BP-3和对羟基苯甲酸甲酯对土壤酶活性的影响-辽宁化工2022年01期

摘      要： 个人护理品（PCPs）是一类新型有机污染物，由于生产和使用量的逐步增加，PCPs最终会在土壤中大量蓄积，因此其对土壤生态的危害和本身带来的健康风险值得关注。本实验以BP-3和对羟基苯甲酸甲酯为研究对象，采用室内培养实验法，考察两种典型PCPs单一和复合作用下对土壤酶活性的影响。结果表明，除BP-3对土壤脲酶和对羟基苯甲酸甲酯对土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性表现为低促高抑的变化趋势外，BP-3对过氧化氢酶活性起到先促进后抑制的效果，对羟基苯甲酸甲酯对土壤脲酶活性整体上呈现促进-抑制-促进的变化趋势，BP-3作用下土壤蔗糖酶活性前期（3～15 d）呈现出低促高抑的趋势，后期所有实验组酶活性均低于空白对照组。

关  键  词：BPs类紫外防晒剂;对羟基苯甲酸酯类防腐剂;土壤;复合毒性

中图分类号：TQ450.2+62     文献标识码： A     文章编号： 1004-0935（2022）01-0015-04

个人护理品（PCPs）是一种高产且种类多样的化合物，其中含量极高的防晒、防腐剂成分广泛应用于各种常见的日化品中，且由于这些产品多用于体外，不受人体新陈代谢的影响导致大量的PCPs进入环境介质中产生污染。根据研究显示，许多PCPs具有持久性和生物蓄积的特点[1]，部分化合物还具有环境内分泌干扰效应[2]，对环境影响巨大。PCPs进入环境主要通过：（1）生产、运输过程（2）日常生活中洗漱、游泳等活动。大量含有PCPs成分的污水进入污水处理厂后的去除效率很低，最终处理后的水会排入自然水体中。西班牙对17个泳池和温泉中的51份水样进行检测，每个水样中至少检测出一种有机紫外线滤过剂成分[3]。巴西东南部对6座水厂进行了6～12个月的调查，在不同时期，均检测到有机紫外线滤过剂的存在a2gH+oJb0WzoUmbLsXrk/w==，其中BP-3的质量浓度为18～115 ng·L-1[4]。刘祖发等[5]对广州市的15个湖泊的水样进行检测，均检出了一定浓度的防腐剂，且水体中溶解度最高的为对羟基苯甲酸丁酯，占总量的30.45%，毒性最大的对羟基苯甲酸甲酯仅为6.71%，所占比例最小，但对水环境影响最大。2010年对污水厂的水质和地表水检测结果显示，对羟基苯甲酸甲酯类的最大质量浓度范围达到 15～400 ng·L-1[6]。值得注意的是污水处理工艺中被去除的物质会蓄积在污泥中，当这些污泥被回用填埋，也会将这些物质带入土壤环境中，因此其对土壤环境的生态毒性效应也值得被关注，并且与药品相比，PCPs对环境介质的单一毒性和复合毒性实验较少，无法准确评估其对生态环境的潜在威胁。

1  材料与方法

1.1  实验材料

采用网格分布法，在拱墅区进行采样。均匀搅拌后，清理杂草、枯叶，清除土壤表面约1 cm表土，取样深度约20 cm。去掉小碎石和植物残渣等碎屑后，立即用2 mm筛子对土壤样品进行筛选。取其中的部分土样测定土壤的理化性质，结果见表1。剩余的土壤在25 ℃恒温培养箱中预培养7 d，然后进行后续实验[7]。

1.2  研究方法

1.2.1  单一作用对土壤酶活性的影响

向装有200.00 g供试土壤的烧杯中加入BP-3和对羟基苯甲酸甲酯溶液，质量浓度分别为0、50、200、1 000、5 000 mg·L-1，每个实验组处理3个重复，充分搅拌均匀后置于25 ℃恒温培养箱中培养，在试验过程中，始终保持土壤湿度在最大持水量的50%～60%左右。每隔3 d取样测定，采用高锰酸钾滴定法、靛酚蓝比色法和3，5-二硝基水杨酸比色法分别测定土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性[8]，共取10组数据。

1.2.2  复合作用对土壤酶活性的影响

根据单一实验结果确定复合实验的质量浓度为1 000 mg·L-1 BP-3 +1 000 mg·L-1对羟基苯基苯甲酸甲酯，设置一组空白对照组，每组处理三个重复，培养和测定方法与单一实验相同。

2  结果与分析

2.1  单一作用下对土壤酶活性的影响

土壤酶直接参与土壤的物质循环和能量代谢过程，其中脲酶在土壤氮元素的循环与转化过程中起着重要的作用，而过氧化氢酶可以分解土壤代谢过程中产生的H2O2，对生物体起到保护作用[9]。蔗糖酶是评价土壤肥力的重要指标，它与土壤有机质、氮磷含量、微生物数量和土壤呼吸强度息息相关。图1和图2分别为BP-3和对羟基苯甲酸甲酯对过氧化氢酶活性的影响结果。由图可知，在试验初期，BP-3对过氧化氢酶活性都起到了一定程度的促进作用，其中200 mg·L-1的BP-3的激活作用最为明显，在9 d时酶活性为对照组的1.17倍。而到后期都起到抑制作用，且随着浓度增加抑制作用逐渐增强。而对羟基苯甲酸甲酯对土壤过氧化氢酶活性的最大抑制率达到50.0%（5 000 mg·L-1作用6 d时），随着浓度的增加和时间的推移酶活性逐渐下降。

图3和图4分别为BP-3和对羟基苯甲酸甲酯对土壤脲酶活性的影响，由图可知BP-3对土壤脲酶活性整体上呈现低浓度促进高浓度抑制的变化趋势。其中低浓度组在实验前期和后期对脲酶活性的促进作用最为明显，最大激活率为33.3%（50 mg·L-1作用6 d时和200 mg·L-1作用27 d时）而高浓度组随着浓度增大对脲酶活性的抑制作用显著提高。

对羟基苯甲酸甲酯对土壤脲酶活性整体上呈现促进-抑制-促进的变化趋势，但高浓度组在整个实验中都起到了抑制作用，对比可得BP-3对土壤脲酶活性的抑制作用大于对羟基苯甲酸甲酯。

图5和图6分别为BP-3和对羟基苯甲酸甲酯对土壤蔗糖酶活性的影响，BP-3作用下前期（3～15 d）蔗糖酶活性变化与脲酶相似，后期所有实验组酶活性均低于空白对照组。对羟基苯甲酸甲酯作用下整体呈现出低浓度促进高浓度抑制的变化趋势，低浓度组的促进作用在12 d到达顶峰，200 mg·L-1的实验组酶活性为对照组的1.83倍。对比高浓度组，相同浓度、相同时间条件作用下对羟基苯甲酸甲酯对土壤蔗糖酶活性的抑制作用，BP-3更为明显。

2.2  复合作用对土壤酶活性的影响

图7、图8为2种PCPs复合后对土壤过氧化氢酶、脲酶活性的影响。由图可知，在整个实验过程中都起到了促进过氧化氢酶活性的作用，在3 d和18 d尤为明显，但效果弱于单一作用，最大激活率仅为25.7%。而脲酶实验只得出了（3～12 d）的数据，可以发现复合条件下酶活性被激发，但随着时间的推移效果逐渐减弱，后续由于测定时发现实验组吸光度与对照组相近，且溶液不变色判断脲酶失去活性，得出复合作用对土壤脲酶活性的抑制作用极强并且不可逆。图9为2种PCPs复合后对土壤蔗糖酶活性的影响，可以得出在前期起到了促进作用，从21 d开始出现抑制作用并随时间逐步增强。与单一作用的实验结果较为相似。

3  结 论

本研究结果表明，两种PCPs单一作用时，对土壤脲酶和蔗糖酶起到低浓度促进，高浓度抑制的作用。BP-3对过氧化氢酶活性起到了先促进后抑制的作用，而对羟基苯甲酸甲酯除5 000 mg·L-1组主要表现为激活作用，且随浓度增大促进作用增强。而两种PCPs复合作用时，对蔗糖酶活性起到了先促进后抑制的作用，对过氧化氢酶起到了促进作用。对脲酶活性前期起到了促进作用，但促进效果逐渐减弱，15 d后导致酶失活，这可能是由于复合物杀死了部分土壤微生物，死亡的细胞破裂使酶活性增强，但随着暴露时间的增长，复合物与酶分子中的活性部分结合形成了稳定的络合物导致酶活性下降[10]。

参考文献：

[1]孙洪芹，江文静，郭艳敏，等. 个人护理用品（PCPs）的生态毒性和处理工艺效果研究进展[J]. 生态毒理学报，2016，11 （1）：94-102.

[2]PECK A M. Analytical methods for the determination of persistent ingredients of personal care products in environmental matrices[J]. Analytical & Bioanalytical Chemistry， 2006， 386 （4）： 907-939.

[3]EKOWATI Y， BUTTIGLIERI G， FERRERO G， et al. Occurrence of pharmaceuticals and UV filters in swimming pools and spas[J]. Environmental Science and Pollution Research， 2016， 23 （14）： 14431-14441.

[4] SILVA C P D， EMíDio E S， MARCHI M R R D. The occurrence of UV filters in natural and drinking water in São Paulo State （Brazil）[J]. Environmental Science and Pollution Research， 2015， 22 （24）： 19706-19715.

[5]LIU Z F， GUAN S， LIN Y Y， et al. Research of parabens and its potential toxicity risk in lakes of Guangzhou[J]. Journal of Lake Sciences，2016， 28 （2）：328-333.

[6]BAZIN I， GADAL A， TOURAUD E， et al. Hydroxy benzoate preservatives （parabens） in the environment： data for environmental toxicity assessment[M]. Xenobiotics in the Urban Water Cycle，2010： 245-257.

[7]陈敏杰，钱懿宏，于青燕，等. 典型四环素类抗生素对土壤微生物及植物生长的影响[J]. 生态毒理学报，2019，14（6）：276-283.

[8]关松荫. 土壤酶及其研究法[M]. 北京： 中国农业出版社，1986：260-360.

[9]罗蓉，杨苗，余旋，等. 沙棘人工林土壤微生物群落结构及酶活性的季节变化[J]. 应用生态学报，2018，29 （4）：1163-1169.

[10]杨青华，韩锦峰. 棉田不同覆盖方式对土壤微生物和酶活性的影响[J]. 土壤学报，2005， 42（2）：348-351.

Effect of BP-3 and Methylparaben on Soil Enzyme Activities

SU Ke-yi1， CHEN Min-jie2，ZHU Ze-ye1， SHI Hai-lin1， TAN Jia-jia1， SHAO Bo1

（1. College of Biological and Environmental Engineering， Zhejiang Shuren University， Hangzhou Zhejiang 310015， China;

2. School of Geography and Environmental Sciences， Zhejiang Normal University， Jinhua Zhejiang 321004，China）

Abstract：  Personal care products （PCPs） are a new type of organic pollutants. Due to the gradual increase in production and use， PCPs will eventually accumulate in the soil in large quantities， so the harm to the soil ecology and the health risks they bring are worthy of attention. In this experiment， BP-3 and methylparaben were used as the research objects， and the indoor culture experiment method was used to investigate the effects of two typical PCPs on soil enzyme activities under single and compound actions. The results showed that， except that BP-3 showed a low-promoting and high-inhibiting change trend on soil urease and methylparaben on soil catalase and invertase activities， BP-3 had the effect of first promoting and then inhibiting catalase activity. Methylparaben had a promotion-inhibition-promoting change trend on soil urease activity as a whole， and soil invertase activity in the early stage under the action of BP-3 （3～15 d） showed the trend of low promotion and high inhibition， the enzyme activity of all experimental groups in the later period was lower than that of the blank control group.

Key words：  BPs type ultraviolet sunscreen; Para-hydroxybenzoate preservatives; Soil; Toxicity of compound