摘要：以天津市东丽区和西青区两个养殖池塘为对象，研究了底泥中各种形态酸解有机氮与上覆水中铵态氮含量，底泥脲酶活性与酸解有机态氮各形态及上覆水中铵态氮含量之间的关系，并采取不同处理对底泥脲酶活性进行调控。
关键词：养殖池塘,底泥,脲酶,酸解有机氮,上覆水铵态氮
1 前言
水体富营养化受到许多国家的高度重视，已成为困扰世界水污染问题之一，在大多数情况下，氮是最主要的限制因子之一，并且底泥中氮的循环在一定程度上决定着富营养化的进程，对上覆水中可溶性氮含量有深刻的影响，而此可溶氮除外源进入外，其余主要来自底泥中有机态氮的矿化分解。张涛[1]指出，硝酸还原酶对环境条件十分敏感，光、NO3-含量、CO2浓度等均会影响其活性。脲酶的存在使尿素分解快，氮素利用不完全的同时还造成水质富营养。土壤脲酶的研究表明，在适宜的条件下，脲酶抑制剂能有效抑制氨态氮的形成，延缓尿素水解并使水解产物NH4+在土中得到更多和更长时间的保持、减少NO3-的累积和NH3挥发及N2O排放，从而在一定程度上降低氮的损失[2]。脲酶的测定采用奈氏比色法[3]。Firestone和Tabatabai认为，尽管在土壤中检测到许多酶，但关于土壤中硝酸还原酶的有价值信息则极少。因此本文将系统研究底泥中脲酶与N释放的关系。
2 试验材料和方法
2.1 养殖池塘地点
养殖池塘分别位于天津市西青区某镇某村和天津市东丽区某镇某村虾池。
2.2 样品采集和室内试验
2.2.1 室内底泥和上覆水体取样方法
2008年5月11日对天津市东丽区已选定的养殖池塘和2008年6月5日西青区已选定的养殖池塘进行采样。采用多点法对所研究池塘的底泥(0～20cm)进行采样，采样点数见表1。
2.2.2 室内试验设计
取40cm(长)×30cm(宽)×35cm(高)鱼缸28个，每个底部平铺24kg的底泥，约4cm厚，上面缓慢注入取来的上覆水至20cm处。容器四周用黑布包围，随机排列在窗口自然光和自然温度下进行试验。试验处理如下：
东丽区(1个对照组，5个处理组，每组设一个重复，共12个缸)：
A1——对照组;
A2——沸石处理组：取10g均匀撒在底泥上面;
A3——酶抑制剂处理组：取脲酶抑制剂4g均匀撒在底泥上面;
A4——沸石与微生物制剂处理组：10g均匀撒在底泥上面+微生物制剂20μl(自己培养)注入上覆水中;
A5——沸石与酶抑制剂处理组：10g均匀撒在底泥上面+脲酶抑制剂4g均匀撒在底泥上面;
A6——微生物制剂处理组：20μl(自己培养)注入上覆水中;
西青区(B)：处理方法与东丽区完全相同。
2.2.3 不同时期样品采集方法
采用上述多点法对实际池塘的底泥(0～20cm)进行采样，室内不同处理试验是采用5点法取底泥样品。
采集所有的泥样冰冻保存一部分，另一部分泥样风干后、制备保存。采样时间为东丽区2008年的6月15日、7月16日、8月16日、9月16日;西青区7月6日、8月6日、9月6日、10月7日。
2.2.4 样品理化性质测定方法
采用常规法对底泥和上覆水理化性质进行测定(见表2)。
2.4 氮转化酶活性的测定
2.4.1 底泥中脲酶活性的测定
称取过1mm筛风干样品10g于容量瓶中，加入甲苯2ml，放置15min后加入10%尿素溶液10ml和柠檬酸缓冲液(pH=6.7)20ml混匀。37℃恒温箱中培养24小时，用38℃水稀释至刻度后过滤与三角瓶中。取1ml滤液于50ml容量瓶中，加入10ml蒸馏水4ml苯酚钠3ml次氯酸钠，放置20分钟，用水稀释至刻度，于578nm处进行比色测定。
2.4.2 底泥中硝酸还原酶的测定
称取1g过1mm筛的风干土样于100ml真空三角瓶中，加入20mg碳酸钙，1ml1%硝酸钾溶液，1ml1%葡萄糖溶液。接真空泵抽至10-12mm水银柱的压力后，置入30℃恒温箱培养24小时，加入50ml蒸馏水，1ml铅钾矾饱和溶液，过滤于50ml容量瓶中，取20ml滤液于瓷皿中，在水浴上蒸干，加入1ml酚二磺酸溶液，10min后加入15ml蒸馏水，并用10%氢氧化钠至碱性后，转至50ml容量瓶中，加水至刻度，于400-500nm处进行比色测定。
2.4.3 底泥中亚硝酸还原酶的测定
称取1g过1mm筛的风干土样于100ml真空三角瓶中。加入20mg碳酸钙，1ml的0.5%亚硝酸钠溶液和1ml的1%葡萄糖溶液，接真空泵抽至10-20mm水银柱后，置于30℃恒温箱中培养24小时，往瓶中加入50ml蒸馏水，1ml铅钾矾饱和液，并用致密滤纸过滤。吸取1ml滤液于50ml容量瓶中，加入5ml蒸馏水和4mlTPUCC试剂，用水稀释至刻度。显色15min后，于550-600nm处进行比色测定。
2.5 底泥样品氮的测定方法
2.4.1 底泥中氮素测定
1底泥中全氮的测定：浓硫酸-催化剂消煮，半微量开氏定氮法;
2底泥中铵态氮的测定：靛酚兰比色法;
4底泥中有机氮分组采用6mol/L HCl水解-蒸馏法，
3 结果与分析
3.1底泥脲酶活性与各有机氮形态及上覆水中氨态氮之间的关系
本文采用Bremer法将底泥中有机态氮分成酸解总氮和非酸解总氮，酸解总氮有分为氨基酸态氮、氨基糖态氮、酰胺态氮和未知态氮。下面针对底泥酸解有机氮与底泥脲酶活性、上覆水中氨态氮及各形态有机态氮含量之间的关系进行探讨。
3.1.1底泥各形态有机氮与上覆水氨态氮之间的关系
由表3可以看出，底泥中各形态的有机氮与上覆水中氨态氮的关系非常密切。氨基酸态氮、氨基糖态氮、酰胺态氮与水中氨态氮呈显著的正相关，说明上覆水中的氨态氮大部分来自于底泥中酸解有机态氮的释放。
3.1.2底泥脲酶活性与各有机氮形态之间的关系
A与B两池塘底泥脲酶活性和有机氮组分数据相关分析表明(表4)，底泥酰胺态氮与脲酶活性之间呈极显著正相关(r=0.718)，氨基酸态氮与脲酶活性之间存在着显著的相关关系(r=0.511)。说明，底泥脲酶活动对酰胺态氮的影响最大，对氨基酸态氮也有一定的影响。氨基糖态氮和未知态氮与脲酶活性之间相关
不显著，说明脲酶活性与氨基糖态氮和未知态氮之间关系较小。
通径分析结果(表5)显示，不同酸解有机态氮与脲酶活性之间影响不同。其直接通径系数的大小为酰胺态氮(0.652)>氨基糖态氮(0.152)>未知态氮(0.126)>氨基酸态氮(-0.021)。进一步说明底泥中脲酶活性与酸解氮中酰胺态氮的关系最密切，与氨基糖态氮和未知态的关系也较大，而对氨基酸态氮直接影响不大，它主要是间接的影响酰胺态氮(0.454)，从而影响氨基酸态氮。这说明各组分间也是互相牵制的。脲酶是一种酰胺酶，因此对酰胺态氮的影响最大。
3.1.3底泥脲酶活性与上覆水中氨态氮含量的关系
从图1-4中明显看出，实际池塘和对照组A1和B1的上覆水氨态氮含量与底泥中脲酶活性变化规律基本一致，A从5月11日开始上升至8月16日后又下降，B从6月6日升高至9月5日后下降。说明上覆水体中氨态氮含量随底泥中脲酶活性变化而变化，与底泥中脲酶含量有很大关系。
两者之间关系表明，底泥中脲酶活性高低直接影响上覆水体中氨态氮含量，因此控制池塘底泥中脲酶活性，将有助于减少上覆水中氨态氮的含量。
3.2 不同处理对底泥脲酶活性的影响
图5，图6表明A和B池塘底泥脲酶活性在不同时期不同，并且同一时期，不同处理底泥中脲酶活性也不相同。具体表现A池塘为，A5
4 讨论
4.1 在硝酸还原酶的测定中的水浴蒸干过程，不能用鼓风干燥箱烘干，不但蒸干速度缓慢，并且最后测得的酶的活性比水浴蒸干所测定的酶的活性要小很多。
4.2 在5月到7月间，三种酶的活性总体表现为升高，这主要是因为三种酶直接或间接受温度的影响，并呈现正相关的关系，即随着温度的升高，酶的活性增大，而7月到8月间，各个酶的活性都有不同程度的降低，这有可能是因为这时的天气变化、雨水多，稀释了池塘中各组分，间接使底泥中三种酶的含量减少，从而酶的活性降低。室内培养在7-8月份各个酶活性的降低，则有可能是雨水增多，空气适度比较大，造成酶的活性有所降低。9月后，天气稳定，随着温度升高活性又呈现增加的趋势。
4.3 对于不同处理，单个处理后的活性降低幅度很小，而将处理混合使用后，活性降低明显，因此不同处理的组合可以更有效的较低氮转化酶的活性，将哪些处理组合可以最有效的较低氮转化酶的活性，这将是以后继续研究的方向。
5 结论
5.1养殖池塘酸解有机氮中氨基酸态氮，酰胺态氮及氨基糖态氮与上覆水中氨态氮含量之间呈显著正相关，这三种形态氮是上覆水中氨态氮的内源释放荷。
5.2底泥脲酶活性与酰胺态氮和氨基酸态氮之间呈极显著或显著的相关，其对各形态酸解有机氮的直接影响是酰胺态氮>氨基糖态氮>未知态氮>氨基酸态氮，对氨基酸态氮的直接影响较大，因此脲酶活性高低会直接影响到酰胺态氮，氨基酸态氮的矿化分解。
5.3底泥脲酶活性与上覆水中氨态氮含量随时间的变化规律基本一致，二者之间呈显著正相关，所以控制脲酶活性会减少上覆水中氨态氮含量。
5.4水体中加入酶抑制剂沸石及上覆水体中加入除磷脱氮芽孢杆菌均能有效抑制脲酶活性，并以酶抑制剂加沸石的处理为好。
【参 考 文 献】
[1] 张涛,陈云,谢虹等.硝酸还原酶活性的调节及可能机制的研究进展[J].环广西植物,2004,24:367-372.
[2] 徐星凯,周礼恺.脲酶抑制剂/硝化抑制剂对植稻土壤中尿素氮行为的影响[J].生态学报,2001,21(10):1682-1686.
[3] 杨磊,林逢凯,高逸秀等.城市富营养化河道复合酶-原位生物修复技术研究[J].环境污染与防治,2005,27(8):607-610.
