草甘膦對稻田土壤酶活力與土壤呼吸強度的影響

吳小玲，付立林，賀小兵，魏寶陽

（1.湖南農業大學生物科技學院，湖南 長沙 410128；2.岐山中學，湖南 湘鄉 411432）

土壤微生物和土壤酶既是土壤有機物轉化的執行者，又是植物營養元素的活性庫，并在碳、氮、磷循環過程中具有重要的作用。化肥、農藥對土壤的新陳代謝有直接影響，以農藥殘留對土壤酶活性影響最為明顯。土壤酶，作為一項生態毒理學指標，被許多學者用來判斷外來物質對土壤的污染程度。目前的糧食生產不可避免地要使用化學農藥，草甘膦[1-2]就是一種廣譜、滅生性內吸傳導型化學除草劑，其最大的特點是傳導性強，對多年生深根雜草的地下組織破壞力很強，能達到一般農業機械無法達到的程度。自1971年發現以來，草甘膦被廣泛用于農業生產中的雜草防治，到20世紀80年代已經成為世界雜草防治的主要藥劑。

但是使用草甘膦后，農田的土壤微生物和土壤酶活性是否會受到影響，此類相關的研究在國內還未見報道。通過研究草甘膦對土壤中蛋白酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶4種酶的活性及土壤呼吸強度的影響，以期為科學合理地施用該藥，減少環境污染提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

采集湖南農業大學水稻試驗田（耕種前）1～20 cm耕作層土壤，風干，過2 mm篩備用。

1.2 試驗設置

稱取供試土壤分裝于花盆中，加入相同體積的蒸餾水將含水量調到20%，分別加入不同劑量的草甘磷：CK，0 μg/g干土；處理 1，0.006 μg/g干土；處理 2，0.058 μg/g 干土；處理 3，0.567 μg/g 干土；處理 4，5.321 μg/g干土。置于 27°C 恒溫培養，每天定時補加蒸餾水，使其含水量基本恒定，定期取樣測定4種酶的活性及土壤呼吸強度。

1.3 酶活測定方法

試驗所設置的對照（CK）和除草劑處理做3個平行測定。蛋白酶活性的測定法用銅鹽比色法；蔗糖酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法；過氧化氫酶、脲酶活性測定采用比色法；土壤呼吸強度的測定用堿吸收滴定法[3-6]。

2 結果與討論

2.1 草甘膦對土壤蛋白酶活性的影響

土壤中的蛋白酶主要來自于土壤微生物。試驗結果顯示：不同濃度的草甘膦對土壤中的蛋白酶活性均有很強的抑制作用，隨著時間的推移，抑制作用減弱，蛋白酶的活性慢慢恢復。這可能是因為草甘膦在短時間內殺死了大量的微生物，導致蛋白酶的活性急劇下降。這表明草甘膦對土壤的微生態系統破壞比較嚴重。低劑量的草甘膦（0.006 μg/g干土）能很快被土壤降解，大約6 d就可以恢復酶的活性（圖1）。中高劑量的草甘膦則需要更多的時間，大約10 d后蛋白酶活性才恢復到正常的水平。隨著草甘膦被土壤微生物降解，土壤微生物區系重新恢復到原有的狀態，雖然試驗表明這種破壞是可恢復的，但是若是長期使用，草甘膦對土樣微生物區系的破壞也可能成為不可逆傷害。

圖1 草甘膦對土壤蛋白酶活性的影響

2.2 草甘膦對土壤蔗糖酶活性的影響

蔗糖酶表征的是微生物對碳源的使用情況，酶活力下降嚴重，說明微生物的數量下降明顯。試驗結果顯示：草甘膦對蔗糖酶都有較強的抑制作用（圖2），只是最強抑制所需時間不同，低劑量的草甘膦（0.006 μg/g干土、0.058 μg/g干土）在施用的前6 d出現了酶活力提高的現象，可能是在低劑量的條件下，某些微生物為抵抗藥物而加快繁殖，使得微生物數量呈上升的趨勢。高濃度的草甘膦（0.567 μg/g干土、5.321 μg/g干土） 施用前期沒有表現明顯的抑制作用，6 d后與對照組的酶活力相當，但后期抑制作用相當明顯，特別從第10 d開始表現了很強的抑制作用。這說明大劑量的使用草甘膦會對微生態系統造成很嚴重的破壞，并且很難在短時間內恢復平衡。

圖2 草甘膦對土壤蔗糖酶活性的影響

2.3 草甘膦對土壤脲酶活性的影響

草甘膦對脲酶的酶活影響不明顯，但是在前7 d脲酶都表現為一定的抑制效果（圖3）。處理3（0.567 μg/g干土）從開始就表現出很強的抑制效果，這種抑制一直持續一周左右，之后酶活力與其他試驗組水平基本一致。試驗中各濃度草甘膦在施用后第6 d酶活都達到了相同的水平，8 d后處理組和對照組基本保持一致。試驗過程中處理1和處理4表現為相同的效果，僅在第10 d時脲酶活力高于其它處理的酶活，說明過高或者過低的草甘膦對土壤中脲酶的影響效果是一樣的。

圖3 草甘膦對土壤脲酶活性的影響

2.4 草甘膦對土壤過氧化氫酶活性的影響

從圖4可以看出，低濃度草甘膦（0.006 μg/g干土）對土壤過氧化氫酶活性在施用的前6 d有促進作用，在10～15 d這一段時間內有抑制作用；在高濃度劑量（5.321 μg/g干土）時則表現為長時間的抑制效果，并且這種抑制作用不斷加強，說明草甘膦對土壤過氧化氫酶活性的影響很嚴重；處理1與處理3兩個濃度的土樣在第5～8 d這段時間內，過氧化氫酶活性比對照組強，表現為輕微的刺激作用，在第6 d酶活性最高；處理2在草甘膦施用15 d后過氧化氫酶活性與對照組沒有明顯的區別。從整體看，草甘膦對土壤過氧化氫酶酶活在第10 d后出現抑制現象，10 d前酶活性波動比較大，可能是由于草甘膦濃度在土壤緩沖的可承受范圍內，隨時間推移，其降解速度較慢，使得土壤中菌群失調而影響到土壤中過氧化氫酶活性。但是在第16 d后僅處理4還沒有恢復，仍對土壤中過氧化氫酶表現強烈的抑制作用。過氧化氫酶主要是起解毒的作用，能夠清除土壤中的自由基。低濃度的草甘膦刺激降解自由基的過氧化氫酶的酶活，所以低濃度時，過氧化氫酶活性提高；當草甘膦達到一定的濃度以后，嚴重影響微生物的數量，甚至影響了過氧化氫酶的構象，使酶活力在短期內很難恢復，表現為長時間的抑制作用，如處理4。

圖4 草甘膦對土壤過氧化氫酶活性的影響

2.5 草甘膦對土壤呼吸強度的影響

圖5 草甘膦對土壤呼吸強度的影響

從圖5可以看出，草甘膦對稻田土壤呼吸強度有一定的促進作用，處理2（0.058 μg/g干土）施用前4 d表現出有輕微的抑制作用，這可能是由于在此濃度條件下土壤微生物受到抑制，其新陳代謝速度減慢。處理3（0.567 μg/g干土）對土壤呼吸促進作用最為明顯，直到第13 d其呼吸強度才能恢復到對照組的水平。適量的草甘膦可使土壤呼吸強度增強，說明其對土壤微生物新陳代謝有一定的促進作用，也可能是土壤中有某些菌使草甘膦的毒性降低了，土壤環境中微生物呼吸作用沒有被長時間抑制。

3 討論

草甘膦是一種廣譜化學除草劑，在農業生產中廣泛應用，國內外有關使用這種除草劑影響土壤酶活性和土壤呼吸強度的報道較少見。對這一問題的深入研究有助于精確地把握草甘膦的施用劑量，以達到降低農藥殘留量的目的，對保護生態環境和減少農業投入有重要意義，還能很大程度的提升農業生產效率。試驗主要針對草甘膦的不同施用量在短時間內對微生物區系的影響進行了研究，能更清楚地了解化學農藥的作用特征，指導農業生產。試驗結果表明，適量的草甘膦不僅可以達到快速除草的效果，還可以提高土壤中某些酶的活性，從而加速土壤新陳代謝，同時，研究發現對土壤呼吸強度和酶活性的影響是暫時的，只要施用濃度不太高，草甘膦可以很快被土壤微生物降解。大量的數據顯示在草甘膦作用水稻田16 d后，土壤中的各項指標都基本恢復到對照組的水平。但是高濃度的草甘膦施用后，會持續抑制土壤中蔗糖酶和過氧化氫酶的活性，而且需要較長時間才能被分解。試驗雖是在模擬田間的環境下進行的，但可以認為試驗用草甘膦量（0.567 μg/g）是最佳的田間施用濃度，施用該濃度對生態系統是安全的。

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