不同化学农药对土壤脲酶活性的影响

谢勇波，周清明，龚道新

（湖南农业大学烟草科学与工程技术研究中心，湖南 长沙 410128）

在现代农业生产实践中,化学农药的施用仍是一项不可缺少的措施,它们对提高作物产量、控制疾病传播等方面起到了重要的作用。化学农药的广泛应用,使其直接或间接地进入到土壤表层或耕作层,污染并破坏自然的农业生态环境[1]。

土壤中存在着许多种酶，它们主要来自于土壤中的微生物。土壤酶是土壤新陈代谢过程中的一种生物催化剂，土壤中各种各样的生化过程均在这些酶的参与下完成。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[2-3]。土壤酶能加速土壤有机质的化学反应，其活性的改变将影响土壤养分释放，从而影响作物生长，因此土壤酶活性可作为农业管理实践过程中土壤质量演变的生物活性指标[4]。

脲酶是土壤中的主要酶类之一，是唯一对尿素在土壤中的转化及作用有着重大影响的酶，与土壤生物地球化学循环中的氮循环密切相关，其水解尿素生成的氨是植物氮素营养来源之一。脲酶活性过低，势必会影响尿素的利用率。脲酶活性过高对土壤肥力及作物的生长也不利。尿素施入土壤后，在脲酶的催化作用下，迅速水解成CO2和NH3，导致土壤pH值的升高和氨的释出，从而产生亚硝酸盐和氨的毒害，伤害幼苗，并引起尿素氮以氨形式的气体损失[5]。化学农药的使用很大程度上影响着土壤脲酶的活性。

1 除草剂对土壤脲酶活性的影响研究

随着农业的发展，除草剂已广泛应用于农业生产，很大程度上减少了劳动力的消耗。自上世纪70年代末期除草剂成为世界农药工业主体以来，使用量持续增加，特别是在发达国家，除草剂几乎成为农田杂草防治的主体。由于除草剂的靶标生物为与作物争夺养分和空间的杂草，因此，除草剂在施用时很大一部分会直接流入土壤。

进入土壤的除草剂会影响土壤脲酶的活性，其效果与除草剂的种类和剂量有关。研究发现，甲磺隆浓度为0.1 μg/g时不影响脲酶的活性，当甲磺隆的浓度提高到0.5～2.0 μg/g时,脲酶活性显著降低[6]。滕春红等[7]发现，5～10 μg/kg 低浓度氯嘧磺隆对脲酶有轻微的激活作用，而20～100 μg/kg高浓度氯嘧磺隆则对脲酶有抑制作用。张宇等[8]研究了咪唑乙烟酸、氯嘧磺隆和异噁草酮3种大豆田长残留除草剂对土壤脲酶的影响。结果表明，在施用后的最初时期，3种除草剂对脲酶活性均有显著的抑制作用，并且剂量越大，抑制作用越强烈，但随着时间的延长，表现各异。其中，咪唑乙烟酸处理的土壤的脲酶活性逐渐增强，35 d后抑制作用得以解除，脲酶活性被激活，与对照差异达到极显著水平；氯嘧磺隆处理的土壤的脲酶活性则逐渐恢复至正常状态；异噁草酮处理的土壤的脲酶活性开始恢复时间最早，并且脲酶活性显著高于对照，持续时间最长。

脲酶的活性也与土壤的肥力有一定的关联。王金花等[5]研究了阿特拉津对4种典型施肥处理的土壤脲酶活力的影响。结果发现，处理初期，低浓度阿特拉津对土壤脲酶有一定刺激作用，高浓度处理在整个试验过程中对脲酶有明显抑制作用。阿特拉津对不同肥力土壤中脲酶的影响有明显差异，对照土壤和NPK肥土壤中脲酶活力较低，脲酶受抑制明显，抑制率分别高达30.35%和28.89%；NPK+秸秆和NPK+有机肥土壤的脲酶活力高，脲酶抑制率低，最高抑制率分别为21.35%和16.86%，不同肥力土壤在整个处理过程中，脲酶抑制率均为先逐渐增大到最大值，然后又逐渐降低；高肥力土壤脲酶抑制率最大值出现的时间比低肥力土壤迟，表明高肥力土壤对阿特拉津有较强的耐受能力。杨春璐等[9]认为适当浓度的豆磺隆可以激活土壤脲酶的活性，但土壤脲酶与豆磺隆之间的关系较复杂，强烈地受到土壤类型、肥力等的影响。Sannino等[10]在研究农药对土壤脲酶活性影响时也得出类似结果。

有些除草剂在施用后对土壤脲酶有强烈的抑制作用，但随着时间的延长，其抑制作用会逐渐消除，甚至会转变为激活其活性。叶央芳等[11]研究了新型乙酰苯胺类除草剂苯噻草胺对水稻田土壤酶活性的影响。其发现苯噻草胺会强烈地抑制土壤脲酶的活性，使用后第6天苯噻草胺使脲酶活性完全消失，然后才慢慢恢复，直到试验的最后阶段才接近或轻微超过对照水平。

有些除草剂在施用后，会直接激活土壤脲酶的活性，但随着时间的推移，其激活作用会逐渐消失，然而施用剂量的不同其影响也可能会不一样。陈国峰等[12]通过室内避光培养法研究了添加不同质量分数使它隆对土壤酶活性的影响。结果发现，使它隆在0.5 mg/kg和50 mg/kg质量分数时，处理的土壤在第1～28天内脲酶的活性均高于对照土壤，表现为激活作用，随着培养时间的延长，脲酶的活性逐渐恢复至对照土壤水平。5 mg/kg剂量处理的土壤在第1～7天土壤脲酶的活性低于对照土壤，随着培养时间的延长，脲酶的活性逐渐升高，在第7天抑制率达最高，为对照水平的8.21%。林晓燕等[13]报道，经苄密磺隆处理的土壤，其土壤脲酶的活性会先得到刺激，然后被抑制。

2 杀虫剂对土壤脲酶活性的影响研究

人们在向作物体上喷洒杀虫剂的时候，相当一部分会落到地面而流入土壤。另外，为了防治地下害虫，有些杀虫剂会直接洒入土壤中，或者是通过浸种、拌种后随种子进入土壤。另外，作物经施药后，挥发到大气中的杀虫剂经过自由沉降或降雨等，都可能第2次进入土壤。这些进入土壤的药剂或多或少会对土壤脲酶的活性产生一定的影响。

在不同土壤的肥力条件下，不同杀虫剂对土壤脲酶的影响效果不一样。有的杀虫剂能抑制土壤脲酶的活性，有的却能激活，还有的随着时间的延长先抑制后激活。杨玲等[14]报道，当底物浓度(尿素)相同时，拟除虫菊酯类农药(功夫、敌杀死)在一定用量范围内，对脲酶活性的抑制作用呈递减趋势；有机磷类农药(氧乐果，久效磷，蚜虱净)、氨基甲酸酯类农药(好年冬)、酰胺类农药(敌稗、尼索朗)在试验用量范围内，总的趋势随农药用量增加，对脲酶活性的抑制率增加；而有机氯类农药(三氯杀螨醇)在试验用量范围内，对脲酶活性基本无抑制作用。当农药用量相同时，脲酶活性在一定范围内与尿素的浓度有一定的相关关系，农药对酶活性的抑制率随尿素浓度的变化可能有一个最低点。范昆等[15]通过室内培养试验研究了1，3-二氯丙烯对土壤中脲酶活性的影响。结果表明，高剂量(200、500 μg/g)1，3-二氯丙烯对土壤脲酶先表现为抑制作用，后表现为激活作用；低剂量(1、10、50、100 μg/g)处理则表现为激活-抑制-激活作用，且抑制、激活程度及持续时间与处理浓度呈正相关关系。杨春璐等[16]研究了呋喃丹浓度对土壤脲酶活性的影响，结果表明，在一定浓度范围内，脲酶活性表现为先增加后降低的趋势,但总体为激活作用。王聪颖等[17]认为，一氯苯对土壤脲酶有明显的激活作用，土壤脲酶在一定范围内可表征红壤受一氯苯污染的程度；一氯苯能加速土壤脲酶和尿素复合物的解离。和文祥等[18]通过模拟方法研究杀虫双对土壤脲酶活性特征参数的影响，发现添加杀虫双后土壤酶活性急剧降低，表明其对脲酶具有显著的抑制作用,且随浓度增加，酶活性降幅增大、酶促反应的Vmax、Vmax/Km、k减小，Km增大。

有的杀虫剂对土壤脲酶的影响在前期不明显，但后期影响迅速。郭明等[19]研究了多种杀虫剂对土壤脲酶活性的影响。其中涕灭威和天王星对脲酶抑制作用发生得比较缓慢；加入涕灭威10 d后，土壤脲酶活性出现急剧下降趋势，说明涕灭威在土壤中充分溶解产生药效，抑制了尿素的分解；加入天王星6 d后，脲酶活性逐步升高，说明它对脲酶的抑制作用减弱，但脲酶活性还是低于对照。

也有的杀虫剂对土壤酶活性的影响不是很明显。姚晓华等[20]研究了新型杀虫剂啶虫脒对土壤脲酶酶活性的影响，结果表明，施药后的两周内土壤脲酶的活性与对照相比没有受到多大影响，从第三周开始，其活性受到轻微刺激，随后又会与对照的变化相似。活性的变化与使用浓度关系不大。

3 杀菌剂对土壤脲酶活性的影响研究

杀菌剂直接作用于病原微生物，是作物病害防治和病害传播控制中不可或缺的农药。在农业生产中，杀菌剂也可通过多种途径进入土壤，从而影响土壤中酶的活性。大多数杀菌剂对土壤脲酶活性有着抑制作用，但是这种抑制作用也可能会随时间的延长而发生变化。

李霞等[21]研究了多种农药杀菌剂对土壤脲酶活性的影响，其发现5种农药(深蓝、克菌宝、活根菌灭、施净、巧能)均会对脲酶活性产生抑制作用，其中巧能和施净对脲酶活性的抑制更为突出，其抑制率达37.67%。施净和巧能的有效成分噁毒灵(3-羟基-5-甲基异恶唑)是一种杂环类内吸性广谱杀菌剂。贺仲兵等[22]将溴硝醇农药施入土壤后，测定了土壤中脲酶活性的变化情况。结果发现:1 mg/kg浓度的溴硝醇农药对土壤中脲酶活性表现为激活-抑制-激活-恢复的过程，5 mg/kg浓度表现为抑制-激活-恢复的过程，10 mg/kg、20 mg/kg浓度表现为抑制-恢复的过程，且浓度越高对脲酶的抑制作用就越强。在整个试验过程中,高浓度溴硝醇(10 mg/kg、20 mg/kg)处理的土壤的脲酶活性一直低于对照土壤。冯波等[23]报道，百菌清处理后1 d土壤中脲酶活性受到明显的抑制，低浓度处理恢复较快，7 d后基本恢复至对照水平，中浓度处理土壤中的脲酶活性21 d、高浓度处理30 d后恢复到对照水平。由于脲酶是唯一可转化尿素肥料的土壤酶类，所以高浓度的百菌清对脲酶的抑制不利于作物对氮素的吸收利用。徐钰等[24]研究了新型波尔多液营养保护剂和传统波尔多液对土壤脲酶活性的影响，发现二者均会抑制土壤脲酶的活性，尤其是传统波尔多液对土壤脲酶活性的抑制率比较强，较对照减小21.95%。新型波尔多液营养保护剂处理下的土壤脲酶活性也有不同程度的降低，但抑制率均小于传统波尔多液同一水平处理，只在高浓度处理下脲酶含量显著低于对照处理。

4 结论

在现代农业生产中，化学农药中的大多数对土壤酶活性起着抑制作用，这与农药的作用机理有关，但也有部分农药能够激活土壤酶的活性。目前对农药激活土壤酶的机理有3种解释:一是农药与酶分子作用产生的直接激活效应，在这种情况下，土壤中脲酶应随农药浓度增加而增大，直至增加到一个固定值；二是农药的加入导致细胞壁渗透性显著增强或使细胞分解，从而释放出胞内酶，使总体酶活性表现为增强[25]；三是由于土壤矿物外表面甚至内表面对农药产生吸附，而部分酶分子解吸附，因而表现出更高的活性[26]。

随着农药行业的发展,农药投入使用的品种、使用范围和规模必将日益扩大。农药的大规模使用，改变了土壤理化性质，其中最主要的是对土壤微生物和土壤酶系统的影响与破坏，并导致了一定程度的环境污染。因此，加强农药对土壤酶系统影响的研究对确保人与自然的和谐发展有着重大的意义。

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