第34卷第2期西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) Vol. 34 No.22006年2月 Jour. of Northwest Sci-Tech Univ. of Agri. and For. (Nat. Sci. Ed.Feb.2006乙醇對土壤脲酶活性的影響何敏超,和文祥,王聰穎,王娟,閔紅西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院陜西楊凌712100)[摘要]通過模擬方法,較系統(tǒng)地研究了乙醇對土壤脲酶活性的影響。結(jié)果表明乙醇可顯著增強土壤脲酶活性,二者關(guān)系達(dá)到顯著正相關(guān);隨乙醇作用時間延長,土壤脲酶活性增加的幅度減小隨土壤肥力升高乙醇影響脲酶的定濃抑制率絕對值減小,而脲酶的變濃變化率則差別不大,達(dá)到最大表觀脲酶活性所需的最適時間縮短。該結(jié)果揭示出土壤肥力對外源物質(zhì)與土壤脲酶活性的關(guān)系有重要影響。[關(guān)鍵詞]土壤脲酶;乙醇濃度;乙醇作用時間[中圖分類號]S154.2[文獻標(biāo)識碼]A[文章編號]1671-9387(2006)02-0115-04乙醇作為一種廣泛應(yīng)用的有機溶劑,在一些食來,國內(nèi)外學(xué)者對土壤脲酶在環(huán)境中的作用進行了品、飲料釀造廠和化工等工礦企業(yè)的廢水中大量存較為全面的研究,發(fā)現(xiàn)其在土壤肥力水平指示12、在;土壤中有機物質(zhì)(秸稈、有機肥料等)轉(zhuǎn)化過程污染程度診斷與監(jiān)測36等方面具有重要的應(yīng)用價也會形成乙醇;此外,某些農(nóng)藥原藥在使用前配制時值,且目前尚未見有關(guān)乙醇生態(tài)毒理方面的報道為也需要一定量的乙醇。這些乙醇進入土壤后,由于其此,本研究擬采用模擬方法初步探討乙醇對土壤脲具有消毒作用,因此在一定濃度范圍內(nèi)可致死微生酶活性的影響,以期為環(huán)境保護和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展物,從而對土壤性質(zhì)和質(zhì)量等產(chǎn)生影響。因此,研究提供科學(xué)依據(jù)。乙醇對土壤生態(tài)的毒理作用非常必要脲酶是土壤1材料與方法氮素循環(huán)中唯一作用于尿素的土壤酶類,其酶促反1.1供試土樣應(yīng)產(chǎn)物是氨和二氧化碳。我國氮肥利用率不足2000年采自西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院40%,與脲酶活性有很大關(guān)系;而且在北方旱地土1977年開始的長期肥料定位試驗地長期肥料定位壤上,如果形成的氨不能及時被作物吸收利用,就會試驗的培肥方案見表1采樣時,先去除0~5cm表發(fā)生硝化過程形成亞硝酸鹽和硝酸鹽對作物幼根層土,五點法采集5~20cm土樣,混勻,風(fēng)干,過1及幼苗產(chǎn)生毒害,并會通過淋溶進入地下水污染水mm尼龍篩后保存?zhèn)溆迷?為水體富營養(yǎng)化的發(fā)生提供氮源。因此近30年表1供試土樣的培肥方案 Table 1 Experiment programs of soils tested kg/hm2編號No.處理 Treatment尿索Urea過磷酸鈣Ca(H2PO)2秸稈 Straw廄肥 Manure1無肥 No-fertilizer002中秸 Middle straw450525937503廄肥 EMarue450525075001.2試驗方法20mL,37C培養(yǎng),定期取樣,靛酚藍(lán)比色法測定1.2.1不同體積分?jǐn)?shù)乙醇對土壤脲酶活性的脲酶活性。脲酶活性單位以形成NH3N的量表示,影響向5.00g樣中加入1mL甲苯,15min后每處理重復(fù)3次,并設(shè)無底物和無土壤處理作為對添加1mL不同體積分?jǐn)?shù)(0%,5%,10%,25%,照。50%,100%)的乙醇溶液,30min后加入10mL質(zhì)1.2.2乙醇不同作用時間對土壤脲酶活性的量分?jǐn)?shù)10%尿素溶液和pH6.7的磷酸鹽緩沖液影響向5.00g樣中加入1mL體積分?jǐn)?shù)50%收稿日期0050705116西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第34卷的乙醇溶液后放置不同時間(0,0.25,0.5,2.0,40土壤脲酶活性增幅為24.5%~168.6%;當(dāng)乙醇體h)其余步驟同1.2.1積分?jǐn)?shù)為100%時,脲酶活性增幅達(dá)到29.6%~1.3數(shù)據(jù)計算202.9%。究其原因,一方面是由于乙醇?xì)⑺懒送寥罏榱私怆迕富钚噪S乙醇濃度的變化規(guī)律,計算中的部分微生物,使微生物向土壤中釋放出一些胞了脲酶的定濃抑制率其可表征某種外源物質(zhì)對內(nèi)酶,增加了土壤中游離酶的數(shù)量,此時乙醇的作用脲酶活性的抑制程度,其正值和負(fù)值分別表示抑制與甲苯相似910另一方面作為有機溶劑的乙醇會和激活作用。與土壤中的有機質(zhì)、粘粒等發(fā)生作用,導(dǎo)致有機質(zhì)、定濃抑制率[1處理的脲酶活性/對照的脲酶活粘粒上的部分吸附態(tài)酶解離下來,最終導(dǎo)致土壤脲性)×100%酶活性增加。 Sannino等用類似的有機溶劑甲醇進行研究發(fā)現(xiàn),在22個供試土樣中,甲醇導(dǎo)致20個2結(jié)果與分析土樣的脲酶活性增加,并認(rèn)為可能是由于甲醇引起2.1不同體積分?jǐn)?shù)乙醇對土壤脲酶活性的影響細(xì)胞壁的滲透性或細(xì)胞自溶顯著增加,最終使得底不同乙醇體積分?jǐn)?shù)下的土壤脲酶活性見表2物分子有更多的機會與細(xì)胞內(nèi)的脲酶接觸并發(fā)生反由表2可知,在乙醇體積分?jǐn)?shù)相同時,脲酶活性隨著應(yīng)。此外不同狀態(tài)(游離態(tài)固定在不同粘土礦物上土壤肥力水平的升高而增大。當(dāng)土樣中不加乙醇時,的吸附態(tài))脲酶、轉(zhuǎn)化酶及磷酸酶與甲醇作用的結(jié)果3個土樣酶活性分別為24.5,39.84和132.7表明,甲醇既與土壤酶分子有直接作用,如抑制或激g/(gh)2和3號樣的脲酶活性分別是1號土活,又與酶復(fù)合物有更多復(fù)雜的間接作用,如干擾有樣的1.63和5.42倍,這與土壤長期培肥的結(jié)果是機、無機復(fù)合體間不同的化學(xué)鍵,從而影響酶復(fù)合體致的這同時也佐證了“土壤脲酶活性在一定程度的結(jié)構(gòu)特征,最終導(dǎo)致土壤酶活性的改變。上可指示土壤肥力水平”的結(jié)論2與其他處理相比,當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為5%時,土由表2還可知,與不加乙醇的對照相比,當(dāng)乙醇壤脲酶活性有所降低,表現(xiàn)出了一定的抑制作用。其體積分?jǐn)?shù)為10%~100%時,乙醇的加入導(dǎo)致了土原因還有待于進一步研究。壤脲酶活性明顯升高。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%時,表2不同體積分?jǐn)?shù)乙醇對土壤脲酶活性的影響 Table 2 Soil urease activity in different ethanol concentrationsg/gh)土樣乙醇體積分?jǐn)?shù)/% Ethanol concentration Soil sample0510255010024.5019.6049.751.0065.8074.202339.8425.6850.9854.8079.3086.30132.7126.8146.8142.5165.2171.9計算得到的脲酶定濃抑制率見表3由表可強12;此外高肥力處理的總酶量相對較高,使得乙知,在相同的乙醇體積分?jǐn)?shù)下,隨著肥力水平的提醇解離的酶量占總酶量的比例較低,從而表現(xiàn)出乙高,脲酶定濃抑制率的絕對值呈降低趨勢這是因為醇對脲酶的作用較小。由表3還可知,隨乙醇體積分脲酶主要以有機質(zhì)一酶、粘粒一酶等復(fù)合體形式存數(shù)增加,不同土樣脲酶定濃抑制率的絕對值增大,這在,土壤有機質(zhì)含量愈高,其對酶的保護作用愈揭示出土壤脲酶受到了乙醇持續(xù)增加的激活作用。表3不同體積分?jǐn)?shù)乙醇對土壤脲酶定濃抑制率的影響 Table 3 Urease inhibitive percent in different ethanol concentrations%土樣乙醇體積分?jǐn)?shù)/% Ethanol concentration Soil sample051025501000.00+20.00102.9108.2168.6202.920.00+35.5427.9637.5599.05116.630.00+4.40310.657.3924.5629.59采用U=B1C+模型對乙醇體積分?jǐn)?shù)(C)內(nèi),乙醇可顯著增強土壤脲酶活性。對擬合式求導(dǎo),第2期何敏超等乙醇對土壤脲酶活性的影響117貢獻率從表4還可以看出,2號土樣脲酶的變濃變174.4%,14.4%和86.9%,可見3個土樣間的差化率最大,為54.39g/(gh),3號土樣的最小,為別較大。隨乙醇作用時間延長,各土樣脲酶活性增幅42.37g/(gh)但3個土樣間差別不大可見單有減緩趨勢。為此,采用U=a1t2+a1t+a3模型對乙位乙醇體積分?jǐn)?shù)對土壤脲酶活性的影響強度隨土壤醇作用時間(t)與脲酶活性(U)進行擬合,得到的方肥力不同并未表現(xiàn)出規(guī)律性的變化。程(表5)顯示出3個土樣中的2個(1,2號)均達(dá)到表4乙醇體積分?jǐn)?shù)與土壤脲酶活性的擬合方程顯著正相關(guān),這說明乙醇作用時間與脲酶活性之間 Table 4 Regression equation between ethanol存在密切的數(shù)量關(guān)系。由于酶活性與乙醇作用時間 concentration and soil urease activity呈現(xiàn)出半拋物線形式的變化規(guī)律,故計算了其理論土樣相關(guān)系數(shù)倍翻上的最適作用時間(to)和最大表觀脲酶活性 Soil擬合方程 sample Regression equation Correlation濃度/% coefficient DIC(Umx)。由表5可以看出,隨土壤肥力水平升高,最1U=49.24C+31.870.86064.79適作用時間逐漸縮短,表明在此濃度下,乙醇會很快2U=54.39C+39.920.89573.40完成對高肥3號土樣中酶的釋放等過程,并使其在3U=42.37C+134.20.904316.7較短時間達(dá)到其理論上的表觀脲酶活性149.29注:自由度n-2=4,r0.0=0.811,r0.01=0.917g/(g·h);中肥的2號土樣次之,低肥的1號土樣 Note: Freedom n-2=4. ro.=0.811 .ro.)=0.917.最慢,其達(dá)到最大表觀脲酶活性92.04μg/(g·h)由擬合方程還可計算出土壤脲酶活性翻番時需時所需時間為3.44h?？偟膩砜?3個土樣最適作用要的外源物質(zhì)濃度,將其稱為倍翻濃度(dI, Duble時間相差不大,高肥與低肥土樣只相差約40min。 Increasing Concentration)由表4可知,隨肥力水平提高,DIC值增大,這表明低肥土樣酶量較少,保護作用較弱,釋放或解離同等數(shù)量脲酶需要的乙醇1601號樣 Soil:口.2號樣soil2口.3號土樣Soil3體積分?jǐn)?shù)較低;而高肥土樣則相反,采用乙醇完成脲≥120酶活性翻番是不可能的,因為其需要的理論乙醇體積分?jǐn)?shù)為316.7%。這從一個側(cè)面揭示出廄肥處理80的培肥效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于秸稈。2.2乙醇作用時間對土壤脲酶活性的影響40乙醇不同作用時間對土壤脲酶活性的影響見圖1。圖1表明,不同土樣脲酶活性受時間影響的變化0.000.250.502.004.00規(guī)律不同。1號土樣的脲酶活性隨處理時間增加持時間/h Time續(xù)提高,2號土樣則提高緩慢,3號土樣在處理0.5h后幾乎不再提高。當(dāng)乙醇作用4h時,1,2和3號圖1乙醇不同作用時間對3個土樣脲酶活性的影響土樣酶活性較乙醇未作用時的增幅分別為 Fig. 1 Urease activity affected by time表5乙醇不同作用時間與脲酶活性之間的回歸方程 Table 5 Regression equation between reaction time and urease activity土樣擬合方程相關(guān)系數(shù)最適作用時間/h最大表觀脲酶活性(gg.h-1) Soil sample Regression equation Correlation Optimum oefficient Maximum ureas time activity1U=-4.085t2+28.109t+43.6820.9233.4492.04U=-1.3072+8.9491+106.8480.896°3.42122.173U=-6.169t2+34.229+101.8110.704277149.29注:自由度n-2=30.05=0.8780.01=0.959 Note: Freedome n-2=3..=0. 878.. 01 =0. 959.3結(jié)論同時,隨土壤肥力水平升高,土壤脲酶活性升高,土壤脲酶定濃抑制率的絕對值減小,變濃變化率的規(guī)118西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第34卷幅減緩,其關(guān)系用拋物線模型可較好表征,3個土樣壤肥力水平的升高,乙醇最適作用時間縮短,最大表中1號和2號土樣的擬合方程達(dá)到顯著相關(guān)。隨土觀脲酶活性增加。參考文獻[]周禮愷土壤酶活性的總體在評價土壤肥力水平中的作用]土壤學(xué)報198320(4):413-417[2]和文祥,朱銘莪.陜西土壤脲酶活性與土壤肥力關(guān)系分析[J]土壤學(xué)報,1997,34(4):392-398. 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All information shows soil fertility has important influence on the relationship between soil urease activity and pollutants. Key words soil urease ethanol concentration;ethanol reaction time