乙醇对土壤脲酶活性的影响

第34卷第2期西北农林科技大学学报(自然科学版) Vol. 34 No.22006年2月 Jour. of Northwest Sci-Tech Univ. of Agri. and For. (Nat. Sci. Ed.Feb.2006乙醇对土壤脲酶活性的影响何敏超,和文祥,王聪颖,王娟,闵红西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100)[摘要]通过模拟方法,较系统地研究了乙醇对土壤脲酶活性的影响。结果表明乙醇可显著增强土壤脲酶活性,二者关系达到显著正相关;随乙醇作用时间延长,土壤脲酶活性增加的幅度减小随土壤肥力升高乙醇影响脲酶的定浓抑制率绝对值减小,而脲酶的变浓变化率则差别不大,达到最大表观脲酶活性所需的最适时间缩短。该结果揭示出土壤肥力对外源物质与土壤脲酶活性的关系有重要影响。[关键词]土壤脲酶;乙醇浓度;乙醇作用时间[中图分类号]S154.2[文献标识码]A[文章编号]1671-9387(2006)02-0115-04乙醇作为一种广泛应用的有机溶剂,在一些食来,国内外学者对土壤脲酶在环境中的作用进行了品、饮料酿造厂和化工等工矿企业的废水中大量存较为全面的研究,发现其在土壤肥力水平指示12、在;土壤中有机物质(秸秆、有机肥料等)转化过程污染程度诊断与监测36等方面具有重要的应用价也会形成乙醇;此外,某些农药原药在使用前配制时值,且目前尚未见有关乙醇生态毒理方面的报道为也需要一定量的乙醇。这些乙醇进入土壤后,由于其此,本研究拟采用模拟方法初步探讨乙醇对土壤脲具有消毒作用,因此在一定浓度范围内可致死微生酶活性的影响,以期为环境保护和农业可持续发展物,从而对土壤性质和质量等产生影响。因此,研究提供科学依据。乙醇对土壤生态的毒理作用非常必要脲酶是土壤1材料与方法氮素循环中唯一作用于尿素的土壤酶类,其酶促反1.1供试土样应产物是氨和二氧化碳。我国氮肥利用率不足2000年采自西北农林科技大学资源环境学院40%,与脲酶活性有很大关系;而且在北方旱地土1977年开始的长期肥料定位试验地长期肥料定位壤上,如果形成的氨不能及时被作物吸收利用,就会试验的培肥方案见表1采样时,先去除0~5cm表发生硝化过程形成亚硝酸盐和硝酸盐对作物幼根层土,五点法采集5~20cm土样,混匀,风干,过1及幼苗产生毒害,并会通过淋溶进入地下水污染水mm尼龙筛后保存备用源,为水体富营养化的发生提供氮源。因此近30年表1供试土样的培肥方案 Table 1 Experiment programs of soils tested kg/hm2编号No.处理 Treatment尿索Urea过磷酸钙Ca(H2PO)2秸秆 Straw厩肥 Manure1无肥 No-fertilizer002中秸 Middle straw450525937503厩肥 EMarue450525075001.2试验方法20mL,37C培养,定期取样,靛酚蓝比色法测定1.2.1不同体积分数乙醇对土壤脲酶活性的脲酶活性。脲酶活性单位以形成NH3N的量表示,影响向5.00g样中加入1mL甲苯,15min后每处理重复3次,并设无底物和无土壤处理作为对添加1mL不同体积分数(0%,5%,10%,25%,照。50%,100%)的乙醇溶液,30min后加入10mL质1.2.2乙醇不同作用时间对土壤脲酶活性的量分数10%尿素溶液和pH6.7的磷酸盐缓冲液影响向5.00g样中加入1mL体积分数50%收稿日期0050705116西北农林科技大学学报(自然科学版)第34卷的乙醇溶液后放置不同时间(0,0.25,0.5,2.0,40土壤脲酶活性增幅为24.5%~168.6%;当乙醇体h)其余步骤同1.2.1积分数为100%时,脲酶活性增幅达到29.6%~1.3数据计算202.9%。究其原因,一方面是由于乙醇杀死了土壤为了解脲酶活性随乙醇浓度的变化规律,计算中的部分微生物,使微生物向土壤中释放出一些胞了脲酶的定浓抑制率其可表征某种外源物质对内酶,增加了土壤中游离酶的数量,此时乙醇的作用脲酶活性的抑制程度,其正值和负值分别表示抑制与甲苯相似910另一方面作为有机溶剂的乙醇会和激活作用。与土壤中的有机质、粘粒等发生作用,导致有机质、定浓抑制率[1处理的脲酶活性/对照的脲酶活粘粒上的部分吸附态酶解离下来,最终导致土壤脲性)×100%酶活性增加。 Sannino等用类似的有机溶剂甲醇进行研究发现,在22个供试土样中,甲醇导致20个2结果与分析土样的脲酶活性增加,并认为可能是由于甲醇引起2.1不同体积分数乙醇对土壤脲酶活性的影响细胞壁的渗透性或细胞自溶显著增加,最终使得底不同乙醇体积分数下的土壤脲酶活性见表2物分子有更多的机会与细胞内的脲酶接触并发生反由表2可知,在乙醇体积分数相同时,脲酶活性随着应。此外不同状态(游离态固定在不同粘土矿物上土壤肥力水平的升高而增大。当土样中不加乙醇时,的吸附态)脲酶、转化酶及磷酸酶与甲醇作用的结果3个土样酶活性分别为24.5,39.84和132.7表明,甲醇既与土壤酶分子有直接作用,如抑制或激g/(gh)2和3号样的脲酶活性分别是1号土活,又与酶复合物有更多复杂的间接作用,如干扰有样的1.63和5.42倍,这与土壤长期培肥的结果是机、无机复合体间不同的化学键,从而影响酶复合体致的这同时也佐证了“土壤脲酶活性在一定程度的结构特征,最终导致土壤酶活性的改变。上可指示土壤肥力水平”的结论2与其他处理相比,当乙醇体积分数为5%时,土由表2还可知,与不加乙醇的对照相比,当乙醇壤脲酶活性有所降低,表现出了一定的抑制作用。其体积分数为10%~100%时,乙醇的加入导致了土原因还有待于进一步研究。壤脲酶活性明显升高。当乙醇体积分数为50%时,表2不同体积分数乙醇对土壤脲酶活性的影响 Table 2 Soil urease activity in different ethanol concentrationsg/gh)土样乙醇体积分数/% Ethanol concentration Soil sample0510255010024.5019.6049.751.0065.8074.202339.8425.6850.9854.8079.3086.30132.7126.8146.8142.5165.2171.9计算得到的脲酶定浓抑制率见表3由表可强12;此外高肥力处理的总酶量相对较高,使得乙知,在相同的乙醇体积分数下,随着肥力水平的提醇解离的酶量占总酶量的比例较低,从而表现出乙高,脲酶定浓抑制率的绝对值呈降低趋势这是因为醇对脲酶的作用较小。由表3还可知,随乙醇体积分脲酶主要以有机质一酶、粘粒一酶等复合体形式存数增加,不同土样脲酶定浓抑制率的绝对值增大,这在,土壤有机质含量愈高,其对酶的保护作用愈揭示出土壤脲酶受到了乙醇持续增加的激活作用。表3不同体积分数乙醇对土壤脲酶定浓抑制率的影响 Table 3 Urease inhibitive percent in different ethanol concentrations%土样乙醇体积分数/% 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+模型对乙醇体积分数(C)内,乙醇可显著增强土壤脲酶活性。对拟合式求导,第2期何敏超等乙醇对土壤脲酶活性的影响117贡献率从表4还可以看出,2号土样脲酶的变浓变174.4%,14.4%和86.9%,可见3个土样间的差化率最大,为54.39g/(gh),3号土样的最小,为别较大。随乙醇作用时间延长,各土样脲酶活性增幅42.37g/(gh)但3个土样间差别不大可见单有减缓趋势。为此,采用U=a1t2+a1t+a3模型对乙位乙醇体积分数对土壤脲酶活性的影响强度随土壤醇作用时间(t)与脲酶活性(U)进行拟合,得到的方肥力不同并未表现出规律性的变化。程(表5)显示出3个土样中的2个(1,2号)均达到表4乙醇体积分数与土壤脲酶活性的拟合方程显著正相关,这说明乙醇作用时间与脲酶活性之间 Table 4 Regression equation between ethanol存在密切的数量关系。由于酶活性与乙醇作用时间 concentration and soil urease activity呈现出半抛物线形式的变化规律,故计算了其理论土样相关系数倍翻上的最适作用时间(to)和最大表观脲酶活性 Soil拟合方程 sample Regression equation Correlation浓度/% coefficient DIC(Umx)。由表5可以看出,随土壤肥力水平升高,最1U=49.24C+31.870.86064.79适作用时间逐渐缩短,表明在此浓度下,乙醇会很快2U=54.39C+39.920.89573.40完成对高肥3号土样中酶的释放等过程,并使其在3U=42.37C+134.20.904316.7较短时间达到其理论上的表观脲酶活性149.29注:自由度n-2=4,r0.0=0.811,r0.01=0.917g/(g·h);中肥的2号土样次之,低肥的1号土样 Note: Freedom n-2=4. ro.=0.811 .ro.)=0.917.最慢,其达到最大表观脲酶活性92.04μg/(g·h)由拟合方程还可计算出土壤脲酶活性翻番时需时所需时间为3.44h。总的来看,3个土样最适作用要的外源物质浓度,将其称为倍翻浓度(dI, Duble时间相差不大,高肥与低肥土样只相差约40min。 Increasing Concentration)由表4可知,随肥力水平提高,DIC值增大,这表明低肥土样酶量较少,保护作用较弱,释放或解离同等数量脲酶需要的乙醇1601号样 Soil:口.2号样soil2口.3号土样Soil3体积分数较低;而高肥土样则相反,采用乙醇完成脲≥120酶活性翻番是不可能的,因为其需要的理论乙醇体积分数为316.7%。这从一个侧面揭示出厩肥处理80的培肥效果要远远高于秸秆。2.2乙醇作用时间对土壤脲酶活性的影响40乙醇不同作用时间对土壤脲酶活性的影响见图1。图1表明,不同土样脲酶活性受时间影响的变化0.000.250.502.004.00规律不同。1号土样的脲酶活性随处理时间增加持时间/h Time续提高,2号土样则提高缓慢,3号土样在处理0.5h后几乎不再提高。当乙醇作用4h时,1,2和3号图1乙醇不同作用时间对3个土样脲酶活性的影响土样酶活性较乙醇未作用时的增幅分别为 Fig. 1 Urease activity affected by time表5乙醇不同作用时间与脲酶活性之间的回归方程 Table 5 Regression equation between reaction time and urease activity土样拟合方程相关系数最适作用时间/h最大表观脲酶活性(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结论同时,随土壤肥力水平升高,土壤脲酶活性升高,土壤脲酶定浓抑制率的绝对值减小,变浓变化率的规118西北农林科技大学学报(自然科学版)第34卷幅减缓,其关系用抛物线模型可较好表征,3个土样壤肥力水平的升高,乙醇最适作用时间缩短,最大表中1号和2号土样的拟合方程达到显著相关。随土观脲酶活性增加。参考文献[]周礼恺土壤酶活性的总体在评价土壤肥力水平中的作用]土壤学报198320(4):413-417[2]和文祥,朱铭莪.陕西土壤脲酶活性与土壤肥力关系分析[J]土壤学报,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