农药对土壤酶活性影响的研究进展
土壤中酶
土壤酶的研究进展摘要：土壤酶作为土壤组分中最活跃的有机成分之一不仅可以表征土壤物质能量代谢旺盛程度，而且可以作为评价土壤肥力高低、生态环境质量优劣的一个重要生物指标，并且，在土壤生态系统的物质循环和能量流动方面扮演重要的角色。
本文通过分析、总结国内外土壤酶研究进展，研究土壤酶的来源、作用及其影响因素，展望土壤酶学的发展前景，将有助于该学科研究的纵深发展与广泛利用。
关键字：土壤酶作用影响因素进展前言土壤酶( soil enzyme)是指土壤中的聚积酶, 包括游离酶、胞内酶和胞外酶, 其活性变化规律及与生态因子的相互作用关系研究引起众多学者的重视, 它是评价土壤质量的重要手段之一[1], 同时也是评价土壤自净能力的一个重要指标[2]。
对土壤酶的研究，让我们能更好地去了解土壤酶是土壤有机体的代谢动力, 在生态系统中起着重要的作用, 以及与土壤理化性质、土壤类型、施肥、耕作以及其它农业措施的密切关系。
而土壤酶活性在土壤中的表现, 在一定程度上反映了土壤所处的状况, 且对环境等外界因素引起的变化较敏感, 成为土壤生态系统变化的预警和敏感指标。
关于土壤酶的研究历史可以追溯到19世纪末，自Woods( 1898) 首次从土壤中检测出过氧化氢酶活性以来, 土壤酶研究经历了一个较长的奠定和发展时期( 关松荫, 1986) 。
一般认为, 20 世纪50 年代以前为土壤酶学的奠定时期, 许多土壤学者从各种土壤中共检测出了40 余种土壤酶的活性,并发展了土壤酶活性的研究方法和理论, 土壤酶研究逐渐发展成一门介于土壤生物学和生物化学之间的一门新兴边缘交叉学科( Burns, 1978)[3]。
20 世纪50～ 80 年代中期为土壤酶学迅速发展的时期。
由于生物化学和土壤生物学所取得的巨大成就, 土壤酶的检测技术和方法不断改进, 一些新的土壤酶活性逐渐被检测出来。
到20 世纪80 年代中期, 大约有60 种土壤酶活性被检测出来, 土壤酶学的理论和体系逐渐完善。
土壤酶功能的研究进展
收 稿 日期 ： ０ 一 ８ ２ ２ ６ ｏ— ５ ０ 基 金项 目 ： 十五” “ 国家科技 攻关课题“ 国家 粮食丰产工 程” 之
“ 稻 丰 产 高 效 技 术 集 成 研 究 与示 范 ” 题 （０４ Ａ ２ Ａ １ 水 课 ２０ Ｂ ５０ ０ ）
内外 有关 的研 究 资料 ， 对土 壤酶 的 功能进 行 了归纳 ，
并且 对 未来 的几个 研究 问题 进行 了总结 。
１ 土 壤 酶 的 主 要 功 能
１ １ 评 价 土壤 肥 力 ．
土壤酶 学 的 研 究 ， 一 开 始便 与 土壤 肥 力 的 研 从
究 紧密地结 合 在 一 起 。Ｈ ｌ ａｎ提 出将 土壤 酶 活 性 ｏ ｎ ｍ
与凋 落物 的分 解 ， 致使 土壤 中有 效磷 和有 效 氮增加 。
酸 性 磷酸 酶活 性 与各种 形 态 的土壤 磷 ， 酸性 、 碱性磷 酸酶 活性 与小 麦 、 叶 草根 际 中 的有 机 磷 均 呈 正相 三 关 。早 在 １２ ９６年 ， ｋｍ ｎ与 Ｄ ｂｓ 提 出用 土 壤 Ｗａｓ ａ ｕｏ 就
农 产 品质 量 检 测 中心 ， 南 长 沙 湖 ４００ ； ． 南 农 业 大 学 ， 南 长 沙 １０５ ３ 湖 湖 ４０２ ） １ １８
摘 要 ： 土壤 酶在土壤生 态系统 中具有重要的地位 ， 目前对土壤酶功能的研究 已日益深人 。各 种研 究昆示 ： 土壤酶在评价 土壤肥
力 和土 地 利 用 ， 理 土 壤 污染 、 肥 土壤 和 防治 植 物 病 虫 害 等 方 面具 有 重 要 的作 用 。 治 培
要肥 力 因素有 关 的 、 布 最广 的酶 活性 的总 体 ， 不 分 而
微生物降解农药的研究进展
微生物降解农药的研究进展一、简述农药作为现代农业中不可或缺的一部分，对于提高农作物产量和防治病虫害起到了关键作用。
农药的过量使用不仅会导致环境污染，还可能对人体健康产生潜在威胁。
寻找一种高效、环保的农药降解方法显得尤为迫切。
微生物降解农药作为一种新兴的技术手段，逐渐受到研究者的关注。
微生物降解农药是指利用微生物的代谢活动将农药分解为无毒或低毒物质的过程。
这种降解方式具有高效、环保、低成本等优点，且不会对环境产生二次污染。
已有多种微生物被证实具有降解农药的能力，如细菌、真菌和放线菌等。
这些微生物通过分泌特定的酶类，将农药分子中的化学键断裂，从而实现农药的降解。
随着研究的深入，微生物降解农药的机理逐渐得到揭示。
研究者发现，微生物降解农药的过程涉及到多个生物化学反应，包括氧化、还原、水解等。
这些反应能够将农药分子转化为更易降解的小分子物质，进而被微生物完全利用。
微生物降解农药的效率还受到多种因素的影响，如温度、湿度、pH值以及农药的种类和浓度等。
关于微生物降解农药的研究已经取得了一定的进展。
研究者通过筛选具有高效降解能力的微生物菌株、优化降解条件以及研究降解过程中的关键酶类等方面，不断提高微生物降解农药的效率。
一些研究还关注于将微生物降解农药技术应用于实际生产中，为农业生产提供更为环保、安全的解决方案。
尽管微生物降解农药具有诸多优点，但其在实际应用中仍面临一些挑战和限制。
某些农药分子结构复杂，难以被微生物完全降解；不同地区的土壤和气候条件也可能影响微生物降解农药的效果。
未来研究需要进一步深入探索微生物降解农药的机理和影响因素，以期为该技术的广泛应用提供更为坚实的理论基础和实践指导。
微生物降解农药作为一种环保、高效的农药降解方法，具有广阔的应用前景。
随着研究的不断深入和技术的不断完善，相信微生物降解农药将在未来农业生产中发挥越来越重要的作用，为农业可持续发展贡献力量。
1. 农药在现代农业生产中的重要性农药在现代农业生产中扮演着举足轻重的角色。
土壤酶活性对土壤环境变化的响应研究进展
土壤酶活性对土壤环境变化的响应研究进展作者：吴怡董炜华李晓强谷志伟刘子宁邓守奇韦森超李陆鑫王成杨添月来源：《南方农业·上》2023年第08期摘要土壤酶作为一种生物催化剂，能够为土壤有机体的代谢和分解提供动力，与土壤生物、土壤理化性质及环境条件等密切相关。
土壤酶活性与土壤肥力关系密切，土壤管理措施（放牧、施肥、耕作等）会引起土壤酶活性发生很大改变。
基于提高土壤生产力，保护生物多样性的大背景下，探讨土壤酶活性对农田、湿地等不同生境下的水气热条件、有机质和土壤pH的响应，分析外源有机物输入对土壤酶活性的影响，进一步加深了解土壤酶在土壤生态系统中的指示作用，并对土壤酶学研究前景进行展望。
关键词土壤酶活性；土壤环境；外源有机物；响应中图分类号：S154.1 文献标志码：C DOI：10.19415/ki.1673-890x.2023.15.009土壤酶（Soil Enzyme）是土壤生态系统中最活跃的组分之一，来源于动物、植物、微生物及其分泌物[1-2]。
土壤酶作为一种生物催化剂，能够为土壤有机体的代谢和分解提供动力，与土壤生物、土壤理化性质及环境条件等密切相关[3-5]。
土壤酶在自然界物质循环中起着重要作用，尤其在参与土壤中各种生物化学过程的营养元素循环和能量转移时，其活性强弱往往能够影响物质循环的速率，又因为其活性易受环境等外界因素的影响，能够反映土壤养分转化的强度和方向[5]。
国内外研究表明，土壤酶活性可作为较全面地反映土壤环境变化的生物学指标，通过测定相应酶的活性，能够间接了解某种物质在土壤中的转化情况[6]。
近年来，随着土壤酶学的分析技术不断更新，关于森林、草原和农田等不同生态系统中的土壤酶活性研究也呈井喷式增长[7-8]，相对而言，森林和草原的土壤酶活性比农田土壤的酶活性更高[9]，且大多有随土层加深而活性降低的趋势[10-11]。
但是，随着社会化的进程不断推进，各种生态系统都遭到了更为严重的自然和人为双重干扰，土壤生态系统日益脆弱[5]。
入侵植物对土壤酶活性及土壤微生物群落影响的研究进展
尤其是土壤微生物参 与土壤有机质的分解 ， 腐殖质的形成 ， 养 。而土壤微生 物对 其所生存 的微环境十分敏感 ， 并能对 土壤生态 系统 的变化外界 环境的 胁迫做 出及 时响应 ］ ， 故土 壤微生物 群落的结 构差异 及其 变化可灵敏地反映 出土壤 质量 和外 界环境 的现状及 其变 化趋势 ， 通过分析土壤微 生物的群落结 构可指示 出土壤生态
枝黄花调节了土壤 ｐ Ｈ值 ， 增加 了总碳、 氮 库和有 机质 库 ， 降
低 了铵氮库和硝氮库 ， 同时还促 进了微生物 的矿 化速率和铵
化速率 。Ｅ ｖ ａ ｎ ｓ 等 研究得 出旱 雀麦 （ Ｂ ｒ ｏ ｍｕ ｓ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｕ ｍ） 入 侵
干旱草地生态系统 ２年 后 ， 土壤 无机氮及土壤净 矿化速率 比 土著种低 ５ ０ ％， Ｓ ｃ ｏ ｔ ｔ 等 通过研 究新 西兰草 地 中的绿毛 山
侵后可改变根系对土壤的物质输 入 ， 从 而影响土壤微 生物 的
土壤 中微生物 的群 落
结构与地上植物的种类关 系密切 ， 这为陆地 生态系统地上 部 分 和地下部分的关联 提供依 据ｕ 。由于植物可通 过根 系分
泌物及地上凋落物等方式 向土壤 环境提供微生 物所需营养 ，
故不 同植物会有不同的土壤微生物群落 。外来植物入侵本地
间接地 影响土壤 微生物 的多样性 ； 再者， 入侵植 物会 强化
落结 构 和代 谢 （ 如 碳、 氮、 磷 循 环 以及 营养 物 的矿 化 作 用） Ｊ 。于兴军等 研究结果表明紫茎泽兰（ Ｅ ｕ ｐ ａ ｔ ｏ ｒ ｉ ｕ ｍ ａ ｄ －
ｅ ｎ ｏ ｐ ｈ ｏ ｒ ｕ ｍ） 重度入侵 地的土壤 有机质 、 氮、 磷、 钾 含量 比轻度 入侵地要低。陆建忠 等 研 究 了加 拿大一枝 黄花 （ Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ａ ｇ ｏ Ｃ ａ ｎ ａ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｓ ） 入侵后土壤特性 的变化情 况 ， 结 果显示加 拿大一
不同化学农药对土壤脲酶活性的影响
２ １ ，３ ：３ ６ ０ ０ （ ）６ — ５
Ｈ ｎｎＡ ｃｌ ｒ ｃ ｎｅ ｕ ａ ｕ ｕ ｌ ｉ ｃｓ ｔａＳｅ
不 同化学农 药对 土壤脲 酶活性 的影响
・
谢 勇波 ， 清明 ， 周 龚道新
（ 湖南农业大学烟草科学与工程技术研究中心， 湖南 长沙 ４ ０ ２ ） １１８
壤 脲酶 的活性 。
１ 除草剂对 土壤脲 酶活 性的影响研究
随 着 农业 的发展 ， 除草 剂 已广 泛应 用 于农 业 生 产 ， 大 程度 上 减少 了劳动力 的消耗 。 自上 世 纪 ７ 很 ０
各种生物化学过程 的动向和强度 ， 对土壤肥力 的形 成 和提高以及对土壤生态系统的物质循 环具有重
ｄｆ ｒｎ． ｈ ｆ ｃ ｆｄｆ ｒｎ ｃｅ ｃｌｐ ｓｃｄｓ （ｅｂｃｄ，ｉｓｃｉｄ ｎ ａｔｒ ｉｅ ｔ． ｉ ａｔ ｉ ｆｓｉ ｉｅｅ ｔＴ ｅｅ ｅｔ ｏ ｉｅｅｔ ｈｍｉ ｅｔ ｉｅ ｈｒｉ ｅ ｎｅｔ ｉｅａ ｄ ｂｃｅ ｃｄ，ｅ ）Ｏ ｃｉ ｔ ｏ ｏ ｆ ｆ ｓ ｆ ａ ｉ ｉ ｃ ｉ ｃ ｌ ｖｙ ｌ
在现 代农 业 生 产实 践 中， 学农 药 的施 用 仍是 化
一
壤肥 力及 作 物 的生 长 也不 利 。尿 素施人 土 壤后 ， 在
项 不 可 缺 少 的 措 施 ， 们 对 提 高 作 物 产 量 、 制 它 控
脲酶 的催化作用下 ， 迅速水解成 Ｃ Ｎ ，， Ｏ 和 Ｈ 导致
疾病传播等方面起到了重要的作用 。 化学农药的广 泛应用， 使其直接或间接地进入到土壤表层 或耕作 层， 污染并破坏 自然的农业生态环境Ｉ ｌ ｌ 。 土壤中存在着许多种酶 ， 它们主要来 自于土壤 中的微生 物 。 壤 酶是 土壤新 陈代谢 过程 中的一 种 土
施用草甘膦除草剂对土壤质量影响的研究进展
第37卷第4期2023年8月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .37N o .4A u g.,2023收稿日期:2023-02-09资助项目:国家自然科学基金项目(42167044);贵州省高层次创新型人才项目(黔科合平台人才[2018]5641);贵大培育项目(贵大培育[2019]10号);贵州省一流学科建设项目(C N Y L [2017]007) 第一作者:张友(1990 ),男,博士研究生,主要从事农业面源污染防治和环境水化学研究㊂E -m a i l :g s .y o u z h a n g 20@g z u .e d u .c n 通信作者:戴全厚(1967 ),男,博士,教授,博士生导师,主要从事喀斯特水力侵蚀与生态恢复重建研究㊂E -m a i l :q h d a i r i v e r @163.c o m施用草甘膦除草剂对土壤质量影响的研究进展张友1,2,戴全厚1,2,严友进1,2,胡泽银1,2,周红1,2(1.贵州大学林学院,贵阳550025;2.贵州大学土壤侵蚀与生态修复研究中心,贵阳550025)摘要:草甘膦除草剂是农业生产中不可或缺的物资,过量使用会导致大量草甘膦及其衍生物在土壤中残留,对生态环境安全构成威胁㊂通过系统阐述草甘膦在环境中的迁移转化过程,以及草甘膦对土壤生物及环境质量的影响,着重分析了草甘膦对土壤蚯蚓㊁微生物群落的毒理效应,草甘膦与土壤其他污染物的协同效应和草甘膦驱动土壤碳氮磷生物地球循环变化㊂同时指出当前研究的不足,并提出下一步研究的重点:(1)加强草甘膦的降解机制和影响因素的研究,并筛选更高效降解能力的微生物菌株,提高草甘膦降解效率和修复草甘膦污染环境的能力;(2)定期开展农业环境中草甘膦的检测和风险评估,摸清草甘膦在喀斯特区的迁移路径,探索草甘膦在岩溶地质中的吸附和去除能力,以更好地评估岩溶地质的碳汇稳定性和水生生态系统的安全性;(3)借助酶化学计量学等研究方法,探明草甘膦在土壤中的转化速率㊁通量以及与微生物代谢和营养需求㊁环境效应之间的耦合关系㊂关键词:草甘膦;土壤质量;土壤生物;生态毒理中图分类号:S 19 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2023)04-0007-07D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2023.04.002R e s e a r c hP r o g r e s s o n t h e I m p a c t o fG l y ph o s a t e H e r b i c i d eA p p l i c a t i o no nS o i l Q u a l i t yZ H A N G Y o u 1,2,D A IQ u a n h o u 1,2,Y A N Y o u j i n 1,2,HUZ e y i n 1,2,Z HO U H o n g1,2(1.C o l l e g e o f F o r e s t r y ,G u i z h o uU n i v e r s i t y ,G u i y a n g 550025;2.S o i lE r o i o na n dE c o l o g i c a lR e s t o r a t i o nR e s e a r c hC e n t e r ,G u i z h o uU n i v e r s i t y ,G u i y a n g 550025)A b s t r a c t :G l y p h o s a t eh e r b i c i d e s a r e e s s e n t i a lm a t e r i a l s i n a g r i c u l t u r a l pr o d u c t i o n ,b u t e x c e s s i v e u s e c a n l e a d t o a l a r g e a m o u n t o f g l y p h o s a t e a n d i t s d e r i v a t i v e s r e m a i n i n g i n s o i l ,p o s i n g a t h r e a t t o t h e e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t .B y s y s t e m a t i c a l l y e l a b o r a t i n g t h em i g r a t i o na n d t r a n s f o r m a t i o n p r o c e s s o f g l y ph o s a t e i n t h e e n v i r o n m e n t ,a s w e l l a si t se f f e c t so ns o i lo r g a n i s m sa n de n v i r o n m e n t a l q u a l i t y ,t h et o x i ce f f e c t so f g l y ph o s a t eo ns o i l e a r t h w o r m s a n dm i c r o b i a l c o mm u n i t i e s ,t h e s y n e r g i s t i c e f f e c t s o f g l y p h o s a t ew i t ho t h e r s o i l p o l l u t a n t s ,a n d t h ec h a n g e si ns o i lc a r b o n ,n i t r o g e n ,a n d p h o s p h o r u sb i o g e o c h e m i c a lc y c l e sd r i v e n b y g l y p h o s a t e w e r e e m p h a t i c a l l y a n a l yz e d .A t t h e s a m e t i m e ,t h ed e f i c i e n c i e so f t h e c u r r e n t r e s e a r c hw e r e p o i n t e do u t ,a n d t h e f o c u s o f t h en e x t r e s e a r c hw a s p u t f o r w a r d :(1)S t r e n g t h e nt h es t u d y o nt h ed e g r a d a t i o n m e c h a n i s m sa n d i n f l u e n c i n g f a c t o r so f g l y p h o s a t e ,a n ds c r e e nf o rm o r ee f f i c i e n td e g r a d i n g m i c r o b i a l s t r a i n s t o i m p r o v e t h e d e g r a d a t i o ne f f i c i e n c y o f g l y p h o s a t ea n dt h ea b i l i t y t or e m e d i a t e g l y p h o s a t e -c o n t a m i n a t e de n v i r o n m e n t s .(2)T o c a r r y o u t r e g u l a rm o n i t o r i n g a n d r i s k a s s e s s m e n t o f g l y p h o s a t e i n a g r i c u l t u r a l e n v i r o n m e n t s ,m a p ou t t h em i g r a t i o n p a t h w a y s o f g l y p h o s a t e i nk a r s t a r e a s ,e x p l o r e t h e a d s o r p t i o n a n d r e m o v a l a b i l i t y o f g l y p h o s a t e i nk a r s t g e o l o g y ,s o a s t ob e t t e r e v a l u a t e t h e c a r b o n s e q u e s t r a t i o n s t a b i l i t y o f k a r s t g e o l o g y a n d t h e s a f e t y of a q u a t i c e c o s y s t e m s .(3)B y u s i ng e n z y m es t o i chi o m e t r y an do t h e rr e s e a r c h m e t h o d s ,t h ec o n v e r s i o nr a t e ,f l u x ,a n d c o u p l i n g r e l a t i o n s h i p b e t w e e n g l y p h o s a t e a n dm i c r o b i a lm e t a b o l i s m ,n u t r i t i o n a l r e q u i r e m e n t s ,a n d e n v i r o n m e n t a l e f f e c t s i n t h e s o i l c a nb e e x pl o r e d .K e yw o r d s :g l y p h o s a t e ;s o i l q u a l i t y ;s o i l b i o l o g y ;e c o t o x i c o l o g y Copyright ©博看网. All Rights Reserved.草甘膦除草剂作为提高农业生产和作物产量的重要生产资料,被广泛用于农业㊁林业㊁水产养殖及城市环境的杂草控制㊂草甘膦在环境不断富集,可能威胁到土壤的生产和生态功能,影响生态环境安全和人类健康[1-3]㊂我国是世界草甘膦生产国和使用国之一㊂据统计[4],2018年和2019年,中国草甘膦农药生产量分别为50万t 和55万t ,2019年的中国草甘膦使用量占世界8.9%,未来 免耕 种植农业和抗草甘膦作物的扩大,以及国家对百草枯等剧毒除草剂的禁止,草甘膦需求将继续增加[5]㊂随着草甘膦的大量使用,在世界范围内多个国家的地表水㊁土壤及地下水等环境中均被广泛检出草甘膦(表1),其中,在阿根廷土壤中的草甘膦高达(2299ʃ476)μg /k g ,其检测草甘膦浓度已超过了美国(700μg/L )和欧盟(0.1μg /L )的最大污染限制[6]㊂草甘膦残留可能改变土壤质量,影响生态系统的稳定性和多样性,威胁土壤和水生生态系统安全[7-9]㊂有研究[8,10]表明,施用草甘膦改变了土壤中碳磷循环过程㊁微生物活性以及群落结构㊂另外,草甘膦还可以通过风侵蚀的沉积物和灰尘作为环境运输途径,对环境和人类的影响远超出其应用的农业地区[3,11]㊂喀斯特地区的生态环境具有独特的复杂性和脆弱性,地表水和地下水污染对人类健康㊁水生生态系统㊁社会经济发展和农业活动的影响在过去几十年里已成为一个日益重要的问题[12-13]㊂据统计[14],全球大约1/4的人口生活在仅占陆域面积10%~15%的喀斯特地区,喀斯特地区大多是山区,以农业经济为主,土壤资源十分稀缺,人地矛盾尖锐㊂由于人口的增加和土地生产力的下降,农业甚至已经扩展到斜坡和山脊上的边缘土壤,高强度农业活动加剧土壤侵蚀㊁森林砍伐㊁化肥㊁杀虫剂和农业废物的污染[15]㊂其中,农药的面源污染备受关注,一方面是因为土壤污染物直接通过食物链对人类健康造成不利影响;另一方面,喀斯特区浅薄岩溶土壤对污染物的缓冲能力弱,污染物很容易通过高渗透性的裂缝和水流管道网络快速地进入地表水和地下水,对周边水生态系统构成威胁[16]㊂因此,本文系统梳理草甘膦在土壤环境中的迁移转化㊁草甘膦对土壤动物和微生物的生态毒理效应,以及草甘膦对土壤环境质量的影响等,为科学指导农业生产㊁土壤污染防治㊁改善环境质量等方面提供参考㊂表1 不同国家在土壤和径流中草甘膦残留情况国家样品年份浓度/(μg ㊃L -1)检测率/%参考文献加拿大地表水20026.0722[17]美国中西部地表水201327.0844[18]墨西哥地表水20151.42100[19]阿根廷地表水20120.10~7.6035[20]阿根廷土壤20122299ʃ48-[21]德国河流19980.59-[17]瑞士地表水20162.10-[22]法国地表水200416591[23]斯里兰卡土壤2015270~690100[24]斯里兰卡湖泊201528~45-[24]希腊土壤201426~406037[25]南非河流20150.42ʃ0.04-[26]澳大利亚河流20181.80ʃ2.2079[27]埃及土壤20180.42ʃ0.04-[28]中国地表水201832.49100[5]中国地下水20182.29100[5]1 草甘膦在环境中的降解、迁移及其归去掌握草甘膦在土壤环境中迁移转化及其归趋是开展其环境效应研究的基础㊂草甘膦在土壤环境中的迁移转化过程见图1㊂草甘膦可以通过生物途径或非生物途径降解,如吸附㊁化学催化氧化等㊂吸附是控制草甘膦在土壤中迁移㊁转化及其归趋的重要途径㊂其主要机制是通过草甘膦与不同土壤类型(砖红壤㊁红壤㊁黄棕壤㊁黑土㊁乌栅土)㊁土壤的矿物(伊利石㊁蒙脱石㊁高岭石㊁铁铝氧化物)以及土壤有机质(腐殖酸㊁苹果酸和柠檬酸)之间通过离子交换㊁络合㊁氢键㊁螯合㊁配位交换等吸附作用力发生作用[5]㊂化学催化氧化是通过过氧化氢㊁F e2+㊁高锰酸钾㊁活性炭㊁臭氧等催化剂氧化催化有效降解或去除草甘膦㊂但是目前所用氧化剂和催化剂均为人为制备,并且需结合多种方法和技术才能最终达到处理效果,容易产生二次污染等,限制其在实际中的应用㊂微生物降解是草甘膦在环境中的主要降解途径,主要包括细菌㊁真菌和放线菌,其中以细菌为主㊂微生物8水土保持学报第37卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.降解草甘膦的机制是通过草甘膦氧化还原酶的作用将草甘膦分解为氨基甲磷酸(A M P A)和甘氨酸,然后将A M P A进一步代谢为C O2㊁P O43-和N H4+,最终使草甘膦降解为无害物质㊂具体包括2种途径(图2):一是草甘膦先被C-N断裂酶催化为A M P A,然后A M P A在C-P裂解酶进一步分解为无机磷㊁二氧化碳和氨气,或A M P A在转氨酶驱动下分解为无机磷和甲醛;二是草甘膦在C-P键断裂酶作用下转化肌氨酸和无机磷,肌氨酸在氧化酶作用下进一步分解为甲醛和甘氨酸㊂其降解强度取决于微生物活性㊁种类㊁生物量以及环境p H㊁氧化还原条件等[29-30]㊂目前,可以将草甘膦作为磷源生长的微生物主要有假单胞菌属㊁苍白杆菌属㊁无色菌属㊁青霉属㊁酵母属㊁嗜热菌属㊁链霉菌属㊁曲霉属等[31-32]㊂虽然已经分离出了一些具有草甘膦降解能力的微生物,但是由于土壤p H㊁有机质和磷酸盐等多种因素的影响,它们修复草甘膦污染环境的能力仍然存在挑战㊂一方面,草甘膦的化学结构比较简单,只有一种氨基酸基团和磷酸基团,因此微生物降解草甘膦的过程相对困难,需要多个酶的协同作用,且代谢产物也可能对环境产生影响;另一方面,草甘膦在土壤中的降解速率较慢,需要在特定的生境和条件下才能发挥微生物的降解能力,否则可能出现降解效率低㊁代谢产物积累等问题㊂因此,为了提高草甘膦的降解效率,今后的研究中需要进一步研究草甘膦的降解机制和影响因素,并发掘和筛选更具有高效降解能力的微生物菌株,提高草甘膦的降解效率和修复草甘膦污染环境的能力㊂图1草甘膦在土壤中的迁移转化过程图2草甘膦的主要降解过程2草甘膦对土壤生物的影响2.1草甘膦对土壤蚯蚓的影响蚯蚓被称为 生态系统工程师 ,同时也是土壤健康质量和肥力的重要生物指标[33]㊂草甘膦是一种广谱除草剂,在控制杂草的同时,对蚯蚓等非靶标生物也产生一定的影响㊂草甘膦暴露可能导致蚯蚓死亡㊁行为异常(如降低移动速度和食欲减退等)以及生长发育受到抑制等[34]㊂此外,草甘膦可能对蚯蚓的生殖和生殖能力产生负面影响,从而影响种群的繁衍[35]㊂草甘膦对蚯蚓的毒害作用主要是通过影响蚯蚓体内的代谢和生理过程来实现的㊂草甘膦可以抑制蚯蚓体内的氨基酸合成㊁糖原合成和A T P合成等9第4期张友等:施用草甘膦除草剂对土壤质量影响的研究进展Copyright©博看网. All Rights Reserved.关键代谢过程,从而导致蚯蚓死亡或生长发育异常[36]㊂另外,有研究[37]表明,草甘膦对蚯蚓没有显著的毒理效应,并且蚯蚓的体重和茧产量也没有受到草甘膦的影响;L e s c a n o等[38]研究发现,蚯蚓还加速草甘膦的降解速率㊂导致这些不同结果的原因可是受草甘膦的剂量㊁频率以及蚯蚓类型等多因素影响有关㊂因此,亟须解决草甘膦对蚯蚓毒害阈值浓度或筛选和培育耐受性强的蚯蚓品种㊂另外,优化农业管理措施,替代或者减少草甘膦等化学农药使用,保护土壤生态系统的健康和平衡㊂2.2草甘膦对土壤微生物的影响微生物参与土壤有机质的分解㊁养分循环㊁土壤结构的形成等土壤的生态系统过程㊂因此,开展外来农药对土壤微生物的风险评估是科学指导农药使用和污染防控治理的重要依据㊂草甘膦作为一种广谱除草剂,通常会进入土壤中,对土壤中的微生物群落产生影响:(1)土壤中部分微生物(如原核微生物的细菌㊁放线菌,真核微生物的酵母㊁霉菌等)与植物的芳香族化合物代谢途径是一致的,均经过莽草酸途径进行生物代谢,因此,草甘膦对微生物的毒害机制与植物相似,即通过莽草酸毒害微生物,抑制微生物群落的生长和代谢,降低微生物的活性和数量[37]㊂(2)草甘膦对土壤中的氮㊁磷和其他元素的循环和转化产生影响,这些元素对微生物生长和代谢至关重要,草甘膦的使用可能抑制微生物对这些元素的转化和利用[39]㊂(3)草甘膦的使用可以导致土壤中有益微生物较少,增加土壤病原微生物的数量㊂例如,草甘膦导致土壤有益的荧光假单胞菌㊁锰还原菌和吲哚乙酸产生菌数量减少,而增加有害的镰刀菌数量[40]㊂总之,农药对土壤微生物的影响是农业生产中不可忽视的问题,然而,目前缺乏长期的监测数据,无法准确评估草甘膦对土壤微生物群落的持久影响㊂由于研究对象和方法的不同,目前的研究结果存在一定的差异性㊂其次,目前的研究主要集中在实验室环境中进行,缺乏实际田间试验的研究㊂综上所述,草甘膦对土壤微生物的影响是一个复杂和多样的问题,需要进行系统的研究来完善对其影响的了解㊂同时,需要采取适当的农艺管理措施来减少草甘膦对土壤微生物的负面影响㊂3草甘膦对土壤环境质量的影响3.1草甘膦对土壤抗蚀性的影响土壤团聚体稳定性是评价土壤抗冲抗蚀能力的重要指标[41],而团聚体的形成和稳定与土壤矿物㊁有机质和生物间关系密切[42]㊂草甘膦通过影响土壤矿物㊁有机质和生物来间接影响土壤团聚体的稳定性㊂草甘膦在环境中的有效使用率仅有30%,其余被矿物表面氢键的配位与阳离子吸附在土壤中,草甘膦在矿物上的吸附能力依次为F e3+-蒙脱石>C a2+-蒙脱石>N a+-蒙脱石和F e3+-高岭石>C a2+-高岭石>N a+-高岭石[43]㊂残留在土壤中的草甘膦可能与土壤中的矿物质反应,改变矿物的结构和化学性质,从而影响土壤颗粒之间的黏着力和团聚体的形成和稳定性㊂有机质可以通过其黏合剂的作用促进土壤颗粒之间的黏结,而土壤有机质是影响草甘膦吸附量的主要因素,草甘膦分子的羧基㊁氨基和磷酸极性基团通过氢键与腐殖酸结合,影响土壤有机质的含量,进而影响土壤团聚体的形成与稳定[44]㊂土壤微生物在土壤团聚体形成和稳定性方面起着重要作用㊂总之,草甘膦的使用可能加剧土壤中的团聚体失去稳定性,这可能加剧土壤侵蚀和贫瘠化等问题㊂植被是控制土壤侵蚀的有效工具,尤其是根系的缠绕㊁固结和串联土体作用,提高土体的水稳结构和抗蚀强度,从而使土壤不易被径流带走[45-47]㊂草甘膦的使用打破根孔微环境平衡;同时驱动土壤团聚体㊁植物覆盖㊁植物根系系统等近地表特征发生改变[45]㊂草甘膦所致的根系系统死亡腐烂使土壤失去根系的固结作用,渗透能力急剧减弱,抗虫性能进一步恶化,为少数几次暴雨条件下地面超渗径流冲刷动力的形成创造了条件㊂3.2草甘膦对土壤碳氮磷生物地球循环的影响碳㊁氮和磷在生物地球化学循环中发挥着关键作用㊂近年来,草甘膦在农业生产活动中大量投入,驱使土壤氮㊁碳㊁磷生物地球化学特征改变㊂草甘膦不会直接影响碳循环,但它可能影响植物的生长和死亡,从而影响碳在生物体内的积累和释放㊂此外,草甘膦会杀死微生物,从而影响土壤呼吸作用,导致碳从土壤中释放,这可能会增加大气中的二氧化碳浓度㊂草甘膦作为磷源添加到土壤,草甘膦中的羧基㊁膦酸等基团与土壤中铝结合态磷㊁铁结合态磷和钙结合态磷发生等点位竞争,从而降低土壤对磷的吸附固定能力,导致土壤中磷释放,增加磷流失的风险[48]㊂土壤中施用草甘膦提高了土壤磷酸酶的活性[10],加速有机磷的矿化,从而提高有机磷的生物有效性㊂草甘膦土壤被微生物酶降解产生的无机磷不仅能被微生物使用,也被植物利用[49]㊂根据草甘膦的分子结构 C3H8N O5P , 1m o l e草甘膦能够降解为1m o l e无机磷,在磷限制条件下,部分浮游植物能够可以将草甘膦作为唯一的磷源支持生长[50]㊂因此,在水生态安全防治过程中,草甘膦对藻类供磷作用不容忽视㊂微生物是生物地球化学循环的重要驱动因素,草甘膦通过改变微生物群落㊁酶活性影响土壤氮碳磷循环㊂例如,施用高剂量的草甘膦时,增加有机碳降解01水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.酶(葡萄糖苷酶)和有机氮降解酶(如N-酰-氨基葡萄糖酶和氨基肽酶)的活性,同时也抑制土壤功能性酶(过氧化氢酶㊁脲酶㊁转化酶和酸性磷酸酶)活性㊁土壤细菌和真菌生长,进而影响碳氮循环[51-53]㊂此外,草甘膦对碳氮磷的影响受到土壤类型㊁土壤理化性质和农艺管理措施等影响[51]㊂例如,草甘膦可以刺激中性p H土壤中的硝化过程,影响氮的转化[54]㊂3.3草甘膦对土壤其他污染物的影响土壤重金属污染被环境学界称为 化学定时炸弹 ,具有不可逆性㊁隐蔽性和长期性的特点,草甘膦含有胺㊁膦酸㊁羧酸基团等有机配体,具有较强的络合金属能力,能够与土壤中的金属离子发生络合反应,从而影响草甘膦或重金属对生物的毒性㊂例如,目前的研究[55]已经表明,草甘膦与砷㊁镉㊁铜㊁铅㊁镍和锌螯合,产生拮抗作用,降低其在土壤中的毒性和生物利用度;此外,草甘膦可能会络合和解吸与沉积物结合的重金属,最终将重金属从固相迁移到水介质中,促进重金属污染物向地下水和表层水中的迁移㊂残留在土壤中的草甘膦可能与土壤中其他的有机污染物(如农药㊁工业化学品㊁石油和烷基苯等)共存,对土壤生态系统和生物多样性产生协同效应㊂例如,草甘膦和抗生素的联合作用刺激有毒蓝藻的形成,对水生生态系统的危害比单一污染更大[56]㊂聚苯乙烯微塑料和草甘膦协同通过增加抗氧化酶活性来激活葫芦草抗氧化防御系统,以应对氧化应激[57]㊂另外,草甘膦和农用地膜碎片之间的相互作用还降低土壤溶解态有机碳和有机磷含量,导致生物可利用碳和磷损失[58]㊂4存在不足与展望草甘膦是一种广泛使用的除草剂,在提高粮食生产方面具有重要作用,但施用草甘膦所产生的环境问题已日益凸显㊂近年来,众多学者针对在草甘膦环境中的迁移转化规律㊁生态毒理㊁环境化学等多领域取得诸多成就,但草甘膦污染涉及到水㊁土㊁气等界面,其作用机制十分复杂,包括物理㊁化学㊁生物等多过程,亟须开展系统的研究来全面评估其对环境的影响,并制定相应的管理和控制措施㊂(1)草甘膦一直以来被认为是安全㊁低毒性农药,但在周边水体的检测频率仍然很高,其对土壤生物和土壤环境质量的影响可能被忽视㊂特别是在脆弱的喀斯特地区,土层浅薄,下垫面粗糙易渗漏,加之高温多雨的气候特征,草甘膦可能很少或没有自然过滤(很少或没有化学分解)就进入岩溶裂缝或管网;草甘膦随地表和地下径流搬运而发生污染风险转移,形成非连续的污染风险格局,威胁岩溶地质碳汇稳定和水生生态系统安全㊂因此,有必要定期开展农业环境中草甘膦的检测和风险评估,摸清草甘膦在喀斯特区的迁移路径,进一步探索草甘膦在岩溶地质中的吸附和去除能力,以更好地评估岩溶地质的碳汇稳定性和水生生态系统的安全性㊂(2)土壤中的生物活性可以通过土壤中碳㊁氮㊁磷和酶活性的增加来反映㊂此外,生态化学计量学可以将元素之间的多重平衡,并与碳㊁氮㊁磷阈值建立联系㊂同时,土壤酶活性被认为是评估土壤生态系统总生物活性的敏感指标,对于农药生物降解也有重要作用㊂酶活性还可以作为分解草甘膦的限速步骤之一,对土壤中的氮碳磷元素的营养有效性也有影响㊂因此,可以借助酶化学计量学方法来研究草甘膦在土壤中的转化速率㊁通量以及与微生物代谢和营养需求㊁环境效应之间的耦合关系㊂(3)复合污染物质间的协同效应可以更准确地评估环境风险,对于环境保护和人类健康具有十分重要的意义㊂目前对于草甘膦与其他有机污染物之间的协同效应的研究相对较少㊂这可能是由于草甘膦已被广泛使用,并且在不同的环境条件下,与其他有机污染物的协同效应可能存在差异㊂此外,研究这种协同效应需要复杂的试验设计和数据分析㊂因此,有必要进一步研究和探讨草甘膦和其他有机污染物对土壤生态系统的影响,揭示草甘膦与其他污染物作用机制和影响程度,开发出更有针对性㊁更适用的污染物处理方法㊂(4)开展田间试验获取长期的监测数据,准确评估草甘膦对土壤微生物群落的持久影响㊂进一步发掘和筛选具有高效降解能力的微生物菌株,提高草甘膦的降解效率和修复草甘膦污染的能力㊂参考文献:[1] S o a r e sC,P e r e i r aR,S p o r m a n nS,e t a l.I s s o i l c o n t a m-i n a t i o nb y a g l y p h o s a t ec o mm e r c i a lf o r m u l a t i o nt r u l yh a r m l e s s t on o n-t a r g e t p l a n t s E v a l u a t i o no fo x i d a t i v ed a m a ge a n da n t i o x i d a n t r e s p o n s e s i nt o m a t o[J].E n v i-r o n m e n t a l P o l l u t i o n,2019,247:256-265.[2] C o n n o l l y A,J o n e sK,B a s i n a sI,e ta l.E x p l o r i n g t h eh a l f-l i f e o f g l y p h o s a t e i n h u m a n u r i n e s a m p l e s[J].I n t e r-n a t i o n a l J o u r n a l o fH y g i e n e a n dE n v i r o n m e n t a lH e a l t h, 2019,222(2):205-210.[3] B e n t oCP M,G o o s s e n sD,R e z a e iM,e t a l.G l y p h o s a t ea n dAM P Ad i s t r ib u t i o n i nw i n d-e r o d e d s e d i m e n t d e r i v e df r o ml o e s ss o i l[J].E n v i r o n m e n t a lP o l l u t i o n,2017,220:1079-1089.[4]杨益军,张波.2021年全球氨基酸类除草剂发展概况和趋势综述[J].世界农药,2021,43(4):19-34. 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All Rights Reserved.f r o m2017t o2018:O c c u r r e n c e,m a i n d r i v e r s,a n de n v i r o n m e n t a l r i s ka s s e s s m e n t[J].S c i e n c eof t h eT o t a lE n v i r o n m e n t,2021,769:e144396.[6] S a u n d e r sL,P e z e s h k iR.G l y p h o s a t e i n r u n o f fw a t e r s a n d i nt h eR o o t-Z o n e:Ar e v i e w[J].T o x i c s,2015,3(4):462-480.[7] R o m a n o-A r m a d aN,A m o r o s oMJ,R a j a l VB.E f f e c t o fg l y p h o s a t ea p p l i c a t i o no ns o i l q u a l i t y a n dh e a l t hu n d e rn a t u r a l a n d z e r o t i l l a g e f i e l d c o n d i t i o n[J].S o i l a n dE n v i-r o n m e n t,2017,36(2):141-154.[8] P a n e t t i e r iM,L a z a r oL,Lóp e z-G a r r i d oR,e t a l.G l y p h o s a t ee f f e c t o n s o i l b i o c h e m i c a l p r o p e r t i e s u n d e r c o n s e r v a t i o n t i l l a g e[J].S o i l a n dT i l l a g eR e s e a r c h,2013,133:16-24.[9] S i h t mäeM,B l i n o v a I,Kün n i s-B e r e sK,e t a l.E c o t o x i-c o l o g i c a l e f f e c t s o fd i f fe r e n t g l y p h o s a t ef o r m u l a t i o n s[J].A p p l i e dS o i l E c o l o g y,2013,72:215-224.[10] C háv e z-O r t i zP,T a p i a-T o r r e s Y,L a r s e n J,e t a l.G l y p h o-s a t e-b a s e d h e r b i c i d e s a l t e r s o i l c a r b o n a n d p h o s p h o r u sd y n a m i c s a n d m i c r o b i a la c t i v i t y[J].A p p l ie dS o i lE c o l o g y,2022,169:e104256.[11] S i l v aV,M o n t a n a r e l l aL,J o n e sA,e ta l.D i s t r i b u t i o no fg l y p h o s a t ea n da m i n o m e t h y l p h o s p h o n i ca c i d(A M P A)i na g r i c u l t u r a l t o p s o i l so f t h eE u r o p e a n U n i o n[J].S c i e n c eo ft h eT o t a lE n v i r o n m e n t,2018,621:1352-1359. 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有机农药污染土壤现状及其修复技术研究综述
有机农药污染土壤现状及其修复技术研究综述一、本文概述随着现代农业的快速发展，有机农药在农业生产中的应用日益广泛，为保障粮食产量和农产品质量做出了巨大贡献。
然而，随之而来的农药残留问题也逐渐凸显，对土壤环境造成了严重污染。
本文旨在综述有机农药污染土壤的现状，分析其对土壤生态系统和人类健康的影响，同时探讨现有的土壤修复技术及其在实际应用中的效果。
通过对相关文献的梳理和评价，本文旨在为未来农药污染土壤的修复和防治工作提供理论依据和技术支持。
在概述部分，本文将首先介绍有机农药的种类和使用情况，阐述农药污染土壤的主要途径和机制。
接着，将重点分析农药污染对土壤生物多样性、土壤理化性质以及农产品安全性的影响。
在此基础上，本文将综述现有的土壤修复技术，包括物理修复、化学修复和生物修复等方法，并分析其优缺点和适用范围。
本文将提出未来研究方向和建议，以期为解决有机农药污染土壤问题提供新的思路和方案。
二、有机农药污染土壤现状分析随着现代农业的快速发展，有机农药在农业生产中得到了广泛应用，为保障粮食产量和农产品质量发挥了重要作用。
然而，不合理的使用方式以及农药残留问题，使得有机农药成为土壤污染的主要来源之一。
当前，有机农药污染土壤的现状十分严峻。
一方面，许多地区在农业生产中过度依赖农药，导致土壤中的农药残留量超标。
这些残留农药不仅破坏了土壤结构，降低了土壤肥力，还通过食物链威胁人类健康。
另一方面，由于缺乏科学的农药使用指导和技术支持，农民在使用农药时往往存在盲目性和随意性，进一步加剧了土壤污染问题。
为了深入了解有机农药污染土壤的现状，需要开展系统的调查和评估工作。
这包括对土壤中农药残留的种类、浓度和分布情况进行详细分析，评估农药对土壤生态系统的影响，以及监测农药在土壤中的迁移转化规律。
通过这些研究，可以更加准确地了解有机农药污染土壤的现状，为制定有效的修复技术提供科学依据。
还需要加强对有机农药污染土壤的宣传和教育工作。
代森锰锌对土壤中酶活性的影响
代森锰锌对土壤中酶活性的影响作者：耿烨王文娟来源：《农业与技术》2014年第05期摘要：以不同地区济南（褐土）、荷泽（潮土）、烟台（棕壤）为研究对象，从代森锰锌的含量变化来研究3种土壤中脲酶和过氧化氢酶的活性变化。
结果表明，低浓度的代森锰锌可以激活土壤中脲酶和过氧化氢酶的活性，高浓度的代森锰锌抑制2种酶的活性。
随着时间的推移，代森锰锌的作用逐渐减弱，土壤中酶的活性趋于土壤中代森锰锌含量为0时酶的活性。
关键词：代森锰锌；土壤酶活性中图分类号：X53文献标识码：A土壤酶是由微生物、动植物活体分泌及由动植物残体、遗骸分解释放于土壤中的一类具有催化能力的生物活性物质，根据作用原理可以分为水解酶类、氧化还原酶类、转移酶类、裂合酶类等4大类。
土壤酶是土壤的组成成分之一，参与包括土壤中的生物化学过程在内的自然界物质循环，土壤酶的酶促作用，是在土壤颗粒、植物根系和微生物细胞表面上发生的，具有与环境的统一性，土壤酶使土壤具有同生物体相似的活组织代谢能力。
1 材料与方法1.1 土壤样品的采集秋季作物收获后，在农田里采5个点，取20cm深土片，将从各点采集的土样充分混合均匀，分至约1kg为止装袋。
将采回的土样进行自然风干，将风干的土样进行研磨，过筛。
将过筛后的土壤装入袋中，贴上标签，备用。
1.2 仪器与试剂仪器：721型分光光度计；202-2A型电热恒温干燥箱；HY-3多功能振荡器；TF-1A型生化培养箱；ALC-210.4电子精密天平；锥形瓶、容量瓶、烧杯等常用玻璃仪器。
供试试剂：10% H2NCONH2，C7H8，柠檬酸盐缓冲液（pH6.7），C6H5ONa溶液，NaClO溶液，标准N溶液，0.3% H2O2，3N H2SO4，0.1N KMnO4溶液等。
2 结果与分析2.1 C4H6MnN2S4对脲酶活性的影响表1C4H6MnN2S4对脲酶活性影响土壤类型农药用量/（mg/kg）养天数/d1 7 10 20 28褐土 0 0.80 0.82 0.78 0.79 0.800.15 0.78 0.85 0.65 0.75 0.791.5 0.65 0.60 0.55 0.70 0.805 0.55 0.53 0.60 0.70 0.78棕壤 0 0.70 0.65 0.72 0.73 0.700.15 0.78 0.69 0.75 0.75 0.721.5 0.68 0.65 0.60 0.68 0.705 0.65 0.63 0.50 0.70 0.73潮土 0 0.74 070 0.74 0.70 0.730.15 0.80 0.90 0.73 0.72 0.751.5 0.70 0.65 0.77 0.73 0.735 0.65 0.63 0.70 0.75 0.72C4H6MnN2S4浓度为0~0.15 mg/kg时，在1~7d，土壤中脲酶活性受到轻微的激活，10~20d脲酶活性受到了不同程度的抑制，到了28d的时候，脲酶活性又基本恢复到初始值。
土壤酶活性的研究进展
!$$研究历史概述
期， 主要研究土 壤 酶 与 土 壤 微 生 物 的 关 系 、 耕作技 术对土壤酶的影响及土壤酶与植物生长的关系， 仅
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， 同时用土壤酶评价农业管理措施的效果 ，
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鉴别土壤类型和肥力水平 !+#。研究的土壤酶种类有 过氧化氢酶、 多酚氧化酶、 脲酶、 蛋白酶、 磷酸酶、 脱 氢酶和蔗糖酶等。 随着环 ,& 世纪 -& 年代中期以后， 境科学的发展， 土壤酶对废水、 废物的降解作用受 到普遍关注
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011土壤酶检测技术
土壤酶检测技术的创新是土壤酶学得以发展 的前提和基础。早期的土壤酶研究主要是运用微生 物学研究材料和方法， ,& 世纪 *& 年代以后，滴定、 比色法等广泛用于土壤酶的测定 ； 近年来， 由于生
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物化学、 分子生物 学 技 术 的 飞 速 发 展 ， 土壤酶的检 测技术也取得了长足的进展。透射电子显微镜技术
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QRNS 、 QTON 等已被广泛应用于探讨土壤生物多样
性与土壤酶的关系、 土壤酶的分子特征及土壤酶的 合 成 和 利 用 等 方 面 !+.U,+#； 在研究土壤酶对物质循环 的作 用 和 土 壤 酶 的 来 源 等 方 面 已 开 始 采 用 同 位 素 示踪技术。对于土壤酶活性的检测中涉及的土样保 存、 缓冲剂及抑制剂的使用等方面均进行了有 @M 、 效的研究 !,,#。 目前还没有理想的方法把土壤中的酶提取出 来， 以直接显示 酶 的 活 性 ， 土壤提取液中所能测出 的酶仅占土壤酶的小部分， 所以现有的研究方法一 般是用基质的分解产物数量表示酶活性， 这需要较 大量的土样。将分子生物学技术用于土壤酶的研究 是未来土壤酶研究的重要发展方向之一， 对于探讨 土壤酶来源及功能本质有帮助。
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农药对土壤酶活性影响的研究进展闫 雷a,李晓亮a,秦智伟b,敖斯刚a(东北农业大学a.资源与环境学院;b.园艺学院,哈尔滨 150030)摘 要:随着农药对土壤污染的日益严重,越来越多的研究者将土壤酶作为指示剂,检测农药对土壤环境条件的影响,并根据土壤酶活性的变化来判断污染物对土壤的毒害程度,这也是从土壤生物化学角度探索环境保护的一个新内容。
为此,介绍了影响土壤酶活性的环境因素,综述了农药对土壤酶活性影响的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望,以期为土壤农药污染的进一步治理和修复提供科学依据。
关键词:农药污染;土壤;酶活性;影响中图分类号:S154.2 文献标识码:A文章编号:1003-188X(2009)11-0223-040 引言土壤酶是土壤新陈代谢的重要因素[1],土壤中所进行的生物和化学过程在酶的催化下才能完成。
土壤污染条件下酶活性变化很大,土壤酶活性的改变将影响土壤养分的释放,从而影响作物的生长,所以土壤酶活性常作为土壤质量演变的生物活性指标。
近年来,随着农药对土壤污染的日益严重,越来越多的研究者将土壤酶作为指示剂,检测农药对土壤环境的影响,并根据土壤酶活性的变化来判断污染物对土壤的毒害程度,这也是从土壤生物化学角度探索环境保护的一个新内容。
1 土壤酶活性的影响因素1.1 土壤微生物早在20世纪60年代就有人研究酶活性与土壤微生物活性之间的相互关系,如Lenhard发现微生物活性与土壤脱氢酶活性密切相关[2]。
郭继勋证实了脲酶、磷酸酶和纤维素酶的活性与微生物量有较密切的关系,3种酶的活性随着生物量的增强而不断增强,二者变化基本同步[3]。
Naseby通过向根际接种遗传改性微生物,发现遗传改性微生物生成的酶,对土壤的碳、磷转化具有重要作用[4]。
沈宏等发现玉米生长的中、前期,土壤微生物中碳、氮与土壤过氧化氢、蔗糖收稿日期:2009-06-06基金项目:国家自然科学基金项目(39870469);黑龙江省博士后基金项目(LBH-Z06162);东北农业大学创新团队发展计划项目(CXT003-1-3)作者简介:闫 雷(1974-),女,黑龙江牡丹江人,副教授,博士,硕士生导师,(E-m ail)yan l ei h ai peng@g m ai.l co m。
通讯作者:秦智伟(1957-),男,黑龙江阿城人,教授,博士生导师, (E-m ail)qz w303@126.co m。
酶、脲酶、蛋白酶活性及速效养分的相关性均达到显著或极显著水平[5]。
1.2 土壤理化性质土壤水分、空气、温度与机械组成,一方面与微生物的活性和类型有显著的相关性,另一方面也会直接影响土壤酶活性的存在状态与强弱。
一般来说,土壤湿度大,土壤酶活性高;但土壤过湿可能会造成土壤缺氧,从而影响微生物的生长[1]。
温度直接影响释放酶类的微生物种群及数量,冯贵颖研究发现[6],在20 ~60 时,各土壤粘粒的脲酶吸附量随温度升高而降低。
土壤中二氧化碳、氧气含量与土壤微生物的活性相关,因此对土壤酶活性有直接影响。
土壤的机械组成及结构状况也能影响土壤酶活性[7]。
同一类土壤的黏质土壤比轻质土壤具有较高酶活性,其原因是酶主要分布在腐殖质含量较高和微生物数量较多的细小颗粒中。
因此,向矿质土中加入黏质土,能较大地增强蛋白酶、脲酶和蔗糖酶的活性。
土壤化学性质可从多方面影响土壤酶活性。
首先,能在很大程度上直接影响酶的主要生成者 微生物;其次,土壤中的某些化学物质可通过激活或抑制作用来调节胞外酶的功能。
另外,土壤一系列化学性质,如土壤p H值、交换性阳离子的组成与比例、盐基饱和度、腐殖质的特性以及有机 矿物质复合体的组成等,在很大程度上决定酶在土壤中的固定情况。
土壤pH值越低(低于蛋白酶的等电点),粘粒吸附的酶越多。
土壤有机质与土壤酶之间存在显著正相关。
土壤有机物质可吸附土壤中的酶,如脲酶、二酚氧化酶、蛋白酶及水解酶等,这些物质都曾以 酶 腐殖物质复合物 的形式从土壤中被提取出来。
1.3 植物植物根分泌物形成的根际微生态环境是植物与土壤直接进行物质交换最活跃的场所,不仅对微生物有重要的影响,同样对土壤酶也有极大的影响,能够导致酶数量和种类的改变。
大多数根际土壤酶活性比非根际强,这种效应称为酶的根际效应,可用根际土壤酶活性与非根际土壤酶活性之比(R/S)来表示。
研究表明[8],根际土壤比非根际土壤更能增加磷酸酶、核酸酶、转化酶、脲酶、过氧化氢酶、芳基硫酸酯酶和蛋白酶的活性。
1.4 人为因素1.4.1 耕作方式耕作会引起土壤成分的内在变化,使土壤有机物质在微生物和酶推动下发生一系列转化[9]。
采用不同种类犁具,耕作效果不同,引起酶活性的变化也会有差异;合理轮作能够促进土壤生物化学过程,增强土壤酶活性;污水灌溉及排水也会引起土壤酶活性的变化。
1.4.2 重金属重金属随工业废弃物及肥料和农药的施用进入土壤,由于其难降解、移动性差,常对土壤生态系统造成不可恢复的破坏。
研究表明[10],镉对转化酶和碱性磷酸酶产生抑制作用并且随浓度增高而加强;镉、锌、铅共存时对脲酶活性产生协同抑制效应,对过氧化氢酶却产生拮抗作用和屏蔽作用。
1.4.3 肥料肥料对土壤酶的影响分为直接和间接两种。
其中,直接影响是肥料中的化学物质直接对酶产生作用;间接影响是肥料通过促进微生物的合成作用来影响土壤酶的活性。
无机肥料可为植物提供养料,植物庞大的活根系分泌释放许多酶类;有机肥料不仅提供营养物质,还能改善土壤的理化性质,提高土壤保水、保肥能力和缓冲性能[11]。
1.4.4 农药农药进入土壤后,相当一部分以农药本身或分解产物的形式残留在土壤中,影响土壤生态环境及土壤酶活性。
在农业实践中,农药对土壤酶活性的影响,可以是直接抑制或激活土壤酶活性,也可通过改变植物根系功能以及土壤生物的组成来影响土壤酶的含量与活性。
因此,土壤酶可作为检测农药对土壤环境条件影响的指示剂。
2 农药对土壤酶活性的影响目前,国内外关于农药对土壤酶活性影响的报道很多[12-13],研究的土壤酶包括:蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、脱氢酶、磷酸酶等。
本文以蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶为例,介绍当前的研究进展。
2.1 农药对土壤蔗糖酶活性的影响蔗糖酶又叫转化酶或 -呋喃果糖苷酶,是表征土壤生物活性的一种重要水解酶。
蔗糖分子被蔗糖酶催化水解后,生成葡萄糖和果糖,是植物和微生物的营养源。
一般情况下,土壤的肥力越高,蔗糖酶活性越强。
因此,蔗糖酶不仅能够表征土壤生物学活性强度,也可作为评价土壤熟化程度和土壤肥力水平的重要指标。
G i n arfeda研究了4种农药(阿特拉津、西维因、草甘麟、百草枯)对蔗糖酶催化行为的影响。
结果发现:草甘磷和百草枯能增加高岭石土壤中蔗糖酶的活性,而西维因会使某些土壤蔗糖酶活性降低[14]。
闫颖研究了5种农药对土壤蔗糖酶活性的影响[15]。
结果表明:百菌清、百菌清 多菌灵混剂、氯氰菊酯可明显抑制土壤蔗糖酶活性;多菌灵、吡虫啉低浓度时激活而高浓度时抑制蔗糖酶活性;百菌清和多菌灵联合使用,可明显增加农药的毒性,在实验浓度(0.1~50m g/g)范围内,对大棚土壤蔗糖酶的抑制率达到80%~90%。
周世萍发现[16]:施入土壤中的毒死蜱农药对土壤蔗糖酶活性具有抑制作用,抑制程度的大小随外界环境的变化而变化,与土壤有机质含量、作用时间及酸度条件有关。
有机质含量越高,抑制作用越显著;酸性条件下抑制较碱性条件强。
和文祥等通过模拟方法,研究了呋喃丹与土壤中蔗糖酶的关系及其影响因素[17]。
结果表明:土壤蔗糖酶活性在0.3%呋喃丹浓度范围内被激活,部分样品的蔗糖酶活性与呋喃丹浓度呈显著或极显著正相关,说明蔗糖酶活性可在一定程度上表征土壤受呋喃丹污染的程度。
2.2 农药对土壤脲酶活性的影响脲酶广泛存在于土壤中,是研究的比较深入的一种水解酶,能反映土壤有机氮的转化情况。
脲酶酶促尿素水解生成氨、二氧化碳和水。
氨是植物氮素营养源之一,因此控制土壤脲酶活性,对提高尿素氮肥利用率、防止硝酸盐和亚硝酸盐的大量积累等具有重要意义。
和文祥研究了2,4-D对土壤酶的影响[18]:2,4 -D对土壤脲酶的影响存在一个浓度迟缓期,随后表现出较强的抑制作用,作用机理为完全抑制。
徐珍的研究表明[19]:氟铃脲对土壤脲酶活性的影响较为复杂。
高浓度10.08m g/kg处理的土壤脲酶活性在培养期间一直处于被抑制状态。
较低浓度 5.040 m g/kg处理的土壤脲酶活性在培养初期被抑制,而后被激活,低浓度0.504m g/kg处理的土壤脲酶活性则表现为在培养初期被激活,而后逐渐恢复到与对照相一致。
原因可能是高浓度的氟铃脲,超出了土壤脲酶的耐受闽值,致使土壤脲酶的活性被抑制;少量氟铃脲的加入,为土壤微生物提供了碳源,从而激活了土壤脲酶的活性。
随着时间的推移,氟铃脲逐渐被降解,因此对土壤脲酶活性激活的影响也就越来越小,慢慢恢复到对照。
杨玲比较了9种农药(功夫、敌杀死、氧乐果、久效磷、蚜虱净、好年冬、敌稗和尼索朗)对土壤脲酶活性的影响[20],发现土壤中的农药对土壤脲酶活性具有一定的影响作用,影响程度的大小随农药的种类及外界环境的变化而变化。
当底物浓度(尿素)相同时,拟除虫菊酯类农药(功夫、敌杀死)在试验用量范围内,对脲酶活性的抑制作用呈递减趋势。
有机磷类农药(氧乐果,久效磷,蚜虱净)、氨基甲酸酯类农药(好年冬)、酰胺类农药(敌稗,尼索朗)在试验用量范围内的趋势是:随农药用量增加,对脲酶活性的抑制率增加;而有机氯类农药(三氯杀螨醇)在试验用量范围内,对脲酶活性基本无抑制作用。
农药对脲酶活性作用还因土壤理化性质的不同而有所差异。
樊宏娜研究发现[21],五氯硝基苯对不同土壤脲酶活性的影响规律不同,粘粒含量高的土壤脲酶活性值也高,土壤脲酶受到粘粒的保护,使五氯硝基苯对其影响不显著,即使产生激活作用也能较快的恢复。
2.3 农药对土壤过氧化氢酶活性的影响过氧化氢酶属氧化还原酶类,广泛存在于土壤中和微生物体内,酶促过氧化氢分解,可以有效防止土壤及生物体在新陈代谢过程中产生的过氧化氢对生物体的毒害。
鲁赫鸣发现:大棚土壤中施用多菌灵与氯氰菊酯后,低浓度时对过氧化氢酶活性影响不显著,高浓度(150 g/g)时表现出强烈的抑制影响。
农田土壤中施用多菌灵与氯氰菊酯后,低浓度时对过氧化氢酶有一定的激活作用,高浓度(150 g/g)时过氧化氢酶表现为抑制 激活 恢复的变化趋势。
高浓度处理对大棚土壤的抑制作用明显高于农田土壤[22]。
徐珍研究发现[23],唑螨酯对土壤中过氧化氢酶的活性有一定影响但不显著。
氟铃脲对土壤过氧化氢酶的影响大体表现为抑制 激活 抑制 恢复。
其中,高浓度处理对土壤过氧化氢酶活性的影响非常大,表现为抑制-激活-抑制。