不同化學農(nóng)藥對土壤脲酶活性的影響

謝勇波，周清明，龔道新

（湖南農(nóng)業(yè)大學煙草科學與工程技術研究中心，湖南 長沙 410128）

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中,化學農(nóng)藥的施用仍是一項不可缺少的措施,它們對提高作物產(chǎn)量、控制疾病傳播等方面起到了重要的作用?；瘜W農(nóng)藥的廣泛應用,使其直接或間接地進入到土壤表層或耕作層,污染并破壞自然的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境[1]。

土壤中存在著許多種酶，它們主要來自于土壤中的微生物。土壤酶是土壤新陳代謝過程中的一種生物催化劑，土壤中各種各樣的生化過程均在這些酶的參與下完成。土壤酶活性反映了土壤中進行的各種生物化學過程的動向和強度，對土壤肥力的形成和提高以及對土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)具有重要意義[2-3]。土壤酶能加速土壤有機質(zhì)的化學反應，其活性的改變將影響土壤養(yǎng)分釋放，從而影響作物生長，因此土壤酶活性可作為農(nóng)業(yè)管理實踐過程中土壤質(zhì)量演變的生物活性指標[4]。

脲酶是土壤中的主要酶類之一，是唯一對尿素在土壤中的轉(zhuǎn)化及作用有著重大影響的酶，與土壤生物地球化學循環(huán)中的氮循環(huán)密切相關，其水解尿素生成的氨是植物氮素營養(yǎng)來源之一。脲酶活性過低，勢必會影響尿素的利用率。脲酶活性過高對土壤肥力及作物的生長也不利。尿素施入土壤后，在脲酶的催化作用下，迅速水解成CO2和NH3，導致土壤pH值的升高和氨的釋出，從而產(chǎn)生亞硝酸鹽和氨的毒害，傷害幼苗，并引起尿素氮以氨形式的氣體損失[5]?；瘜W農(nóng)藥的使用很大程度上影響著土壤脲酶的活性。

1 除草劑對土壤脲酶活性的影響研究

隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，除草劑已廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，很大程度上減少了勞動力的消耗。自上世紀70年代末期除草劑成為世界農(nóng)藥工業(yè)主體以來，使用量持續(xù)增加，特別是在發(fā)達國家，除草劑幾乎成為農(nóng)田雜草防治的主體。由于除草劑的靶標生物為與作物爭奪養(yǎng)分和空間的雜草，因此，除草劑在施用時很大一部分會直接流入土壤。

進入土壤的除草劑會影響土壤脲酶的活性，其效果與除草劑的種類和劑量有關。研究發(fā)現(xiàn)，甲磺隆濃度為0.1 μg/g時不影響脲酶的活性，當甲磺隆的濃度提高到0.5～2.0 μg/g時,脲酶活性顯著降低[6]。滕春紅等[7]發(fā)現(xiàn)，5～10 μg/kg 低濃度氯嘧磺隆對脲酶有輕微的激活作用，而20～100 μg/kg高濃度氯嘧磺隆則對脲酶有抑制作用。張宇等[8]研究了咪唑乙煙酸、氯嘧磺隆和異噁草酮3種大豆田長殘留除草劑對土壤脲酶的影響。結果表明，在施用后的最初時期，3種除草劑對脲酶活性均有顯著的抑制作用，并且劑量越大，抑制作用越強烈，但隨著時間的延長，表現(xiàn)各異。其中，咪唑乙煙酸處理的土壤的脲酶活性逐漸增強，35 d后抑制作用得以解除，脲酶活性被激活，與對照差異達到極顯著水平；氯嘧磺隆處理的土壤的脲酶活性則逐漸恢復至正常狀態(tài)；異噁草酮處理的土壤的脲酶活性開始恢復時間最早，并且脲酶活性顯著高于對照，持續(xù)時間最長。

脲酶的活性也與土壤的肥力有一定的關聯(lián)。王金花等[5]研究了阿特拉津?qū)?種典型施肥處理的土壤脲酶活力的影響。結果發(fā)現(xiàn)，處理初期，低濃度阿特拉津?qū)ν寥离迕赣幸欢ù碳ぷ饔茫邼舛忍幚碓谡麄€試驗過程中對脲酶有明顯抑制作用。阿特拉津?qū)Σ煌柿ν寥乐须迕傅挠绊懹忻黠@差異，對照土壤和NPK肥土壤中脲酶活力較低，脲酶受抑制明顯，抑制率分別高達30.35%和28.89%；NPK+秸稈和NPK+有機肥土壤的脲酶活力高，脲酶抑制率低，最高抑制率分別為21.35%和16.86%，不同肥力土壤在整個處理過程中，脲酶抑制率均為先逐漸增大到最大值，然后又逐漸降低；高肥力土壤脲酶抑制率最大值出現(xiàn)的時間比低肥力土壤遲，表明高肥力土壤對阿特拉津有較強的耐受能力。楊春璐等[9]認為適當濃度的豆磺隆可以激活土壤脲酶的活性，但土壤脲酶與豆磺隆之間的關系較復雜，強烈地受到土壤類型、肥力等的影響。Sannino等[10]在研究農(nóng)藥對土壤脲酶活性影響時也得出類似結果。

有些除草劑在施用后對土壤脲酶有強烈的抑制作用，但隨著時間的延長，其抑制作用會逐漸消除，甚至會轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ钇浠钚?。葉央芳等[11]研究了新型乙酰苯胺類除草劑苯噻草胺對水稻田土壤酶活性的影響。其發(fā)現(xiàn)苯噻草胺會強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，然后才慢慢恢復，直到試驗的最后階段才接近或輕微超過對照水平。

有些除草劑在施用后，會直接激活土壤脲酶的活性，但隨著時間的推移，其激活作用會逐漸消失，然而施用劑量的不同其影響也可能會不一樣。陳國峰等[12]通過室內(nèi)避光培養(yǎng)法研究了添加不同質(zhì)量分數(shù)使它隆對土壤酶活性的影響。結果發(fā)現(xiàn)，使它隆在0.5 mg/kg和50 mg/kg質(zhì)量分數(shù)時，處理的土壤在第1～28天內(nèi)脲酶的活性均高于對照土壤，表現(xiàn)為激活作用，隨著培養(yǎng)時間的延長，脲酶的活性逐漸恢復至對照土壤水平。5 mg/kg劑量處理的土壤在第1～7天土壤脲酶的活性低于對照土壤，隨著培養(yǎng)時間的延長，脲酶的活性逐漸升高，在第7天抑制率達最高，為對照水平的8.21%。林曉燕等[13]報道，經(jīng)芐密磺隆處理的土壤，其土壤脲酶的活性會先得到刺激，然后被抑制。

2 殺蟲劑對土壤脲酶活性的影響研究

人們在向作物體上噴灑殺蟲劑的時候，相當一部分會落到地面而流入土壤。另外，為了防治地下害蟲，有些殺蟲劑會直接灑入土壤中，或者是通過浸種、拌種后隨種子進入土壤。另外，作物經(jīng)施藥后，揮發(fā)到大氣中的殺蟲劑經(jīng)過自由沉降或降雨等，都可能第2次進入土壤。這些進入土壤的藥劑或多或少會對土壤脲酶的活性產(chǎn)生一定的影響。

在不同土壤的肥力條件下，不同殺蟲劑對土壤脲酶的影響效果不一樣。有的殺蟲劑能抑制土壤脲酶的活性，有的卻能激活，還有的隨著時間的延長先抑制后激活。楊玲等[14]報道，當?shù)孜餄舛?尿素)相同時，擬除蟲菊酯類農(nóng)藥(功夫、敵殺死)在一定用量范圍內(nèi)，對脲酶活性的抑制作用呈遞減趨勢；有機磷類農(nóng)藥(氧樂果，久效磷，蚜虱凈)、氨基甲酸酯類農(nóng)藥(好年冬)、酰胺類農(nóng)藥(敵稗、尼索朗)在試驗用量范圍內(nèi)，總的趨勢隨農(nóng)藥用量增加，對脲酶活性的抑制率增加；而有機氯類農(nóng)藥(三氯殺螨醇)在試驗用量范圍內(nèi)，對脲酶活性基本無抑制作用。當農(nóng)藥用量相同時，脲酶活性在一定范圍內(nèi)與尿素的濃度有一定的相關關系，農(nóng)藥對酶活性的抑制率隨尿素濃度的變化可能有一個最低點。范昆等[15]通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗研究了1，3-二氯丙烯對土壤中脲酶活性的影響。結果表明，高劑量(200、500 μg/g)1，3-二氯丙烯對土壤脲酶先表現(xiàn)為抑制作用，后表現(xiàn)為激活作用；低劑量(1、10、50、100 μg/g)處理則表現(xiàn)為激活-抑制-激活作用，且抑制、激活程度及持續(xù)時間與處理濃度呈正相關關系。楊春璐等[16]研究了呋喃丹濃度對土壤脲酶活性的影響，結果表明，在一定濃度范圍內(nèi)，脲酶活性表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢,但總體為激活作用。王聰穎等[17]認為，一氯苯對土壤脲酶有明顯的激活作用，土壤脲酶在一定范圍內(nèi)可表征紅壤受一氯苯污染的程度；一氯苯能加速土壤脲酶和尿素復合物的解離。和文祥等[18]通過模擬方法研究殺蟲雙對土壤脲酶活性特征參數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)添加殺蟲雙后土壤酶活性急劇降低，表明其對脲酶具有顯著的抑制作用,且隨濃度增加，酶活性降幅增大、酶促反應的Vmax、Vmax/Km、k減小，Km增大。

有的殺蟲劑對土壤脲酶的影響在前期不明顯，但后期影響迅速。郭明等[19]研究了多種殺蟲劑對土壤脲酶活性的影響。其中涕滅威和天王星對脲酶抑制作用發(fā)生得比較緩慢；加入涕滅威10 d后，土壤脲酶活性出現(xiàn)急劇下降趨勢，說明涕滅威在土壤中充分溶解產(chǎn)生藥效，抑制了尿素的分解；加入天王星6 d后，脲酶活性逐步升高，說明它對脲酶的抑制作用減弱，但脲酶活性還是低于對照。

也有的殺蟲劑對土壤酶活性的影響不是很明顯。姚曉華等[20]研究了新型殺蟲劑啶蟲脒對土壤脲酶酶活性的影響，結果表明，施藥后的兩周內(nèi)土壤脲酶的活性與對照相比沒有受到多大影響，從第三周開始，其活性受到輕微刺激，隨后又會與對照的變化相似。活性的變化與使用濃度關系不大。

3 殺菌劑對土壤脲酶活性的影響研究

殺菌劑直接作用于病原微生物，是作物病害防治和病害傳播控制中不可或缺的農(nóng)藥。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，殺菌劑也可通過多種途徑進入土壤，從而影響土壤中酶的活性。大多數(shù)殺菌劑對土壤脲酶活性有著抑制作用，但是這種抑制作用也可能會隨時間的延長而發(fā)生變化。

李霞等[21]研究了多種農(nóng)藥殺菌劑對土壤脲酶活性的影響，其發(fā)現(xiàn)5種農(nóng)藥(深藍、克菌寶、活根菌滅、施凈、巧能)均會對脲酶活性產(chǎn)生抑制作用，其中巧能和施凈對脲酶活性的抑制更為突出，其抑制率達37.67%。施凈和巧能的有效成分噁毒靈(3-羥基-5-甲基異惡唑)是一種雜環(huán)類內(nèi)吸性廣譜殺菌劑。賀仲兵等[22]將溴硝醇農(nóng)藥施入土壤后，測定了土壤中脲酶活性的變化情況。結果發(fā)現(xiàn):1 mg/kg濃度的溴硝醇農(nóng)藥對土壤中脲酶活性表現(xiàn)為激活-抑制-激活-恢復的過程，5 mg/kg濃度表現(xiàn)為抑制-激活-恢復的過程，10 mg/kg、20 mg/kg濃度表現(xiàn)為抑制-恢復的過程，且濃度越高對脲酶的抑制作用就越強。在整個試驗過程中,高濃度溴硝醇(10 mg/kg、20 mg/kg)處理的土壤的脲酶活性一直低于對照土壤。馮波等[23]報道，百菌清處理后1 d土壤中脲酶活性受到明顯的抑制，低濃度處理恢復較快，7 d后基本恢復至對照水平，中濃度處理土壤中的脲酶活性21 d、高濃度處理30 d后恢復到對照水平。由于脲酶是唯一可轉(zhuǎn)化尿素肥料的土壤酶類，所以高濃度的百菌清對脲酶的抑制不利于作物對氮素的吸收利用。徐鈺等[24]研究了新型波爾多液營養(yǎng)保護劑和傳統(tǒng)波爾多液對土壤脲酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)二者均會抑制土壤脲酶的活性，尤其是傳統(tǒng)波爾多液對土壤脲酶活性的抑制率比較強，較對照減小21.95%。新型波爾多液營養(yǎng)保護劑處理下的土壤脲酶活性也有不同程度的降低，但抑制率均小于傳統(tǒng)波爾多液同一水平處理，只在高濃度處理下脲酶含量顯著低于對照處理。

4 結論

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，化學農(nóng)藥中的大多數(shù)對土壤酶活性起著抑制作用，這與農(nóng)藥的作用機理有關，但也有部分農(nóng)藥能夠激活土壤酶的活性。目前對農(nóng)藥激活土壤酶的機理有3種解釋:一是農(nóng)藥與酶分子作用產(chǎn)生的直接激活效應，在這種情況下，土壤中脲酶應隨農(nóng)藥濃度增加而增大，直至增加到一個固定值；二是農(nóng)藥的加入導致細胞壁滲透性顯著增強或使細胞分解，從而釋放出胞內(nèi)酶，使總體酶活性表現(xiàn)為增強[25]；三是由于土壤礦物外表面甚至內(nèi)表面對農(nóng)藥產(chǎn)生吸附，而部分酶分子解吸附，因而表現(xiàn)出更高的活性[26]。

隨著農(nóng)藥行業(yè)的發(fā)展,農(nóng)藥投入使用的品種、使用范圍和規(guī)模必將日益擴大。農(nóng)藥的大規(guī)模使用，改變了土壤理化性質(zhì)，其中最主要的是對土壤微生物和土壤酶系統(tǒng)的影響與破壞，并導致了一定程度的環(huán)境污染。因此，加強農(nóng)藥對土壤酶系統(tǒng)影響的研究對確保人與自然的和諧發(fā)展有著重大的意義。

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