百菌清、代森锰锌对土壤过氧化氢酶活性的影响

侯利园，闫 雷*，秦智伟，李晓亮

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；2.东北农业大学园艺学院，哈尔滨 150030）

土壤酶是影响土壤新陈代谢的重要因素[1]，参与了土壤生物化学过程在内的自然界物质循环。过氧化氢酶广泛存在于土壤中和生物体内，土壤过氧化氢酶能够促进过氧化氢的分解，从而能有效地防止土壤及生物体在新陈代谢过程中产生的过氧化氢对其毒害。由于土壤酶的活性易受环境因素的影响，尤其在污染条件下土壤酶的活性变化很大，因此土壤酶活性作为一项生态毒理学指标，被许多学者用来判断外来物质对土壤的污染程度及可能对生态环境造成的影响[2-5]。有关化学农药对土壤酶活性的影响已有许多报道[6-9]。

农药是用于防治农作物病虫害、消除杂草、消灭动物体内外寄生虫和调节植物生长的药剂，它在农牧业的生产保收和保存以及人类传染病的预防、控制等方面起着极为重要的作用。但是随着农药工业的迅速发展及使用范围的不断扩大，大量有毒物质进入土壤、水体、大气及生物体内，通过生物富集和食物链造成了生物体内的残留，造成一系列诸如环境污染日趋严重等问题，严重危害了人类的健康和破坏农业生态平衡。如何解决农药对生态环境影响的问题，日益引起人们的重视[10]。

百菌清、代森锰锌为北方常用杀菌剂，常用于防治麦类、蔬菜等真菌病害。本试验利用高锰酸钾滴定法研究了百菌清、代森锰锌对大棚土壤过氧化氢酶活性的影响，并与其对农田土壤过氧化氢酶活性的影响进行比较，为大棚合理施药提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

百菌清（75%可湿性粉剂，江阴苏利化学有限公司）、代森锰锌（70%可湿性粉剂，天津市农药研究所）均为市售农药。

试验土样采自东北农业大学香坊农场，挖0～20 cm耕作层土壤，在室温下风干，过1 mm筛备用。土壤理化性质用常规方法分析[11]（见表1）。

表1 供试土壤理化性质Table 1 Physicochemical properties of soils tested

1.2 土壤过氧化氢酶的测定

称取1 kg供试土壤，均分为4份，分别加入不同剂量的农药，使其在土壤中的质量比分别为0、10、20、50 mg·kg-1，即农药推荐剂量的 0、1、2、5倍。调节试样的含水量至土壤最大持水量的60%，置于人工气候箱（25±1）℃培养，于3、6、9、12、15 d后取样，以高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶活性，每个样品设置3个平行组。过氧化氢酶活性以单位干土重消耗0.02 mol·L-1高锰酸钾毫升数表示[1]。

抑制率的计算公式为：

过氧化氢酶活性百分比的计算公式为：

式中，A为不加农药土壤酶活性；B为加农药土壤酶活性。

2 结果与分析

2.1 百菌清对两种土壤过氧化氢酶活性的影响

百菌清对大棚、农田土壤过氧化氢酶活性的影响见图1、2。

由图1可以看出，大棚土壤在施入不同剂量的百菌清后，土壤中过氧化氢酶活性的变化趋势基本一致，表现为“升-降-平”，即培养前期（3～6 d），各浓度处理过氧化氢酶活性呈逐渐上升趋势；到培养中期（6～9 d）时，过氧化氢酶活性下降明显，总体上低于初期第3天时的活性水平；培养后期（9～15 d），过氧化氢酶活性略有上升，但变化不大，随后趋于平缓。百菌清处理后的大棚土壤过氧化氢酶活性与对照相比，差异不显著，且各剂量处理间的差异也不显著。可见百菌清的喷施剂量控制在50 mg·kg-1以下，对大棚土壤的过氧化氢酶活性影响不大。

农田土壤中的过氧化氢酶活性在整个培养期间变化幅度不大，表现为培养前期（3～6 d）上升，中期（6～9 d）下降，后期（9～15 d）趋于平缓。施入百菌清后，各浓度处理农田土壤过氧化氢酶活性变化趋势与对照相似，但都呈现出不同程度的激活作用。从图2中可以看出，培养前期（3～6 d），各浓度处理表现出较强的激活作用，且浓度越高，激活作用越强。不过当百菌清浓度增加到50 mg·kg-1时，酶活性激活程度略有下降，表现为施用50 mg·kg-1百菌清的土壤酶活性反而比20 mg·kg-1的土壤酶活性低，这种趋势也一直延续到培养中期（6～9 d）和培养后期（9～15 d）。这种施入百菌清后，农田土壤过氧化氢酶所表现出来的较强的激活作用，原因是农田土壤中所含有机质等营养物质含量较低（见表1），施入的农药可为微生物提供碳源、氮源等，使得微生物的数量增加，从而过氧化氢酶活性提高。通过比较50 mg·kg-1百菌清对大棚、农田土壤过氧化氢酶活性影响的差异，结果见图3。

图1 百菌清对大棚土壤过氧化氢酶活性的影响Fig.1 Influence of chlorothalonil on catalase activity of greenhouse soil

图2 百菌清对农田土壤过氧化氢酶活性的影响Fig.2 Influence of chlorothalonil on catalase activity of farmland soil

图3 百菌清对两种土壤过氧化氢酶活性影响的比较Fig.3 Comparison of influence of chlorothalonil on soil catalase activity between greenhouse and farmland

由图3可见，可以看出百菌清对农田土壤过氧化氢酶在整个试验过程中表现出很强的激活作用（激活率为21.3%～29.6%）；而对大棚土壤仅在培养初期表现出微弱激活作用，中后期甚至有轻微的抑制作用。这也许跟大棚在封闭式管理模式下，微生物多样性下降有关。此时尽管有机质含量得到了人为提高，但外来农药还是会对大棚土壤环境产生轻微的负面影响。

2.2 代森锰锌对两种土壤过氧化氢酶活性的影响代森锰锌对大棚、农田土壤过氧化氢酶活性的影响见图4、5。

由图4可见，大棚土壤在施入不同剂量的代森锰锌后，土壤中过氧化氢酶活性的变化趋势基本一致，表现为培养前期（3～6 d），各浓度处理过氧化氢酶活性呈逐渐上升趋势；到培养中期（6～9 d），过氧化氢酶活性下降明显；培养后期（9～15 d），过氧化氢酶活性略有上升，但变化不大，随后趋于平缓。总体上在培养中期各处理土壤酶活性一直低于对照酶活性水平，到了培养后期，10 mg·kg-1（1倍剂量）处理的过氧化氢酶活性基本恢复到空白水平；其他处理的过氧化氢酶活性仍呈较低状态，其中以50 mg·kg-1（5倍剂量）的处理表现的更明显，在培养第15天时酶活性仍维持较低水平。

农田土壤施入代森锰锌后，过氧化氢酶活性在培养期间变化趋势较平缓，各处理过氧化氢酶活性变化趋势与对照相似。各代森锰锌处理土壤过氧化氢酶活性在整个培养期间总体上高于对照，表现出较强的激活作用，但并不是农药浓度越高、激活作用越强。如图5所示，10 mg·kg-1的剂量的处理相比其他剂量处理反而表现出更强的激活作用，激活率达25.7%～36.6%。

通过比较浓度为50 mg·kg-1的代森锰锌对大棚和农田土壤过氧化氢酶活性的影响见图6。由图6可见，代森锰锌对大棚土壤过氧化氢酶活性的影响表现为抑制作用，且随时间的增加，抑制作用逐渐增强；而对农田土壤则在整个培养过程中均表现出较强的激活作用。

图6 代森锰锌对两种土壤过氧化氢酶活性影响的比较Fig.6 Comparison of influence of mancozeb on soil catalase activity between greenhouse and farmland

2.3 百菌清、代森锰锌对土壤过氧化氢酶活性影响的比较

比较不同农药对土壤过氧化氢酶活性影响的差异，50 mg·kg-1的百菌清、代森锰锌对两种土壤过氧化氢酶活性的抑制率比较结果见图7、8。相比之下，百菌清对大棚土壤过氧化氢酶活性的影响较小，接近对照水平；而代森锰锌对大棚土壤过氧化氢酶活性则表现为抑制作用，且这种抑制作用随培养时间的延长而逐渐增强，在培养第15天时达到最大抑制率14.8%。

代森锰锌和百菌清对农田土壤过氧化氢酶活性的影响，与对大棚土壤的影响不同。对于农田土壤过氧化氢酶，两种农药均表现出较强的激活作用（激活率为18.3%～29.6%），且二者的变化趋势基本相似，除第6天外，在整个培养期间内，代森锰锌的激活作用略高一些。

图7 两种农药（50 mg·kg-1）对大棚土壤过氧化氢酶活性影响的比较Fig.7 Comparison of influence between chlorothalonil and mancozeb on greenhouse soil catalase activity

图8 两种农药（50 mg·kg-1）对农田土壤过氧化氢酶活性影响的比较Fig.8 Comparison of influence between chlorothalonil and mancozeb on farmland soil catalase activity

3 讨论

过氧化氢酶是土壤中一种重要的氧化还原酶，它将土壤中的H2O2分解，使作物免遭毒害。土壤中的过氧化氢酶活性变化对作物的生长有着重要的影响。如过氧化氢酶活性过高，会大量分解土壤中存在的H2O2，使土壤中的氧化还原电位降低，不利于作物生长；而过氧化氢酶活性过低，土壤中残留的大量H2O2自由基对生物体具有毒害作用[12]。

一些学者研究发现，土壤过氧化氢酶活性与理化性质相关。土壤有机质是土壤固相的重要组成成分，它对土壤理化性质影响很大。它能增强空隙度、通气性和结构性，有显著的缓冲作用和持水力，它的阳离子交换能力很强，含有大量的植物营养元素，是微生物的营养源和能源。微生物、土壤酶和矿物质等可以固定在有机质上。当有机质含量高时，酶积极参与其他转化分解过程，其活性明显提高；有机质含量低时，则相反。本研究中农田土壤与大棚土壤理化性质存在差异，如有机质含量，农田土壤中为3.328%；而大棚土壤中有机质含量高达5.539%。因此农田土壤中的过氧化氢酶活性明显低于大棚土壤。

从本试验结果来看，百菌清对农田和大棚土壤过氧化氢酶活性的影响，主要以激活作用为主，这也证实了“百菌清的使用增强了土壤中过氧化氢酶的活性，能在一定程度上减轻由于生物呼吸和有机物的生物化学氧化反应而产生的过氧化氢对土壤中生物体的毒害作用[13]。关于杀菌剂代森锰锌对土壤过氧化氢酶活性影响的相关研究则较少，今后应加强这方面的工作。

现今关于土壤酶的研究，大部分都是在实验室内条件下完成的，所用土壤一般会经过过筛处理，土壤团粒结构被破坏，土壤的物理状态与实际土壤存在较大差异，对于实际生产的指导作用受到限制。而田间的环境因素复杂，实现指标控制比较困难[14]。因此，如何解决与权衡这种矛盾又给今后的研究带来了新的挑战。

4 结论

a.大棚土壤中施入百菌清、代森锰锌后，施药量在5倍推荐剂量范围内不会对过氧化氢酶活性的产生显著作用；农田土壤中施入百菌清、代森锰锌后，施药量在5倍推荐剂量范围内对过氧化氢酶却有很强的激活作用。

b.百菌清、代森锰锌对同种土壤过氧化氢酶活性的影响趋势基本相同；两种农药对农田土壤过氧化氢酶的影响明显高于对大棚土壤的影响。

由此可知，按照推荐剂量的5倍剂量范围内施药不会对土壤环境带来明显的不利影响，所以可认为此剂量范围内的杀菌剂对土壤生态系统是安全的。

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