全 文 ：除草剂阿特拉津对土壤脲酶活性的影响 3
王金花1 　朱鲁生1 3 3 　王　军1 　孙瑞莲1 　赵秉强2
(1 山东农业大学 ,泰安 271018 ;2 中国农业科学院土壤与肥料研究所 ,北京 100081)
【摘要】　研究了阿特拉津对 4 种典型施肥处理的土壤脲酶活力的影响. 结果表明 ,处理初期 ,低浓度阿特
拉津对土壤脲酶有一定刺激作用 ,高浓度处理在整个试验过程中对脲酶有明显抑制作用. 阿特拉津对不同
肥力土壤中脲酶的影响有明显差异 ,对照土壤和 NPK肥土壤中脲酶活力较低 ,脲酶受抑制明显 ,抑制率分
别高达 30. 35 %和 28. 89 % ;NPK + 秸秆和 NPK + 有机肥土壤的脲酶活力高 ,脲酶抑制率低 ,最高抑制率
分别为 21. 35 %和 16. 86 %. 不同肥力土壤在整个处理过程中 ,脲酶抑制率均为先逐渐增大到最大值 ,然后
又逐渐降低 ;高肥力土壤脲酶抑制率最大值出现的时间比低肥力土壤迟 ,表明高肥力土壤对阿特拉津有较
强的耐受能力.
关键词 　阿特拉津 　土壤肥力 　土壤脲酶
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 12 - 2281 - 04 　中图分类号 　S481. 9 ,X571. 5 　文献标识码 　A
Effect of atrazine on urease activity in soils with different fertility. WAN G Jinhua1 ,ZHU Lusheng1 ,WAN G
J un1 ,SUN Ruilian1 , ZHAO Bingqiang2 (1 S handong A gricultural U niversity , Tai’an 271018 , China ;2 Soil
Fertilizer Institute , Chinese Academy of A gricultural Sciences , Beijing 100081 , China) . 2Chin. J . A ppl .
Ecol . ,2003 ,14 (12) :2281～2284.
Four soils with different fertility were treated with different concentrations of atrazine. The results showed that
the urease activity was stimulated in the soils treated with low concentration of atrazine at the first day ,while in2
hibited after treated with high concentration of atrazine during the whole period of the experiment . There was a
significant difference in urease activity in soils with different fertility after treated with high concentration a2
trazine. The urease activity in CK and in NPK was significantly inhibited ,the inhibition rate reached 30. 35 %
and 28. 89 % ,respectively ,but in NPK + S and NPK + M ,the inhibition rate was only 21. 35 % and 16. 86 % ,re2
spectively. The maximum inhibition rate appeared later in soils with high than with low fertility ,showing that
soils with high fertility could endure the effect of atrazine.
Key words 　Atrazine , Soil fertility , Soil urease. 3 科技部社会公益研究专项基金 (177) 和山东农业大学博士后科研
基金资助项目 (22023) .3 3 通讯联系人.
2003 - 03 - 07 收稿 ,2003 - 06 - 23 接受.
1 　引 　　言
脲酶是土壤中的主要酶类之一 ,是唯一对尿素
在土壤中的转化及作用有重大影响的酶. 脲酶活性
过低 ,势必影响尿素的利用率. 尿素施入土壤后 ,在
脲酶的催化作用下 ,迅速水解成 CO2 和 N H3 ,从而
导致土壤 p H 值的升高和氨的释出 ,能够产生亚硝
酸盐和氨的毒害 ,伤害幼苗 ,并引起尿素氮以氨形式
的气体损失. 脲酶活性过高对土壤肥力及作物的生
长也不利. 有人已开始研究如何利用脲酶抑制剂来
提高尿素利用率[3 ,4 ,8 ,13 ,21 ] . 阿特拉津是一种广泛使
用的三嗪类除草剂 ,可用于防除玉米、甘薯、甘蔗、果
园中的阔叶杂草及部分禾本科杂草. 阿特拉津虽是
一种低毒除草剂 ,但它被微生物矿化十分缓慢 ,在土
壤中的残留半衰期长达 4～57 周[14 ] . 据统计 ,1980
年全球释放到环境中的阿特拉津总计 9 ×104 t [2 ] .
大量持续投入除草剂必将影响土壤性质、土壤肥力
和农产品的品质 ,造成严重的全球性生态问题[14 ] .
土壤脲酶活性与土壤有机质含量和微生物密切相
关[12 ,15 ,16 ,20 ] . 国内外许多学者报道了农药或不同肥
力条件对土壤脲酶活力的影响[1 ,7 ,17 ,18 ] ,但是除草
剂与化肥复合处理条件下土壤脲酶活性的变化未见
报道. 本文旨在了解阿特拉津使用后对不同施肥条
件土壤脲酶活性的影响及其程度 ,从而间接反映该
药对土壤肥力状况的影响 ,以便为经济合理使用该
药及提高尿素的利用率、减少环境污染等提供科学
依据.
2 　材料与方法
211 　供试材料
土壤样品 :供试 4 种土样为褐潮土 ,属潮土类 ,采自国家
褐潮土壤肥力和肥料效益监测基地 (北京·昌平)长期定位试
验田. 该试验田小区面积为 200 m2 ,不设重复 ,各处理均实
应 用 生 态 学 报 　2003 年 12 月 　第 14 卷 　第 12 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec. 2003 ,14 (12)∶2281～2284
行玉米2小麦每年两熟连作. 化肥在每茬作物播种前一次性
撒施并耕翻入土 ,有机肥和秸秆在冬小麦播种前施用并同样
进行耕翻. 自 1990 年设置 ,至今已经连续 12 年. 土样均采用
五点取样法 ,取 0～20 cm 耕层土壤 ,剔除石砾和植物残根等
杂物 ,装入袋中. 4 种土样为 :1) 对照 (CK) :种植 ,不施肥 ;2)
NPK:每茬施用一定比例的氮肥 ,磷肥和钾肥 ;3) NPK + S :施
用的 NPK同 (2) 再配施干玉米秸秆 ; 4) NPK + M :施用的
NPK同 (2)再配施有机肥. 土壤的理化性质见表 1.
表 1 　供试土壤的理化性质
Table 1 Physical and chemical properties of soil
处理
Treatment
有机质
Organic
matter
(g·kg - 1)
全氮
Total N
(g·kg - 1)
全磷
Total P
(g·kg - 1)
碱解氮
Alkali2hyd2
rolysable N
(mg·kg - 1)
速效磷
Available P
(mg·kg - 1)
速效钾
Available K
(mg·kg - 1)
CK 12. 69 0. 72 0. 70 41. 40 2. 50 80
NPK 14. 87 0. 90 0. 81 47. 50 22. 75 90
PN K+ S 15. 14 0. 91 0. 84 52. 50 25. 30 90
NPK+ M 16. 44 1. 11 1. 35 56. 60 177. 13 140
　　药品和试剂 : 95. 5 %阿特拉津原药 ; (NH4) 2 SO4 为分析
纯 ;甲苯为分析纯 ; 10 %尿素溶液 ;p H 6. 7 柠檬酸缓冲液 ;
1. 35 mol·L - 1苯酚钠溶液 (先配好苯酚溶液和氢氧化钠溶
液 ,使用前再将两者 1∶1 混合稀释 2. 5 倍) ;活性氯浓度为
0. 9 %的次氯酸钠溶液 ;溶液均用蒸馏水配置.
212 　实验方法
　　标准曲线绘制 :按照文献 [9 ]方法进行. 土样处理 :取新鲜
土样过筛 ,调土壤含水量为最大含水量的 60 % ,添加阿特拉
津标准样品 (用丙酮溶解阿特拉津原药配成不同浓度的药
液)使其在土壤中的浓度分别为 0、1、5、10、20、50 和 100 mg·
kg - 1 ,塞上棉塞 ,于 25 ±1 ℃生化培养箱中培养. 每周 3 次用
称重法调节含水量 ,使含水量在实验期内保持恒定. 每处理
作 3 个重复 ,同时作无基质的对照和无土壤的对照. 于处理
后的第 0、1、2、4、6、8、10 和 14 天 ,分别取每个处理 ,按照文
献[9 ]采用靛酚蓝比色法进行分析测定. 阿特拉津对土壤脲酶
抑制率的计算方法 (抑制率大于零表明刺激作用 ,小于零表
明抑制作用 ,负号仅代表抑制) :抑制率 ( %) = ( b - a) / a ×
100. 式中 , a 为不加阿特拉津处理的脲酶活性 ; b 为阿特拉
津处理的脲酶活性.
3 　结果与讨论
311 　阿特拉津处理后的土壤脲酶活性
　　不同氮浓度的标准曲线见图 1. 标准曲线 r =
0. 9992 ,表明该曲线可靠有效. 根据实验测得的样品
的 OD 值 ,从该曲线查出相应的氮的量 ,即该样品的
氮含量.
　　阿特拉津处理 4 种土样后 ,各测定时间的脲酶
活性见表 2. 由表 2 可以看出 ,相同条件下不同肥力
土壤中的土壤脲酶活性有明显差异. 例如处理当天 ,
阿特拉津浓度为 0 mg·kg - 1时 ,对照和 NP K肥的脲
酶活性分别为2 . 00和2 . 40 ,而NP K + S和NP K +
图 1 　标准曲线
Fig. 1 Standerd curve.
表 2 　土壤脲酶活性
Table 2 Activity of soil urease (μg·g - 1)
处理后时间
Days after2
treatment (d)
土壤
Soil
阿特拉津浓度
Atrazine concentration (mg·kg - 1)
0 1 5 10 20 50 100
0 CK 2. 00 2. 06 2. 02 1. 94 1. 84 1. 72 1. 68
NP K 2. 40 2. 46 2. 42 2. 32 2. 24 2. 10 1. 92
NP K + S 2. 90 3. 00 2. 98 2. 94 2. 80 2. 78 2. 74
NP K + M 3. 12 3. 26 3. 18 3. 12 3. 04 2. 86 2. 86
1 CK 1. 96 2. 00 1. 98 1. 80 1. 62 1. 58 1. 54
NP K 2. 38 2. 42 2. 38 2. 24 2. 10 0. 20 1. 94
NP K + S 2. 64 2. 72 2. 72 2. 68 2. 60 2. 58 2. 50
NP K + M 2. 86 3. 00 3. 02 2. 84 2. 82 2. 78 2. 68
2 CK 1. 72 1. 68 1. 62 1. 54 1. 42 1. 36 1. 34
NP K 2. 00 1. 98 1. 82 1. 68 1. 48 1. 44 1. 38
NP K + S 2. 50 2. 52 2. 50 2. 44 2. 34 2. 28 2. 20
NP K + M 2. 56 2. 56 2. 52 2. 46 2. 34 2. 30 2. 22
4 CK 1. 74 1. 70 1. 62 1. 42 1. 36 1. 30 1. 26
NP K 2. 02 1. 92 1. 70 1. 62 1. 52 1. 48 1. 44
NP K + S 2. 30 2. 24 2. 22 2. 14 2. 10 2. 02 1. 88
NP K + M 2. 74 2. 62 2. 56 2. 42 2. 36 2. 32 2. 22
6 CK 1. 74 1. 68 1. 60 1. 48 1. 40 1. 36 1. 24
NP K 1. 98 1. 88 1. 74 1. 60 1. 48 1. 44 1. 42
NP K + S 2. 10 2. 04 1. 98 1. 90 1. 82 1. 76 1. 66
NP K + M 2. 66 2. 58 2. 54 2. 42 2. 36 2. 28 2. 22
8 CK 1. 72 1. 64 1. 54 1. 48 1. 42 1. 36 1. 28
NP K 2. 14 2. 04 1. 94 1. 78 1. 68 1. 56 1. 52
NP K + S 2. 16 2. 10 2. 06 1. 96 1. 90 1. 82 1. 74
NP K + M 2. 54 2. 50 2. 46 2. 36 2. 30 2. 20 2. 12
10 CK 0. 89 0. 85 0. 80 0. 77 0. 73 0. 71 0. 69
NP K 1. 10 1. 08 1. 02 0. 97 0. 93 0. 86 0. 80
NP K + S 1. 23 1. 21 1. 18 1. 15 1. 14 1. 12 1. 09
NP K + M 1. 30 1. 28 1. 26 1. 22 1. 19 1. 15 1. 12
14 CK 0. 87 0. 84 0. 80 0. 77 0. 75 0. 72 0. 68
NP K 1. 09 1. 09 1. 03 1. 00 0. 93 0. 85 0. 80
NP K + S 1. 34 1. 36 1. 31 1. 30 1. 28 1. 24 1. 23
NP K + M 1. 42 1. 43 1. 31 1. 30 1. 28 1. 24 1. 21
M 的土壤脲酶活力分别达 2. 90 和 3. 12. 可见有机
肥或秸秆和化肥配合施用 ,能够提高土壤脲酶活
性[22 ] ,这是因为有机肥可以作为脲酶激活剂 ,使土
壤中保持丰富的微生物 ,从而增强了脲酶活性. 该结
果与有关土壤肥力与脲酶活力的报道[1 ,9 ,12 ] 相一
致.
　　处理初期 (如第 0、1 天) ,低浓度的阿特拉津对
土壤脲酶有一定程度的刺激作用 ,处理第 2 天后 ,刺
激作用基本消失 ,说明土壤对外来污染物阿特拉津
有一定的缓冲能力 ,但缓冲能力有限. 高浓度阿特拉
津处理的土壤脲酶活力明显受到抑制. 该结果与
2822 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
Sabra 等[18 ]报道的除草剂低浓度 10 mg·kg - 1对土
壤脲酶有刺激作用 ,而高浓度 50 mg·kg - 1则有抑制
作用相一致. 在整个处理过程中 ,用高浓度阿特拉津
(如 20、50 和 100 mg·kg - 1)处理的土壤中脲酶活力
一直低于用低浓度处理过的土壤. 低肥力土壤的脲
酶活力较低 ;而高肥力的土壤中 ,脲酶活力虽然受到
明显抑制 ,但仍明显高于低肥力土壤. 由此可见 ,在
低肥力土壤中 ,应尽量减少阿特拉津的使用量 ,以保
持足够的脲酶活力 ;而在高肥力土壤中则不必过多
顾虑阿特拉津使用对脲酶的抑制 ,相反 ,阿特拉津对
脲酶的抑制在一定程度上能间接提高尿素的利用.
312 　土壤脲酶活性与阿特拉津浓度间的相关性
　　由表 2 可以看出 ,处理当天阿特拉津对土壤脲
酶已产生作用 ,而在处理后期仍对脲酶的活性有影
响. 为了解脲酶活性与阿特拉津浓度之间的关系 ,对
土壤脲酶活性与阿特拉津浓度之间的相关性进行了
计算 ,结果见表 3.
表 3 　土壤脲酶活性与阿特拉津浓度相关系数
Table 3 Correlation coeff icients bet ween urease activities and atrazine
concentration
处理后时间
Days after
treatment (d)
土壤 Soil
CK NP K NP K + S NP K + M
0 - 0. 894 3 - 0. 968 3 3 - 0. 843 - 0. 877
1 - 0. 882 3 - 0. 880 3 - 0. 863 - 0. 858
2 - 0. 879 3 - 0. 878 3 - 0. 926 3 - 0. 893 3
4 - 0. 901 3 - 0. 882 3 - 0. 970 3 3 - 0. 861
6 - 0. 880 3 - 0. 886 3 - 0. 913 3 - 0. 876
8 - 0. 888 3 - 0. 888 3 - 0. 909 3 - 0. 872
10 - 0. 890 3 - 0. 917 3 - 0. 851 - 0. 860
14 - 0. 905 3 - 0. 917 3 - 0. 854 - 0. 7793 3 , 3 分别为在 0. 01 和 0. 05 水平显著 Significant at 0. 01 level and 0. 05
leve ,respectively.
　　由表 3 可以看出 ,在阿特拉津处理后的整个实
验过程中 ,对照土壤和 NP K 土壤脲酶活性与阿特
拉津的浓度呈显著负相关关系 ,说明随着阿特拉津
浓度的增加 ,土壤脲酶活性显著降低 ,与郭明等[10 ]
的报道相一致 ;进一步反映了低肥力土壤中脲酶活
性易受外加污染物 (如阿特拉津) 的影响. 特别是长
期只施用 NP K化肥的土壤中脲酶活性更易受阿特
拉津的影响 ,充分说明单一施 NP K 肥对土壤脲酶
活性有不利的影响 ,从而影响土壤中的尿素利用率.
因此 ,在肥力条件不佳的土壤中使用阿特拉津时 ,浓
度不能过高 ,否则将影响尿素的利用 ,从而影响农作
物的生长[8 ] . NP K配施秸秆的土壤脲酶在阿特拉津
处理后第 2、4、6 和 8 天时与阿特拉津浓度也呈显著
相关性 ,说明该肥力条件下 ,土壤对阿特拉津有一定
的缓冲能力. NP K配施有机肥的土壤中脲酶活性与
阿特拉津的浓度没有明显的相关性 ,说明脲酶活性
随着阿特拉津浓度的变化没有明显变化. 这可能因
为该土壤中含有丰富的有机质和丰富的微生物 ,能
够吸附阿特拉津 ,从而降低了对脲酶的影响 ;充分说
明高肥力土壤有较强的缓冲和耐受能力 ,这与和文
祥等[11 ]的报道相一致.
313 　阿特拉津对不同肥力条件下土壤脲酶的抑制
作用
　　在整个实验过程中 ,阿特拉津对不同肥力土壤
中脲酶活性的影响见图 2. 由图 2 可以看出 ,随着处
理时间增加 ,不同浓度阿特拉津处理的土壤脲酶抑
制率是先逐渐增大 ,达到最大值后 ,又逐渐减小. 低
肥力土壤脲酶抑制率的最大值出现的时间基本比高
肥力土壤的早 ,低浓度 1 mg·kg - 1和 5 mg·kg - 1处
理初期对脲酶有刺激作用 ,而高浓度处理的一直是
抑制作用 ;且由图 2c、d 可看出 ,脲酶抑制率在处理
的第 1 天比第 2 天略低 ,表明土壤对外来污染物 (阿
特拉津)具有明显的缓冲作用 ,土壤肥力水平越高 ,
对阿特拉津的缓冲作用越强 ,酶活性的降幅越小.
　　低浓度阿特拉津对土壤脲酶有一定的刺激作
用 ,表现为激活作用 ;高浓度对土壤脲酶有抑制作
用 ,且随着药剂浓度的提高 ,抑制作用加强. CK 和
NP K土壤脲酶受抑制程度比 NP K + S 和 NP K + M
的大. 特别是高浓度阿特拉津处理的土壤脲酶差别
十分明显. 说明高肥力土壤成分对阿特拉津有较强
的缓冲和耐受能力. NP K 和有机肥相配长期施用 ,
可以明显地提高土壤中的微生物和土壤酶的活
性[6 ] ,从而明显地增强了土壤对外来污染物或突变
条件如温度、p H 等变化的耐受能力 ,减少对农业生
产的影响 ,这与 Christianson 等[5 ]和 Singh[19 ]的报道
相一致.
　　由图 2 还可以看出 ,低浓度阿特拉津对土壤脲
酶的刺激作用逐渐减弱直至消失 ,说明土壤对阿特
拉津的缓冲作用有一定限度. 高浓度阿特拉津处理
下 ,各肥力土壤脲酶受抑制程度均增强 ,不同肥力土
壤之间脲酶抑制率的差异有所缓和. 其中 NP K 肥
土壤脲酶受阿特拉津影响较大 ,脲酶抑制率甚至比
CK的大 ,反映出该肥力土壤中的脲酶对阿特拉津
较为敏感 ,单一长期使用 NP K 肥 ,尽管对作物产量
有一定效果 ,但对土壤脲酶活性并不是非常有利.
　　处理后第 10 天和 14 天 ,4 种土壤的抑制率都有不
同程度的降低 ,说明土壤中的酶活力有一定的回升 ;在
土壤中 ,微生物数量在受到外界影响而发生变化后 ,
在一定时期能够逐渐恢复其种群密度 ,因而使土壤
酶活力有所回升[9 ] . 在低肥力土壤脲酶抑制率虽有
382212 期 　　　　　　　　　　　　　王金花等 :除草剂阿特拉津对土壤脲酶活性的影响 　　　　　　
图 2 　阿特拉津对 CK(a) 、NPK(b) 、NPK + S(c)和 NPK + M (d)脲酶的影响
Fig. 2 Effect on CK(a) ,NPK(b) ,NPK + S(c) and NPK + M (d) urease by atrazine.
1 :1 mg·kg - 1 ;2 :5 mg·kg - 1 ;3 :10 mg·kg - 1 ;4 :20 mg·kg - 1 ;5 :50 mg·kg - 1 ;6 :100 mg·kg - 1.
一定的降低 ,但高浓度阿特拉津对脲酶的抑制仍十
分明显 ,以致不能有效利用尿素 ,不利于作物的生
长. 由图 2 还可以看出 ,NP K 配施有机肥和秸秆土
壤中脲酶活力的回升能力要大于对照和单一施用化
肥的土壤 ,进一步说明土壤中含有较高的有机质和
微生物能够明显提高土壤脲酶活力 ,阿特拉津对脲
酶的影响明显小于有机质含量低的对照和单一施用
化肥的土壤. 该结果与 Dick[6 ]的报道相类似.
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作者简介 　王金花 ,女 ,1978 年生 ,硕士生 ,主要从事农药环
境毒理研究 ,发表论文两篇. E2mail :lushzhu @sdau. edu. cn
4822 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷