全 文 ：收稿日期：!""#$"%$&& 接受日期：!""#$"#$&&
基金项目：国家自然科学基金（’"("&&)%）；*+,-.+/,01+/2 314+5/,01+ 61. 780-+8-，7,189:12;，7<-5-+，/+5 ,:- =.>/+0?/,01+ 61. ,:- @.1:0A0,01+ 16 B:-;08/2
C-/D1+E，F:- G/>4-，F:- H-,:-.2/+5E，,:.14>: / >./+, ,1 I:/1J4+ K0（LDD.1M-5 H1N B O ’"()）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专
项资金；中国农业科学院农业资源与农业区划研究所所长基金（!""($%"）资助。
作者简介：姚志鹏（&P#&—），男，河南许昌人，硕士研究生，主要从事环境污染风险评价研究。! 通讯作者 QR;/02：S820/+>T 8//EN /8N 8+
土壤酶活性对土壤中土霉素的动态响应
姚志鹏&，李兆君&，梁永超&，!!，张永清%，姚建华’，解晓瑜%
（&农业部作物营养与施肥重点实验室，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 &"""#&；
!石河子大学农学院，新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 #%!""%；
%山西师范大学生命科学院，山西临汾 "’&""’；’江西农业大学国土资源与环境学院，江西南昌 %%""’U）
摘要：采用室内培养试验研究了土霉素（=FB）对土壤过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和脱氢酶活性的影响。结
果表明，在整个培养期间，土霉素对土壤过氧化氢酶和土壤磷酸酶活性具有明显的抑制作用；对土壤蔗糖酶和脱氢
酶活性在培养前期具有轻微的抑制作用，但培养后期（培养第 &&! 5）具有较强的抑制作用；而对土壤脲酶活性的影
响则相反，在培养第 & 5，=FB &"" ;> O 9>处理对脲酶具有显著的刺激作用，以后土霉素对脲酶活性影响不明显。土
壤过氧化氢酶和磷酸酶对土霉素污染响应比土壤脲酶、蔗糖酶和脱氢酶更敏感，因而可以表征土壤受土霉素的污
染程度。
关键词：土霉素；土壤酶活性；黑土
中图分类号：7&U’V& 文献标识码：L 文章编号：&""#$U"UW（!""P）"%$")P)$"U
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近年来，抗生素产业得到了较快的发展，应用范
围也相应的得到了较大的拓展。据报道，欧盟和瑞
士 &PPP年消耗的 &%!##吨抗生素中，)U^是用于人
类的医药，!P^用于动物的兽药，)^作为动物生长
植物营养与肥料学报 !""P，&U（%）：)P)$(""
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
@2/+, H4,.0,01+ /+5 3-.,020?-. 780-+8-
促进剂使用；!""" 年美国消耗抗生素 #$!"" 吨，其
中 %"&用作兽药，’"&作为医药使用。抗生素通过
口服或肌肉注射进入动物或人体体内，并不被完全
吸收。据报道，以原药或代谢产物随粪便排泄出体
外的抗生素占到用药量的 ()&以上［#］。如 *+,,-.
等［!］在大型养殖场周围的粪便、土壤、水体中都监测
到了高浓度的多种抗生素，其中牛粪中含红霉素
"/%’ 01 2 31，拉沙里菌素和莫能菌素为 4/(% 01 2 31，
金霉素和磺胺甲嘧啶 ’/5%’ 01 2 31；猪粪中含金霉
素、磺胺塞唑及青霉素混合物为 #’’ 01 2 31，金霉素
’% 01 2 31。
粪便施肥是抗生素进入土壤环境的主要途径。
*-67,+89*:.-;等［’］报道，西班牙使用养殖场畜禽粪
便的土壤中，诺氟沙星和环丙沙星浓度分别高达
5/(和 )/( 01 2 31；瑞士牛、猪牧场土壤中磺胺甲嘧
啶类药物高达 !" 01 2 31。张树清等［4］对我国 % 省、
市、自治区的典型规模化养殖场畜禽粪便的主要抗
生素残留成分分析表明，猪粪中土霉素平均含量为
5/"5 01 2 31，最高含量达 #’4/%) 01 2 31；四环素平均
含量为 )/!! 01 2 31，最含量高达 %(/)% 01 2 31；金霉
素平均含量为 ’/)% 01 2 31，最高含量达 #!#/%(
01 2 31。然而，目前关于有机污染物在土壤环境中微
生态效应的报道大多集中于农药类和石油类有机污
染物。土霉素属于四环素类抗生素中的一种，是目
前畜禽生产中使用较广的一种抗生素，尽管我国还
没有关于土壤中抗生素含量的报道，但是我国部分
发达地区畜禽养殖业发展较迅速，而且规模较大，加
之粪便处理率较低，所以土壤抗生素污染尤其四环
素类抗生素污染也是不容忽视。然而，目前鲜见关
于抗生素尤其是兽用四环素类抗生素在土壤环境中
微生态效应的报道。
土壤酶如土壤过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶等在
土壤碳、氮、磷循环过程中具有重要作用，是土壤新
陈代谢的催化剂。土壤酶活性较易受多种因素的影
响，其对环境污染的响应较敏感。通过研究重金属、
有机物、农药等外来物质对土壤酶活性的影响来评
价土壤生态环境，或者将其作为一项生态毒理指标，
判断外来物质对土壤的污染及可能对生态环境造成
的影响［)<%］是近年来环境科学以及土壤科学研究很
活跃的领域。
鉴此，我们选择了在我国畜禽养殖中较常用的
土霉素，通过室内模拟培养，研究了土霉素对黑土土
壤酶活性的影响，旨在为探明四环素类抗生素尤其
是土霉素在土壤中微生态效应提供必要的依据。
! 材料与方法
培养试验用黑土采自黑龙江省海伦 "—!" =0
的耕层土壤，其有机质含量为 ’!/(" 1 2 31、全氮为
!/’) 1 2 31、全磷含量为 ’/$% 1 2 31。土壤取回经风干
过 ! 00 筛，供培养。所用土霉素（>?@A+A67=@=,B.+，
>CD），购于德国默克公司，纯度 5(/5&。
试验前，将土壤含水量调节为最大持水量的
4"&，置于 !)E生化培养箱中活化培养 #周（视为新
鲜土壤）。将土霉素溶液与一定量的培养土壤，配制
成土霉素含量分别为 "、#"、#"" 01 2 31的试验用土。
于 )"" 0F的烧杯中加入相当于 !)" 1烘干土重的试
验用土，并用去离子水调节土壤含水量为土壤最大
持水量的 )"&。然后，于 !)E恒温培养箱中进行暗
培养。培养期间，为了保持土壤湿度不变，用称重差
减法，每周用去离子水补充水分并通气 #次。分别
于培养的第 #、%、#4、!#、!(、)$和 ##! G取样，并进行
土壤过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和脱氢酶活
性的测定。
土壤脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定；土壤磷
酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定；土壤蔗糖酶
活性采用 ’，)<二硝基水杨酸比色法测定；土壤过氧
化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定；脱氢酶采用
CCD比色法［(<5］。
" 结果与分析
"#! 土霉素对土壤过氧化氢酶活性的影响
>CD对黑土过氧化氢酶活性的影响看出，整个
培养期间，土霉素处理后的土壤过氧化氢酶活性与
对照相比均有降低的趋势（图 #）。其中，经 >CD #""
01 2 31处理后的土壤过氧化氢酶活性与对照相比差
异显著，且土霉素对土壤过氧化氢酶活性的抑制作
用随着时间的延长而逐渐增强。如培养第 % G 时，
经 >CD #"" 01 2 31处理的土壤过氧化氢酶活性较对
照降低 #"/#)&，而培养第 ##! G 时，其活性降低了
’#/4$&。
"#" 土霉素对土壤磷酸酶活性的影响
土壤磷酸酶对土壤中含磷物质等的循环具有重
要作用，是表征土壤质量的敏感指标之一［#"］。土霉
素对黑土磷酸酶活性的影响（图 !）看出，整个培养
期间，>CD #" 01 2 31 处理土壤磷酸酶与对照相比虽
略有降低，但差异不显著。>CD #"" 01 2 31处理对土
壤磷酸酶活性具有明显的抑制作用，且这种抑制作
用与土霉素在土壤中存在的时间有关。在培养第 #
%5$’期 姚志鹏，等：土壤酶活性对土壤中土霉素的动态响应
!!" #，土霉素对黑土磷酸酶活性的抑制作用逐渐
增强，如培养第 ! #，土霉素对土壤磷酸酶的抑制率
为 $"%&’(，第 !" #，抑制率则达到 ""%$)(；在培养
第 !"!!!$ #，土霉素对土壤磷酸酶活性的抑制作用
逐渐降低，到第 $! #后基本维持在 $*(左右（第 $&
#，土霉素对土壤磷酸酶活性的抑制率为 !!%+,(
外）。
图 ! 土霉素对土壤过氧化氢酶活性的影响
"#$%! &’’()*+ ,’ -./ ,0 1)*#2#*3 ,’ )1*141+( #0 +,#4
图 5 土霉素对土壤磷酸酶活性的影响
"#$%5 &’’()*+ ,’ -./ ,0 1)*#2#*3 ,’ 67,+671*1+( #0 +,#4
589 土霉素对土壤脲酶活性的影响
脲酶是土壤中的主要酶类之一，是催化土壤中
尿素向铵态氮转化的重要酶类。脲酶活性的高低同
时也与土壤肥力水平、土壤受污染状况密切相
关［!!］。由图 -可知，土霉素对土壤脲酶活性的影响
与培养时间有关。培养第 ! #，./0 !** 12 3 42处理
土壤脲酶活性即显著高于对照，增加了 -&(；但在
以后的培养期间，土霉素对土壤脲酶活性的影响不
明显。
58: 土霉素对土壤蔗糖酶活性的影响
蔗糖酶又名转化酶，不仅可以作为表征土壤生
物学活性强度的指标，同时也可以作为土壤质量的
一个评价指标［!$］。图 "表明，土霉素对土壤蔗糖酶
活性的影响同样与培养时间有关。培养第 !!’ #，
./0 !* 12 3 42处理对土壤脲酶活性具有刺激作用，
但差异不显著。而 ./0 !** 12 3 42处理则对土壤蔗
糖酶活性具有抑制作用，如培养第 ’ #，土壤蔗糖酶
活性为 !%&+ 12 3 2，比对照降低了 )%&+(；培养第 !"
和 $! #，土霉素对土壤蔗糖酶活性几乎没有影响，到
第 $& #，对土壤蔗糖酶活性又有抑制作用。除第 +,
# ./0 !* 12 3 42处理外，土壤蔗糖酶活性与对照差
异均达显著水平。
图 9 土霉素对土壤脲酶酶活性的影响
"#$%9 &’’()*+ ,’ -./ ,0 1)*#2#*3 ,’ ;<(1+( #0 +,#4
图 : 土霉素对土壤蔗糖酶活性的影响
"#$%: &’’()*+ ,’ -./ ,0 1)*#2#*3 ,’ +;)<1+( #0 +,#4
58= 土霉素对土壤脱氢酶酶活性的影响
脱氢酶是一种细胞内酶，常被用作衡量有机农
药、痕量元素（主要是重金属元素）和耕作方式对土
壤生态环境影响的指标［!$］。图 +看出，在整个培养
期间，土霉素对土壤脱氢酶活性具有抑制作用，但是
在培养前 +, #，土霉素处理土壤脱氢酶活性与对照
相比差异不显著；培养第 !!$ #，土霉素处理土壤脱
&), 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 !+卷
氢酶活性均显著低于对照。如 !"# $%% &’ ( )’ 处
理，土壤脱氢酶活性为 *+$, !- ( ’，比对照下降
.,+/0。
图 ! 土霉素对土壤脱氢酶活性的影响
"#$%! &’’()*+ ,’ -./ ,0 1)*#2#*3 ,’ 4(5346,$(01+( #0 +,#7
8 讨论
土壤酶是土壤成分中最活跃的有机成分之一，
对土壤营养物质代谢过程具有重要的驱动作用，对
土壤圈养分循环和污染物净化起着重要作用。土壤
酶活性的变化可以在一定程度上指示土壤受外源污
染物的污染程度。1234526 等［$.］研究 #7 对土壤脲
酶、脱氢酶活性及 8"9含量影响的结果表明，#7污
染对土壤酶活性具有明显的抑制作用；李兆君［$:］
研究认为，甲磺隆结合残留对土壤酸性磷酸酶和过
氧化氢酶具有明显的抑制作用。本研究表明，土霉
素对土壤酶活性具有明显的影响，且高浓度土霉素
处理（!"# $%% &’ ( )’）的影响作用强于低浓度处理
（!"# $% &’ ( )’），这与黄智等［$/］认为，苯噻草胺对土
壤过氧化氢酶的活性有明显抑制作用，浓度愈大，对
土壤过氧化氢酶的抑制作用愈明显；单敏等［$*］认
为农药丁草胺对土壤磷酸酶具有明显的抑制现象，
且受抑制程度与丁草胺浓度呈正相关，浓度越高，酸
性磷酸酶活性越低等研究结果相近。过氧化氢酶广
泛存在于土壤和生物体内，其活性与土壤呼吸作用
和微生物活动息息相关，尤其是与土壤中好氧微生
物的数量、活动等密切相关［$;<$=］，而土壤磷酸酶是
催化土壤含磷物质转化的重要酶类。本试验结果看
出，土霉素对土壤过氧化氢酶和土壤磷酸酶活性具
有显著的抑制作用，表明土霉素残留污染土壤后可
能降低了好氧微生物活性，从而进一步降低了土壤
中含磷物质的转化。土壤脱氢酶在土壤有机物氧化
过程的起始阶段起着重要的作用，它可以催化加速
氢从基质转移到受体的过程，而这一过程往往也被
认为是污染物发生降解的第一步。因此，脱氢酶的
活性，一定程度上反应的是污染物被降解的程度。
本试验在培养第 $$, 7后土霉素对土壤脱氢酶具有
显著的抑制作用，间接表明培养后期土霉素在黑土
中较难发生降解。
土霉素对土壤过氧化氢酶和磷酸酶在整个浓度
范围内则都具有抑制作用；对脲酶则略有刺激作
用。近年来，其他研究者也有关于农药类有机污染
物对不同土壤酶活性的影响随种类而不同的报
道［$><,%］。土壤酶活性对土壤中农药类有机污染物
响应的种类差异性可能与土壤中不同酶类的存在形
态有关。如以游离态存在于土壤中的酶类易受农药
类有机污染物的影响，而以与生物细胞组分和土壤
组分结合形式存在的酶类则不易受农药类有机污染
物的影响。此外，土壤酶活性对土壤中有机污染物
响应的种类差异性可能也与有机污染物对土壤酶的
作用机理有关。因此，当用土壤酶活性作为指标来
表征土霉素所引起的土壤污染时，不仅应考虑土霉
素在土壤中的含量，同时还应该考虑土霉素在土壤
中的残留时间。?365)45@43’43 和 ABC)［,$<,.］认为，土
壤酶能够对土壤污染做出灵敏的反应，可以表征土
壤退化的程度。本研究表明，土壤过氧化氢酶和磷
酸酶能够较精确的表征土霉素引起的土壤污染；土
壤蔗糖酶、脲酶和脱氢酶所表征的结果与土霉素引
起土壤的实际污染状况有一定的偏差，在实际评价
时应引起注意。
综上所述，土霉素通过各种途径进入土壤后，会
对不同种类的土壤酶活性造成影响，对土壤过氧化
氢酶和土壤磷酸酶活性具有明显的抑制作用；对土
壤蔗糖酶和脱氢酶活性在培养前期具有轻微的抑制
作用，在培养后期（第 $$, 7）才具有较强的抑制作
用；对脲酶活性影响不明显。调查表明，我国规模
养殖场每年产生畜禽粪便很大，达 $;+.亿 D，因此养
殖场动物粪便最好经过无害化处理后再施入农田，
以免对生态和环境造成危害。
参 考 文 献：
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