摘要：以天津市東麗區和西青區兩個養殖池塘為對象，研究了底泥中各種形態酸解有機氮與上覆水中銨態氮含量，底泥脲酶活性與酸解有機態氮各形態及上覆水中銨態氮含量之間的關系，并采取不同處理對底泥脲酶活性進行調控。

　　關鍵詞：養殖池塘,底泥,脲酶,酸解有機氮,上覆水銨態氮

　　1　前言

　　水體富營養化受到許多國家的高度重視，已成為困擾世界水污染問題之一，在大多數情況下，氮是最主要的限制因子之一，并且底泥中氮的循環在一定程度上決定著富營養化的進程，對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入外，其余主要來自底泥中有機態氮的礦化分解。張濤[1]指出，硝酸還原酶對環境條件十分敏感，光、NO3-含量、CO2濃度等均會影響其活性。脲酶的存在使尿素分解快，氮素利用不完全的同時還造成水質富營養。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氮的形成，延緩尿素水解并使水解產物NH4+在土中得到更多和更長時間的保持、減少NO3-的累積和NH3揮發及N2O排放，從而在一定程度上降低氮的損失[2]。脲酶的測定采用奈氏比色法[3]。Firestone和Tabatabai認為，盡管在土壤中檢測到許多酶，但關于土壤中硝酸還原酶的有價值信息則極少。因此本文將系統研究底泥中脲酶與N釋放的關系。

　　2 試驗材料和方法

　　2.1　養殖池塘地點

　　養殖池塘分別位于天津市西青區某鎮某村和天津市東麗區某鎮某村蝦池。

　　2.2　樣品采集和室內試驗

　　2.2.1　室內底泥和上覆水體取樣方法

　　2008年5月11日對天津市東麗區已選定的養殖池塘和2008年6月5日西青區已選定的養殖池塘進行采樣。采用多點法對所研究池塘的底泥(0～20cm)進行采樣，采樣點數見表1。

　　2.2.2　室內試驗設計

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

　　東麗區(1個對照組，5個處理組，每組設一個重復，共12個缸)：

　　A1——對照組;

　　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)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)注入上覆水中;

　　西青區(B)：處理方法與東麗區完全相同。

　　2.2.3　不同時期樣品采集方法

　　采用上述多點法對實際池塘的底泥(0～20cm)進行采樣，室內不同處理試驗是采用5點法取底泥樣品。

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

　　2.2.4　樣品理化性質測定方法

　　采用常規法對底泥和上覆水理化性質進行測定(見表2)。

　　2.4　氮轉化酶活性的測定

　　2.4.1　底泥中脲酶活性的測定

　　稱取過1mm篩風干樣品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24小時，用38℃水稀釋至刻度后過濾與三角瓶中。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處進行比色測定。

　　2.4.2　底泥中硝酸還原酶的測定

　　稱取1g過1mm篩的風干土樣于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24小時，加入50ml蒸餾水，1ml鉛鉀礬飽和溶液，過濾于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，轉至50ml容量瓶中，加水至刻度，于400-500nm處進行比色測定。

　　2.4.3　底泥中亞硝酸還原酶的測定

　　稱取1g過1mm篩的風干土樣于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24小時，往瓶中加入50ml蒸餾水，1ml鉛鉀礬飽和液，并用致密濾紙過濾。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處進行比色測定。

　　2.5　底泥樣品氮的測定方法

　　2.4.1　底泥中氮素測定

　　1底泥中全氮的測定：濃硫酸-催化劑消煮，半微量開氏定氮法;

　　2底泥中銨態氮的測定：靛酚蘭比色法;

　　4底泥中有機氮分組采用6mol/L HCl水解-蒸餾法，

　　3　結果與分析

　　3.1底泥脲酶活性與各有機氮形態及上覆水中氨態氮之間的關系

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

　　3.1.1底泥各形態有機氮與上覆水氨態氮之間的關系

　　由表3可以看出，底泥中各形態的有機氮與上覆水中氨態氮的關系非常密切。氨基酸態氮、氨基糖態氮、酰胺態氮與水中氨態氮呈顯著的正相關，說明上覆水中的氨態氮大部分來自于底泥中酸解有機態氮的釋放。

　　3.1.2底泥脲酶活性與各有機氮形態之間的關系

　　A與B兩池塘底泥脲酶活性和有機氮組分數據相關分析表明(表4)，底泥酰胺態氮與脲酶活性之間呈極顯著正相關(r=0.718)，氨基酸態氮與脲酶活性之間存在著顯著的相關關系(r=0.511)。說明，底泥脲酶活動對酰胺態氮的影響最大，對氨基酸態氮也有一定的影響。氨基糖態氮和未知態氮與脲酶活性之間相關

　　不顯著，說明脲酶活性與氨基糖態氮和未知態氮之間關系較小。

　　通徑分析結果(表5)顯示，不同酸解有機態氮與脲酶活性之間影響不同。其直接通徑系數的大小為酰胺態氮(0.652)>氨基糖態氮(0.152)>未知態氮(0.126)>氨基酸態氮(-0.021)。進一步說明底泥中脲酶活性與酸解氮中酰胺態氮的關系最密切，與氨基糖態氮和未知態的關系也較大，而對氨基酸態氮直接影響不大，它主要是間接的影響酰胺態氮(0.454)，從而影響氨基酸態氮。這說明各組分間也是互相牽制的。脲酶是一種酰胺酶，因此對酰胺態氮的影響最大。

　　3.1.3底泥脲酶活性與上覆水中氨態氮含量的關系

　　從圖1-4中明顯看出，實際池塘和對照組A1和B1的上覆水氨態氮含量與底泥中脲酶活性變化規律基本一致，A從5月11日開始上升至8月16日后又下降，B從6月6日升高至9月5日后下降。說明上覆水體中氨態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系。

　　兩者之間關系表明，底泥中脲酶活性高低直接影響上覆水體中氨態氮含量，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氮的含量。

　　3.2 不同處理對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期不同，并且同一時期，不同處理底泥中脲酶活性也不相同。具體表現A池塘為，A5

　　4 討論

　　4.1 在硝酸還原酶的測定中的水浴蒸干過程，不能用鼓風干燥箱烘干，不但蒸干速度緩慢，并且最后測得的酶的活性比水浴蒸干所測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為升高，這主要是因為三種酶直接或間接受溫度的影響，并呈現正相關的關系，即隨著溫度的升高，酶的活性增大，而7月到8月間，各個酶的活性都有不同程度的降低，這有可能是因為這時的天氣變化、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。室內培養在7-8月份各個酶活性的降低，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，天氣穩定，隨著溫度升高活性又呈現增加的趨勢。

　　4.3 對于不同處理，單個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化酶的活性，將哪些處理組合可以最有效的較低氮轉化酶的活性，這將是以后繼續研究的方向。

　　5 結論

　　5.1養殖池塘酸解有機氮中氨基酸態氮，酰胺態氮及氨基糖態氮與上覆水中氨態氮含量之間呈顯著正相關，這三種形態氮是上覆水中氨態氮的內源釋放荷。

　　5.2底泥脲酶活性與酰胺態氮和氨基酸態氮之間呈極顯著或顯著的相關，其對各形態酸解有機氮的直接影響是酰胺態氮>氨基糖態氮>未知態氮>氨基酸態氮，對氨基酸態氮的直接影響較大，因此脲酶活性高低會直接影響到酰胺態氮，氨基酸態氮的礦化分解。

　　5.3底泥脲酶活性與上覆水中氨態氮含量隨時間的變化規律基本一致，二者之間呈顯著正相關，所以控制脲酶活性會減少上覆水中氨態氮含量。

　　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】

　　[1] 張濤,陳云,謝虹等.硝酸還原酶活性的調節及可能機制的研究進展[J].環廣西植物,2004,24:367-372.

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

　　[3] 楊磊,林逢凱,高逸秀等.城市富營養化河道復合酶-原位生物修復技術研究[J].環境污染與防治,2005,27(8):607-610.