土霉素及镉污染对土壤呼吸及酶活性的影响

随着饲料工业以及畜禽养殖业的规模化发展,抗生素和重金属在土壤环境中同时存在的几率不断增大。为了分析抗生素和重金属对土壤微生物生态系统的影响,以土霉素(OTC)与镉(Cd)为污染物,采用室内培养法,研究了土霉素(OTC)与镉(Cd)单一处理及复合污染对土壤呼吸和酶活性的影响。结果表明,10mg/kg重金属镉单独污染对土壤微生物呼吸表现为先抑制后激活作用,且显著抑制了土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性,对3种酶活性平均抑制率从大到小依次为:蔗糖酶磷酸酶脲酶;1mg/kg土霉素显著激活土壤微生物呼吸,50和200mg/kg土霉素对土壤微生物呼吸的影响呈现出先抑制后激活的规律。各处理浓度下的土霉素对蔗糖酶和脲酶活性均主要表现为抑制作用,对磷酸酶活性的影响呈现出一定的波动性;当土霉素的浓度为1和200mg/kg时,其与10mg/kg镉的复合污染对土壤微生物呼吸及3种酶活性的影响主要为拮抗作用,但当土霉素的浓度为50mg/kg时,与10mg/kg镉的复合污染对土壤微生物呼吸及3种酶活性的影响则主要为协同作用。微生物呼吸对土霉素与镉胁迫更为敏感,最高抑制率和激活率分别可达98.98%和300.82%,土壤酶活性受土霉素和镉污染的影响要弱于它们对土壤微生物呼吸的影响。     

阿维菌素对蔬菜地土壤微生物及土壤酶的生态毒理效应

研究了阿维菌素对蔬菜地土壤微生物和土壤酶的生态毒理效应.实验结果表明,阿维菌素在低浓度时（1～10 mg kg^-1）对土壤脲酶活性和脱氢酶活性有轻微的激活作用,而对土壤微生物呼吸强度没有明显的影响;在高浓度时（50～100 mg kg^-1）对土壤微生物呼吸强度、脲酶活性以及脱氢酶活性均有明显抑制作用;不同浓度阿维菌素在不同程度上均会造成土壤微生物生物量的减少和过氧化氢酶活性被强烈激活.     

磺胺间甲氧嘧啶在玉米根-土界面毒性研究

通过根际袋土培试验,研究了磺胺间甲氧嘧啶（SMM）对玉米根际与非根际土壤酶活性和土壤呼吸强度的影响。结果表明,无论是否有根系作用,过氧化氢酶对磺胺间甲氧嘧啶胁迫的反应均不敏感。但在高浓度磺胺间甲氧嘧啶（50 mg.kg-1）作用下,试验初期对脲酶有明显的抑制作用,而在试验后期则表现出一定的促进作用,且在SMM胁迫下根际效应表现得更为明显。SMM胁迫下对根际与非根际土壤呼吸均有抑制作用,随浓度的增大,抑制作用越明显。且由于玉米根际作用,一定程度上缓解了SMM污染对根际微生物的毒害。一般情况下,根际土壤脲酶和过氧化氢酶活性及土壤呼吸强度均要大于非根际土壤,根际效应明显。     

三种抗生素与铜复合污染对土壤过氧化氢酶活性的影响

为分析抗生素与重金属单一及复合污染对土壤过氧化氢酶活性的影响,以三种兽用抗生素恩诺沙星(Enrofloxacin,ENR)、土霉素(Oxytetracycline,OTC)、磺胺二甲嘧啶(Sulfamethazine,SM2)和重金属铜(Cu)为目标污染物,采用高锰酸钾滴定法,研究其对土壤中过氧化氢酶活性的影响。结果表明,单一污染下,中低浓度的ENR各处理对酶活性有一定激活作用,最大激活率为5.52%;OTC处理组随着污染物浓度的增加,对酶活性的抑制作用增大,抑制率最大为8.36%;SM2处理初期,中低浓度处理组对酶有激活作用,最大激活率为7.46%,处理21 d,高浓度处理组对酶活性有显著促进作用,激活率为1.71%。Cu在第28 d时对过氧化氢酶活性表现为抑制。复合污染下,ENR与Cu复合污染组对过氧化氢酶活性的影响随污染浓度增加先抑制后激活;OTC与Cu处理第7 d,各浓度组与对照差异均不显著,14 d后,高浓度组产生抑制作用,抑制率最高为3.58%;SM2与Cu高浓度处理组在第7 d对土壤过氧化氢酶活性表现为明显激活作用,激活率高达10.00%,14 d后转为抑制作用,28 d时抑制率最高为4.49%。研究表明,单一污染下,抗生素对土壤过氧化氢酶的影响与其类型、暴露浓度以及暴露时间有关。复合污染下,抗生素和Cu的交互作用存在差异,表现为拮抗和协同两种作用,不仅与抗生素种类、复合污染浓度比例、暴露时间有关,还与抗生素和Cu配位反应产生复合物的比例有关。     

不同肥料对后茬土壤微生物及玉米生长的影响

通过盆栽试验研究了不同肥料对后茬土壤微生物学特性及玉米(Zea mays L)生长的影响.研究结果表明.生物复混肥处理的玉米生物产量分别比对照、有机肥和生物有机肥的增加51.91%,7.96%和5.21%;生物复混肥的玉米苞重比对照增加97.61%,比有机肥的增加16.24%.生物有机肥及生物复混肥处理,比对照显著增加土壤细菌、芽孢细菌数量及微生物总数量,微生物量碳、微生物量氮,土壤脲酶和酸性磷酸酶的活性,有降低真菌数量的趋势;比有机肥显著增加土壤微生物量氮和酸性磷酸酶的活性,玉米生物产量及苞重与土壤细菌、芽孢细菌、放线菌数量及微生物总数量,微生物量碳、微生物量氮,脲酶活性、酸性磷酸酶活性正相关,与真菌数量负相关,与玉米生长中期的土壤诱导呼吸强度呈负相关,而与玉米生长后期的土壤诱导呼吸强度、碱性磷酸酶活性呈正相关.     

三氯生与镉单一及复合污染对土壤呼吸和酶活性的影响

为了解典型药品和个人护理品(PPCPs)——三氯生与镉复合污染的生态效应,采用室内培养实验和联合毒性预测模型,首次评价了三氯生与镉单一及复合污染对土壤呼吸及参与土壤碳氮循环的相关酶活性的生态毒性。结果表明:三氯生与镉单一及复合污染对土壤呼吸呈现激活—抑制—激活的生态效应;刺激了蛋白酶活性,激活率先降低后升高,56 d时达到最大。整个实验期间均抑制了蔗糖酶活性,镉(10.0 mg kg-1)单一污染培养14 d抑制率达到最大值(81%),三氯生单一胁迫呈现负的剂量效应关系,两者复合污染无显著的剂量效应关系。联合效应评价模型预测表明,相比三氯生或镉单一污染,两者的复合胁迫对土壤呼吸呈现随时间变化的拮抗—协同—加和效应,对土壤蛋白酶呈现协同—加和—协同的联合效应,而对土壤蔗糖酶活性则主要为协同效应。     

蚯蚓活动和秸秆施用方式对土壤生物学性质的动态影响

通过实验室短期培养研究接种蚯蚓和有机物不同施用方式(混施与表施)对土壤微生物类群、土壤微生物量以及呼吸强度等土壤生物学性质的影响。结果表明,接种蚯蚓对土壤可培养酵母菌、细菌数量和土壤底物诱导呼吸强度有明显促进作用。最高增幅分别达到相应未接种蚯蚓处理的5.18,8.88,2.50倍。蚯蚓活动对土壤微生物量及真菌数量的影响受到秸秆施用的影响:在混施和不施秸秆的处理(SRME、SE)中显著抑制丝状真菌数量;在混施秸秆处理中蚯蚓活动降低了SMBC含量。秸秆的施用方式对土壤微生物性状也有较大影响。混施秸秆处理中,土壤酵母菌、细菌数量、土壤微生物量和土壤呼吸强度增加也最为明显,而丝状真菌数量的增加幅度却不如表施秸秆处理。各处理土壤微生物量碳随时间变化趋势比较一致,呈现先降(第4周)后增的变化趋势,其他测定项目没有一致的随时间变化的规律。方差分析表明秸秆施用对土壤微生物量氮和可培养微生物数量变化的贡献最大,分别达到96.5%(SMBN)、77.9%(细菌)、69.4%(酵母菌)和85.3%(丝状真菌)。并且时间、秸秆和蚯蚓因子间存在强烈交互作用。     

不同栽培模式下Cd、Pb复合污染对土壤微生物及其酶活性的影响

为了正确评价不同栽培模式对土壤健康的影响,利用温室进行人工模拟栽培试验,研究结果表明:在Cd和Pb复合污染下,单一作物栽培与混合栽培对土壤微生物量、呼吸强度、脲酶活性、磷酸酶活性均有显著的影响;土壤微生物量、呼吸强度、脲酶、磷酸酶均随Cd和Pb浓度的升高而显著降低;不同栽培模式下的土壤微生物量、呼吸强度、酶活性大小均表现为:混合栽培单一栽培未栽培植物,说明栽培措施可以缓解Cd和Pb联合污染对土壤微生物的压力,而混合栽培比单一栽培更能达到改善土壤健康状况的目的;土壤健康状况可以在一定程度上通过脲酶与磷酸酶活性的大小来反映。     

滴灌和微生物有机肥对设施土壤呼吸的耦合作用及机制

为研究滴灌水分和微生物有机肥对设施土壤呼吸的影响及耦合作用机制,设计不同灌溉定额(15、18、21 mm)和不同微生物有机肥施用量(2 800、3 600、4 400 kg/hm2)处理,以传统化肥处理为对照,观测滴灌和微生物有机肥协同作用下土壤呼吸速率、累计碳排放量等指标,分析土壤呼吸与土壤温度、湿度、有机质含量、酶(脱氢酶、脲酶和过氧化氢酶)活性及根系生物量之间的互动响应关系。结果表明:滴灌-微生物有机肥处理有利于提高土壤有机质含量和酶活性,土壤脱氢酶、脲酶和过氧化氢酶活性分别提升11.6%～27.6%、8.0%～27.7%和1.8%～11.2%,其中滴灌和微生物有机肥相结合对脲酶活性的影响达到显著(p0.05)水平;土壤呼吸速率与根系生物量、土壤温度和有机质含量呈极显著(p0.01)正相关,与土壤酶活性呈显著(p0.05)正相关。该研究证明了滴灌和微生物有机肥对土壤碳排放有显著的耦合效应,滴灌和微生物有机肥耦合主要通过改变土壤有机质含量和根系生物量,对土壤呼吸产生影响。     

第四类脲酶抑制剂对土壤脲酶活性和微生物量的影响

[目的]研究第四类脲酶抑制剂对土壤微生物的影响,揭示此类脲酶抑制剂的微生物学效应,为农业生产中施用含Schiff碱配合物型脲酶抑制剂缓控释尿素的安全性评价提供理论依据。[方法]采用室内恒温恒湿培养的方法,测定在不同浓度(按尿素施用量的0.1%,0.5%,1%)新型Schiff碱铜配合物型脲酶抑制剂作用下土壤脲酶活性以及土壤细菌、真菌和放线菌微生物量指标。[结果]①当抑制剂施用浓度为0.1%和0.5%时对土壤脲酶活性影响不显著,当施用浓度为1%时,对土壤脲酶活性抑制效果最好,最大抑制率达40.8%,起到了适度调控的目的;②土壤细菌、真菌和放线菌对尿素水解的敏感程度不同,其中放线菌和真菌比较敏感,尿素水解对其最大抑制率分别为46.4%和89.7%。与此相反,尿素的水解反而会促进细菌生长,最大促进率达83.6%;③第四类脲酶抑制能够促进土壤细菌、放线菌和真菌的生长,其对细菌、放线菌和真菌的最大促进率分别为86.2%,31.9%和83.6%。因此第四类脲酶抑制剂对土壤放线菌生长的促进作用较小,对土壤细菌和真菌生长的促进作用较大。[结论]第四类脲酶抑制剂对土壤脲酶活性有很好地抑制作用且能促进土壤细菌、真菌和放线菌的生长,施用抑制剂浓度为1%时效果最显著,即1%为其最佳用量。     

Soil moisture and plant residue addition interact in their effect on extracellular enzyme activity

Water availability strongly affects soil microbial activity and community composition. In a laboratory incubation we investigated the combined effect of soil moisture potential (−10 kPa, −135 kPa, and <−1500 kPa) and plant residue addition on soil enzyme activities (protease, β-glucosidase, β-glucosaminidase and exocellulase) and phospholipid fatty acid (PLFA) profiles. Soil respiration was positively correlated with soil moisture potential and significantly increased with the addition of residue. In the unamended soil, enzyme activities were little affected by soil moisture potential, nor did they change much over time. The addition of residue, however, significantly increased enzyme activity at each moisture level. Furthermore, all four enzyme activities were considerably higher in the amended dry soil than in amended samples with a higher moisture potential. In contrast, in the amended dry soil, respiration and microbial biomass were reduced compared to the amended samples with a higher moisture potential. The low microbial biomass in the amended dry soil was mainly due to a decrease in Gram-negative bacteria, while the fungal biomass reached similar levels at all water potentials. Therefore, shifts in microbial community composition alone cannot explain the increased enzyme activities in the dry soil. Other factors, such as increased fungal activity, stronger interactions between enzymes and soil particles due to thinner water films, may have contributed to the observed effects. Our results suggest that under dry conditions, potential enzyme activities may be decoupled from microbial biomass and respiration in the presence of substrates.     

铜污染胁迫条件下农田土壤酶活性及微生物多样性对大气CO2浓度升高的响应

在开放式大气CO2浓度升高平台上（Free-Air CO2 Enrichment,简称FACE）,采用盆栽实验,研究了不同浓度Cu污染胁迫条件下,稻麦轮作土壤中土壤酶活性及土壤微生物多样性对大气CO2浓度升高的响应。结果表明,大气CO2浓度升高显著诱导了清洁土壤中蛋白酶、脲酶、尿酸酶活性以及微生物多样性;正常大气和大气CO2浓度升高条件下,3种酶活性都随着土壤Cu污染胁迫的增加而逐渐降低;低浓度Cu污染胁迫条件下（50 mg.kg^-1）,FACE圈中的土壤脲酶和蛋白酶活性显著高于正常大气（Ambience）圈,尿酸酶活性无显著变化;高浓度Cu污染胁迫条件下（400 mg.kg^-1）,土壤脲酶与蛋白酶活性无显著变化,尿酸酶活性则显著降低,其原因可能与不同酶系对铜污染胁迫的敏感差异性以及大气CO2浓度升高对土壤中铜的活化作用有关。与清洁土壤相比,低浓度Cu污染（50 mg.kg^-1）对微生物生长具有一定的刺激作用,Ambience圈和FACE圈土壤微生物多样性都有所增加,FACE圈中这种现象更为明显;高浓度Cu污染胁迫（400 mg.kg^-1）对土壤微生物表现出了明显的毒害作用,微生物多样性有所降低,但在FACE圈中土壤微生物多样性的降低程度要低于Ambience圈,其影响机制有待进一步研究。     

Hydrolytic enzyme activities in agricultural and forest soils. Some implications for their use as indicators of soil quality

Although a great deal of information exists about the effect of land use on soil enzyme activities, much of this is contradictory and brings into question the suitability of soil enzyme activities as indicators of how land use affects soil quality. The purpose of this study was to investigate the effect of land use on different soil biochemical properties, especially hydrolytic enzyme activities, with the aim of providing knowledge about the problems related to the use of enzymes as indicators of soil quality. The data presented derive from various studies in which a large number of soils under different types of forest or agricultural management were analysed by the same methods. All of the soil samples were characterized in terms of their main physical and chemical properties, the activity of several hydrolases, microbial biomass C and soil basal respiration. The results indicate that soil use causes a large reduction in organic matter content and that the effect on enzyme activity varies depending on the type of land use or management and the type of enzyme. Furthermore, the enzyme activities per carbon unit (specific activities) in soils affected by land use are almost always higher than in maximum quality soils (climax soils under oak vegetation or oak soils), and land use also generates greater increases in the specific activity as the C content decreases. The mechanism responsible for these increases probably involves loss of the most labile organic matter. Enzyme enrichment is not always produced to the same degree, as it varies as a function of the enzyme and the type of land use under consideration. It is concluded that the complexity of the behaviour of the soil enzymes raises doubts about the use of enzyme activities as indicators of soil degradation brought about by land use.     

兽药污染土壤对小麦和白菜根伸长抑制的毒性效应

含有残留兽药的粪便作为有机肥施入农田,可造成农业土壤污染,对人类健康和生态系统产生潜在危害。为评价兽药污染的潜在生态影响,本试验采用室内生长箱培养的方法,测定了黄潮土在2种常用兽药土霉素、伊维菌素污染条件下,对2种作物（小麦和白菜）根伸长、芽伸长的抑制率,以及复合污染毒性效应。结果表明,土壤中土霉素、伊维菌素浓度与作物根伸长及芽伸长抑制率呈显著线性相关（P〈0．01）。2种兽药对植物根、芽伸长抑制强度为：伊维菌素〉〉土霉素;在药物的胁迫下,作物的根伸长较芽伸长敏感,2种作物的敏感性为：小麦〉白菜,小麦为兽药污染的敏感植物。土霉素和伊维菌素的复合污染产生明显的协同作用。     

Responses of extracellular enzymes to simple and complex nutrient inputs

Soil microbes produce extracellular enzymes that mineralize organic matter and release carbon and nutrients in forms that can be assimilated. Economic theories of microbial metabolism predict that enzyme production should increase when simple nutrients are scarce and complex nutrients are abundant; however, resource limitation could also constrain enzyme production. We tested these hypotheses by monitoring enzyme activities and nutrient pools in soil incubations with added simple and complex nutrient compounds. Over 28 days of incubation, we found that an enzyme's activity increased when its target nutrient was present in complex but not simple form, and carbon and nitrogen were available. β-Glucosidase and acid phosphatase activities also increased in treatments where only carbon and nitrogen were added. Glycine aminopeptidase and acid phosphatase activities declined in response to ammonium and phosphate additions, respectively. In some cases, mineralization responses paralleled changes in enzyme activity—for example, β-glucosidase activity increased and respiration was 5-fold greater in soil incubations with added cellulose, ammonium, and phosphate. However, a doubling of acid phosphatase activity in response to collagen addition was not associated with any changes in phosphorus mineralization. Our results indicate that microbes produce enzymes according to ‘economic rules’, but a substantial pool of mineral stabilized or constitutive enzymes mediates this response. Enzyme allocation patterns reflect microbial nutrient demands and may allow microbes to acquire limiting nutrients from complex substrates available in the soil.     

铅锌矿区污染土壤微生物活性研究

通过野外调查和采样分析，研究了浙江衢州铅锌矿区土壤的微生物、土壤酶活性及植物重金属积累特性。结果表明：矿区污染区土壤Ph、Zn、Cd、Cu全量的平均值分别是对照土壤的267．8倍、132．6倍、41．8倍、17．0倍。矿区植物体内重金属含量与土壤重金属全量和有效态含量呈显著正相关。矿区土壤随着重金属含量的增加，土壤微生物生物量碳逐渐降低，而土壤基础呼吸、微生物代谢商则升高，矿区中心污染土壤微生物生物量碳只有对照土壤的72％，而基础呼吸和微生物代谢商分别是对照土壤的1．6倍和2．3倍。铅锌矿口附近污染区土壤酶活性较低，对照土壤的各种酶活性最高。其中土壤脱氧酶的活性变化最大，作为矿区重金属污染的指标更灵敏。     

液态有机肥对酚酸胁迫下马铃薯生长发育和土壤酶活性影响

为明确液态有机肥对土壤酚酸导致马铃薯的连作障碍的缓解效应,采用盆栽试验,将阿魏酸与香草酸等量混合后按不同浓度(0,50,100,150 mg/kg)施加于马铃薯基质土壤中,模拟马铃薯连作分泌的有机酸自毒物质,并施加不同浓度梯度液态有机肥(0,225,450,675 kg/hm^2),探讨酚酸胁迫下液态有机肥对马铃薯生长发育以及土壤酶活性的影响。结果表明:单一施加外源酚酸对马铃薯株高、茎粗、叶面积以及干物质量皆有不同程度的抑制作用,随酚酸浓度增加,土壤中脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性相对对照分别降低2.74%~10.95%,11.11%~20.55%,5.29%~12.96%,过氧化氢酶、多酚氧化酶活性升高,FDA水解酶活性表现为低促进高抑制。施加液态有机肥后提高了马铃薯株高、茎粗、叶面积以及干物质量,土壤酶活性均有提高,脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶、FDA水解酶活性相对对照处理最高分别提高了10.80%,21.40%,18.20%,29.60%,37.69%,12.31%,但是液态有机肥浓度过高降低了其对磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶的提升效果,抑制了FDA水解酶活性。因此合理施加液态有机肥可以促进马铃薯生长发育,提高土壤酶活性,增强马铃薯的抗逆性,从而缓解酚酸对马铃薯的胁迫作用。     

Cd、Pb单一及复合污染下土壤酶生态抑制效应及生态修复基准研究

由于土壤酶活性可有效地反映土壤重金属的污染程度,因此,本文通过研究Cd、Pb单一及复合污染对土壤酶（脱氢酶、磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶、淀粉酶和蔗糖酶）活性的影响,以期选取合适的土壤酶指标作为Cd、Pb污染的生物标记物,为建立Cd、Pb污染生态修复的基准提供科学依据。研究结果表明,不同的土壤酶活性对Cd、Pb的敏感性各不相同,并且酶活性随土壤重金属浓度增加表现为叠加效应或拮抗效应。Cd、Pb单一及复合污染对脲酶活性抑制作用显著,Cd、Pb复合污染对脲酶活性表现为叠加效应,因此,脲酶可作为土壤Cd、Pb污染的生物标记物。通过半数生态剂量模型研究发现：Cd、Pb污染下,50%脲酶活性受抑制的毒性阈值分别为2273和2703;Cd污染土壤的生态修复基准值为1.33mg·kg-1,Pb污染土壤的生态修复基准值为106mg·kg-1。