近年来，随着农业、工业的迅速发展，杀虫剂、杀菌剂及除草剂等有机农药广泛应用于我国土壤。农药被认为是具有潜在毒性的化学物质，且农药有效利用率较低，相当一部分通过不同途径进入大气和土壤中，因此评估农药对土壤微环境的影响对避免农药污染有重要意义^{[1, 2, 3]}。啶酰菌胺作为杀菌剂自上世纪50年代以来，在全球50多个国家注册^{[4, 5]}。适量的啶酰菌胺能有效杀死有害病菌，但过量啶酰菌胺能够抑制生物细胞内线粒体琥珀酸酯脱氢酶活性，干扰细胞分裂及生长。研究报道表明，啶酰菌胺在蔬菜、大豆、葡萄等作物中使用时，用量在1000~3000 L·hm^{-2 [6, 7]}。目前，啶酰菌胺在土壤中引发的环境效应研究较少，Xiong等^[8]报道了啶酰菌胺对部分酶及土壤呼吸的影响，啶酰菌胺对土壤不同酶类的影响存在差异。诸多研究表明，农药残留会引起土壤微生物环境变化，对于啶酰菌胺所引发的生态环境效应及潜在风险不容忽视^{[9, 10]}。

土壤酶是由土壤微生物、植物根系分泌物及动植物残体腐解过程中所释放的具有高度催化作用的蛋白质，其直接参与土壤中的物质能量转化过程，被认为是土壤生态过程的重要组成部分^{[11, 12, 13]}。研究表明，土壤酶对农药污染反应迅速，土壤酶活性可作为反映土壤健康及土壤质量的重要生物指标^{[9, 14]}。目前对啶酰菌胺的研究主要集中于其在蔬菜及土壤中残留分析，由于啶酰菌胺在土壤中的半衰期较长，研究啶酰菌胺对土壤酶活性的影响对啶酰菌胺的风险评估和防控具有重要意义^[15]。本文通过土培实验研究不同浓度啶酰菌胺对酸性紫色土脲酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、脱氢酶活性的影响，以期为土壤环境风险评估提供基础资料。

供试土壤为酸性紫色土，采自四川省雅安市名山区0~20 cm表层土壤，风干，过2 mm筛备用。供试土壤基础理化性质测定参考文献[16]，结果见表 1。

表 1 供试土壤化学性质 Table 1 Physical and chemical properties of tested soil

表选项

称取500 g过2 mm筛风干土样于塑料盆（内径10 cm，高15 cm）中，每盆施入不同浓度啶酰菌胺（分析纯≥95%）溶液，将啶酰菌胺溶液与土样充分搅拌均匀，参照Xiong等^[8]研究，使土壤中啶酰菌胺浓度分别达0、10、50、100、200 mg·kg^-1，通过测定田间最大持水量，加入去离子水，使土壤含水量达田间最大持水量的60%，在培养期内通过称重法加入蒸馏水保持田间持水量，其中0 mg·kg^-1为对照（CK）。每个处理3次重复，在遮光25 ℃恒温条件下培养42 d，在0、7、14、28、35、42 d分别取样测定，培养期内加入蒸馏水保持田间持水量。

土壤脲酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶及脱氢酶活性测定采用关松荫^{[17, 18]}的方法。土壤基础理化性质测定采用鲁如坤^[16]的方法。

脲酶活性采用靛酚比色法，通过测定反应产氨量计算脲酶活性，以每克干土培养24 h后NH₄⁺ -N的量表示其活性；硝酸还原酶活性采用酚二黄酸比色法，测定反应前后硝酸态氮与酚二黄酸作用的蓝色反应差数，用来表示硝酸还原酶活性；亚硝酸还原酶活性采用α-奈胺比色法测定，以每克干土培养24 h后NO₂-N的量表示其活性；脱氢酶活性采用TTC分光光度法，以每克土生成的IPTF表示。

土壤含水量采用烘干法测定；pH值采用2.5∶1的水土比，电位计法测定；有机质采用高温外热重铬酸钾氧化-容重法测定；全氮采用全自动定氮仪测定；全磷采用酸溶-钼锑抗比色法测定；全钾采用氢氟酸-高氯酸消煮法；水解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用碳酸氢钠法测定；速效钾采用乙酸铵提取-火焰光度计法测定。以上分析方法见《土壤农业化学分析方法》^[16]。

实验数据采用SPSS 19.0统计软件进行单因子方差分析处理，采用Excel 2013制作图表，当P </italic> < 0.05时认为各处理数据差异显著。

由图 1可知，10 mg·kg^-1和50 mg·kg^-1处理的啶酰菌胺对土壤脲酶活性均呈现出激活-抑制-激活-恢复的趋势：在0~7 d内脲酶活性有显著升高（P < 0.05），相对于CK分别升高了14.73%和29.46%；在第14 d，啶酰菌胺对脲酶活性有轻微抑制作用，分别较CK降低了0.87%和6.09%；在实验第28、42 d，啶酰菌胺对脲酶活性有促进作用，其中第28 d脲酶活性较CK分别升高了2.44%和12.20%，第42 d脲酶活性较CK分别升高了3.03%和5.30%。由图 1还可知，100 mg·kg^-1和200 mg·kg^-1浓度啶酰菌胺处理下，在整个培养期内啶酰菌胺对土壤脲酶活性始终存在显著的抑制作用（P <0.05）：在实验第7 d，相对于CK分别降低了18.60%和35.66%；在实验第14 d，相对于CK分别降低了22.61%和24.35%；在实验第28 d，相对于CK分别降低了49.59%和56.91%；在实验第42 d，相对于CK分别降低了21.97%和34.85%。

图 1 不同浓度啶酰菌胺对土壤脲酶活性影响 Figure 1 Effect of boscalid on soil urease activity

图选项

随着培养时间延长，低浓度处理下，啶酰菌胺对土壤脲酶活性在前期有促进作用。10 mg·kg^-1和50 mg·kg^-1的啶酰菌胺处理下，实验第7 d脲酶活性较第0 d分别升高了22.31%和36.88%，但随着培养时间的延长，啶酰菌胺对土壤脲酶活性的影响会逐步降低，脲酶活性可回归正常水平。而高浓度处理下，啶酰菌胺对脲酶活性的抑制作用在培养期内难以完全消除。

由图 2可见，在实验第7 d，啶酰菌胺对土壤硝酸还原酶活性存在显著的抑制作用（P <0.05），且随着浓度的升高抑制作用不断增强，10、50、100、200 mg·kg^-1处理下硝酸还原酶活性较CK分别降低了13.95%、22.09%、27.91%和32.56%；在实验第14 d，10 mg·kg^-1和50 mg·kg^-1啶酰菌胺浓度处理下，硝酸还原酶活性较CK有所上升，分别升高了3.79%和10.13%，而100 mg·kg^-1和200 mg·kg^-1啶酰菌胺浓度处理下，硝酸还原酶活性仍呈现出抑制，分别较CK下降了5.06%和13.92%；在实验第28、42 d，10 mg·kg^-1和50 mg·kg^-1啶酰菌胺浓度处理下，硝酸还原酶活性与CK之间差异不显著，但100 mg·kg^-1和200 mg·kg^-1浓度处理下，啶酰菌胺对硝酸还原酶活性仍有所抑制；在实验第28 d，100 mg·kg^-1和200 mg·kg^-1浓度处理下，硝酸还原酶活性较CK分别降低了14.29%和22.62%；在实验第42 d，硝酸还原酶活性较CK分别降低了4.88%和9.76%。可见，随着培养时间的延长，低浓度啶酰菌胺对硝酸还原酶活性的促进效果会有所减弱，同时高浓度的抑制作用也会有所减弱。

图 2 不同浓度啶酰菌胺对土壤硝酸还原酶活性影响 Figure 2 Effect of boscalid on nitrate reductase activity in soil

图选项

由图 3可知，10 mg·kg^-1和50 mg·kg^-1的啶酰菌胺对土壤亚硝酸还原酶活性均表现出一定程度的促进作用：在0~7 d内亚硝酸还原酶活性有显著升高（P <0.05），相对于CK分别升高了10.38%和21.70%；在第14 d，啶酰菌胺对亚硝酸还原酶活性的刺激作用有所减弱，分别较CK升高了1.92%和8.65%；在实验第28 d，亚硝酸还原酶活性较CK分别升高了1.06%和2.13%；在实验第42 d，亚硝酸还原酶活性较CK分别升高了1.87%和8.41%。在100 mg·kg^-1啶酰菌胺处理下，亚硝酸还原酶活性呈现抑制-恢复-促进的变化趋势。100 mg·kg^-1啶酰菌胺处理下，在实验第7 d，亚硝酸还原酶活性有显著降低（P <0.05），相对于CK降低了10.38%；在实验第14 d，亚硝酸还原酶活性有所恢复，相对于CK降低了1.92%；在实验第28、42 d，亚硝酸还原酶有所上升且在42 d达到显著水平（P <0.05），相对于同时期CK分别上升了5.32%和15.89%。在200 mg·kg^-1啶酰菌胺处理下，亚硝酸还原酶始终呈现抑制且在实验第7 d最为显著（P <0.05），相对于CK降低了19.81%，在实验第14、28、42 d，亚硝酸还原酶活性相对于CK分别降低了8.65%、5.32%和13.08%。

图 3 不同浓度啶酰菌胺对土壤亚硝酸还原酶活性影响 Figure 3 Effect of boscalid on nitrite reductase activity in soil

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随着培养时间的不断延长，10 mg·kg^-1和50 mg·kg^-1浓度处理条件下，啶酰菌胺对亚硝酸还原酶活性的刺激作用减弱，但在后期出现一定程度的升高；100 mg·kg^-1浓度处理条件下，啶酰菌胺对亚硝酸还原酶活性在前期有一定的抑制效果，但随着培养时间延长，在中期亚硝酸还原酶活性逐步回升，在后期对亚硝酸还原酶活性表现出刺激作用；200 mg·kg^-1浓度处理条件下，啶酰菌胺对亚硝酸还原酶活性始终存在显著抑制（P <0.05），但随着培养时间的延长，抑制作用有一定程度的减弱。

由图 4可见，在实验第7 d，啶酰菌胺对土壤脱氢酶活性存在显著的抑制作用（P <0.05），且随着浓度的升高抑制作用不断增强，10、50、100、200 mg·kg^-1啶酰菌胺处理下脱氢酶活性相对于CK分别降低了10.51%、16.24%、21.34%和28.34%；在实验第14 d，除10 mg·kg^-1浓度处理对脱氢酶活性表现出刺激作用外，其余各浓度处理下脱氢酶活性均受到显著抑制（P <0.05），分别相对于CK降低了6.27%、11.22%和28.05%；在实验第28 d，10 mg·kg^-1浓度处理下对脱氢酶活性有轻微刺激效果，其余各浓度对脱氢酶呈现出显著抑制（P <0.05），且随着浓度的升高抑制作用不断增强，在200 mg·kg^-1浓度下达到培养期内最小值，各浓度脱氢酶活性相对于CK分别降低了20.20%、37.37%和45.46%；在实验第42 d，10 mg·kg^-1浓度处理对脱氢酶活性无影响，其余各浓度对脱氢酶活性仍存在抑制作用，分别相对于CK降低了8.61%、17.88%和30.79%。可见，低浓度条件下啶酰菌胺对脱氢酶有抑制作用，但随着培养时间延长会逐步减弱，而高浓度条件下啶酰菌胺对脱氢酶的抑制作用在短期内难以消除。

图 4 不同浓度啶酰菌胺对土壤脱氢酶活性影响 Figure 4 Effect of boscalid on dehydrogenase activity in soil

图选项

啶酰菌胺对土壤酶活性的相关分析结果（表 2）表明，脲酶活性与硝酸还原酶活性显著正相关，与亚硝酸还原酶活性、脱氢酶活性呈现出极显著正相关。硝酸还原酶活性与亚硝酸还原酶活性无显著相关，与脱氢酶活性极显著相关。亚硝酸还原酶活性与脱氢酶活性无显著相关。

表 2 酶活性相关分析 Table 2 Correlation analysis of soil enzyme activities

表选项

土壤酶是主要由土壤微生物、动植物残体分泌的具有高度催化作用的蛋白质，其直接参与土壤有机物质分解等重要过程。土壤酶活性高低能够反映土壤微生物活性，同时能够影响土壤养分形成和转化等过程^{[19, 20, 21]}。研究表明，土壤酶对土壤微环境变化响应迅速，因此常作为评价土壤污染的重要生物指标^{[22, 23]}。土壤脲酶作用下能够将施入土壤的尿素经由氨基甲酸水解成NH₃，再经质子转化成为NH₄^{+ [24]}。土壤脲酶活性高低能够影响土壤中有效氮含量，同时其水解尿素所生成的NH₄⁺ 是植物氮素的主要来源之一。研究表明，脲酶活性高低可作为环境监测的重要指标，同时也用于农药对土壤环境的影响评估^[25]。吴可虎等^[1]报道了5种除草剂对土壤脲酶活性的影响，结果表明除草剂对脲酶活性影响较大，在培养期内呈现出抑制-激活-恢复的波动趋势。本文研究发现，低浓度啶酰菌胺对脲酶有激活作用，而高浓度处理下表现为抑制作用，其原因可能是低浓度处理下刺激土壤微生物生长，而高浓度处理下对土壤中微生物环境造成破坏，从而使得分泌脲酶的微生物活性降低。低浓度处理半衰期时间较短，能够在较短时间内消除对土壤的影响，而高浓度处理下对微生物抑制作用在短期内难以消除，导致脲酶活性在培养期内表现出抑制。

土壤硝酸还原酶被认为与土壤反硝化作用有紧密关系。有学者认为，在土壤嫌气条件下硝酸还原酶是参与土壤反硝化过程的重要酶类之一，在好气条件下，硝酸还原酶则能够催化土壤中硝酸盐还原成为亚硝酸盐^{[26, 27]}。目前，关于农药对土壤硝酸还原酶活性影响的研究未见报道。本文研究表明，啶酰菌胺在前期对硝酸还原酶具有抑制作用，低浓度处理在后期酶活性回升至正常水平，但高浓度处理后酶活性始终处于抑制状态。啶酰菌胺对硝酸还原酶的抑制可能会阻碍土壤中硝酸根离子向亚硝酸根离子的转化。

土壤亚硝酸还原酶是由土壤反硝化细菌分泌的重要还原酶类，在嫌气条件下可将NO₂^- 还原成NO，而NO在酶作用下会被还原为温室气体N₂O。研究表明，土壤反硝化作用是土壤氮素损失的主要途径，而土壤亚硝酸还原酶是土壤反硝化作用的关键酶^[28]。本文研究表明：低于50 mg·kg^-1浓度啶酰菌胺处理下，啶酰菌胺对土壤亚硝酸还原酶活性有激活作用，但随着培养时间延长有所减弱；100 mg·kg^-1浓度啶酰菌胺处理下，亚硝酸还原酶活性呈现出抑制-恢复-激活的波动趋势；200 mg·kg^-1浓度啶酰菌胺处理下，亚硝酸还原酶活性始终受到抑制。

土壤脱氢酶是仅存于土壤微生物细胞的重要氧化还原酶类，因此其活性强弱是评价土壤微生物活性的重要指标^[29]。研究表明，脱氢酶直接参与氧化土壤有机物，与土壤微生物在土壤中呼吸类型密切相关^[30]。本文研究表明，啶酰菌胺对土壤脱氢酶有极强的抑制作用，且抑制强度会随着浓度的升高不断增强。其原因可能是啶酰菌胺抑制土壤微生物细胞内线粒体琥珀酸酯脱氢酶活性，阻碍三羧酸循环，使细胞内氨基酸及糖类缺乏，能量减弱，干扰细胞分裂及生长，从而导致微生物死亡^[6]。Xiong等^[8]研究啶酰菌胺对土壤呼吸影响表明，啶酰菌胺对土壤呼吸的抑制作用明显，且随着浓度升高抑制作用增强。

土壤酶对土壤物质能量交换起着关键作用，脲酶活性可反映土壤有效氮代谢水平，硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性可以反映硝态氮在土壤中的转化速率，脱氢酶活性可反映土壤微生物活性，均是衡量土壤肥力与微生物活性的重要生物指标^{[31, 32, 33]}。根据啶酰菌胺对上述土壤酶活性的影响可以推测，啶酰菌胺可能会影响土壤的氮素代谢功能。

（1）啶酰菌胺对土壤脲酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、脱氢酶均有影响。当啶酰菌胺浓度低于50 mg·kg^-1时，在第7 d，脲酶和亚硝酸还原酶有显著刺激，对硝酸还原酶和脱氢酶有抑制作用，之后除脱氢酶在50 mg·kg^-1处理下难以恢复外，其余酶活性在啶酰菌胺低于50 mg·kg^-1处理下均能恢复正常水平；当啶酰菌胺浓度达100 mg·kg^-1时，除亚硝酸还原酶活性在第7 d后能恢复正常水平外，对其余酶活性均有显著抑制作用；啶酰菌胺浓度达200 mg·kg^-1时，脲酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶和脱氢酶活性均在培养期内受到显著抑制。

（2）酶活性相关分析表明，脲酶与硝酸还原酶呈显著正相关，与脱氢酶极显著正相关；硝酸还原酶与脱氢酶极显著正相关。啶酰菌胺对亚硝酸还原酶活性的刺激可能会导致土壤中氮素损失；啶酰菌胺对脱氢酶活性的抑制可能会导致土壤微生物环境遭到破坏，导致土壤质量下降。