摘要：以天津市東麗區(qū)和西青區(qū)兩個(gè)養(yǎng)殖池塘為對(duì)象，研究了底泥中各種形態(tài)酸解有機(jī)氮與上覆水中銨態(tài)氮含量，底泥脲酶活性與酸解有機(jī)態(tài)氮各形態(tài)及上覆水中銨態(tài)氮含量之間的關(guān)系，并采取不同處理對(duì)底泥脲酶活性進(jìn)行調(diào)控。

　　關(guān)鍵詞：養(yǎng)殖池塘,底泥,脲酶,酸解有機(jī)氮,上覆水銨態(tài)氮

　　1　前言

　　水體富營(yíng)養(yǎng)化受到許多國(guó)家的高度重視，已成為困擾世界水污染問(wèn)題之一，在大多數(shù)情況下，氮是最主要的限制因子之一，并且底泥中氮的循環(huán)在一定程度上決定著富營(yíng)養(yǎng)化的進(jìn)程，對(duì)上覆水中可溶性氮含量有深刻的影響，而此可溶氮除外源進(jìn)入外，其余主要來(lái)自底泥中有機(jī)態(tài)氮的礦化分解。張濤[1]指出，硝酸還原酶對(duì)環(huán)境條件十分敏感，光、NO3-含量、CO2濃度等均會(huì)影響其活性。脲酶的存在使尿素分解快，氮素利用不完全的同時(shí)還造成水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)。土壤脲酶的研究表明，在適宜的條件下，脲酶抑制劑能有效抑制氨態(tài)氮的形成，延緩尿素水解并使水解產(chǎn)物NH4+在土中得到更多和更長(zhǎng)時(shí)間的保持、減少NO3-的累積和NH3揮發(fā)及N2O排放，從而在一定程度上降低氮的損失[2]。脲酶的測(cè)定采用奈氏比色法[3]。Firestone和Tabatabai認(rèn)為，盡管在土壤中檢測(cè)到許多酶，但關(guān)于土壤中硝酸還原酶的有價(jià)值信息則極少。因此本文將系統(tǒng)研究底泥中脲酶與N釋放的關(guān)系。

　　2 試驗(yàn)材料和方法

　　2.1　養(yǎng)殖池塘地點(diǎn)

　　養(yǎng)殖池塘分別位于天津市西青區(qū)某鎮(zhèn)某村和天津市東麗區(qū)某鎮(zhèn)某村蝦池。

　　2.2　樣品采集和室內(nèi)試驗(yàn)

　　2.2.1　室內(nèi)底泥和上覆水體取樣方法

　　2008年5月11日對(duì)天津市東麗區(qū)已選定的養(yǎng)殖池塘和2008年6月5日西青區(qū)已選定的養(yǎng)殖池塘進(jìn)行采樣。采用多點(diǎn)法對(duì)所研究池塘的底泥(0～20cm)進(jìn)行采樣，采樣點(diǎn)數(shù)見(jiàn)表1。

　　2.2.2　室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　取40cm(長(zhǎng))×30cm(寬)×35cm(高)魚(yú)缸28個(gè)，每個(gè)底部平鋪24kg的底泥，約4cm厚，上面緩慢注入取來(lái)的上覆水至20cm處。容器四周用黑布包圍，隨機(jī)排列在窗口自然光和自然溫度下進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)處理如下：

　　東麗區(qū)(1個(gè)對(duì)照組，5個(gè)處理組，每組設(shè)一個(gè)重復(fù)，共12個(gè)缸)：

　　A1——對(duì)照組;

　　A2——沸石處理組：取10g均勻撒在底泥上面;

　　A3——酶抑制劑處理組：取脲酶抑制劑4g均勻撒在底泥上面;

　　A4——沸石與微生物制劑處理組：10g均勻撒在底泥上面+微生物制劑20μl(自己培養(yǎng))注入上覆水中;

　　A5——沸石與酶抑制劑處理組：10g均勻撒在底泥上面+脲酶抑制劑4g均勻撒在底泥上面;

　　A6——微生物制劑處理組：20μl(自己培養(yǎng))注入上覆水中;

　　西青區(qū)(B)：處理方法與東麗區(qū)完全相同。

　　2.2.3　不同時(shí)期樣品采集方法

　　采用上述多點(diǎn)法對(duì)實(shí)際池塘的底泥(0～20cm)進(jìn)行采樣，室內(nèi)不同處理試驗(yàn)是采用5點(diǎn)法取底泥樣品。

　　采集所有的泥樣冰凍保存一部分，另一部分泥樣風(fēng)干后、制備保存。采樣時(shí)間為東麗區(qū)2008年的6月15日、7月16日、8月16日、9月16日;西青區(qū)7月6日、8月6日、9月6日、10月7日。

　　2.2.4　樣品理化性質(zhì)測(cè)定方法

　　采用常規(guī)法對(duì)底泥和上覆水理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定(見(jiàn)表2)。

　　2.4　氮轉(zhuǎn)化酶活性的測(cè)定

　　2.4.1　底泥中脲酶活性的測(cè)定

　　稱(chēng)取過(guò)1mm篩風(fēng)干樣品10g于容量瓶中，加入甲苯2ml，放置15min后加入10%尿素溶液10ml和檸檬酸緩沖液(pH=6.7)20ml混勻。37℃恒溫箱中培養(yǎng)24小時(shí)，用38℃水稀釋至刻度后過(guò)濾與三角瓶中。取1ml濾液于50ml容量瓶中，加入10ml蒸餾水4ml苯酚鈉3ml次氯酸鈉，放置20分鐘，用水稀釋至刻度，于578nm處進(jìn)行比色測(cè)定。

　　2.4.2　底泥中硝酸還原酶的測(cè)定

　　稱(chēng)取1g過(guò)1mm篩的風(fēng)干土樣于100ml真空三角瓶中，加入20mg碳酸鈣，1ml1%硝酸鉀溶液，1ml1%葡萄糖溶液。接真空泵抽至10-12mm水銀柱的壓力后，置入30℃恒溫箱培養(yǎng)24小時(shí)，加入50ml蒸餾水，1ml鉛鉀礬飽和溶液，過(guò)濾于50ml容量瓶中，取20ml濾液于瓷皿中，在水浴上蒸干，加入1ml酚二磺酸溶液，10min后加入15ml蒸餾水，并用10%氫氧化鈉至堿性后，轉(zhuǎn)至50ml容量瓶中，加水至刻度，于400-500nm處進(jìn)行比色測(cè)定。

　　2.4.3　底泥中亞硝酸還原酶的測(cè)定

　　稱(chēng)取1g過(guò)1mm篩的風(fēng)干土樣于100ml真空三角瓶中。加入20mg碳酸鈣，1ml的0.5%亞硝酸鈉溶液和1ml的1%葡萄糖溶液，接真空泵抽至10-20mm水銀柱后，置于30℃恒溫箱中培養(yǎng)24小時(shí)，往瓶中加入50ml蒸餾水，1ml鉛鉀礬飽和液，并用致密濾紙過(guò)濾。吸取1ml濾液于50ml容量瓶中，加入5ml蒸餾水和4mlTPUCC試劑，用水稀釋至刻度。顯色15min后，于550-600nm處進(jìn)行比色測(cè)定。

　　2.5　底泥樣品氮的測(cè)定方法

　　2.4.1　底泥中氮素測(cè)定

　　1底泥中全氮的測(cè)定：濃硫酸-催化劑消煮，半微量開(kāi)氏定氮法;

　　2底泥中銨態(tài)氮的測(cè)定：靛酚蘭比色法;

　　4底泥中有機(jī)氮分組采用6mol/L HCl水解-蒸餾法，

　　3　結(jié)果與分析

　　3.1底泥脲酶活性與各有機(jī)氮形態(tài)及上覆水中氨態(tài)氮之間的關(guān)系

　　本文采用Bremer法將底泥中有機(jī)態(tài)氮分成酸解總氮和非酸解總氮，酸解總氮有分為氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮、酰胺態(tài)氮和未知態(tài)氮。下面針對(duì)底泥酸解有機(jī)氮與底泥脲酶活性、上覆水中氨態(tài)氮及各形態(tài)有機(jī)態(tài)氮含量之間的關(guān)系進(jìn)行探討。

　　3.1.1底泥各形態(tài)有機(jī)氮與上覆水氨態(tài)氮之間的關(guān)系

　　由表3可以看出，底泥中各形態(tài)的有機(jī)氮與上覆水中氨態(tài)氮的關(guān)系非常密切。氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮、酰胺態(tài)氮與水中氨態(tài)氮呈顯著的正相關(guān)，說(shuō)明上覆水中的氨態(tài)氮大部分來(lái)自于底泥中酸解有機(jī)態(tài)氮的釋放。

　　3.1.2底泥脲酶活性與各有機(jī)氮形態(tài)之間的關(guān)系

　　A與B兩池塘底泥脲酶活性和有機(jī)氮組分?jǐn)?shù)據(jù)相關(guān)分析表明(表4)，底泥酰胺態(tài)氮與脲酶活性之間呈極顯著正相關(guān)(r=0.718)，氨基酸態(tài)氮與脲酶活性之間存在著顯著的相關(guān)關(guān)系(r=0.511)。說(shuō)明，底泥脲酶活動(dòng)對(duì)酰胺態(tài)氮的影響最大，對(duì)氨基酸態(tài)氮也有一定的影響。氨基糖態(tài)氮和未知態(tài)氮與脲酶活性之間相關(guān)

　　不顯著，說(shuō)明脲酶活性與氨基糖態(tài)氮和未知態(tài)氮之間關(guān)系較小。

　　通徑分析結(jié)果(表5)顯示，不同酸解有機(jī)態(tài)氮與脲酶活性之間影響不同。其直接通徑系數(shù)的大小為酰胺態(tài)氮(0.652)>氨基糖態(tài)氮(0.152)>未知態(tài)氮(0.126)>氨基酸態(tài)氮(-0.021)。進(jìn)一步說(shuō)明底泥中脲酶活性與酸解氮中酰胺態(tài)氮的關(guān)系最密切，與氨基糖態(tài)氮和未知態(tài)的關(guān)系也較大，而對(duì)氨基酸態(tài)氮直接影響不大，它主要是間接的影響酰胺態(tài)氮(0.454)，從而影響氨基酸態(tài)氮。這說(shuō)明各組分間也是互相牽制的。脲酶是一種酰胺酶，因此對(duì)酰胺態(tài)氮的影響最大。

　　3.1.3底泥脲酶活性與上覆水中氨態(tài)氮含量的關(guān)系

　　從圖1-4中明顯看出，實(shí)際池塘和對(duì)照組A1和B1的上覆水氨態(tài)氮含量與底泥中脲酶活性變化規(guī)律基本一致，A從5月11日開(kāi)始上升至8月16日后又下降，B從6月6日升高至9月5日后下降。說(shuō)明上覆水體中氨態(tài)氮含量隨底泥中脲酶活性變化而變化，與底泥中脲酶含量有很大關(guān)系。

　　兩者之間關(guān)系表明，底泥中脲酶活性高低直接影響上覆水體中氨態(tài)氮含量，因此控制池塘底泥中脲酶活性，將有助于減少上覆水中氨態(tài)氮的含量。

　　3.2 不同處理對(duì)底泥脲酶活性的影響

　　圖5，圖6表明A和B池塘底泥脲酶活性在不同時(shí)期不同，并且同一時(shí)期，不同處理底泥中脲酶活性也不相同。具體表現(xiàn)A池塘為，A5

　　4 討論

　　4.1 在硝酸還原酶的測(cè)定中的水浴蒸干過(guò)程，不能用鼓風(fēng)干燥箱烘干，不但蒸干速度緩慢，并且最后測(cè)得的酶的活性比水浴蒸干所測(cè)定的酶的活性要小很多。

　　4.2 在5月到7月間，三種酶的活性總體表現(xiàn)為升高，這主要是因?yàn)槿�種酶直接或間接受溫度的影響，并呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，即隨著溫度的升高，酶的活性增大，而7月到8月間，各個(gè)酶的活性都有不同程度的降低，這有可能是因?yàn)檫@時(shí)的天氣變化、雨水多，稀釋了池塘中各組分，間接使底泥中三種酶的含量減少，從而酶的活性降低。室內(nèi)培養(yǎng)在7-8月份各個(gè)酶活性的降低，則有可能是雨水增多，空氣適度比較大，造成酶的活性有所降低。9月后，天氣穩(wěn)定，隨著溫度升高活性又呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。

　　4.3 對(duì)于不同處理，單個(gè)處理后的活性降低幅度很小，而將處理混合使用后，活性降低明顯，因此不同處理的組合可以更有效的較低氮轉(zhuǎn)化酶的活性，將哪些處理組合可以最有效的較低氮轉(zhuǎn)化酶的活性，這將是以后繼續(xù)研究的方向。

　　5 結(jié)論

　　5.1養(yǎng)殖池塘酸解有機(jī)氮中氨基酸態(tài)氮，酰胺態(tài)氮及氨基糖態(tài)氮與上覆水中氨態(tài)氮含量之間呈顯著正相關(guān)，這三種形態(tài)氮是上覆水中氨態(tài)氮的內(nèi)源釋放荷。

　　5.2底泥脲酶活性與酰胺態(tài)氮和氨基酸態(tài)氮之間呈極顯著或顯著的相關(guān)，其對(duì)各形態(tài)酸解有機(jī)氮的直接影響是酰胺態(tài)氮>氨基糖態(tài)氮>未知態(tài)氮>氨基酸態(tài)氮，對(duì)氨基酸態(tài)氮的直接影響較大，因此脲酶活性高低會(huì)直接影響到酰胺態(tài)氮，氨基酸態(tài)氮的礦化分解。

　　5.3底泥脲酶活性與上覆水中氨態(tài)氮含量隨時(shí)間的變化規(guī)律基本一致，二者之間呈顯著正相關(guān)，所以控制脲酶活性會(huì)減少上覆水中氨態(tài)氮含量。

　　5.4水體中加入酶抑制劑沸石及上覆水體中加入除磷脫氮芽孢桿菌均能有效抑制脲酶活性，并以酶抑制劑加沸石的處理為好。

　　【參 考 文 獻(xiàn)】

　　[1] 張濤,陳云,謝虹等.硝酸還原酶活性的調(diào)節(jié)及可能機(jī)制的研究進(jìn)展[J].環(huán)廣西植物,2004,24:367-372.

　　[2] 徐星凱,周禮愷.脲酶抑制劑/硝化抑制劑對(duì)植稻土壤中尿素氮行為的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2001,21(10):1682-1686.

　　[3] 楊磊,林逢凱,高逸秀等.城市富營(yíng)養(yǎng)化河道復(fù)合酶-原位生物修復(fù)技術(shù)研究[J].環(huán)境污染與防治,2005,27(8):607-610.