铜胁迫对土壤酶活性的影响

2014-05-23邵泉森等

天津农业科学 2014年4期

邵泉森等

摘要：采用室内培养方法，研究了铜胁迫对土壤中脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性的影响。结果表明，铜对土壤脲酶表现出明显抑制影响，且随着铜浓度的增加，抑制程度增大。铜浓度的增加对土壤磷酸酶活性抑制程度增大，但抑制程度不如脲酶明显。铜对土壤过氧化氢酶也表现出抑制作用，且随着铜浓度的增加抑制程度增大，但铜对过氧化氢酶的抑制效应是3者中最小的。

关键词：铜污染；脲酶；磷酸酶；过氧化氢酶

中图分类号：S154.2 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.007

随着人们对重金属胁迫下土壤微生物生理生化机制了解的日渐加深，采用生物毒理学指标评价重金属污染土壤的环境质量已成为当今土壤环境生物学的一个热点[1-2]。我国南京地区土壤铜含量一般在55.3 mg·kg-1，最高可达121.9 mg·kg-1[3]。土壤酶是土壤中重要的生物大分子，可作为养分循环、有机质形成、能量代谢等过程的催化剂[4-12]。笔者通过研究铜胁迫对土壤中3种酶活性的影响，探讨二者关系及作用机理，以期为土壤生态监测提供相关依据。

1 材料和方法

1.1 供试土壤

土壤取自盘锦某水稻田0～20 cm 的表层土，自然风干磨碎，过筛孔直径0.8 mm的筛，土壤类型为稻田土，基本物理化学性质如表1。

1.2 试验方法

采用25 cm×40 cm×5 cm带盖白瓷盘加入500 g土壤，用0.2 mol·L-1 CuCl2的溶液喷洒，拌匀，铜浓度分别为0，50，100，200，400，800 mg·kg-1（分别记做CK，Cu1、Cu2、Cu3、Cu4、Cu5，以下同）。拌好后的土壤置于恒温培养箱37 ℃培养，定期取样。分别采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定试验土壤的脲酶活性；采用磷酸苯二钠比色法测定土壤磷酸酶活性；采用高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶的活性。

2 结果与分析

2.1 铜对土壤脲酶活性的影响

铜对土壤脲酶活性的影响见图1。由图1可看出，向土壤中加入铜后，第1天至第3天由于培养时间较短，脲酶活性较低，处于刚被激活的状态，故氨基氮含量很低，而一定浓度的铜可以刺激脲酶活性的激活，这种作用在Cu2组最为明显。培养到第6天，酶活出现较大变化趋势。CK组、Cu1组和Cu2组与之前相比较，仍然属于线性增加的趋势，其原因可能是添加的铜量未超出脲酶的铜适应范围。而Cu3组和Cu4组酶活的上升趋势接近平缓。对于Cu5组，在培养第6天出现明显抑制现象，表明此浓度的铜对脲酶活性产生明显的抑制作用。并且相较CK组，其他5组测得土壤脲酶活性始终处于被抑制状态。随着培养时间的增加，CK组脲酶活性几乎未变，Cu1组、Cu2组、Cu3组、Cu4组和Cu5组都出现了较为明显的抑制现象。至培养第15天，CK组出现了一个较为明显的升高趋势，这可能是由于几天的培养使得土壤中的微生物受到再次激活的原因。Cu1组和Cu2组的抑制作用已经不明显，Cu3组和Cu4组则保持稳定，这主要是由于微生物在适应铜对其的抑制作用，但相较对照组，上述4组仍处于抑制范围。而Cu5组酶活继续保持明显抑制的趋势，其原因是铜浓度过大，严重抑制微生物活性造成的。显然，高浓度的铜对土壤脲酶活性会产生明显的抑制现象。

2.2 铜对磷酸酶活性的影响

铜对土壤磷酸酶活性的影响见图2，可以看出，在培养初期，高浓度的铜，即Cu3组、Cu4组和Cu5组，较CK组对磷酸酶活性呈现了较为明显的激活作用，而低浓度的铜（Cu1组和Cu2组）却出现了些许的抑制作用。至培养第6天，测得酶活出现整体下降趋势。高浓度铜（Cu3、Cu4和Cu5）产生的抑制作用明显强于低浓度铜（Cu1和Cu2）及对照（CK）组。其原因可能是铜对土壤生物呼吸代谢产生了影响，使得磷酸酶活性降低。随着培养时间的增加，土壤中磷酸酶活性呈现整体下降趋势，并且，铜浓度越高酶活下降的幅度越大。其原因可能是随时间的增加，抗性微生物的出现。铜对磷酸酶活性的抑制性主要表现为高浓度Cu对土壤磷酸酶活性产生抑制作用，但是抑制不如脲酶显著。

2.3 铜对过氧化氢酶活性的影响

铜对土壤过氧化氢酶活性的影响见图3。由图3可看出，加铜后，第1天由于培养时间较短的原因，铜未对过氧化氢酶产生很大影响，6组数据较集中未表现出抑制显著性。培养第3天，6个组过氧化氢酶活性显现出明显的抑制，且随添加至土壤中的铜量的增加，土壤过氧化氢酶活性降低越多，这说明铜对过氧化氢酶产生抑制效应。至培养第6天，6个组相较前一天的数据又出现一个较小的增势，说明铜对过氧化氢酶影响时间较短，从此时开始出现适应微生物。到培养第10 天，6个组过氧化氢酶活性出现微弱的抑制现象。培养第15 天，CK组、Cu1组、Cu2组和Cu3组都出现了较平缓的降低，但降低最大不超过0.5。Cu4组和Cu5组则保持稳定，这说明微生物对铜的抑制作用已有较明显的适应。因此，可看出铜对过氧化氢酶的抑制影响相较脲酶以及磷酸酶的影响程度较小。

3 结论与讨论

土壤酶作为土壤中具有生物活性的物质，积极参与土壤发生与发育、土壤肥力的形成、土壤净化等土壤系统中多种重要的代谢过程。当土壤受到重金属污染时，由于重金属对土壤酶的抑制作用而影响其活性，从而降低土壤的肥力水平，影响植物生长。

随着土壤铜浓度的升高，3种土壤酶活性总体呈下降趋势。不同浓度的铜对土壤脲酶的影响整体表现出明显抑制，且随着铜浓度的增加抑制程度增大。随时间的变化，铜对脲酶活性的影响逐渐降低。铜对土壤磷酸酶活性抑制趋势较为明显，随铜浓度的增加，抑制程度增大。铜对磷酸酶的抑制作用相较脲酶较小。铜对土壤过氧化氢酶的影响表现出抑制影响，且随着铜浓度的增加抑制程度增大。随时间的变化，前6 d铜对过氧化氢酶的影响较大，之后铜对其影响逐渐变小。且比较上述3种酶的铜影响程度，过氧化氢酶受到的抑制影响最小。

通过比较铜对3种酶活性的影响，发现铜对土壤脲酶活性影响最大。这就说明脲酶对土壤铜污染最为敏感，建议可作为表征土壤铜污染的指示酶。

参考文献：

[1] 段学军，闵军. Cd胁迫下稻田土壤生物活性与酶活性综合研究[J].农业环境科学学报， 2004，23（3）：422-427.

[2] 和文祥，王娟，田海霞，等. Cr3+对土壤脲酶活性特征的影响[J].农业环境科学学报，2009，28（11）：2 343-2 347.

[3] 段雪梅，蔡焕兴，巢文军.南京市表层土壤重金属污染特征及污染来源[J].环境科学与管理，2010，35（10）：31-34，77.

[4] 吴桂容，刘景春，张鲁狄，等.重金属Cd对桐花树土壤酶活性的影响[J].厦门大学学报：自然科学版， 2008，47（2）：12-15.

[5] 徐晓锋，李娜，柳开楼，等.多菌灵对Cu污染土壤酶活性和微生物氮含量的影响[J].西北农业学报， 2010，19（1）：60-63.

[6] 李金岚，王红芬，洪坚平.生物菌肥对采煤沉陷区复垦土壤酶活性的影响[J].山西农业科学，2010（2）：53-54，96.

[7] 吴亭亭，燕傲蕾，王友保，等.外源镧对黑麦草-铜尾矿系统土壤酶活性的影响[J].河南农业科学，2010（8）：52-54，58.

[8] 周苏玫，郭俊红，白雪峰. Cu2+对花生根土系统和地上部性状的影响[J].华北农学报，2003（4）：76-78.

[9] 张昀，可欣，关连珠，等.镉对土壤脲酶动力学特征的影响[J].沈阳农业大学学报，2010， 41（3）：299-303.

[10] 罗虹，刘鹏，宋小敏.重金属镉、铜、镍复合污染对土壤酶活性的影响[J].水土保持学报， 2006， 20（2）：94-96，121.

[11] 孟庆峰，杨劲松，姚荣江，等.单一及复合重金属污染对土壤酶活性的影响[J].生态环境学报，2012，21（3）：545-550.

[12] 郭卓杰，杨继飞，李涛.不同肥料不同作物对铜污染土壤中酶活性的影响[J].天津农业科学，2013（11）：9-11.