污灌区土壤的酶活性研究已日益引起人们重视 <1> 。污灌区土壤酶活性必然与土壤对重金属的缓冲性 (该概念引自华珞土壤对污染物广义缓冲性概念 <2 > )有关 ,它们之间的数量方程陈会明等 <3>已做过报道。污灌区土壤的污染是一个动态过程 ,与时间密切相关 ,污灌土壤的酶活性除与土壤的缓冲性有关外也与时间有关。本文模拟污灌土壤的实际情况 ,在一定时间内连续添加外源铜于土壤中 ,测定土壤脲酶活性并求其变化率 ,采用分析统计软件进行多元线性回归和多元非线性处理 ,首次得到了外源铜作用下土壤脲酶活性与缓冲性及时间之间的数学方程 ,为污灌土壤酶活性研究找到了新途径。1 材料与方法1 .1 材料供试土样为陕西省 4种主要农业土壤 :土娄土 (关中 )、黄绵土 (米脂 )、黄褐土 (汉中 )、黑垆土 (洛川 )。采样深度 0～ 2 0 cm,土样于阴凉处晾干 ,用玻璃瓶研细 ,全部通过 1 mm尼龙筛 ,装瓶贴标签备用。1 .2 分析方法1 .2 .1 土壤理化性质测定方法 p H用 Beckman 61 p H计测定 <4 > ;有机质 ( OM)以重铬酸钾容量法<5> 测定 ;阳离子代换量 ( CEC)用 Ca( OAC) 2 交换法<6 > 测定 ;土壤颗粒组成分析采用吸管法 <7> ;土壤碳酸钙含量以中和滴定法 <8>测定 ;开氏法 <9>测定土壤全氮。1 .2 .2 土壤缓冲量及缓冲速率测定 取供试土样 5.0 0 g于 50 ml离心管中 ,分别按 1 0、50、1 0 0、2 0 0 mg/kg土加入外源铜 ( Cu SO4 · 5H2 O)液 ,重复 3次 ,水土比 5∶ 1 ,常温下振荡均匀后静置 2 4 h离心 ,取上清液用原子吸收分光光度计测定铜含量 ,计算单位土壤缓冲量及缓冲速率。残留土样继续加入外源铜 ,同样离心分离测定 ,直至第 1 5天。土壤缓冲量 =上清液中铜的减少量 /土壤质量 ,缓冲速率 =单位土壤的缓冲量 /缓冲时间 (该方法参考华珞对外源砷缓冲量测定方法 <10 > )。1 .2 .3 脲酶活性测定方法 <11> 将 1 .2 .2中滤掉清液的土样用靛酚蓝比色法 ,选用 72 1型可见分光光度计 ,波长 578nm,测其脲酶活性 ,直至第 1 5天。脲酶活性变化率 =( Ui- Uo) /t,式中 :Ui:缓冲外源铜后土壤脲酶活性 ( μg N/g土 ) ,Uo:原状土脲酶活性 ( μg N/g土 ) ,t:土壤缓冲外源铜的时间 ( d)。1 .3 脲酶活性与缓冲性及时间关系的拟合方程1 .3.1 多元线性回归方程 U=a+ bt+ c× B,式中 :U:脲酶活性 ( μg N/g土 ) ;t:
时间 ( d) ;B:
缓冲量( mg/kg土 ) ;a、b、c为常数。运用 SYSTAT软件做多元线性回归处理 ,可得 a、b、c3个参数及反映方程显著水平的 P值。1 .3.2 非线性阻尼振动方程与线性方程复合 UV=a+ bt+ cedtsin( ωt+ ψ) + k· BV,式中 :UV为脲酶活性变化率 ( μg N/g土· d) ;t为时间 ( d) ;BV为缓冲速率 ( mg/kg土· d)。用 SYSTAT软件做非线性处理 ,可得 a、b、c、d、ω、ψ、k7个常数及 R值。1 .3.3 高次抛物线方程与线性方程复合 UV=a+ bt+ ct2 + dt3+ k· BV,式中 :UV为脲酶活性变化率 ( μg N/g土· d) ;t为时间 ( d) ;BV为与 UV对应的土壤缓冲速率 ( mg/kg土· d)。用 SYSTAT软件做非线性处理 ,可得 a、b、c、d、k5个常数及 R值。2 结果与讨论测定结果见表 1。2 .1 脲酶与缓冲性及时间的关系2 .1 .1 脲酶活性与缓冲量及时间关系 因为考虑到脲酶活性是土壤对外源铜缓冲量及时间 2个因素综合作用的结果 ,采用二元线性回归方程拟合得表 2结果。 从表 2不难看出 ,用该方程拟合土娄土、黑垆土效果较好 ,而拟合黄绵土和黄褐土则不理想。在所有P<0 .0 5的拟合结果中 ,很容易看到如下现象 :b、c总保持相反符号 ,即一个为正 ,另一个必然为负。说明在土壤对外源铜缓冲量及时间综合作用下 ,缓冲量和时间对土壤脲酶贡献总相反 ,即一方为正贡献 ,另一方必然是负贡献 ,其结果总试图使土壤脲酶活性保持到某一水平 ,反映到图上即出现一个很大范围的平台。表 1 4种土壤理化性质Table1 Physical and chemical properties of four types of soils土壤类型Soil typep H( H2 O∶ soil=1∶ 1)有机质O.M.( g/kg)阳离子代换量 CEC( cmol/kg)颗粒组成Mechanical com position<0 .0 0 1mm( g/kg)<0 .0 1mm( g/kg)Ca CO3( g/kg)全氮Total N( g/kg)土娄土Lou soil 8.0 11.417.2 82 2 14885 0 .41.2 7黄绵土L oess soil 8.2 2 .94.4885 14197.2 0 .40黄褐土Yellowcinamon soil6.85 .82 1.3 5 3 8660 7 0 .0 0 .43黑垆土Heilu soil 7.89.110 .17 13 7 3 4 82 9.2 0 .5 3表 2 脲酶活性与缓冲时间及缓冲量之间的二元线性关系Table2 Quadratic linear relation among soil urease activity and buffering time and valuesU=a+bt+c× Ba b c P B土娄土 U1 1 112 .910 -67.2 40 7.190 0 .0 0 4* * B1 1Lou soil U1 2 97.85 0 2 0 4.990 -4 .40 0 0 .0 48* B1 2U1 310 6.460 2 0 .3 4 0 -0 .2 3 0 0 .0 3 8* B1 3U1 4 99.890 -11.95 0 0 .0 5 0 0 .0 0 0 * * B1 4黄绵土 U2 1 67.960 2 1.0 1-3 .0 40 .0 0 0 * * B2 1L oess soil U2 2 3 5 .870 47.84-1.0 10 .5 74B2 2U2 33 5 .690 3 .3 0 0 -0 .0 5 0 0 .0 84B2 3U2 43 2 .75 0 -1.2 80 .0 10 0 .5 66B2 4黄褐土 U31 64 .0 80 -78.75 0 9.0 10 0 .0 0 3 * * B31Yellow cinamon U32 45 .93 0 -1.180 0 .0 80 0 .695 B32soil U3370 .65 0 -1.0 70 -0 .0 5 0 0 .0 2 4* B33U34 64 .5 90 0 .0 2 0 -0 .0 5 0 0 .3 5 3 B34黑垆土 U41 5 8.90 0 -14.111.45 0 0 .0 0 4* * B41Heilu soil U42 5 7.680 12 .3 10 -0 .2 70 0 .0 71B42U435 2 .740 3 8.760 -0 .440 0 .0 0 0 * * B43U44 5 3 .2 70 13 .75 0 -0 .0 70 0 .0 2 9* B44表 3 脲酶活性变化率与缓冲速率和时间的关系Table3 Relation among urease activity rate and soil buffering rate and timeUV=a+bt+cedtsin(ωt+ψ) +k· BVa b c dωψ k R土娄土 UV1 1 6.148-0 .470 3 6.5 16-0 .617 2 .695 -5 .3 2 1-0 .2 0 40 .981L ou soil UV1 2 -4 3 .12 5 0 .2 2 72 85 5 .0 3 2 -0 .7880 .0 17 6.2 2 60 .7440 .996UV1 33 9.6940 .172 12 4.685 -1.0 660 .0 0 0 -2 .15 8-0 .5 0 10 .974UV1 4 -2 2 .793 0 .5 5 2 47.0 0 1-1.4141.740 -2 .3 5 7 0 .0 760 .968黄绵土 UV2 1 6.3 63 -0 .3 4 3 -15 74.42 -1.0 0 5 6.2 83 -6.3 1-0 .2 790 .993L oess soil UV2 2 -5 6.0 82 0 .42 45 83 .612 -1.162 0 .0 98-3 .3 5 0 1.1140 .980UV2 3-3 .2 2 60 .15 6-10 3 .693 -1.674-0 .0 0 0 -2 .6710 .0 2 5 0 .95 3UV2 40 .147 -0 .0 87-16.65 0 -0 .3 5 60 .85 3 -1.5 2 0 0 .0 2 2 0 .966黑垆土 UV41 1.2 3 4 -0 .1742 2 64 6.90 2 -2 .5 43 0 .0 42 6.2 5 0 0 .12 0 0 .987Heilu soil UV42 17.12 1-0 .2 12 -4 6
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