施用菌肥對玉米種植下銅污染土壤酶活性的影響

郭卓杰　李濤　楊繼飛等

摘 要：采用盆栽試驗，研究了在不同用量菌肥條件（施入菌肥0，50，100，200 g）下，不同品種玉米（晉單56號、長玉16號、大正2號）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：對于大正2號和長玉16號玉米，施入菌肥用量100 g對銅污染土壤中過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶有明顯的激活效應，其含量均高于其它處理；對于晉單56號，施入菌肥用量200 g對銅污染土壤中過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶有明顯的激活效應；對銅污染土壤中4種酶的影響，大正2號（Cu+J-100）>晉單56號（Cu+J-200）>長玉16號（Cu+J-100）。研究認為：大正2號玉米施入菌肥用量100 g對銅污染土壤中過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶有明顯的激活效應，土壤中4種酶含量最高，分別為0.225 0，72.727 6，0.858 0，3.755 7 mg·g-1。

關鍵詞：土壤酶；重金屬；作物；菌肥

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.10.016

Effects of Applying Bacterial Manure on Enzymes of Copper Contaminated Soil with Planting Corn

GUO Zhuo-jie1，LI Tao1，YANG Ji-fei1，OH Kokyo2，CHENG Hong-yan1

（1. College of Resources and Environment ，Shanxi Agricultural University， Taigu， Shanxi 030801，China；2.Center for Environmental Science in Saitama，914 Kamitanadare， kazo， Saitama 347-0115， Japan）

Abstract：With pot experiment，this paper studied the effects on 4 kinds of enzymes （urease， catalase， sucrase， phosphatase） of different varieties of corn （Jin dan56， Changyu16， Dazheng2） in copper contaminated soil in different dosage of bacterial manure conditions （0，50，100，200 g）.The results showed that for Dazheng 2 and Changyu 16， the dosage of 100 g bacterial manure in copper contaminated soil had apparent activation effect on catalase， urease， invertase and phosphatase；for Jindan 56， the dosage of 200 g bacterial manure in copper contaminated soil had apparent activation effect on catalase， urease， invertase and phosphatase；the effect of four kinds of enzyme in the copper contaminated soil， Dazheng 2 （Cu + J - 100） > Jin dan 56 （Cu + J - 200） > Changyu16 （Cu + J - 100）. The comprehensive consideration was that for Dazheng 2 corn， the amount of 100 g bacterial manure had the most obvious effect on catalase， urease， invertase and phosphatase activation， and the sizes of the four kinds of enzyme were 0.225 0，72.727 6， 0.858 0， 3.755 7 mg·g-1 respectively.

Key words： soil enzymes； heavy metals； crops； bacterial manure

近年來，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尤為重要的方面 [1-3]。土壤酶是土壤的生物活性成分之一，它參與土壤中的眾多代謝過程，是土壤生態系統代謝的重要動力，土壤中所進行的一切生物學和化學過程都要由酶的催化作用才能完成，在生態系統的物質和能量循環等過程中，土壤酶起到表征物質和能量轉化強度的作用[4-5]。研究土壤酶活性的變化，將有助于了解土壤肥力狀況及其演變[6-7]。而微生物菌肥（菌肥）對改善土壤營養結構，增強土壤肥力，促進作物生長，增強作物抗病能力等方面具有重要作用[8]。

目前關于重金屬和土壤酶活性關系的研究已經很多，但多側重于一種或幾種重金屬對土壤酶活性的影響或者是超富集作物在修復土壤重金屬過程中對土壤酶的影響等方面，而菌肥和重金屬復合條件下，玉米對銅污染土壤的修復研究還是很少報道的。故此，本研究通過盆栽試驗，在重金屬土壤中施加不同用量的菌肥，并且用不同品種的玉米進行修復，探討其對土壤中4種土壤酶活性的影響，進而反映出菌肥對土壤酶的影響，并且選出對土壤酶影響較大的玉米品種和菌肥濃度配比，為銅污染土壤的修復與利用提供一定的科學依據。endprint

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗區在山西農業大學資源環境學院實驗站大棚。山西省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值為 8.38，堿性土壤。其中堿解氮為129.41 mg·kg-1，速效磷為7.713 8 mg·kg-1，速效鉀為16.6 mg·kg-1，有機質含量為10.9 g·kg-1，土壤交換量為23.92 cmol·kg-1，土壤銅含量為64.42 mg·kg-1。

1.2 供試作物和肥料

供試農作物：選擇3個玉米品種，分別為晉單56號、長玉16號和大正2號。

供試肥料：以復合肥（N-P2O5-K2O，17-17-17，總養分≥51%）為基肥；微生物菌肥。

供試重金屬銅的樣品：CuSO4·5H2O （分析純）。

1.3 試驗方法

供試作物于2013年4月份種植，種植120 d，8月中旬收獲。

試驗共設4個處理，分別為：銅處理土壤+菌肥0 g（CK）；銅處理土壤+菌肥50 g（Cu+J-50）；銅處理土壤+菌肥100 g（Cu+J-100）；銅處理土壤+菌肥200 g（Cu+J-200）。在4種處理的土壤上種植3種不同品種的玉米，重復3次。每盆裝10 kg的供試土壤，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，每盆土壤所施用化學試劑CuSO4·5H2O（分析純）為1.39 mg，隨水施入土壤中，每盆施入復合肥5 g。

1.4 測定項目與方法

土壤脲酶：靛酚比色法[9]。

土壤過氧化氫酶的測定：容量法（用高錳酸鉀滴定）[9]。

土壤蔗糖酶的測定：磷酸二氫鈉比色法[9]。

土壤磷酸酶測定：磷酸苯二鈉比色法[9]。

1.5 數據處理方法

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 不同品種玉米種植下菌肥對銅污染土壤脲酶活性的影響

土壤脲酶主要來源于植物和微生物，是決定土壤中氮轉化的關鍵酶，其活性高低反映了各種生化過程的方向和強度。脲酶是一種酰胺酶，直接參與尿素形態轉化，能促進有機質分子中肽鍵的水解，是尿素分解必不可少的一種酶[10-11]。由圖1的方差分析可知：對于大正2號玉米，（Cu+J-100）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-200）脲酶活性分別提高了69.7%，61.7%，15%，說明大正2號玉米加入菌肥100 g后顯著激活了土壤中脲酶的活性，施入菌肥200 g抑制了土壤脲酶的活性；對于晉單56號玉米，（Cu+J-200）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-100）脲酶活性分別提高了61.3%，20.9%，3.7%，說明晉單56號玉米施入菌肥200 g顯著激活了土壤中脲酶的活性；對于長玉16號玉米，（Cu+J-100）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-200）脲酶活性分別提高了85.9%，42.1%，24.1%，說明長玉16號玉米施入菌肥100 g顯著激活了土壤中脲酶的活性，施入菌肥200 g抑制了土壤脲酶的活性。而大正（Cu+J-100）比晉單（Cu+J-200）、長玉（Cu+J-100）分別提高了6.7%和9.7%，并且差異性顯著。由以上數據分析得出：大正2號玉米，施入菌肥100 g對銅污染土壤中脲酶活性的激活效應最明顯。

2.2 不同品種玉米種植下菌肥對銅污染土壤過氧化氫酶活性的影響

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[12-13]。過氧化氫酶活性以20 min內每克土壤消耗0.1 mol·L-1 KMnO4的毫升數表示[14]。由圖2的方差分析可知：對于大正2號玉米，（Cu+J-100）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-200）過氧化氫酶的活性分別提高了6%，3.4%，4.1%，說明大正2號玉米加入菌肥100 g顯著激活了土壤中過氧化氫酶的活性，加入菌肥200 g抑制了土壤中過氧化氫酶的活性；對于晉單56號玉米，（Cu+J-200）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-100）過氧化氫酶的活性分別提高了5.9%，2.1%，1.9%，說明晉單56號玉米施入菌肥200 g顯著激活了土壤中過氧化氫酶的活性；對于長玉16號玉米，（Cu+J+100）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-200）過氧化氫酶的活性分別提高了4.6%，1.3%，2.9%，說明長玉16號玉米施入菌肥100 g顯著激活了土壤中過氧化氫酶的活性，施入菌肥200 g抑制了土壤過氧化氫酶的活性。而大正2號玉米（Cu+J-100）比晉單56號玉米（Cu+J-200）、長玉16號玉米（Cu+J-100）分別提高了0.9%和1.8%，并且差異性顯著。由以上數據分析得出：大正2號玉米，施入菌肥100 g對銅污染土壤中過氧化氫酶的活性激活效應最明顯。

2.3 不同品種玉米種植下菌肥對銅污染土壤蔗糖酶活性的影響

蔗糖酶能催化多種低聚糖的水解，在土壤碳循環中起著重要的作用。它比其他酶類更能明顯地反映土壤肥力水平和生物學活性強度以及各種農業措施對土壤熟化的影響[15]。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[16]。由圖3的方差分析可知：對于大正2號玉米，（Cu+J-100）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-200）蔗糖酶的活性分別提高了19.5%，6.9%，18.6%，說明大正2號玉米施入菌肥100 g顯著激活了土壤中蔗糖酶的活性，施入菌肥200 g抑制了土壤蔗糖酶的活性；對于晉單56號玉米，（Cu+J-200）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-100）蔗糖酶的活性分別提高了15.5%，14.3%，11.8%，說明晉單56號玉米施入菌肥200 g顯著激活了土壤中蔗糖酶的活性；對于長玉16號玉米，（Cu+J-100）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-200）蔗糖酶的活性分別提高了14.7%，1.6%，3.6%，說明長玉16號玉米施入菌肥100 g顯著激活了土壤中蔗糖酶的活性，施入菌肥200 g抑制了土壤蔗糖酶的活性。而大正（Cu+J-100）比晉單（Cu+J-200）、長玉（Cu+J-100）分別提高了3.46%和3.5%，并且差異性明顯。由以上數據分析得出：大正2號玉米，施用菌肥100 g對銅污染土壤中蔗糖酶的活性激活效應最明顯。endprint

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[17]。土壤磷酸酶活性以24 h后每克土壤酚的毫克數表示。由圖4的方差分析可知：對于大正2號玉米，（Cu+J-100）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-200）磷酸酶的活性分別提高了55.9%，29.4%，22.5%，說明大正2號玉米加入菌肥100 g顯著激活了磷酸酶的活性，施入菌肥200 g抑制了土壤磷酸酶的活性；對于晉單56號玉米，（Cu+J-200）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-100）磷酸酶的活性分別提高了25.8%，12.6%，4.9%，說明晉單56號玉米施入菌肥200 g激活了土壤中磷酸酶的活性；對于長玉16號玉米，（Cu+J-100）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-200）磷酸酶的活性分別提高了43.6%，6%，19.2%，說明長玉16號玉米施入菌肥100 g顯著激活了土壤中磷酸酶的活性，施入菌肥200 g抑制土壤磷酸酶活性。而大正（Cu+J+100）比晉單（Cu+J+200）、長玉（Cu+J+100）分別提高了6.5%和8.5%，并且差異性明顯。由以上數據分析得出：大正2號玉米，施用菌肥100 g對銅污染土壤磷酸酶的活性激活最明顯。

3 討 論

（1）對于大正2號玉米和長玉16號玉米，隨著菌肥用量（0，50，100，200 g）逐漸增大，銅污染脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶大小先增大后減小，在菌肥用量為100 g時，4種酶活性最大，所以施入菌肥100 g對土壤中4種酶活性的激活效應最明顯。

（2）對于晉單56號玉米，隨著菌肥用量（0，50，100，200 g）逐漸增大，銅污染土壤中脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶大小也逐漸增大，施入菌肥200 g對土壤中4種酶活性的激活效應最明顯。

（3）對于土壤中脲酶活性大小，大正（Cu+J-100）>長玉（Cu+J-100）>晉單（Cu+J-200）。

（4）對于土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶和磷酸酶活性大小，大正（Cu+J-100）>晉單（Cu+J-200）>長玉（Cu+J-100）。

4 結 論

綜上所述，關于施用菌肥對玉米種植下銅污染土壤酶活性的影響，對4種土壤酶活性激活效應最明顯的方式是施入100 g菌肥的大正2號玉米（Cu+J-100），其次是施入200 g菌肥的晉單56號玉米晉單（Cu+J-200），最后是施入100 g菌肥的長玉16號長玉（Cu+J-100）。

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[17] 沈慧，姜鳳岐，杜曉軍，等.水土保持林土壤肥力及其評價指標[J].水土保持學報，2000，14（2）：60-65.endprint

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[17]。土壤磷酸酶活性以24 h后每克土壤酚的毫克數表示。由圖4的方差分析可知：對于大正2號玉米，（Cu+J-100）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-200）磷酸酶的活性分別提高了55.9%，29.4%，22.5%，說明大正2號玉米加入菌肥100 g顯著激活了磷酸酶的活性，施入菌肥200 g抑制了土壤磷酸酶的活性；對于晉單56號玉米，（Cu+J-200）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-100）磷酸酶的活性分別提高了25.8%，12.6%，4.9%，說明晉單56號玉米施入菌肥200 g激活了土壤中磷酸酶的活性；對于長玉16號玉米，（Cu+J-100）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-200）磷酸酶的活性分別提高了43.6%，6%，19.2%，說明長玉16號玉米施入菌肥100 g顯著激活了土壤中磷酸酶的活性，施入菌肥200 g抑制土壤磷酸酶活性。而大正（Cu+J+100）比晉單（Cu+J+200）、長玉（Cu+J+100）分別提高了6.5%和8.5%，并且差異性明顯。由以上數據分析得出：大正2號玉米，施用菌肥100 g對銅污染土壤磷酸酶的活性激活最明顯。

3 討 論

（1）對于大正2號玉米和長玉16號玉米，隨著菌肥用量（0，50，100，200 g）逐漸增大，銅污染脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶大小先增大后減小，在菌肥用量為100 g時，4種酶活性最大，所以施入菌肥100 g對土壤中4種酶活性的激活效應最明顯。

（2）對于晉單56號玉米，隨著菌肥用量（0，50，100，200 g）逐漸增大，銅污染土壤中脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶大小也逐漸增大，施入菌肥200 g對土壤中4種酶活性的激活效應最明顯。

（3）對于土壤中脲酶活性大小，大正（Cu+J-100）>長玉（Cu+J-100）>晉單（Cu+J-200）。

（4）對于土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶和磷酸酶活性大小，大正（Cu+J-100）>晉單（Cu+J-200）>長玉（Cu+J-100）。

4 結 論

綜上所述，關于施用菌肥對玉米種植下銅污染土壤酶活性的影響，對4種土壤酶活性激活效應最明顯的方式是施入100 g菌肥的大正2號玉米（Cu+J-100），其次是施入200 g菌肥的晉單56號玉米晉單（Cu+J-200），最后是施入100 g菌肥的長玉16號長玉（Cu+J-100）。

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[17] 沈慧，姜鳳岐，杜曉軍，等.水土保持林土壤肥力及其評價指標[J].水土保持學報，2000，14（2）：60-65.endprint

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[17]。土壤磷酸酶活性以24 h后每克土壤酚的毫克數表示。由圖4的方差分析可知：對于大正2號玉米，（Cu+J-100）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-200）磷酸酶的活性分別提高了55.9%，29.4%，22.5%，說明大正2號玉米加入菌肥100 g顯著激活了磷酸酶的活性，施入菌肥200 g抑制了土壤磷酸酶的活性；對于晉單56號玉米，（Cu+J-200）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-100）磷酸酶的活性分別提高了25.8%，12.6%，4.9%，說明晉單56號玉米施入菌肥200 g激活了土壤中磷酸酶的活性；對于長玉16號玉米，（Cu+J-100）比CK、（Cu+J-50）、（Cu+J-200）磷酸酶的活性分別提高了43.6%，6%，19.2%，說明長玉16號玉米施入菌肥100 g顯著激活了土壤中磷酸酶的活性，施入菌肥200 g抑制土壤磷酸酶活性。而大正（Cu+J+100）比晉單（Cu+J+200）、長玉（Cu+J+100）分別提高了6.5%和8.5%，并且差異性明顯。由以上數據分析得出：大正2號玉米，施用菌肥100 g對銅污染土壤磷酸酶的活性激活最明顯。

3 討 論

（1）對于大正2號玉米和長玉16號玉米，隨著菌肥用量（0，50，100，200 g）逐漸增大，銅污染脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶大小先增大后減小，在菌肥用量為100 g時，4種酶活性最大，所以施入菌肥100 g對土壤中4種酶活性的激活效應最明顯。

（2）對于晉單56號玉米，隨著菌肥用量（0，50，100，200 g）逐漸增大，銅污染土壤中脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶大小也逐漸增大，施入菌肥200 g對土壤中4種酶活性的激活效應最明顯。

（3）對于土壤中脲酶活性大小，大正（Cu+J-100）>長玉（Cu+J-100）>晉單（Cu+J-200）。

（4）對于土壤中過氧化氫酶、蔗糖酶和磷酸酶活性大小，大正（Cu+J-100）>晉單（Cu+J-200）>長玉（Cu+J-100）。

4 結 論

綜上所述，關于施用菌肥對玉米種植下銅污染土壤酶活性的影響，對4種土壤酶活性激活效應最明顯的方式是施入100 g菌肥的大正2號玉米（Cu+J-100），其次是施入200 g菌肥的晉單56號玉米晉單（Cu+J-200），最后是施入100 g菌肥的長玉16號長玉（Cu+J-100）。

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