阿特拉津對不同肥力土壤磷酸酶影響

1、阿特拉津對不同肥力土壤磷酸酶的影響辛承友1，朱魯生1*，王軍1，孫瑞蓮1，趙秉強21. 山東農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，山東 泰安 271018；2. 中國農科院土壤肥料研究所，北京 100081摘要：通過室內恒溫培養(yǎng)法，研究除草劑阿特拉津對4種長期定位施肥處理下的土壤的磷酸酶活性的影響。試驗結果表明，在阿特拉津質量分數不同和處理時間長短不同的情況下，阿特拉津對土壤磷酸酶的活性既有激活作用又有抑制作用。在試驗過程中，4種不同肥力的土壤其磷酸酶活性隨著處理時間的延續(xù)而呈現出“降低升高降低升高”的消長趨勢。不同阿特拉津質量分數對磷酸酶的影響沒有規(guī)律，同一質量分數處理既有激活作用，也有抑制作用。在4種不

2、同肥力的土壤中，磷酸酶活性最高的是以氮、磷、鉀無機肥配合有機肥施用的土壤。關鍵詞：阿特拉津；除草劑；土壤磷酸酶活性；土壤肥力中圖分類號：X171.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-2175（2004）01-0027-0431 / 5文檔可自由編輯打印表1 供試土壤的理化性質處理有機碳 全氮全磷堿解氮速效磷速效鉀w/(g·kg-1)w/(mg·kg-1)CK13.200.730.5855.781.4870.00NPK13.200.780.5566.931.9070.00NPK+M15.000.830.6265.3919.4590.00NPK+S16.100.930.90

3、76.1686.20100.00土壤中存在各種各樣的酶，它們主要來自于土壤中的微生物。土壤酶是一種生物催化劑，土壤中各種各樣的生化過程是在這些酶的參與下完成的1。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)的物質循環(huán)具有重要意義2。土壤有機磷轉化受多種因子的制約，尤其是磷酸酶的參與，可加速土壤有機磷的水解礦化速度，提高土壤磷素的有效性3。磷酸酶活性是評價土壤磷素生物轉化方向與強度的指標4。阿特拉津是一種廣泛使用的三嗪類低毒除草劑，可防除玉米、甘薯、甘蔗、果園中的闊葉雜草及部分禾本科雜草，但它在土壤中的殘留半衰期長達28399 d，大量持續(xù)使

4、用該除草劑必將影響土壤的理化性質、土壤肥力和農產品的品質，造成嚴重的全球性生態(tài)問題。19801990年美國每年釋放的阿特拉津就高達36000多t 5。我國從20世紀80年代初開始使用，近年來使用面積不斷擴大，1996年阿特拉津全年的使用量為1800 t，1998年為2130 t，1999年為2205 t，2000年為2835.2 t 6；平均每年用量以20%的速度遞增。尤其是在華北和東北地區(qū)使用更加廣泛，僅遼寧一省就有5.3×105 ha土地在使用阿特拉津除草，使用量超過1600 t7。國內外很多學者的研究表明，不同環(huán)境條件下的磷酸酶活性有一定的差異819，并且不同農用化學物質可能對

5、土壤磷酸酶的活性有影響 2, 2022。但是農藥對不同肥力條件下土壤磷酸酶影響的報道比較少見。本文初步探索阿特拉津使用后對幾種不同肥力土壤磷酸酶的影響規(guī)律，從而間接反映該農藥對土壤肥力狀況的影響，以便為科學合理地使用該農藥及提高肥料的利用率、減少環(huán)境污染提供科學依據。1 材料與方法1.1 試驗材料1.1.1 供試土壤供試的4種土壤為褐潮土，屬潮土類，采自國家褐潮土壤肥力和肥料效益監(jiān)測基地（北京昌平）長期定位試驗田。該試驗田自1990年設置，至今已經連續(xù)12年。試驗前（1990年）耕層土壤主要理化性質如下：有機質、全氮、全磷、全鉀質量分數分別為12.30、0.80、1.52、17.50 g/kg

6、；速效氮、速效磷、速效鉀質量分數分別為36.07、11.16、78.61 mg/kg；pH 8.82。處理后土壤的理化性質見表1。本實驗共設4種土壤處理，分別為：（1）CK：種植，不施肥；（2）NPK：每茬施用N 150 kg/hm2 + P2O5 75 kg/hm2 +K2O 37.5 kg/hm2；（3）NPK+M：N、P、K肥施用量與（2）相同，再加上施用有機肥22500 kg/hm2；（4）NPK+S：N、P、K肥施用量與（2）相同，再加上施用干玉米秸稈3000 kg/hm2；氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。試驗小區(qū)面積為200 m2，不設重復，各處理均實行“玉米-小麥”一年

7、兩熟連作。本試驗土樣采集于2002年4月，均為020 cm耕層土壤。每個處理隨機取5個點，剔除石礫和植物殘根等雜物，混合制樣，裝入袋中。1.1.2 藥品和試劑阿特拉津原藥質量分數為95.5%；甲苯、磷酸苯二鈉、四硼酸鈉、氫氧化鈉、鐵氰化鉀、4-氨基安替吡啉、酚等均為分析純；自制二次重蒸水。1.2 實驗方法1.2.1 試驗原理本實驗采用了磷酸苯二鈉法測定磷酸酶活性，其原理是：磷酸苯二鈉作為基質被土壤磷酸酶水解后生成酚，測定酚的質量即可測定磷酸酶的活性4, 23。1.2.2 試驗設計因為本實驗所用的土樣pH 8.84（參考土壤處理前理化指標）為堿性，所以主要測定堿性磷酸酶的活性24；根據田間使用量

8、及施藥方法，估算在田間正常使用的情況下土壤中的阿特拉津濃度約為5 mg/kg，故實驗中阿特拉津處理濃度設為0（CK）、1、5、10 mg/kg 25。1.2.3 酚標準曲線（1）原液：準確稱取1 g酚用蒸餾水溶解至1 L，保存在暗色瓶中。（2）工作液：準確量取10 ml原液用蒸餾水稀釋至1 L（1 ml含10 µg酚）。繪制標準曲線：分別取1，3，5，7，9，11和13 ml稀釋的工作液于50 ml容量瓶中，分別加入20 ml蒸餾水，再加入5 ml pH 9.6的硼酸鹽緩沖液，0.5 ml 質量分數為2.0%的4-氨基安替吡啉溶液，0.5 ml 質量分數為8%的鐵氰化鉀溶液，搖勻顯色

9、20 min，這時顯青色，定容，在分光光度計上于波長578 nm處比色，以工作液為橫坐標，以吸光值為縱坐標繪制標準曲線，得到的標準曲線為：Y= 0.0563X + 0.0009（R = 0.9988）1.2.4 土壤磷酸酶活性的測定取上述供試新鮮土樣過20目篩，調節(jié)土壤水分質量分數為田間最大持水量的60%，每種土樣200 g置入廣口瓶中，添加阿特拉津標準溶液，使其在土壤中的質量分數分別為0、1、5、10 mg/kg，塞上棉塞，于（25±1）生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每隔1天用稱質量法調節(jié)水分質量分數，使水分質量分數在實驗期內保持恒定。農藥用丙酮溶解，同時設溶劑對照。于處理后第1、4、8、16

10、、24、36天分別準確稱取各處理土壤5 g置于250 ml三角瓶中，加1 ml甲苯（以全部浸潤土樣為準），輕搖混勻，靜置15 min，加入10 ml磷酸苯二鈉溶液和10 ml pH 9.6的硼酸鹽緩沖液，仔細混合后將混合物置于37 恒溫箱中培養(yǎng)12 h。培養(yǎng)結束后搖勻過濾，取1 ml濾液于25 ml容量瓶中，加10 ml蒸餾水，5 ml硼酸緩沖液，1 ml 質量分數為2%的4-氨基安替吡啉溶液，1 ml 質量分數為8%的鐵氰化鉀溶液，搖動，溶液呈粉紅色；然后用蒸餾水定容，待顏色穩(wěn)定時（約需2030 min），在分光光度計上于波長578 nm處測定溶液的光密度，參比以不加濾液其它步驟相同。根據用

11、酚制備的標準曲線查出供試濾液中酚的量。試驗設3次重復，結果為其平均值，同時設置無土對照和無基質對照。無土對照：不加土樣，其它操作與樣品試驗相同。無基質對照：以等體積水代替基質，其它操作與樣品試驗相同。磷酸酶活性以每克風干土壤中的酚的毫克數（mg/g）來表示：wp（XSXNSXNB）×Y×Z×n上式中，wp為土壤磷酸酶活性值；XS、XNS、XNB分別為樣品、無土、無基質對照的光密度值在標準曲線上對應的酚的質量（mg）；Y為樣品溶液的體積與測定樣品體積之比值（本實驗中為20）；Z為測定酶活性的單位土壤質量與樣品質量之比值（本實驗中為1/5）；n為濾液稀釋倍數（本實驗中

12、為25）。2 結果與討論2.1 阿特拉津處理后的土壤磷酸酶活性經不同質量分數的阿特拉津處理后，在不同時間測得的4種土壤磷酸酶活性見表2。表2 土壤磷酸酶活性 wp /(mg·g-1)處理時間/d不同施肥處理w(阿特拉津)/(mg·g-1)015101CKNPKNPK+MNPK+S1.00690.76831.16860.89390.70501.34091.66301.03000.52560.69671.02171.29350.59720.75531.06140.80514CKNPKNPK+MNPK+S0.33190.52550.86000.67470.48940.31001.

13、00160.61430.48700.20760.65520.49530.44200.55930.82330.53328CKNPKNPK+MNPK+S0.60021.16861.19580.82460.71680.63341.01290.86250.69260.94770.96730.80090.78791.13901.10760.773716CKNPKNPK+MNPK+S1.34911.09691.08630.80330.92051.23311.28220.83171.34151.13131.07030.92401.17331.05961.11471.021124CKNPKNPK+MNPK+S

14、0.73100.48350.64340.61440.25080.66410.82100.46630.51730.62500.93290.59480.42430.53560.94710.392336CKNPKNPK+MNPK+S1.30771.17331.37041.21241.14431.39351.36931.15371.38351.40661.58121.28281.25261.26331.38821.3592由表2可以看出，處理第1天4種不同肥力的土壤，在不加阿特拉津處理時的磷酸酶活性比較為：NPK+M> CK> NPK+S>NPK，說明有機肥能提高磷酸酶的活性14。在

15、整個試驗過程中，不加阿特拉津處理的對照的土壤磷酸酶活性隨著處理時間的延續(xù)有一定的消長動態(tài)，說明磷酸酶活性隨處理時間而變化。這可能是土壤微生物的消長變化引起的。經阿特拉津處理后，隨處理時間和處理濃度的變化，磷酸酶活性發(fā)生了顯著的變化，說明阿特拉津對土壤磷酸酶的作用差異明顯，不同濃度處理在不同處理時間有不同的抑制或激活作用。在本實驗中阿特拉津對磷酸酶的作用既有激活作用又有抑制作用，這與周禮愷23敘述的除草劑阿特拉津能明顯的降低土壤磷酸酶的活性不一致。這可能是阿特拉津能被土壤微生物分解、利用，微生物細胞合成酶的數量增加，以及阿特拉津對這些酶產生一定的激活或抑制作用。由于阿特拉津在土壤中不斷減少，土壤

16、微生物活性也發(fā)生變化，從而磷酸酶活性發(fā)生了顯著的差異26。2.2 阿特拉津對不同肥力土壤磷酸酶活性的影響以處理時間為橫坐標、以土壤磷酸酶的活性為縱坐標作圖，結果見圖14。 圖1 CK處理磷酸酶活性 圖2 NPK處理磷酸酶活性 圖3 NPK+M處理磷酸酶活性 圖4 NPK+S處理磷酸酶活性由圖1可以看出，CK土壤磷酸酶活性隨著處理時間的延續(xù)呈現“降低升高降低升高”的變化趨勢，其中第4、8天不同阿特拉津質量分數處理對磷酸酶都具有激活作用。與不加阿特拉津的對照比較，第1天經阿特拉津處理的土壤磷酸酶活性降低，說明磷酸酶活性受到明顯的抑制，阿特拉津質量分數為5 mg/kg時活性最低，抑制率接近50%；隨

17、后在處理第4天和第8天磷酸酶活性平均水平都下降，但經阿特拉津處理的土樣表現為磷酸酶受到激活；到處理第16天和第24天，阿特拉津對磷酸酶又表現為抑制作用，處理第24天受到較強的抑制作用，阿特拉津質量分數為1 mg/kg時抑制率最大，為65.69%；處理第36天，阿特拉津對磷酸酶的作用降低，表現為活性差距減小。之所以出現“降-升”的消長趨勢，推測其原因可能是由于阿特拉津-土壤微生物-土壤磷酸酶三者之間的作用也具有相應的消長趨勢所致。由圖2可以看出，NPK處理的土壤，其磷酸酶隨處理時間的延續(xù)也呈現出“降低升高降低升高”的變化趨勢。在處理的第24天，3種不同質量分數的阿特拉津對磷酸酶都具有激活作用。與

18、CK土壤不同的是，阿特拉津濃度為1 mg/kg時在處理的第1天對磷酸酶具有較強的激活作用，在第4天則這種作用迅速下降而表現為較強的抑制作用，第8天抑制作用繼續(xù)增大，第16天則恢復到比對照水平略高，表現為激活作用并且保持到第36天。在處理的第8天，阿特拉津對磷酸酶的作用表現為抑制，從第16天開始基本都是激活作用。由圖3可以看出，NPK+M處理的土壤，其磷酸酶平均活性水平比較高，說明NPK+M處理的土壤中含有的大量的有機質能增加磷酸酶的活性，這與于群英18的研究結果比較一致。這種處理的土壤的磷酸酶活性隨處理時間同樣具有“降-升”的消長動態(tài)。其中處理第24天，3種不同質量分數的阿特拉津對磷酸酶都具有

19、激活作用。加入質量分數為5 mg/g的阿特拉津后的前16天，NPK+M處理的土壤的磷酸酶活性在3種阿特拉津質量分數處理中最低，并且都小于不加阿特拉津的對照，表現為受到了抑制作用；但從處理第24天則開始升高，表現為激活作用；處理第36天升高到3種阿特拉津質量分數處理的最高。阿特拉津質量分數為1 mg/g時，在處理的第1天，阿特拉津對磷酸酶具有明顯的激活作用，處理第4天激活作用下降，第8天表現為抑制作用，第16、24天又表現為激活作用，第36天與不加阿特拉津的對照活性一致。阿特拉津質量分數為10 mg/g時，它對磷酸酶除在處理第24天時有激活作用外，其他時間基本上與不加阿特拉津的對照一致或具有微弱

20、的抑制作用。由圖4可以看出，除處理第16天3種不同質量分數的阿特拉津對NPK+S處理的土壤的磷酸酶都具有激活作用外，在其他處理時間內對磷酸酶的作用不大或具有微弱的抑制作用。NPK+S處理的土壤，其磷酸酶活性隨處理時間也具有“降-升”的消長動態(tài)。3 結論阿特拉津對不同肥力的土壤的磷酸酶的作用，隨處理時間和不同質量分數而有顯著的差異。在整個試驗過程中，阿特拉津對磷酸酶同時具有激活和抑制作用，與前人的研究結論不一致，有待于進一步探討。4種不同肥力的土壤的磷酸酶活性隨著處理時間的延續(xù)都呈現出“降低升高降低升高”的消長趨勢。NPK+M處理的土壤的磷酸酶活性水平比其他3種土壤的高，說明有機質對土壤磷酸酶活

21、性的提高作用沒有受到所添加的阿特拉津的影響。3種不同質量分數的阿特拉津對土壤磷酸酶活性的影響沒有明顯的規(guī)律性；受不同質量分數的阿特拉津處理的土壤，其磷酸酶活性的差異也沒有明顯的規(guī)律性。參考文獻：1 曹幼琴. 六種有機污染物對土壤微生物的影響J. 土壤學報, 1991, 28(4): 426-432.2 朱南文, 閔航, 陳美慈, 等. 甲胺磷對土壤中磷酸酶和蔗糖酶活性的影響J. 農村生態(tài)環(huán)境, 1996, 12(2): 22-24, 64.3 嚴昶升. 土壤肥力研究方法M. 北京: 農業(yè)出版社, 1988: 277-279.4 關松蔭. 土壤酶及其研究法M. 北京: 農業(yè)出版社, 1986:

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