百菌清、代森錳鋅對土壤過氧化氫酶活性的影響

侯利園，閆 雷*，秦智偉，李曉亮

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，哈爾濱 150030）

土壤酶是影響土壤新陳代謝的重要因素[1]，參與了土壤生物化學(xué)過程在內(nèi)的自然界物質(zhì)循環(huán)。過氧化氫酶廣泛存在于土壤中和生物體內(nèi)，土壤過氧化氫酶能夠促進過氧化氫的分解，從而能有效地防止土壤及生物體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的過氧化氫對其毒害。由于土壤酶的活性易受環(huán)境因素的影響，尤其在污染條件下土壤酶的活性變化很大，因此土壤酶活性作為一項生態(tài)毒理學(xué)指標(biāo)，被許多學(xué)者用來判斷外來物質(zhì)對土壤的污染程度及可能對生態(tài)環(huán)境造成的影響[2-5]。有關(guān)化學(xué)農(nóng)藥對土壤酶活性的影響已有許多報道[6-9]。

農(nóng)藥是用于防治農(nóng)作物病蟲害、消除雜草、消滅動物體內(nèi)外寄生蟲和調(diào)節(jié)植物生長的藥劑，它在農(nóng)牧業(yè)的生產(chǎn)保收和保存以及人類傳染病的預(yù)防、控制等方面起著極為重要的作用。但是隨著農(nóng)藥工業(yè)的迅速發(fā)展及使用范圍的不斷擴大，大量有毒物質(zhì)進入土壤、水體、大氣及生物體內(nèi)，通過生物富集和食物鏈造成了生物體內(nèi)的殘留，造成一系列諸如環(huán)境污染日趨嚴(yán)重等問題，嚴(yán)重危害了人類的健康和破壞農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡。如何解決農(nóng)藥對生態(tài)環(huán)境影響的問題，日益引起人們的重視[10]。

百菌清、代森錳鋅為北方常用殺菌劑，常用于防治麥類、蔬菜等真菌病害。本試驗利用高錳酸鉀滴定法研究了百菌清、代森錳鋅對大棚土壤過氧化氫酶活性的影響，并與其對農(nóng)田土壤過氧化氫酶活性的影響進行比較，為大棚合理施藥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

百菌清（75%可濕性粉劑，江陰蘇利化學(xué)有限公司）、代森錳鋅（70%可濕性粉劑，天津市農(nóng)藥研究所）均為市售農(nóng)藥。

試驗土樣采自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊農(nóng)場，挖0～20 cm耕作層土壤，在室溫下風(fēng)干，過1 mm篩備用。土壤理化性質(zhì)用常規(guī)方法分析[11]（見表1）。

表1 供試土壤理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of soils tested

1.2 土壤過氧化氫酶的測定

稱取1 kg供試土壤，均分為4份，分別加入不同劑量的農(nóng)藥，使其在土壤中的質(zhì)量比分別為0、10、20、50 mg·kg-1，即農(nóng)藥推薦劑量的 0、1、2、5倍。調(diào)節(jié)試樣的含水量至土壤最大持水量的60%，置于人工氣候箱（25±1）℃培養(yǎng)，于3、6、9、12、15 d后取樣，以高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性，每個樣品設(shè)置3個平行組。過氧化氫酶活性以單位干土重消耗0.02 mol·L-1高錳酸鉀毫升數(shù)表示[1]。

抑制率的計算公式為：

過氧化氫酶活性百分比的計算公式為：

式中，A為不加農(nóng)藥土壤酶活性；B為加農(nóng)藥土壤酶活性。

2 結(jié)果與分析

2.1 百菌清對兩種土壤過氧化氫酶活性的影響

百菌清對大棚、農(nóng)田土壤過氧化氫酶活性的影響見圖1、2。

由圖1可以看出，大棚土壤在施入不同劑量的百菌清后，土壤中過氧化氫酶活性的變化趨勢基本一致，表現(xiàn)為“升-降-平”，即培養(yǎng)前期（3～6 d），各濃度處理過氧化氫酶活性呈逐漸上升趨勢；到培養(yǎng)中期（6～9 d）時，過氧化氫酶活性下降明顯，總體上低于初期第3天時的活性水平；培養(yǎng)后期（9～15 d），過氧化氫酶活性略有上升，但變化不大，隨后趨于平緩。百菌清處理后的大棚土壤過氧化氫酶活性與對照相比，差異不顯著，且各劑量處理間的差異也不顯著?？梢姲倬宓膰娛﹦┝靠刂圃?0 mg·kg-1以下，對大棚土壤的過氧化氫酶活性影響不大。

農(nóng)田土壤中的過氧化氫酶活性在整個培養(yǎng)期間變化幅度不大，表現(xiàn)為培養(yǎng)前期（3～6 d）上升，中期（6～9 d）下降，后期（9～15 d）趨于平緩。施入百菌清后，各濃度處理農(nóng)田土壤過氧化氫酶活性變化趨勢與對照相似，但都呈現(xiàn)出不同程度的激活作用。從圖2中可以看出，培養(yǎng)前期（3～6 d），各濃度處理表現(xiàn)出較強的激活作用，且濃度越高，激活作用越強。不過當(dāng)百菌清濃度增加到50 mg·kg-1時，酶活性激活程度略有下降，表現(xiàn)為施用50 mg·kg-1百菌清的土壤酶活性反而比20 mg·kg-1的土壤酶活性低，這種趨勢也一直延續(xù)到培養(yǎng)中期（6～9 d）和培養(yǎng)后期（9～15 d）。這種施入百菌清后，農(nóng)田土壤過氧化氫酶所表現(xiàn)出來的較強的激活作用，原因是農(nóng)田土壤中所含有機質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)含量較低（見表1），施入的農(nóng)藥可為微生物提供碳源、氮源等，使得微生物的數(shù)量增加，從而過氧化氫酶活性提高。通過比較50 mg·kg-1百菌清對大棚、農(nóng)田土壤過氧化氫酶活性影響的差異，結(jié)果見圖3。

圖1 百菌清對大棚土壤過氧化氫酶活性的影響Fig.1 Influence of chlorothalonil on catalase activity of greenhouse soil

圖2 百菌清對農(nóng)田土壤過氧化氫酶活性的影響Fig.2 Influence of chlorothalonil on catalase activity of farmland soil

圖3 百菌清對兩種土壤過氧化氫酶活性影響的比較Fig.3 Comparison of influence of chlorothalonil on soil catalase activity between greenhouse and farmland

由圖3可見，可以看出百菌清對農(nóng)田土壤過氧化氫酶在整個試驗過程中表現(xiàn)出很強的激活作用（激活率為21.3%～29.6%）；而對大棚土壤僅在培養(yǎng)初期表現(xiàn)出微弱激活作用，中后期甚至有輕微的抑制作用。這也許跟大棚在封閉式管理模式下，微生物多樣性下降有關(guān)。此時盡管有機質(zhì)含量得到了人為提高，但外來農(nóng)藥還是會對大棚土壤環(huán)境產(chǎn)生輕微的負(fù)面影響。

2.2 代森錳鋅對兩種土壤過氧化氫酶活性的影響代森錳鋅對大棚、農(nóng)田土壤過氧化氫酶活性的影響見圖4、5。

由圖4可見，大棚土壤在施入不同劑量的代森錳鋅后，土壤中過氧化氫酶活性的變化趨勢基本一致，表現(xiàn)為培養(yǎng)前期（3～6 d），各濃度處理過氧化氫酶活性呈逐漸上升趨勢；到培養(yǎng)中期（6～9 d），過氧化氫酶活性下降明顯；培養(yǎng)后期（9～15 d），過氧化氫酶活性略有上升，但變化不大，隨后趨于平緩?？傮w上在培養(yǎng)中期各處理土壤酶活性一直低于對照酶活性水平，到了培養(yǎng)后期，10 mg·kg-1（1倍劑量）處理的過氧化氫酶活性基本恢復(fù)到空白水平；其他處理的過氧化氫酶活性仍呈較低狀態(tài)，其中以50 mg·kg-1（5倍劑量）的處理表現(xiàn)的更明顯，在培養(yǎng)第15天時酶活性仍維持較低水平。

農(nóng)田土壤施入代森錳鋅后，過氧化氫酶活性在培養(yǎng)期間變化趨勢較平緩，各處理過氧化氫酶活性變化趨勢與對照相似。各代森錳鋅處理土壤過氧化氫酶活性在整個培養(yǎng)期間總體上高于對照，表現(xiàn)出較強的激活作用，但并不是農(nóng)藥濃度越高、激活作用越強。如圖5所示，10 mg·kg-1的劑量的處理相比其他劑量處理反而表現(xiàn)出更強的激活作用，激活率達25.7%～36.6%。

通過比較濃度為50 mg·kg-1的代森錳鋅對大棚和農(nóng)田土壤過氧化氫酶活性的影響見圖6。由圖6可見，代森錳鋅對大棚土壤過氧化氫酶活性的影響表現(xiàn)為抑制作用，且隨時間的增加，抑制作用逐漸增強；而對農(nóng)田土壤則在整個培養(yǎng)過程中均表現(xiàn)出較強的激活作用。

圖6 代森錳鋅對兩種土壤過氧化氫酶活性影響的比較Fig.6 Comparison of influence of mancozeb on soil catalase activity between greenhouse and farmland

2.3 百菌清、代森錳鋅對土壤過氧化氫酶活性影響的比較

比較不同農(nóng)藥對土壤過氧化氫酶活性影響的差異，50 mg·kg-1的百菌清、代森錳鋅對兩種土壤過氧化氫酶活性的抑制率比較結(jié)果見圖7、8。相比之下，百菌清對大棚土壤過氧化氫酶活性的影響較小，接近對照水平；而代森錳鋅對大棚土壤過氧化氫酶活性則表現(xiàn)為抑制作用，且這種抑制作用隨培養(yǎng)時間的延長而逐漸增強，在培養(yǎng)第15天時達到最大抑制率14.8%。

代森錳鋅和百菌清對農(nóng)田土壤過氧化氫酶活性的影響，與對大棚土壤的影響不同。對于農(nóng)田土壤過氧化氫酶，兩種農(nóng)藥均表現(xiàn)出較強的激活作用（激活率為18.3%～29.6%），且二者的變化趨勢基本相似，除第6天外，在整個培養(yǎng)期間內(nèi)，代森錳鋅的激活作用略高一些。

圖7 兩種農(nóng)藥（50 mg·kg-1）對大棚土壤過氧化氫酶活性影響的比較Fig.7 Comparison of influence between chlorothalonil and mancozeb on greenhouse soil catalase activity

圖8 兩種農(nóng)藥（50 mg·kg-1）對農(nóng)田土壤過氧化氫酶活性影響的比較Fig.8 Comparison of influence between chlorothalonil and mancozeb on farmland soil catalase activity

3 討論

過氧化氫酶是土壤中一種重要的氧化還原酶，它將土壤中的H2O2分解，使作物免遭毒害。土壤中的過氧化氫酶活性變化對作物的生長有著重要的影響。如過氧化氫酶活性過高，會大量分解土壤中存在的H2O2，使土壤中的氧化還原電位降低，不利于作物生長；而過氧化氫酶活性過低，土壤中殘留的大量H2O2自由基對生物體具有毒害作用[12]。

一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，土壤過氧化氫酶活性與理化性質(zhì)相關(guān)。土壤有機質(zhì)是土壤固相的重要組成成分，它對土壤理化性質(zhì)影響很大。它能增強空隙度、通氣性和結(jié)構(gòu)性，有顯著的緩沖作用和持水力，它的陽離子交換能力很強，含有大量的植物營養(yǎng)元素，是微生物的營養(yǎng)源和能源。微生物、土壤酶和礦物質(zhì)等可以固定在有機質(zhì)上。當(dāng)有機質(zhì)含量高時，酶積極參與其他轉(zhuǎn)化分解過程，其活性明顯提高；有機質(zhì)含量低時，則相反。本研究中農(nóng)田土壤與大棚土壤理化性質(zhì)存在差異，如有機質(zhì)含量，農(nóng)田土壤中為3.328%；而大棚土壤中有機質(zhì)含量高達5.539%。因此農(nóng)田土壤中的過氧化氫酶活性明顯低于大棚土壤。

從本試驗結(jié)果來看，百菌清對農(nóng)田和大棚土壤過氧化氫酶活性的影響，主要以激活作用為主，這也證實了“百菌清的使用增強了土壤中過氧化氫酶的活性，能在一定程度上減輕由于生物呼吸和有機物的生物化學(xué)氧化反應(yīng)而產(chǎn)生的過氧化氫對土壤中生物體的毒害作用[13]。關(guān)于殺菌劑代森錳鋅對土壤過氧化氫酶活性影響的相關(guān)研究則較少，今后應(yīng)加強這方面的工作。

現(xiàn)今關(guān)于土壤酶的研究，大部分都是在實驗室內(nèi)條件下完成的，所用土壤一般會經(jīng)過過篩處理，土壤團粒結(jié)構(gòu)被破壞，土壤的物理狀態(tài)與實際土壤存在較大差異，對于實際生產(chǎn)的指導(dǎo)作用受到限制。而田間的環(huán)境因素復(fù)雜，實現(xiàn)指標(biāo)控制比較困難[14]。因此，如何解決與權(quán)衡這種矛盾又給今后的研究帶來了新的挑戰(zhàn)。

4 結(jié)論

a.大棚土壤中施入百菌清、代森錳鋅后，施藥量在5倍推薦劑量范圍內(nèi)不會對過氧化氫酶活性的產(chǎn)生顯著作用；農(nóng)田土壤中施入百菌清、代森錳鋅后，施藥量在5倍推薦劑量范圍內(nèi)對過氧化氫酶卻有很強的激活作用。

b.百菌清、代森錳鋅對同種土壤過氧化氫酶活性的影響趨勢基本相同；兩種農(nóng)藥對農(nóng)田土壤過氧化氫酶的影響明顯高于對大棚土壤的影響。

由此可知，按照推薦劑量的5倍劑量范圍內(nèi)施藥不會對土壤環(huán)境帶來明顯的不利影響，所以可認(rèn)為此劑量范圍內(nèi)的殺菌劑對土壤生態(tài)系統(tǒng)是安全的。

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