有机肥对镉污染土壤酶活性的影响

武忻，马志宏，刘秀珍

(1.山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801；2.忻州市农业生态环境建设站，山西 忻州 034000)

有机肥对镉污染土壤酶活性的影响

武忻1, 2，马志宏1，刘秀珍1

(1.山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801；2.忻州市农业生态环境建设站，山西 忻州 034000)

通过盆栽试验研究了不同有机肥料对Cd污染土壤酶活性的影响。结果表明：在Cd污染土壤上施用有机肥，土壤脲酶活性和过氧化氢酶活性都有所增强；施用羊粪、鸡粪的处理随施肥量的增加而增强，羊粪、鸡粪的高肥处理大于中肥处理，中肥处理大于低肥处理,施用猪粪的处理随施肥量的增加呈增加降低的趋势，猪粪的中肥处理大于高肥处理，高肥处理大于低肥处理,施用有机肥可提高土壤脲酶活性和过氧化氢酶活性，以达到降低重金属镉的活性和生物有效性的目的。

鸡粪；羊粪；猪粪； Cd污染；酶活性

近年来，环境污染和生态破坏日趋严峻，严重影响人类的健康和生存，特别是重金属元素对环境的污染和破坏尤为突出。重金属是一类毒性很大，具有潜在危害的无机污染物，可在土壤和生物体内富集，造成土壤和作物污染，对作物产量和品质均有较大影响，它们能被作物吸收富集进入食物链，具有损害人和动物健康的潜在危险。这种污染的特殊性在于它不能被土壤微生物降解而从环境中彻底消除，当其在土壤中积累到一定程度就会对土壤——植物系统产生毒害和破坏作用，更为严重的是这种污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，且难降解、易积累、毒性大，是影响生态系统安全的一类重要污染物。重金属Cd不是植物生长的必需元素，它具有很大的生物毒性，在土壤中具有较强的化学活性，与其它重金属相比，更易被植物根系吸收而向籽实迁移，Cd在作物中，特别是在可食部分会大量积累，然后通过食物链进入人体，并且Cd在人体内降解周期很长，进入人体和温血动物的Cd与低分子硫蛋白结合形成金属硫蛋白，损伤肾脏、骨骼、呼吸器官和消化系统，引起钙代谢障碍，抑制机体免疫功能，大量破坏红细胞而引起贫血等[1～3]。使肾脏等器官发生病变，并引起神经痛和内分泌失调等多种病症，Cd还破坏人体的骨骼系统，使骨质变脆易折，造成疼痛而死亡[4]。Cd因其在土壤中的高度移动性和对作物的高度毒害性，被视为重金属中最具危害性的一种污染元素[5]。

重金属作为农业和生态环境的重要污染源之一，对环境和农业安全生产产生了重要影响，已引起许多国内外研究者的高度重视，而如何采取修复措施来减缓重金属危害尤其是对农作物的危害已成为当前重要的研究课题。前人已就有机肥对重金属污染土壤分别对作物生长发育和土壤环境的影响开展了一系列的研究，得出了很多有价值的结论，但有关有机肥对镉污染土壤酶活性的影响研究不多。本试验以小麦为研究对象，研究了施用不同有机肥对Cd污染土壤酶活性的影响，以期筛选出可以有效降低土壤Cd含量、减轻对作物毒害的有机肥及施肥量，为治理Cd污染土壤提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤采自山西农业大学试验田石灰性褐土，风干后过3 mm筛，充分混匀备用，其土壤基本理化性状见表1。

供试作物为春小麦(加春1号)

供试肥料为完全腐熟的鸡粪、猪粪、羊粪,其基本性质见表2。

表1 供试土壤的基本理化性状

表2 供试有机肥的基本性质

1.2 试验设计与管理

鸡粪(C)、羊粪(S)、猪粪(P)，按氮含量分别设低(L)0.15 g·kg-1土、中(M) 0.30 g·kg-1土、高(H) 0.60 g·kg-1土3个水平，即：鸡粪(CL、CM、CH),羊粪(SL、SM、SH),猪粪(PL、PM、PH)和对照(CK)共10个处理5次重复。试验盆钵上口直径为30 cm，底部直径为22 cm，高为40 cm，每盆装土12 kg，2009年9月按试验要求将肥料称好与土壤混匀后按土壤容重1.3 g·cm-3装盆。外源Cd用CdCl2·2.5H2O(分析纯)以溶液形式按试验要求10 mg·kg-1土施入土壤，两周后与土壤充分混匀，浇水至田间持水量的80%，于2010年3月1日播种，出苗后每盆定植25株，试验期间根据小麦需水量浇水，同时依次轮换盆钵位置，按常规方法管理，于2010年6月25日收获。

1.3 样品的采集与处理

在小麦各生育期采集新鲜土样测定土壤酶活性；

土壤脲酶：苯酚-次氯酸钠比色法(靛酚比色法)[6]；

土壤过氧化氢酶：高锰酸钾滴定法[6]；

试验结果采用2003Excel和DPS软件进行统计分析。

2 结果与分析

在土壤中酶是最活跃的有机成分之一, 土壤酶驱动着土壤的代谢过程, 对土壤圈中养分循环和污染物质的净化具有重要的作用[7～10], 土壤酶活性的大小综合反映了土壤理化性质和重金属浓度的高低, 特别是脲酶的活性对于反映土壤重金属污染具有重要的监测价值[7]。土壤腐殖质含量对土壤酶特性具有明显的作用。由于土壤酶能被土壤腐殖质分子结合并以有机无机复合体的形式存在于土壤中，所以能在很长时间内保持其活性[11]。施用不同的有机肥，对土壤酶活性的影响不同。

2.1 不同有机肥对土壤脲酶活性的影响

脲酶存在于大多数细菌、真菌和高等植物中。它是一种酰胺酶，可酶促有机物分子中酞键的水解。脲酶的作用极为专一，它仅能水解尿素，是对尿素转化起关键作用的酶类。脲酶活性随着土壤Cd浓度的增加而降低，与Cd含量具有明显的相关性[12]。

由图1可以看出，脲酶活性随小麦生育期的延长而降低，小麦苗期土壤脲酶活性最高，说明这时土壤中的供氮能力较强，随生育期的延长脲酶活性下降，施用有机肥各生育期脲酶活性都有所增加，其生育前期增幅大于后期。说明有机肥的施用明显促进了脲酶的活性，从而可缓解土壤Cd污染。

图1 不同有机肥对Cd污染土壤脲酶活性的影响

施肥量为(L、M、H)水平时，小麦苗期、拔节期、抽穗期和成熟期土壤脲酶活性为猪粪gt;羊粪gt;鸡粪。小麦苗期分别比CK提高了53.60%、28.40%、23.20%；104.00%、81.60%、24.30%和97.80%、96.40%、62.90%。施用有机肥各处理与CK之间差异显著，同一肥料不同施肥水平，同一施肥水平不同肥料，处理间差异显著。拔节期分别比CK提高了61.90%、36.00%、16.60%；103.51%、73.00%、49.90%和101.00%、73.50%、58.20%，各处理间差异显著。

抽穗期分别比CK提高了56.93%、17.05%、5.50%；66.94%、35.60%、2.70% 和61.21%、45.57%、39.90%。处理间差异显著，同一肥料不同施肥水平，处理间差异显著。同一施肥水平不同肥料，除SM与CM差异不显著外，其余各处理间差异显著。成熟期土壤脲酶活性比CK分别提高了54.57%、6.70%、3.81%；172.86%、39.52%、25.71%和151.43%、79.81%、58.10%；除CL与CK差异不显著，其他处理与CK差异显著；同一肥料不同施肥水平，差异显著；同一施肥水平不同肥料，CL与SL处理间差异不显著，其他处理间差异显著。

在小麦生长期间,施用有机肥明显促进了土壤脲酶的活性，施用羊粪、鸡粪后土壤脲酶活性随施肥量的增加而提高，施用猪粪的处理以PM对脲酶活性的促进作用最强，其PMgt;PHgt;PL，可见适量的施肥是很重要。

2.2 不同有机肥对土壤过氧化氢酶活性的影响

过氧化氢酶主要来源于细菌、真菌以及植物根系的分泌物。过氧化氢是由生物呼吸过程和有机物的生物化学氧化反应的结果产生的，这些过氧化氢的积累会对生物和土壤产生毒害作用，而在生物体和土壤中存在着过氧化氢酶，它能酶促过氧化氢分解为水和氧的反应，而解除过氧化氢的毒害作用。过氧化氢酶对重金属具有较强的抗性，活性相对稳定。

从图2可以看出，小麦不同生育时期,土壤过氧化氢酶活性苗期相对较高，拔节期达到最高峰，随后随生育期的延长活性逐渐降低。过氧化氢酶具有一定的解毒作用，在作物生长最旺盛的时期，根系分泌物增多，酶的变化也最活跃。小麦苗期和拔节期过氧化氢酶活性达到最大值，这两个时期内过氧化氢酶的解毒能力较强，可减轻Cd污染土壤的毒害作用。施入有机肥后土壤过氧化氢酶活性明显增强。可见有机肥的施用明显促进了过氧化氢酶的活性，从而可缓解土壤受Cd的污染程度。

图2 不同有机肥对Cd污染土壤过氧化氢酶活性的影响

施肥量为(L、M、H)水平时，小麦苗期、拔节期、抽穗期和成熟期过氧化氢酶活性为猪粪(P)gt; 羊粪(S)gt;鸡粪(C)，小麦苗期分别比CK提高了12.50%、12.50%、1.39%；27.78%、16.70%、4.17%和20.83%、18.06%、9.72%。施用有机肥各处理与CK之间差异显著，同一肥料不同施肥水平，羊粪(SL)与羊粪(SM、SH)，鸡粪(CL、CM)与(CH)和猪粪各处理之间差异显著，SM与SH、CL与CM处理间差异不显著；同一施肥水平不同肥料之间，除SL与PL差异不显著外，其余各处理之间差异显著。在小麦拔节期土壤过氧化氢酶活性分别比CK提高了7.78%、7.78%、2.22%；14.44%、10.00%、3.33%和12.22%、10.00%、5.56%。施用有机肥各处理与CK之间差异显著，同一肥料不同施肥水平，CL、CM与CH，PL与PM差异显著，羊粪各处理间、CL与CM、PL与PH之间差异不显著，同一施肥水平不同肥料之间，SL与CL，SM与CM、PM，SH与CH差异显著；SL与PL，SH与PH之间差异不显著。小麦抽穗期土壤过氧化氢酶活性分别比CK提高了27.87%、16.39%、6.56%；44.26%、24.59%、13.11%和31.15%、26.23%、22.95%；同一肥料不同施肥水平，除CM与CH，PL与PH差异不显著外，其余处理间差异显著。同一施肥水平不同肥料之间差异显著。小麦成熟期分别比CK提高了35.85%、15.09%、9.43%；49.06%、20.75%、11.32%和37.74%、33.96%、26.42%。施用有机肥各处理与CK之间差异显著，同一肥料不同施肥水平，SL、SM与SH，CK、CM与CH，PL、PH与PM差异显著。SL与SM，CL与CM，PL与PH，差异不显著。同一施肥水平不同肥料之间差异显著。

在小麦生长期间，施用有机肥后土壤过氧化氢酶活性明显提高，施用羊粪、鸡粪后，土壤过氧化氢酶活性随施肥量的增加而增强，而猪粪以PM对过氧化氢酶活性的促进作用最强。

3 讨论与结论

在Cd污染土壤上施用有机肥后土壤酶活性随施肥量的增加都有所增加，其效果为猪粪gt;羊粪gt;鸡粪。施用猪粪的处理以PM对脲酶、过氧化氢酶活性的促进作用最明显，施用羊粪、鸡粪的处理土壤脲酶、过氧化氢酶活性随施肥量的增加而增强。其增幅脲酶活性大于过氧化氢酶活性，说明Cd对土壤脲酶活性的影响较大，对过氧化氢酶活性的影响较小，与刘云国等研究结果一致[8,13]。

Cd对土壤酶活性有抑制作用，但这是一种暂时现象，施用有机肥后，土壤脲酶活性恢复较快,可将脲酶活性恢复情况作为修复效果和生态环境恢复的重要依据。过氧化氢酶不宜作判断植物修复效果和生态环境改善的依据。在Cd污染的土壤上施用有机肥对土壤酶活性的影响取决于有机肥的种类和施肥量的多少。

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EffectofOrganicManureonenzymeactivityinCadmiumContaminatedSoil

Wu Xin1,2,Ma Zhihong1,Liu Xiuzhen1

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,ShanxiAgriculturalUniversity,TaiguShanxi030801，China；2.AgriculturalEcologicalEnvironmentConstructionStationofXinzhou,XinzhouShanxi034000，China)

A pot experiment was conducted to assess the effect of different organic manure on enzyme activity in cadmium (Cd)contaminated soil. The results showed that the application of organic manure could increase urease activity and catalase activity in cadmium contaminated soil. The urease activity and catalase activity were enhanced with the increasing application amount of chicken manure and sheep manure. The high manure treatment was greater than in middle fertilizer, followed by the low fertilizer treatment. While the urease activity and catalase activity were reduced with the increasing application amount of pig manure. The effect of the middle fertilizer was better than the high fertilizer, followed by the low one. Organic manure can improve urease activity and catalase activity, and reduce the heavy metal Cd contamination and biological effectiveness.

Chicken manure; Sheep manure; Pig manure; Cadmium contamination; Enzyme activity

2014-04-04

2014-04-29

武忻(1983-),女(汉),山西忻州人,农艺师,研究方向：农业资源环境保护与农村可再生能源推广。

刘秀珍,教授,硕士生导师。Tel：0354-6288516；E-mai：sxaulxz@163.com

山西省财政厅科技推广项目(2012)

X172

A

1671-8151(2014)04-0348-05

(编辑：武英耀)