不同有机物料对有机磷农药污染土壤酶活性及土壤微生物量的影响

王艳

不同有机物料对有机磷农药污染土壤酶活性及土壤微生物量的影响

王艳

山西财经大学国际贸易学院，山西 太原 030006

农药污染严重影响了土壤的生态和食品的安全，为了解有机物料对农药污染土壤修复的影响，本文采用室内恒温恒湿培养的方法，研究了在有机磷农药污染的土壤中加入葡萄糖、堆肥、秸秆3种不同的有机物料对土壤微生物及土壤酶活性的影响，结果表明：有机磷农药对土壤微生物生物量碳和土壤的呼吸强度都有一定的影响，具体表现为前期（0～3 d）抑制，中期（3～40 d）为促进作用，后期（40 d以后）恢复稳定。加入有机物料后，显著提高了土壤的微生物生物量碳和土壤的呼吸强度，其中葡萄糖、堆肥、秸秆处理分别在第9、30、40天时的土壤的微生物生物量碳最高，在第9、30、50天时土壤的呼吸强度最高。有机磷农药对土壤过氧化氢酶和土壤脲酶影响表现为先抑制后激活，然后恢复的变化趋势。加入不同有机物料后，堆肥和秸秆对土壤过氧化氢酶和土壤脲酶都有促进作用，显著提高了其活性。堆肥处理的土壤过氧化氢酶、脲酶活性分别在0～20 d，20 d为最高，秸秆处理的土壤过氧化氢酶、脲酶活性都在40～50 d为最高。培养结束时（70 d），秸秆、堆肥处理的土壤过氧化氢酶、脲酶活性要高于葡萄糖、空白处理。葡萄糖处理在前期（0～40 d）对过氧化氢酶、脲酶活性有一定的影响，到后期（40～70 d）同空白之间差异不大。研究结果表明有机物料的加入可以提高土壤微生物量和土壤的呼吸强度，提高土壤酶的活性，对于农药污染土壤的修复具有积极的作用。

有机磷农药；有机物料；土壤微生物量；土壤酶

农药对世界农业生产有很大的贡献，全球每年使用的农药近600万t，可使粮食产量增加25%～30%，蔬菜增加40%～45%（Pimentel，1995），但在使用的农药中只有0.1%能发挥实际效能，其余大部分残留在环境中（Pimentel，1995；Thwih，2002），通过沉降、降雨、淋溶、挥发等途径进入土体、水体、大气（Vryzas等，2009；宋宁慧等，2010；许百发等，2010），造成污染，进而对人和生物造成严重危害。在我国的农药市场上有机磷农药所占份额最大，且使用比较广泛（李晓超，2007），由于有机磷农药大多属于中高毒性农药，且多具有内吸毒性，在环境中残留量大，难以自然降解（Tamara和Richard，2003；Engel等，2001）。在我国受农药污染的耕地约有1600万hm2，有机磷农药是造污染的主要原因，使耕地环境质量不断下降（权桂芝，2007）。随着农药残留问题的日益突出和人们环保意识的提高，对于污染土壤的修复研究也越来越多，其中对环境友好的生物转化和微生物降解技术成为近年来的研究热点（金潇等，2011；Bhadbhade等，2002；王继雯等，2013）。本文通过研究加入不同有机物料后对有机磷农药污染土壤酶活性及土壤微生物的影响，旨在为生物治理农药污染土壤技术提供参考。

1 材料与方法

1.1试验材料

土壤采自山西省太原市清徐县清源镇下辖村农户大棚，农药为50%（V/V）对硫磷乳油，天津红星制药厂生产。供试材料：1）玉米秸秆，其有机碳含量为461.4 g·kg-1。将采集的玉米秸秆用剪刀剪成大约1.5 cm的小段，在烘箱中于70 ℃烘干至恒重，用粉碎机粉碎，过1 mm筛备用。2）腐熟堆肥（牛粪），其有机碳含量为114.4 g·kg-1。将采集的堆肥用手掰成小块，在烘箱中于70 ℃烘干至恒重，用粉碎机粉碎，过1 mm筛备用。3）供试葡萄糖，其有机碳含量为400 g·kg-1，分析纯，天津市化学试剂三厂。根据等碳原则，每千克土样中需要加

入的有机物料质量为玉米秸秆6.5 g，腐熟堆肥26.2 g，葡萄糖7.5 g。

1.2试验设计

将土壤自然风干后过2 cm的筛，调节含水量为土壤持水量(WHC)的50%，此时土壤手感湿润疏松但不结块，同时加入农药，加入量为每千克土样中需要加入对硫磷浓度为100 mg·kg-1。将土壤置于密封的塑料桶内，在室温下预培养1 d。然后分别称取土样3000 g(湿土重)置于塑料盆中，加入有机物料。试验设4个处理，分别为：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）秸秆：混合土壤+玉米秸秆，3次重复。将不同处理的土样置于恒温(25 ℃)、恒湿（50%）的条件下培养。

1.3测定项目与方法

在培养后的一定时间内取土样，采用氯仿熏蒸K2SO4提取法测定土壤微生物生物量碳（吴金水等，2006）、高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶活性（关松萌等，1986p323）、比色法测定脲酶活性（关松萌等，1986p296-297）。

土壤微生物呼吸强度的测定：在原有室内培养法（范志平等，2008）的基础上，采用气相色谱（GC214B，SHIMADZU）检测CO2。色谱条件：10 m×2 mm不锈钢色谱柱；进样口温度、柱温以及检测器（TCD）温度分别为40、40 ℃和90 ℃；载气为氮气，流速为30 mL·min-1；进样量0.2 mL。

1.4数据处理

试验数据处理采用Microsoft Excel2003软件完成。

图1 不同有机物料对土壤微生物碳的影响Fig. 1 Effect of organic materials on soil biomass c

2 结果与分析

2.1不同有机物料对污染土壤微生物生物量碳的影响

由图1可知，空白处理在前期（0～3 d）时土壤微生物生物量碳下降，然后又开始升上，到40 d后，基本保持稳定。各有机物料处理中葡萄糖处理在第3天时土壤微生物生物量碳就远远高于其他处理，到第9天时达到了最高值，1374.8 mg·kg-1，然后开始下降，到40 d时只较空白处理高出9.6%；堆肥处理在30 d时达到了最高值，在50 d时较空白处理高出12.2%，到60 d时其与空白、葡萄糖处理没有明显的差异；秸秆处理在30 d前土壤微生物生物量碳低于堆肥、葡萄糖处理，在40 d时达到了最大值，到70 d时与其他处理间没有明显差异。

2.2不同有机物料对土壤呼吸的影响

此外，医院用大厅设置钢琴冲淡医院的冷峻和嘈杂；用手术等待区——患者家属可以边进食边等待，缓解焦虑等一系列举措，践行“优质”这一定语。

CO2是微生物分解作用的产物，因此通过测定CO2释放量可以进一步的反应出土壤中微生物的活性。从图2可以看出，各处理土壤CO2释放量同图1中各处理微生物碳的变化趋势大体相一致，葡萄糖处理在第9天为最高，分别为秸秆和堆肥处理的2.4倍和2.7倍；堆肥处理在30 d时达到最高，分别较葡萄糖和秸秆处理高出22.0%和29.3%；秸秆处理在50 d时达到最高值，分别为堆肥和葡萄糖处理的2.4倍和2.6倍。空白处理土壤CO2释放量在整个过程中变化较小，在70 d时各处理间的土壤CO2释放量差异都很小。

2.3不同有机物料对土壤过氧化氢酶活性的影响

土壤过氧化氢酶促进过氧化氢的分解，能有效地防止土壤及生物体在新陈代谢过程中产生的过氧化氢对其毒害（郑巍等，2000）。在整个培养时期中（图3），葡萄糖处理前20 d的过氧化氢酶活性最低，在40 d、50 d时分别较空白处理高出8.6%和14.3%，50 d以后和空白处理间没有的显著的差异。空白处理的土壤过氧化氢酶活性在9 d时达到最高，然后下降，到50 d后基本保持不变。堆肥处理在9 d、20 d时土壤过氧化氢酶活性最高，随后开始下降。秸秆处理在3～9 d时升高，随后下降，到40 d时又升高，达到最大值18.9 mg·g-1·h-1，到

70 d时同堆肥处理基本保持一致，但两者的土壤过氧化氢酶活性要高于空白和葡萄糖处理。

图2 不同有机物料对土壤CO2释放量的影响Fig. 2 Effect of organic materials on soil CO2emission

图3 不同有机物料对土壤过氧化氢酶活性的影响Fig. 3 Effect of organic materials on soil catalase activity

图4 不同有机物料对土壤脲酶活性的影响Fig. 4 Effect of organic materials on soil urease activity

2.4不同有机物料对土壤脲酶活性的影响

土壤脲酶作为一种酰胺酶，可水解尿素为氨和二氧化碳，是氮素转化的重要酶类。在整个培养过程中(图4)空白处理在第3天时，脲酶活性较低，到第9天时达到了最高，然后开始下降，到40 d以后，基本保持不变，葡萄糖处理在第3、9天时脲酶活性在各处理中为最高，其中第9天时达到了2.0 NH4+-N mg·g-1，然后迅速下降，到40 d以后，同空白处理相差不大。堆肥处理在第20天时达最高，到50 d后保持稳定，秸秆处理在40 d时为最高。

到70 d时，秸秆、堆肥处理的脲酶活性要高于葡萄糖、空白处理。

3 讨论

土壤酶来自土壤微生物、植物和动物活体或残体，是土壤的重要组成部分，其参与土壤中所有的生化反应，在物质转化、能量代谢、污染土壤修复（CaiK等，2006）等过程中发挥着重要作用。近年来国内外学者（Davies和Greaves，1981；王金花等，2003；周瑛等，2005）对土壤酶与农药的关系进行了系统研究，发现农药对土壤酶的作用随农药和土壤类型的不同而有较大差异。本试验中有机磷农药对硫磷对土壤过氧化氢酶和土壤脲酶表现为先抑制后激活，然后恢复的变化趋势，其与鲁赫鸣、杨春璐（鲁赫鸣等，2004；杨春璐等，2006）等人的研究结果一致。加入不同有机物料后，除葡萄糖外，堆肥和秸秆对土壤过氧化氢酶和土壤脲酶都促进作用，显著提高了其活性。在整个培养过程中堆肥和秸秆处理土壤的过氧化氢酶活性都高于葡萄糖和对照处理，堆肥和秸秆处理之间土壤酶活性的变化趋势同土壤微生物的变化趋势一致，这说明土壤酶和土壤微生物之间有着密切的相关关系，微生物生命代谢活动的加强能够提高土壤酶活性，同时土壤酶活性的提高也促进了土壤中物质转化速率，为微生物提供养分和良好的土壤微生态环境，其同前人的研究结果一致（郑勇等，2008）。葡萄糖处理的土壤过氧化氢酶活性在前期显著低于其他处理，可能因在过氧化氢酶测定过程中高锰酸钾会氧化葡萄糖导致了测定结果偏低。

4 结论

对硫磷农药对土壤微生物生物量碳和土壤的呼吸强度的影响为前期（0～3 d）都有一定的抑制作用，中期（3～40 d）为促进作用，后期（40 d以后）恢复稳定，加入有机物料后，显著提高了土壤的微生物生物量碳和土壤的呼吸强度，其中葡萄糖、堆肥、秸秆分别在第9、30、40天时的土壤的微生物生物量碳最高，在第9、30、50天时土壤的呼吸强度最高。对硫磷对土壤过氧化氢酶和土壤脲酶活性的影响表现为先抑制后激活，然后恢复到加入前的活性水平。加入不同有机物料后，堆肥和秸秆对土壤过氧化氢酶和土壤脲酶都有促进作用，显著提高了其活性。葡萄糖在0～20 d期间内对脲酶也有一定的促进作用，后期同空白处理差异不大。有机物料的加入可以提高土壤微生物量和土壤的呼吸强度，提高土壤酶的活性，对于农药污染土壤的修复具有积极的作用。

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, 王红, 邓东周, 等. 2008. 土壤异养呼吸的测定及其温度敏感性影响因子[J]. 生态学杂志, 27(7): 1221-1227.

龚平, 孙铁珩, 李培军. 1996. 农药对土壤微生物的生态效应[J]. 应用生态学报, 7: 127-132.

关松萌, 张德生, 张志明. 1986. 土壤酶及其研究法[M]. 北京: 农业出版社.

黄继川, 彭智平, 于俊红, 等. 2010. 施用玉米秸秆堆肥对盆栽芥菜土壤酶活性和微生物的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 16 (2): 348-353.

金潇, 颜冬云, 秦文秀. 2011. 有机磷农药的微生物降解技术[J]. 湖南农业科学, (9): 93-97.

李鲜花, 贺英, 张颖. 2011. 施用堆肥对番茄生长及土壤微生物的影响[J]. 湖北农业科学, 50(17): 3503-3506.

李晓超. 2007. 中国统计学年鉴[M]. 北京: 中国统计出版社: 557.

鲁赫鸣, 闫颖, 王文思, 等. 2004. 农药对土壤过氧化氢酶活性的影响[J].东北师大学报自然科学版, 36(4): 93-97.

邱俊珊, 朱可丽, 张杰, 等. 2002. 降解芳烃微生物的多样性[J]. 应用生态学报, 13(12): 1713-1715.

权桂芝. 2007. 土壤的农药污染及修复技术[J]. 天津农业科学, 13(1): 35-38.

宋宁慧, 卜元卿, 袁单军. 2010. 农药对地表水污染状况研究概述[J]. 生态与农村环境学报, 26(Z1): 49-57.

王静, 乔雄梧, 朱九生, 等. 1999. 四种农药对土壤微生物的影响: 土壤呼吸的变化[J]. 应用与环境生物学报5: 155-157.

王继雯, 甄静, 刘莹莹, 等. 2013. 一株有机磷农药高效降解菌的筛选及酶学性质研究[J]. 中国农学通报, 29(21): 83-87.

王金花, 朱鲁生, 王军, 等. 2003. 除草剂阿特拉津对土壤脲酶活性的影响[J]. 应用生态学报, 14(12): 2281-2286.

吴金水, 林启美, 黄巧云, 等. 2006. 土壤微生物生物量测定方法及其应用[M]. 北京: 气象出版社: 54-59.

许百发, 徐建宏, 胡素珍. 2010. 浅析农药对环境污染的种类、途径及防控举措. 安徽农学通报, (10): 65.

杨春璐, 孙铁珩, 和文祥, 等. 2006. 农药对土壤脲酶活性的影响[J]. 应用生态学报, 17(7): 1354-1356.

张瑞福, 崔中利, 何健, 等. 2004. 甲基对硫磷长期污染对土壤微生物的生态效应[J]. 农村生态环境, 20(4): 1-5.

郑巍, 刘惠君, 刘维屏. 2000. 吡虫啉及代谢产物对土壤过氧化氢酶活性的影响[J]. 中国环境科学, 20(6): 524-527.

郑勇, 高勇生, 张丽梅, 等. 2008. 长期施肥对旱地红壤微生物和酶活性的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 14(2): 316-3211.

周瑛, 刘维屏, 王婷婷. 2005. 异丙甲草胺及其高效体对我国南方潮土

微生物的影响Ⅰ. 过氧化氢酶[J]. 应用生态学报, 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

山西省科技攻关项目（20090311027）

王艳（1964年生），女，教授，博士，主要从事农业环境及新型肥料的研制工作。E-mail: wangy64@263.net

2014-04-21

王艳. 不同有机物料对有机磷农药污染土壤酶活性及土壤微生物量的影响[J]. 生态环境学报, 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.