不同肥料不同作物對銅污染土壤中酶活性的影響

摘 要：采用盆栽試驗，研究了在不同的施肥條件（空白處理、施入重金屬Cu、重金屬Cu+腐殖酸F處理、重金屬Cu+菌肥J處理）下，4種作物（玉米、高粱、蓖麻、向日葵）對銅污染土壤中4種酶（脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶）的影響。結果表明：對于無銅污染的土壤，加入銅對土壤的過氧化氫酶有激活效應，對脲酶、蔗糖酶、磷酸酶有抑制效應；在土壤中菌肥濃度0.5 g·kg-1和腐殖酸濃度0.5 g·kg-1時，對銅污染土壤中過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶有激活效應，并且加入菌肥激活效應更明顯。綜合考慮認為，處理Cu+J效果最好，在土壤中菌肥濃度0.5 g·kg-1時，對4種酶激活效應的大小依次是玉米（Cu+J）、高粱（Cu+J）、蓖麻（Cu+J）、向日葵（Cu+J）。

關鍵詞：土壤酶；重金屬；作物；菌肥

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.11.003

隨著土壤環境污染問題的日益嚴重，土壤重金屬污染的防治問題已成為生態環境修復研究領域的重要內容之一，其中利用土壤酶活性來表征土壤重金屬污染程度是其中一個更為重要的方面[1]。土壤酶作為土壤的有機成分，驅動著土壤的代謝過程，參與土壤發生與發育、土壤肥力的形成和土壤凈化等。其活性的大小可較敏感地反映土壤中生化反應的方向和程度，是探討重金屬污染生態效應的有效指標之一[2]。腐殖酸是有機物料，對土壤重金屬的形態、活性和生物有效性具有明顯的影響[3]。菌肥是生物肥料，含有大量的微生物，在土壤中通過改善微生物的生命活動來提高作物的營養條件。所以，研究腐殖酸和菌肥對銅污染土壤中酶的活性的影響具有重要的意義。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗區在山西省農業大學資源環境學院實驗站大棚內進行。太谷縣位于晉中盆地東北部，屬暖溫帶大陸性氣候，年平均氣溫9.8 ℃，無霜期175 d，降雨量462.9 mm。供試土壤為石灰性褐土，pH值7.92，弱堿性土壤。堿解氮為 60.93 mg·kg-1，速效磷為2.046 mg·kg-1，速效鉀為 126.22 mg·kg-1，有機質含量為 3.51 g·kg-1，容重為1.31 g·cm-3。

1.2 供試作物和肥料

供試的農作物為玉米（長玉16號）、向日葵（花葵）、高粱（沈雜8號）。供試的肥料：以復合肥（N-P2O5-K2O，17-17-17，總養分≥51 %）為基肥；腐殖酸；菌肥。供試重金屬銅的樣品：二水合氯化銅 CuCl2·2H2O（分析純）。

1.3 試驗方法

本試驗采用溫室盆栽栽培試驗。供試作物于2012年4月播種。

試驗共設4個處理，分別為：空白（CK），銅處理土壤（Cu），銅處理土壤+腐殖酸（Cu+F），銅處理土壤+菌肥（Cu+J）。在4種處理的土壤上種植4種作物，重復3次。每盆裝10 kg的供試土壤，經測定試驗土壤中重金屬銅含量為25.835 mg·kg-1，為確保試驗土壤重金屬銅達到統一的二級標準限制值100 mg·kg-1，每盆土壤所施用的化學試劑為CuCl2·2H2O（分析純）為1.993 1 mg。在處理中加入腐殖酸和菌肥的量為5 g ，即每10 kg土壤施加5 g。

1.4 測定項目與方法

土壤脲酶的測定：靛酚比色法[4]。土壤過氧化氫酶的測定：容量法（用高錳酸鉀滴定）[4]。土壤蔗糖酶的測定：磷酸二氫鈉比色法[4]。土壤磷酸酶的測定：磷酸苯二鈉比色法[4]。

1.5 數據處理

土壤基本理化性狀分析采用常規方法。所有數據均采用Excel和Dps 軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥條件下不同作物對銅污染土壤脲酶的影響

脲酶是一種作用于線性酰胺C—N鍵的水解酶，這種酶能催化尿素水解為二氧化碳和氨，在土壤酶中，脲酶是唯一對尿素轉化有重要影響的酶，直接參與土壤中含氮有機化合物的轉化，其活性大小影響著土壤氮素的代謝狀況[5]。脲酶活性以24 h后1 g土壤中的NH3—N的毫克數表示。由圖1中的方差分析可知：對于玉米、高粱、蓖麻和向日葵，處理CK脲酶的活性值比處理Cu分別提高了33.2%，40.01%，14.54%，28.61%。這說明加入Cu對脲酶有抑制效應。而對于玉米、高粱、蓖麻和向日葵，處理Cu+J脲酶活性值比處理Cu+F分別提高了68.2%，56.9%，35.8%，67.3%，比處理Cu分別提高了49.9%，74.3%，47.7%，476%。可以看出，各處理對脲酶激活效應由高到低的順序依次是：玉米（Cu+J）、高粱（Cu+J）、蓖麻（Cu+J）、向日葵（Cu+J）。

2.2 不同施肥條件下不同作物對銅污染土壤過氧化氫酶的影響

過氧化氫酶主要來源于細菌、真菌以及植物根系的分泌物，是參與土壤中物質和能量轉化的一種氧化還原酶，具有分解土壤中對植物有害的過氧化氫的作用，其活性能反映土壤腐殖化強度大小和有機質積累程度[6]。過氧化氫活性以20 min內土壤每克土消耗的0.1 mol· L-1 的高錳酸鉀的毫升數表示[7]。由圖2的方差分析可知：對于玉米、高粱、蓖麻和向日葵，處理CK過氧化氫的酶的活性比處理Cu分別降低了21.18%，52.67%，23.7%，62.8%。這說明加入Cu對過氧化氫酶有激活效應。而對于玉米、高粱、蓖麻和向日葵，處理Cu+J的過氧化氫酶活性值比處理Cu+F分別提高了15.39%，40.73%，27.4%，5.8%，比處理Cu分別提高了5.71%，52.2%，33.1%，24.6%。可以看出，各處理對過氧化氫酶激活效應由高到低的順序依次是：玉米（Cu+J）、高粱（Cu+J）、向日葵（Cu+J）、蓖麻（Cu+J）。

2.3 不同施肥條件下不同作物對銅污染土壤蔗糖酶的影響

蔗糖酶主要參與高分子有機物的分解，使不能直接被植物吸收的蔗糖分解成葡萄糖和果糖，對增加土壤中易溶性營養物質起著重要作用[8]。蔗糖酶活性主要以24 h后1 g土壤中葡萄糖的毫克數表示。對于玉米、高粱、蓖麻和向日葵，處理CK蔗糖酶的酶的活性比處理Cu分別降低了34.28%，30.31%，23%，27%。這說明加入Cu對蔗糖酶有抑制效應。而對于玉米、高粱、蓖麻和向日葵，處理Cu+J的過氧化氫酶活性值比處理Cu+F分別提高了44.4%，43.5%，17.3%，13.13%，比處理Cu分別提高了78.9%，66.9%，61.7%，42.1%。各處理對蔗糖酶激活效應由高到低的順序依次是：玉米（Cu+J）、蓖麻（Cu+J）、高粱（Cu+J）、向日葵（Cu+J）（圖3）。

2.4 不同施肥條件下不同作物對銅污染土壤磷酸酶的影響

土壤磷酸酶是植物根系與微生物的分泌產物，直接影響土壤中有機磷的分解轉化和生物有效性[9]。土壤磷酸酶活性以24 h后每g土壤酚的毫克數表示[10]。由圖4知，對于玉米、高粱、蓖麻和向日葵，處理CK磷酸酶的活性比處理Cu分別提高了7.34%，20.7%，28.8%，24.9%。這說明加入Cu對磷酸酶有抑制效應。而對于玉米、高粱、蓖麻和向日葵，處理Cu+J磷酸酶活性值比處理Cu+F分別提高了24.7%，15.3%，-7.3%，36.9%，比處理Cu分別提高了14.5%，62.3%，31.2%，31%。各處理對磷酸酶激活效應由高到低的順序依次是高粱（Cu+J）、蓖麻（Cu+J）、玉米（Cu+J）、向日葵（Cu+J）。

3 結 論

（1）對于無銅污染土壤中，加入銅對土壤的過氧化氫酶有激活效應，對脲酶、蔗糖酶、磷酸酶有抑制效應。

（2）在土壤中菌肥濃度0.5 g·kg-1和腐殖酸濃度0.5 g·kg-1下，對銅污染土壤中過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶有激活效應，并且加入菌肥激活效應更明顯。

（3）在土壤中菌肥濃度0.5 g·kg-1下，綜合考慮對4種酶激活效應依次是玉米（Cu+J）、高粱（Cu+J）、蓖麻（Cu+J）、向日葵（Cu+J）。

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