草甘膦对稻田土壤酶活力与土壤呼吸强度的影响

吴小玲，付立林，贺小兵，魏宝阳

（1.湖南农业大学生物科技学院，湖南 长沙 410128；2.岐山中学，湖南 湘乡 411432）

土壤微生物和土壤酶既是土壤有机物转化的执行者，又是植物营养元素的活性库，并在碳、氮、磷循环过程中具有重要的作用。化肥、农药对土壤的新陈代谢有直接影响，以农药残留对土壤酶活性影响最为明显。土壤酶，作为一项生态毒理学指标，被许多学者用来判断外来物质对土壤的污染程度。目前的粮食生产不可避免地要使用化学农药，草甘膦[1-2]就是一种广谱、灭生性内吸传导型化学除草剂，其最大的特点是传导性强，对多年生深根杂草的地下组织破坏力很强，能达到一般农业机械无法达到的程度。自1971年发现以来，草甘膦被广泛用于农业生产中的杂草防治，到20世纪80年代已经成为世界杂草防治的主要药剂。

但是使用草甘膦后，农田的土壤微生物和土壤酶活性是否会受到影响，此类相关的研究在国内还未见报道。通过研究草甘膦对土壤中蛋白酶、过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶4种酶的活性及土壤呼吸强度的影响，以期为科学合理地施用该药，减少环境污染提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

采集湖南农业大学水稻试验田（耕种前）1～20 cm耕作层土壤，风干，过2 mm筛备用。

1.2 试验设置

称取供试土壤分装于花盆中，加入相同体积的蒸馏水将含水量调到20%，分别加入不同剂量的草甘磷：CK，0 μg/g干土；处理 1，0.006 μg/g干土；处理 2，0.058 μg/g 干土；处理 3，0.567 μg/g 干土；处理 4，5.321 μg/g干土。置于 27°C 恒温培养，每天定时补加蒸馏水，使其含水量基本恒定，定期取样测定4种酶的活性及土壤呼吸强度。

1.3 酶活测定方法

试验所设置的对照（CK）和除草剂处理做3个平行测定。蛋白酶活性的测定法用铜盐比色法；蔗糖酶活性测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法；过氧化氢酶、脲酶活性测定采用比色法；土壤呼吸强度的测定用碱吸收滴定法[3-6]。

2 结果与讨论

2.1 草甘膦对土壤蛋白酶活性的影响

土壤中的蛋白酶主要来自于土壤微生物。试验结果显示：不同浓度的草甘膦对土壤中的蛋白酶活性均有很强的抑制作用，随着时间的推移，抑制作用减弱，蛋白酶的活性慢慢恢复。这可能是因为草甘膦在短时间内杀死了大量的微生物，导致蛋白酶的活性急剧下降。这表明草甘膦对土壤的微生态系统破坏比较严重。低剂量的草甘膦（0.006 μg/g干土）能很快被土壤降解，大约6 d就可以恢复酶的活性（图1）。中高剂量的草甘膦则需要更多的时间，大约10 d后蛋白酶活性才恢复到正常的水平。随着草甘膦被土壤微生物降解，土壤微生物区系重新恢复到原有的状态，虽然试验表明这种破坏是可恢复的，但是若是长期使用，草甘膦对土样微生物区系的破坏也可能成为不可逆伤害。

图1 草甘膦对土壤蛋白酶活性的影响

2.2 草甘膦对土壤蔗糖酶活性的影响

蔗糖酶表征的是微生物对碳源的使用情况，酶活力下降严重，说明微生物的数量下降明显。试验结果显示：草甘膦对蔗糖酶都有较强的抑制作用（图2），只是最强抑制所需时间不同，低剂量的草甘膦（0.006 μg/g干土、0.058 μg/g干土）在施用的前6 d出现了酶活力提高的现象，可能是在低剂量的条件下，某些微生物为抵抗药物而加快繁殖，使得微生物数量呈上升的趋势。高浓度的草甘膦（0.567 μg/g干土、5.321 μg/g干土） 施用前期没有表现明显的抑制作用，6 d后与对照组的酶活力相当，但后期抑制作用相当明显，特别从第10 d开始表现了很强的抑制作用。这说明大剂量的使用草甘膦会对微生态系统造成很严重的破坏，并且很难在短时间内恢复平衡。

图2 草甘膦对土壤蔗糖酶活性的影响

2.3 草甘膦对土壤脲酶活性的影响

草甘膦对脲酶的酶活影响不明显，但是在前7 d脲酶都表现为一定的抑制效果（图3）。处理3（0.567 μg/g干土）从开始就表现出很强的抑制效果，这种抑制一直持续一周左右，之后酶活力与其他试验组水平基本一致。试验中各浓度草甘膦在施用后第6 d酶活都达到了相同的水平，8 d后处理组和对照组基本保持一致。试验过程中处理1和处理4表现为相同的效果，仅在第10 d时脲酶活力高于其它处理的酶活，说明过高或者过低的草甘膦对土壤中脲酶的影响效果是一样的。

图3 草甘膦对土壤脲酶活性的影响

2.4 草甘膦对土壤过氧化氢酶活性的影响

从图4可以看出，低浓度草甘膦（0.006 μg/g干土）对土壤过氧化氢酶活性在施用的前6 d有促进作用，在10～15 d这一段时间内有抑制作用；在高浓度剂量（5.321 μg/g干土）时则表现为长时间的抑制效果，并且这种抑制作用不断加强，说明草甘膦对土壤过氧化氢酶活性的影响很严重；处理1与处理3两个浓度的土样在第5～8 d这段时间内，过氧化氢酶活性比对照组强，表现为轻微的刺激作用，在第6 d酶活性最高；处理2在草甘膦施用15 d后过氧化氢酶活性与对照组没有明显的区别。从整体看，草甘膦对土壤过氧化氢酶酶活在第10 d后出现抑制现象，10 d前酶活性波动比较大，可能是由于草甘膦浓度在土壤缓冲的可承受范围内，随时间推移，其降解速度较慢，使得土壤中菌群失调而影响到土壤中过氧化氢酶活性。但是在第16 d后仅处理4还没有恢复，仍对土壤中过氧化氢酶表现强烈的抑制作用。过氧化氢酶主要是起解毒的作用，能够清除土壤中的自由基。低浓度的草甘膦刺激降解自由基的过氧化氢酶的酶活，所以低浓度时，过氧化氢酶活性提高；当草甘膦达到一定的浓度以后，严重影响微生物的数量，甚至影响了过氧化氢酶的构象，使酶活力在短期内很难恢复，表现为长时间的抑制作用，如处理4。

图4 草甘膦对土壤过氧化氢酶活性的影响

2.5 草甘膦对土壤呼吸强度的影响

图5 草甘膦对土壤呼吸强度的影响

从图5可以看出，草甘膦对稻田土壤呼吸强度有一定的促进作用，处理2（0.058 μg/g干土）施用前4 d表现出有轻微的抑制作用，这可能是由于在此浓度条件下土壤微生物受到抑制，其新陈代谢速度减慢。处理3（0.567 μg/g干土）对土壤呼吸促进作用最为明显，直到第13 d其呼吸强度才能恢复到对照组的水平。适量的草甘膦可使土壤呼吸强度增强，说明其对土壤微生物新陈代谢有一定的促进作用，也可能是土壤中有某些菌使草甘膦的毒性降低了，土壤环境中微生物呼吸作用没有被长时间抑制。

3 讨论

草甘膦是一种广谱化学除草剂，在农业生产中广泛应用，国内外有关使用这种除草剂影响土壤酶活性和土壤呼吸强度的报道较少见。对这一问题的深入研究有助于精确地把握草甘膦的施用剂量，以达到降低农药残留量的目的，对保护生态环境和减少农业投入有重要意义，还能很大程度的提升农业生产效率。试验主要针对草甘膦的不同施用量在短时间内对微生物区系的影响进行了研究，能更清楚地了解化学农药的作用特征，指导农业生产。试验结果表明，适量的草甘膦不仅可以达到快速除草的效果，还可以提高土壤中某些酶的活性，从而加速土壤新陈代谢，同时，研究发现对土壤呼吸强度和酶活性的影响是暂时的，只要施用浓度不太高，草甘膦可以很快被土壤微生物降解。大量的数据显示在草甘膦作用水稻田16 d后，土壤中的各项指标都基本恢复到对照组的水平。但是高浓度的草甘膦施用后，会持续抑制土壤中蔗糖酶和过氧化氢酶的活性，而且需要较长时间才能被分解。试验虽是在模拟田间的环境下进行的，但可以认为试验用草甘膦量（0.567 μg/g）是最佳的田间施用浓度，施用该浓度对生态系统是安全的。

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