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摘 要：采用室内培养方法，研究了阿特拉津胁迫对土壤中磷酸酶活性的影响。结果发现：在培养期间，阿特拉津对土壤磷酸酶表现为抑制—激活—抑制效应。3种模型拟合阿特拉津浓度与酶活性关系均达到显著相关关系。土壤阿特拉津对土壤磷酸酶的生态阈值为19.51 mg·kg-1。
关键词：阿特拉津；磷酸酶；活性
中图分类号：S154.2 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.006
阿特拉津是一种选择性内吸式除草剂， 常用于玉米、高粱、果园和林地， 可有效防除一年生禾本科杂草和阔叶杂草， 对多年生杂草也有抑制作用[1-2]。在世界各国得到了大面积的推广使用。20世纪80年代，阿特拉津开始登陆中国， 在华北和东北地区的玉米种植区得到广泛使用[3] ， 近些年阿特拉津使用面积不断扩大， 2000 年全年的使用量为2. 835×106 kg， 每年用量平均以20%的速度递增[4]，预计2020年使用量可达1.082×106 kg。
土壤酶是养分循环、有机质形成、能量代谢等过程的催化剂。土壤酶也是反映土壤肥力的有效生物指标[5]。土壤酶参与了外源化学品进入土壤后的生物转化、能量代谢和生物分解等过程并发挥重要作用[6]。农药使用效率不足30%[7]，施用农药的70%残留进入土壤，土壤酶必然参与农药在土壤中的代谢作用，进而影响土壤的肥力状况，因此农药残留污染土壤后对土壤酶活性的影响一直是土壤环境学家关注的热点。很多研究表明，土壤酶活性在一定程度上可以反映农药污染的程度，但是关于这方面的研究还存在诸多不足之处，诸如敏感酶活性的确定，测定时间的选择，土壤性质的影响等，很多研究结论都缺乏一致性[8-10]。笔者拟通过模拟方法探讨阿特拉津对辽宁地区典型水稻土中磷酸酶的影响规律，探讨二者之间的关系及作用机理，为土壤生态监测和环境保护提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 供试土壤
本试验土壤取自盘锦某水稻田0～20 cm 的表层土，自然风干磨碎，过0.8 mm筛，土壤类型为稻田土，基本物理化学性质如表1所示。
1.2 试验方法
采用25 cm×40 cm×5 cm带盖白瓷盘加入1 000 g土壤，用25 mg·L-1阿特拉津的溶液喷洒，拌匀，使阿特拉津浓度分别为0，1，5，10，20，50，100 mg·kg-1，调节土壤含水量为田间最大含水量的 60%，瓷盘表面覆盖保鲜膜，防止水分过量蒸发，然后置于（25±1） ℃恒温培养箱中避光培养，每天用称重法调节土壤含水量。分别在培养过程的第 1，3，6，10，15 d时取样测定土壤酶活性。每个处理设3个重复，同时测量无土对照和无基质对照。采用磷酸苯二钠比色法测定土壤磷酸酶活性[9]。
1.3 数据处理
采用SPSS和EXCEL 软件进行数据分析处理和显著性分析，大、小写字母分别表示在0.01和0.05 水平上的差异显著性。
2 结果与讨论
土壤磷酸酶是可以快速地把有机磷转化为植物可吸收的无机磷的土壤转化酶。从供试土壤的不同时间的磷酸酶活性（表2）可以看出：土壤中加入阿特拉津培养1～6 d，在添加阿特拉津所有处理的土壤中，土壤磷酸酶的活性显著低于对照（P<0.05），表现出明显的抑制作用。但是在培养10 d时，所有阿特拉津处理的土壤磷酸酶活性显著高于对照（P<0.05），表现出明显的激活作用。在培养15 d时，土壤磷酸酶活性显著低于对照（P<0.05），又表现出明显的抑制作用。在整个培养过程中，阿特拉津对土壤磷酸酶活性表现出“抑制—激活—抑制”的趋势。
采用多种模型对阿特拉津浓度（C）与磷酸酶活性（U）关系进行拟合，结果见表3。拟合结果表明：6 d、10 d、15 d，阿特拉津浓度与土壤脲酶活性之间呈显著性相关（P<0.01），阿特拉津对土壤磷酸酶活性与培养时间之间有重要作用，呈现抑制—激活—抑制的变化趋势。3个模型均可较好地表征两者的关系，揭示出磷酸酶活性在一定的浓度范围内受阿特拉津的污染程度。用3种模型计算得到的阿特拉津的过氧化氢酶生态剂量范围ED10～ED90的平均值范围在19.51～1 251 mg·kg-1。
3 结 论
综上所述，土壤酶对阿特拉津的高度敏感，可以用土壤酶活性指标评价农药对土壤生态环境造成的影响。阿特拉津的加入抑制了土壤磷酸酶活性，在一定范围内3种酶可以表征土壤阿特拉津的污染程度；计算获得了阿特拉津轻度污染时的生态剂量ED10 值，磷酸酶的ED10为19.51 mg·kg-1；土壤磷酸酶酶活性对阿特拉津的污染最敏感；阿特拉津的生态毒性与土壤的接触时间密切相关。
参考文献：
[1] 吴济南，王丽玲，王惟帅，等.不同密度下阿特拉津和乙草胺混用对玉米光合特性的影响[J]. 山西农业科学2011，39（8）：794- 796，808.
[2] 吴济南， 王丽玲， 王惟帅，等. 阿特拉津和乙草胺混用对夏玉米叶片生理指标的影响[J].河南农业科学， 2011， 40（8） ： 142-144.
[3] Ye C M ， Lei Z F， Gong A J， et al . Analysis of atrazine product ion producing wastewater risk to seedling stage rice[J]. Environmental Science， 1999， 20（3） ： 82-84.
[4] Bintein S， Devillers J.Evaluating the environment alfate of atrazine in France[J]. Chemosphere， 1996， 32（12） ： 2441-2456.
[5] 马瑞瑞，高小丽，崔雯雯，等.芸豆连作田土壤酶活性和养分含量研究[J].华北农学报，2013，28 （5） ： 157 -162.
[6] Kalam A，Tah J， Mukherjee A K. Pesticide effects on microbial population and soil enzyme activities during vermicomposting of agricultural waste[J]. Journal of Environmental Biology， 2004，25（2）：201-208.
[7] 尹相博，杨梦璇，王冰，等.铜胁迫对红小豆萌发的影响[J].吉林农业科学，2013，38（5）：10-11，35.
[8] 和文祥，闵红，王娟，等.2，4-D对土壤酶活性的影响[J].农业环境科学学报，2006，25（1）：224-228.
[9] 辛承友，朱鲁生，王军，等.阿特拉津对不同肥力土壤蔗糖酶活性的影响[J].农业环境科学学报，2004，23（3）：479-483.
[10] 王金花，朱鲁生，孙瑞莲，等.阿特拉津对两种不同施肥条件土壤脲酶的影响[J].农业环境科学学报，2004，23（1）：162-166.
关键词：阿特拉津；磷酸酶；活性
中图分类号：S154.2 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.006
阿特拉津是一种选择性内吸式除草剂， 常用于玉米、高粱、果园和林地， 可有效防除一年生禾本科杂草和阔叶杂草， 对多年生杂草也有抑制作用[1-2]。在世界各国得到了大面积的推广使用。20世纪80年代，阿特拉津开始登陆中国， 在华北和东北地区的玉米种植区得到广泛使用[3] ， 近些年阿特拉津使用面积不断扩大， 2000 年全年的使用量为2. 835×106 kg， 每年用量平均以20%的速度递增[4]，预计2020年使用量可达1.082×106 kg。
土壤酶是养分循环、有机质形成、能量代谢等过程的催化剂。土壤酶也是反映土壤肥力的有效生物指标[5]。土壤酶参与了外源化学品进入土壤后的生物转化、能量代谢和生物分解等过程并发挥重要作用[6]。农药使用效率不足30%[7]，施用农药的70%残留进入土壤，土壤酶必然参与农药在土壤中的代谢作用，进而影响土壤的肥力状况，因此农药残留污染土壤后对土壤酶活性的影响一直是土壤环境学家关注的热点。很多研究表明，土壤酶活性在一定程度上可以反映农药污染的程度，但是关于这方面的研究还存在诸多不足之处，诸如敏感酶活性的确定，测定时间的选择，土壤性质的影响等，很多研究结论都缺乏一致性[8-10]。笔者拟通过模拟方法探讨阿特拉津对辽宁地区典型水稻土中磷酸酶的影响规律，探讨二者之间的关系及作用机理，为土壤生态监测和环境保护提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 供试土壤
本试验土壤取自盘锦某水稻田0～20 cm 的表层土，自然风干磨碎，过0.8 mm筛，土壤类型为稻田土，基本物理化学性质如表1所示。
1.2 试验方法
采用25 cm×40 cm×5 cm带盖白瓷盘加入1 000 g土壤，用25 mg·L-1阿特拉津的溶液喷洒，拌匀，使阿特拉津浓度分别为0，1，5，10，20，50，100 mg·kg-1，调节土壤含水量为田间最大含水量的 60%，瓷盘表面覆盖保鲜膜，防止水分过量蒸发，然后置于（25±1） ℃恒温培养箱中避光培养，每天用称重法调节土壤含水量。分别在培养过程的第 1，3，6，10，15 d时取样测定土壤酶活性。每个处理设3个重复，同时测量无土对照和无基质对照。采用磷酸苯二钠比色法测定土壤磷酸酶活性[9]。
1.3 数据处理
采用SPSS和EXCEL 软件进行数据分析处理和显著性分析，大、小写字母分别表示在0.01和0.05 水平上的差异显著性。
2 结果与讨论
土壤磷酸酶是可以快速地把有机磷转化为植物可吸收的无机磷的土壤转化酶。从供试土壤的不同时间的磷酸酶活性（表2）可以看出：土壤中加入阿特拉津培养1～6 d，在添加阿特拉津所有处理的土壤中，土壤磷酸酶的活性显著低于对照（P<0.05），表现出明显的抑制作用。但是在培养10 d时，所有阿特拉津处理的土壤磷酸酶活性显著高于对照（P<0.05），表现出明显的激活作用。在培养15 d时，土壤磷酸酶活性显著低于对照（P<0.05），又表现出明显的抑制作用。在整个培养过程中，阿特拉津对土壤磷酸酶活性表现出“抑制—激活—抑制”的趋势。
采用多种模型对阿特拉津浓度（C）与磷酸酶活性（U）关系进行拟合，结果见表3。拟合结果表明：6 d、10 d、15 d，阿特拉津浓度与土壤脲酶活性之间呈显著性相关（P<0.01），阿特拉津对土壤磷酸酶活性与培养时间之间有重要作用，呈现抑制—激活—抑制的变化趋势。3个模型均可较好地表征两者的关系，揭示出磷酸酶活性在一定的浓度范围内受阿特拉津的污染程度。用3种模型计算得到的阿特拉津的过氧化氢酶生态剂量范围ED10～ED90的平均值范围在19.51～1 251 mg·kg-1。
3 结 论
综上所述，土壤酶对阿特拉津的高度敏感，可以用土壤酶活性指标评价农药对土壤生态环境造成的影响。阿特拉津的加入抑制了土壤磷酸酶活性，在一定范围内3种酶可以表征土壤阿特拉津的污染程度；计算获得了阿特拉津轻度污染时的生态剂量ED10 值，磷酸酶的ED10为19.51 mg·kg-1；土壤磷酸酶酶活性对阿特拉津的污染最敏感；阿特拉津的生态毒性与土壤的接触时间密切相关。
参考文献：
[1] 吴济南，王丽玲，王惟帅，等.不同密度下阿特拉津和乙草胺混用对玉米光合特性的影响[J]. 山西农业科学2011，39（8）：794- 796，808.
[2] 吴济南， 王丽玲， 王惟帅，等. 阿特拉津和乙草胺混用对夏玉米叶片生理指标的影响[J].河南农业科学， 2011， 40（8） ： 142-144.
[3] Ye C M ， Lei Z F， Gong A J， et al . Analysis of atrazine product ion producing wastewater risk to seedling stage rice[J]. Environmental Science， 1999， 20（3） ： 82-84.
[4] Bintein S， Devillers J.Evaluating the environment alfate of atrazine in France[J]. Chemosphere， 1996， 32（12） ： 2441-2456.
[5] 马瑞瑞，高小丽，崔雯雯，等.芸豆连作田土壤酶活性和养分含量研究[J].华北农学报，2013，28 （5） ： 157 -162.
[6] Kalam A，Tah J， Mukherjee A K. Pesticide effects on microbial population and soil enzyme activities during vermicomposting of agricultural waste[J]. Journal of Environmental Biology， 2004，25（2）：201-208.
[7] 尹相博，杨梦璇，王冰，等.铜胁迫对红小豆萌发的影响[J].吉林农业科学，2013，38（5）：10-11，35.
[8] 和文祥，闵红，王娟，等.2，4-D对土壤酶活性的影响[J].农业环境科学学报，2006，25（1）：224-228.
[9] 辛承友，朱鲁生，王军，等.阿特拉津对不同肥力土壤蔗糖酶活性的影响[J].农业环境科学学报，2004，23（3）：479-483.
[10] 王金花，朱鲁生，孙瑞莲，等.阿特拉津对两种不同施肥条件土壤脲酶的影响[J].农业环境科学学报，2004，23（1）：162-166.