脲酶相似，后期所有實驗組酶活性均低于空白對照組。對羥基苯甲酸甲酯作用下整體呈現(xiàn)出低濃度促進高濃度抑制的變化趨勢，低濃度組的促進作用在12 d到達頂峰，200 mg·L-1的實驗組酶活性為對照組的1.83倍。對比高濃度組，相同濃度、相同時間條件作用下對羥基苯甲酸甲酯對土壤蔗糖酶活性的抑制作用，BP-3更為明顯。

圖5 BP-3對土壤蔗糖酶的影響

圖6 MP對土壤蔗糖酶的影響

2.2 復(fù)合作用對土壤酶活性的影響

圖7、圖8為2種PCPs復(fù)合后對土壤過氧化氫酶、脲酶活性的影響。由圖可知，在整個實驗過程中都起到了促進過氧化氫酶活性的作用，在3 d和18 d尤為明顯，但效果弱于單一作用，最大激活率僅為25.7%。而脲酶實驗只得出了（3～12 d）的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)復(fù)合條件下酶活性被激發(fā)，但隨著時間的推移效果逐漸減弱，后續(xù)由于測定時發(fā)現(xiàn)實驗組吸光度與對照組相近，且溶液不變色判斷脲酶失去活性，得出復(fù)合作用對土壤脲酶活性的抑制作用極強并且不可逆。圖9為2種PCPs復(fù)合后對土壤蔗糖酶活性的影響，可以得出在前期起到了促進作用，從21 d開始出現(xiàn)抑制作用并隨時間逐步增強。與單一作用的實驗結(jié)果較為相似。

圖7 復(fù)合物對土壤過氧化氫酶的影響

圖8 復(fù)合物對土壤脲酶的影響

圖9 復(fù)合物對土壤蔗糖酶的影響

3 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，兩種PCPs單一作用時，對土壤脲酶和蔗糖酶起到低濃度促進，高濃度抑制的作用。BP-3對過氧化氫酶活性起到了先促進后抑制的作用，而對羥基苯甲酸甲酯除5 000 mg·L-1組主要表現(xiàn)為激活作用，且隨濃度增大促進作用增強。而兩種PCPs復(fù)合作用時，對蔗糖酶活性起到了先促進后抑制的作用，對過氧化氫酶起到了促進作用。對脲酶活性前期起到了促進作用，但促進效果逐漸減弱，15 d后導(dǎo)致酶失活，這可能是由于復(fù)合物殺死了部分土壤微生物，死亡的細胞破裂使酶活性增強，但隨著暴露時間的增長，復(fù)合物與酶分子中的活性部分結(jié)合形成了穩(wěn)定的絡(luò)合物導(dǎo)致酶活性下降[10]。

［1］孫洪芹，江文靜，郭艷敏，等. 個人護理用品(PCPs)的生態(tài)毒性和處理工藝效果研究進展[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報，2016，11 (1)：94-102.

［2］PECK A M. Analytical methods for the determination of persistent ingredients of personal care products in environmental matrices[J]., 2006, 386 (4): 907-939.

［3］EKOWATI Y, BUTTIGLIERI G, FERRERO G, et al. Occurrence of pharmaceuticals and UV filters in swimming pools and spas[J]., 2016, 23 (14): 14431-14441.

［4］ SILVA C P D, EMíDio E S, MARCHI M R R D. The occurrence of UV filters in natural and drinking water in S?o Paulo State (Brazil)[J]., 2015, 22 (24): 19706-19715.

［5］LIU Z F, GUAN S, LIN Y Y, et al. Research of parabens and its potential toxicity risk in lakes of Guangzhou[J].，2016, 28 (2)：328-333．

［6］BAZIN I, GADAL A, TOURAUD E, et al. Hydroxy benzoate preservatives (parabens) in the environment: data for environmental toxicity assessment[M]. Xenobiotics in the Urban Water Cycle，2010: 245-257．

［7］陳敏杰，錢懿宏，于青燕，等. 典型四環(huán)素類抗生素對土壤微生物及植物生長的影響[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報，2019，14（6）：276-283.

［8］關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社，1986：260-360．

［9］羅蓉，楊苗，余旋，等. 沙棘人工林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及酶活性的季節(jié)變化[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2018，29 (4)：1163-1169．

［10］楊青華，韓錦峰. 棉田不同覆蓋方式對土壤微生物和酶活性的影響[J]. 土壤學(xué)報，2005, 42（2）：348-351．

Effect of BP-3 and Methylparaben on Soil Enzyme Activities

1,21,1,1,1

（1. College of Biological and Environmental Engineering, Zhejiang Shuren University, Hangzhou Zhejiang 310015, China; 2. School of Geography and Environmental Sciences, Zhejiang Normal University, Jinhua Zhejiang 321004，China）

Personal care products (PCPs) are a new type of organic pollutants. Due to the gradual increase in production and use, PCPs will eventually accumulate in the soil in large quantities, so the harm to the soil ecology and the health risks they bring are worthy of attention. In this experiment, BP-3 and methylparaben were used as the research objects, and the indoor culture experiment method was used to investigate the effects of two typical PCPs on soil enzyme activities under single and compound actions. The results showed that, except that BP-3 showed a low-promoting and high-inhibiting change trend on soil urease and methylparaben on soil catalase and invertase activities, BP-3 had the effect of first promoting and then inhibiting catalase activity. Methylparaben had a promotion-inhibition-promoting change trend on soil urease activity as a whole, and soil invertase activity in the early stage under the action of BP-3 (3～15d) showed the trend of low promotion and high inhibition, the enzyme activity of all experimental groups in the later period was lower than that of the blank control group.

BPs type ultraviolet sunscreen; Para-hydroxybenzoate preservatives; Soil; Toxicity of compound

2021-08-27

蘇可熠（1999-），女，浙江寧波人，研究方向：生態(tài)毒理學(xué)。

邵波（1977-），女，高級實驗師，博士，研究方向：環(huán)境生化及分析測試等。

TQ450.2+62

A

1004-0935（2022）01-0015-04