外源S2-抑制水稻生長及土壤微生物活性的半效應濃度研究

謝曉梅， 廖 敏*， 張 楠， 徐培智， 徐昌旭， 劉光榮

(1浙江大學環境與資源學院，杭州 310058； 2浙江省亞熱帶土壤與植物營養重點研究實驗室，杭州 310058；3廣東省農業科學院土壤肥料研究所，廣州 510640； 4江西省農業科學院土壤肥料與資源環境研究所，南昌330200)

外源S2-抑制水稻生長及土壤微生物活性的半效應濃度研究

謝曉梅1,2， 廖 敏1,2*， 張 楠1,2， 徐培智3， 徐昌旭4， 劉光榮4

(1浙江大學環境與資源學院，杭州 310058； 2浙江省亞熱帶土壤與植物營養重點研究實驗室，杭州 310058；3廣東省農業科學院土壤肥料研究所，廣州 510640； 4江西省農業科學院土壤肥料與資源環境研究所，南昌330200)

【目的】S2-是冷浸田類低產稻田中水稻生長的重要限制因子，探討S2-對土壤-水稻生態系統的生態毒性特征，可為揭示冷浸田土壤S2-毒害臨界值及其機理研究提供理論依據?！痉椒ā恳詥渭境Ｒ幫砭拘闼?34為材料，采用盆栽試驗模擬冷浸田土壤S2-毒害，設外加S2-0、10、50、100、300、600和1200 mg/kg，在水稻苗期和分蘗期調查水稻生長，葉片葉綠素含量、脯氨酸和抗氧化酶系統活性，土壤微生物活性?！窘Y果】在含一定S2-本底(12.08 mg/kg)的正常稻田土壤中，隨外源S2-的加入量增加，對水稻生長的抑制逐步增強。當外源S2-濃度超過50 mg/kg后，水稻的株高、干物質積累量顯著降低；水稻葉片生理指標葉綠素含量(SPAD值)、脯氨酸含量、抗氧化酶系統活性則顯著增加，表明50 mg/kg是本研究條件下外源S2-對水稻生長產生顯著毒害影響的臨界點；隨外源S2-濃度的增加土壤微生物量碳、微生物三大基礎菌系總量、功能菌系總量和微生物總量都隨外源S2-處理水平的增大而降低，硫化細菌總量隨之增加，土壤S2-濃度40 mg/kg(含本底)為多數土壤微生物活性指標(微生物基礎菌系總量、功能菌系總量、微生物總量)EC50變化的臨界值；體系中土壤微生物活性指標和水稻生長存在顯著相關,表明供試土壤S2-對水稻生長的影響是S2-對土壤-植物-土壤微生物系統同步影響的綜合結果?？梢?，供試土壤S2-濃度40 mg/kg為導致土壤-水稻-土壤微生物系統受到顯著負效應的臨界值。【結論】土壤中S2-超過一定濃度將對土壤-水稻-土壤微生物系統產生顯著負效應，S2-濃度40 mg/kg(含本底)為導致供試土壤-水稻-土壤微生物系統受到顯著負效應的臨界值，當供試土壤中S2-含量超出該濃度時，需采取合理的農藝措施控制其負效應。

硫離子；水稻生理指標；土壤微生物量；土壤微生物活性

1 材料與方法

1.1 土壤采集與水稻栽培

供試土壤為采自浙江大學紫金港試驗場的水稻土。取表層0—20 cm土層、土樣自然風干后過3.2 mm篩備用,供試土壤的基本理化性質見表1。分別稱取4.0 kg相當于烘干土質量的風干土樣置于系列80×20 cm3(底面積×高)塑料盆缽中，外源添加硫化鈉。依據柴娟娟等調查發現我國華東地區冷浸田土壤S2-含量為296～1620 mg/kg[1]，設計外源S2-添加水平為0、10、50、100、300、600和1200 mg/kg(純S2-計), 每個處理重復3次。同時拌入0.4 g/kg尿素(折合N 187 mg/kg)、0.4 g/kg磷酸氫二鉀(P2O50.208 g/kg、K2O 0.139 g/kg)做基肥，混勻，淹水培養5 d后，移栽25日齡水稻秧苗，每盆定苗4株。試驗過程中模擬冷浸田土壤低溫浸水的還原態環境，在盆口覆保鮮膜以減少外界空氣對內部土壤還原環境的氧化，盆底安裝循環去熱通水水槽以降低盆內土壤溫度，整個生育期保證每天定時澆水補充盆內水分損失并始終保持2 cm水層以隔絕外部空氣，常規管理。為避免自然水體中養分離子對后期試驗的影響，本試驗特選定符合GB17324-2003《瓶(桶)裝飲用純凈水衛生標準》的純凈水為唯一供試用水，供試水稻品種為常規晚粳稻秀水134，試驗在浙江大學紫金港校區網室進行。

1.2 樣品采集

土壤樣品于淹水預培養5 d后，在移栽水稻秧苗的15 d(苗期)、30 d(分蘗期)采集。用特制注射取樣器(將醫用50 ml注射器前端針孔與針管連接處平切成帶活塞芯桿的圓柱管狀采樣器，利用芯桿拔出產生的氣壓采集土壤)，多點抽取0—10 cm表層土壤樣品，樣點(>3)均勻分布于離植株4～5 cm的圓周上。集中于封口袋中，用玻璃棒拌均，制成混合土樣，測定新鮮土壤微生物數量、微生物量碳及S2-含量。

在水稻分蘗期階段測定水稻株高及成活率，使用便攜式葉綠素儀測定水稻倒三葉葉片SPAD值，采集水稻倒三葉放入墊有紗布的托盤中，冰浴冷凍處理，帶回室內分析過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)活性及脯氨酸含量。

1.3 測定方法

土樣的基本理化性質采用常規分析方法；土壤S2-的測定方法為砷化器—亞甲藍分光光度法[6-7]；土壤微生物量碳用氯仿熏蒸—0.5 mol/L K2SO4提取，T0C-500自動分析儀測定[8]；同類型的微生物數量采用稀釋平板計數法測定[9]；葉綠素含量(SPAD值)—葉綠素儀非破壞性快速測定[10]；脯氨酸含量—磺基水楊酸提取，茚三酮比色法測定[11]；過氧化物酶(POD)活性—愈創木酚法測定[12]；超氧化物歧化酶(SOD)活性—采用南京建成生物公司SOD試盒進行，SOD抑制率達50%為一個亞硝酸鹽單位，以Nu/g表示;過氧化氫酶(CAT)活性—氧電極法[13]土壤微生物活性和水稻生理指標皆用鮮樣測定。

2 結果與討論

2.1 不同水平外源S2-處理對分蘗期水稻生理指標的影響

2.1.1 外源S2-對水稻農藝性狀的影響 從表2可以看出，不同濃度外源S2-處理后，水稻的存活率和單株分蘗數都有一定的下降。其中，外源S2-10 mg/kg濃度處理以下無顯著差異，長勢良好；在10～50 mg/kg之間出現下降轉折點，100 mg/kg處理以上存活率和單株分蘗數顯著下降。在外源S2-10至100 mg/kg濃度水平，水稻的存活率分別約為空白處理的91%、64%和45%，1200 mg/kg時僅為空白處理的9%，差異顯著(P<0.05)(表2)。外源S2-濃度大于50 mg/kg的土壤中生長的水稻葉片開始呈黃褐色，下部葉片逐漸枯死，分蘗期收獲拔出水稻時發現秧苗根系發黑變臭，且隨外源S2-濃度的增加，毒害癥狀越來越明顯。土壤中S2-與二價鐵、錳結合生成不溶性的黑色化合物，吸附在根系表面形成“黑根”，降低根系吸收養分的能力，進而顯著抑制水稻的生長發育。

與植株存活率一樣，植株株高、干物質積累量隨外源S2-濃度的增加而顯著降低，更為敏感的反映S2-的毒害脅迫。由表2分析可知，以水稻農藝性狀抑制率(y)與土壤中理論總S2-含量(x)的曲線擬合相關方程式，y株高=-17.695+7.94lnx(r2=0.929)；y干物質=-32.098+14.821lnx(r2=0.960)分別求出株高抑制10%和20%的S2-臨界濃度為33.30和115.29 mg/kg(土)；干物質積累減產10%和20%時的臨界濃度分別為17.12 mg/kg和33.62 mg/kg，據此,以株高和干物質減產10%為依據，若加上供試土壤的本底S2-含量為12.17 mg/kg(土)，可初步推定供試水稻土S2-毒害的臨界濃度約為30～40 mg/kg。

2.1.2 外源S2-對水稻抗氧化酶系統活性、葉綠素和脯氨酸含量的影響 H2S是動植物體內繼NO和CO之后的新型氣體信號分子[14]，能夠參與并影響作物體內多種物質代謝活動。隨著外源S2-濃度的增加，土壤逆境環境增強，導致葉片中H2S等有毒氣體積累，引發多種自由基生成造成氧化脅迫。POD作為植物體內清除活性氧的主要酶類，在外源性S2-濃度低于10 mg/kg處理以下時顯著增加，在10～50 mg/kg濃度范圍內保持平穩，之后呈降低趨勢(表3)。說明低濃度外源S2-能提高POD活性，高濃度S2-會破壞葉片抗氧化酶系統，使其活性降低。與POD的變化趨勢一致，SOD活性在外源性S2-濃度低于50 mg/kg處理水平時表現出小幅波動，但無顯著差異，之后下降并低于對照水平。CAT活性在外源S2-濃度為10 mg/kg時上升到達峰值，之后逐漸下降至對照水平以下。表明外源S2-濃度低于50 mg/kg是水稻的相對耐受區間，植物體內抗氧化酶系統能夠有效抵御外界S2-脅迫的危害，但其保護作用有一定的限度，高濃度S2-誘導多種活性氧自由基積累并超過抗氧化酶系的保護作用，從而嚴重抑制三大保護酶系的活性。

注(Note): 同行數值后不同字母表示處理間差異達到5%顯著水平 Values followed by different letters in a row are significantly different at the 5% level.

由表3可以看出，水稻葉片SPAD值呈現出先增加再緩慢降低的趨勢，在外源性S2-為50 mg/kg時達到峰值，說明土壤中高濃度S2-會抑制葉片葉綠素的生成，這也是受毒害葉片呈黃褐色甚至枯死的原因。此外，葉片脯氨酸含量隨S2-處理水平的增加而逐漸上升，研究結果與以往的報道相似[15]。與水稻葉片SPAD值相比，抗氧化酶系活性和脯氨酸含量是水稻抵御外源性S2-毒害更為敏感的生理指標。

注(Note): 同行數值后不同字母表示處理間差異達到5%顯著水平 Values followed by different letters in a row are significantly different at the 5% level.

2.2 不同水平外源S2-處理對土壤生態系統的影響

2.2.1 不同生育期土壤S2-含量的變化 由圖1可知，土壤S2-含量在苗期和分蘗期與外源性S2-加入量成正相關關系，但由于土壤自身的緩沖作用和外界環境的氧化等影響，外源性S2-處理為50 mg/kg時的損失率分別為10.94%和27.27%，濃度為300 mg/kg時分別達18.48%和29.09%，損失程度隨外源S2-處理水平和水稻的生長發育而加強。這主要是由于隨著水稻的生長發育，外界環境溫度升高，盆口覆膜等措施不足以消除外界環境對盆栽水稻內部土壤的氧化，S2-被氧化的程度隨之加重，與土壤中二價鐵錳等離子的結合也加強。因此，本試驗選定水稻適應性生長的苗期和生命活動旺盛的分蘗期為研究重點，以期更準確的反映S2-處理對土壤-水稻-S2--微生物相互作用體系的影響。

[注(Note): 方柱上不同字母表示處理間在0.05水平有顯著差異Different leffers above the bars inlicate significantly different among treatments at the 0.05 level.]

2.2.2 外源S2-對土壤微生物活性的影響

2.2.2.1 外源 S2-對土壤微生物量碳總量的影響 土壤微生物量碳(SMB-C，簡稱生物量碳)表征土壤微生物的總量特征，是土壤有機碳中最為活躍的部分，參與土壤養分轉化和能量循環過程，是土壤速效養分的活性庫，與土壤肥力狀況密切相關[16]。由圖2可知，微生物量碳在不同水平外源S2-處理后呈較為顯著的降低趨勢: 在水稻苗期階段，用10、50、100、300、600和1200 mg/kg 外源S2-處理后，土壤微生物量碳含量分別占空白處理的66.41%、54.38%、48.85 %、33.43%、25.12%和16.65%。水稻分蘗期階段，分別為空白對照的133.57%、68.85%、72.75%、53.78%、65.38%和36.05%。其中，外源性S2-濃度為50mg/kg處理水平時，水稻兩生育期土壤中微生物量碳含量平均分別為85.02和76.80 mg/kg，在我國冷浸田土壤中處于較低含量水平[9]。微生物量碳含量較低的土壤，其理化性質較差，供肥能力不足，無法滿足作物的正常生長需要。

2.2.2.2 外源 S2-對土壤細菌、真菌、放線菌總量的影響 研究表明，土壤中三大基礎菌系包括細菌、真菌、放線菌三大類群微生物區系，在土壤有機質分解、轉化過程中起到重要作用。在高濃度S2-的毒害下，基礎菌系微生物數量大幅減少必然會導致有機質的循環礦化速度減緩、土壤有機質積累、養分供應失調，進而抑制水稻的生長發育。由圖3可知，三大基礎菌系微生物總量隨外源S2-濃度的增加而顯著減少: 水稻苗期階段，在10～1200 mg/kg外源S2-處理下土壤基礎菌系微生物總量分別為空白對照的59.26%、44.80%、20.82%、15.98%、15.00%和9.95%；分蘗期階段分別為77.64%、50.55%、44.54 %、29.49%、29.40%和23.33%。此外，由于水稻分蘗期生命活動旺盛，土壤微生物反應強烈，基礎菌系微生物總量總體高于水稻苗期生長發育階段?；A菌系微生物總量在外源S2-濃度50 mg/kg水平以下隨外源S2-增加而迅速減少，50 mg/kg水平以上平穩降低，可能是由于土壤部分基礎菌系微生物對高濃度外源硫的脅迫適應性增強的緣故，其機理仍需進一步研究。

[注(Note): 方柱上不同字母表示處理間在0.05水平有顯著差異Different leffers above the bars inlicate significantly different among treatments at the 0.05 level.]

[注(Note): 方柱上不同字母表示處理間在0.05水平有顯著差異Different leffers above the bars inlicate significantly different among treatments at the 0.05 level.]

2.2.2.3 外源S2-對土壤氨化細菌、固氮菌、纖維分解菌總量的影響 土壤中三大功能菌系包括氨化細菌、固氮菌和纖維分解菌三類，是土壤中主要的降解性微生物，主要起到分解轉化有機態氮素、固定大氣中氮素和分解纖維素的作用，能夠有效的促進土壤養分元素循環和污染物降解轉化[17-18]。與上述基礎菌系的變化趨勢一致，隨著外源性S2-濃度增加及其毒性的增強，土壤中三大功能菌系微生物活性受到顯著抑制，導致其微生物總量先快速減少后保持平穩降低，并在外源性S2-濃度為50 mg/kg時發生下降轉折點。由圖4可知，外源性S2-濃度達50 mg/kg水平以上時，土壤中功能菌系微生物量在苗期和分蘗期平均分別僅占空白處理的23.84%和49.76%，不能夠滿足土壤中各元素循環的需要，容易造成土壤養分失調。

[注(Note): 方柱上不同字母表示處理間在0.05水平有顯著差異Different leffers above the bars inlicate significantly different among treatments at the 0.05 level.]

2.2.2.4 外源S2-對土壤硫化細菌總量的影響 硫在土壤中以多種形式存在，并在多種微生物的作用下發生相互轉變以供給作物生長需要。其中，硫化細菌能將蛋白質分解時形成的H2S或硫氨基酸等轉化成硫酸鹽形式供植物吸收利用，進而減少土壤中H2S積累對植物造成的毒害作用[18]。由圖5可知，不同濃度外源S2-處理后，水稻不同生育期土壤硫化細菌總量隨外源S2-濃度的增加呈增加趨勢。說明，隨著外源S2-的濃度增加，土壤中硫化氫等還原性毒害物質逐漸增加，促使硫化細菌的活性增強以消減硫化氫脅迫。

[注(Note): 方柱上不同字母表示處理間在0.05水平有顯著差異Different leffers above the bars inlicate significantly different among treatments at the 0.05 level.]

2.2.3 土壤微生物活性指標在水稻不同生育期的土壤S2-總量半效應濃度值 由表4分析可知，水稻分蘗期階段土壤-S2--微生物之間相互作用、相互影響的關系已趨于穩定，多數微生物活性指標土壤S2-總量的半效應濃度(EC50)[20-22]達40 mg/kg，且表現出顯著相關性。意味著供試土壤S2-總量超出40 mg/kg后，土壤微生物生態系統將受到顯著影響(表4)，微生物活性將顯著降低，進而影響土壤的物質循環，包括土壤養分的礦化與供給等，這些影響最終導致水稻生長受到抑制，水稻多數生理指標和生長特征發生顯著變化(表2，表3)。據此，上述結果進一步表明供試水稻土S2-毒害的臨界濃度約為40 mg/kg(土)，超出此濃度需加強農藝技術措施以防止S2-毒害。

注(Note): BBA—基礎菌總量Basic bacteria amount; FBA—功能菌總量Functional bacteria amount; BA—微生物總量Total bacteria amount; SMB-C—微生物量碳量Soil microbiomass carbon amount.

2.3 不同水平外源S2-處理后水稻生長與土壤微生物活性的相關性分析

表5表明，不同水平外源S2-處理后水稻農藝性狀與其對應的水稻分蘗期土壤微生物活性指標存在顯著正相關性，二者表征的供試土壤S2-毒害臨界濃度范圍吻合；相反，以過氧化物酶活性為代表的水稻抗氧化酶系統活性和水稻脯氨酸含量與供試土壤微生物活性指標負相關。上述結果說明，在本研究中，土壤-水稻-S2--微生物體系之間相互影響相互作用，相關影響是同步的，繼而表現出各處理指標變化趨勢存在顯著相關性，外源S2-濃度超出一定濃度時，將嚴重破壞土壤-水稻-S2--微生物體系之間的協調關系，同步表現出抑制水稻生長、降低土壤微生物活性，因此當土壤中S2-濃度超出一定限制后，應加強農藝技術措施防止S2-毒害，保證土壤-水稻-S2--微生物體系的環境協調性，只有這樣，才能保障水稻正常生長所需的環境，實現水稻的穩產與高產。

注(Note): BBA—基礎菌總量Basic bacteria amount; FBA—功能菌總量Functional bacteria amount; BA—微生物總量Total bacteria amount; SMB-C—微生物量碳量Soil microbiomass carbon amount. *—P<0.05; **—P<0.01.

3 結論

1)過量S2-脅迫抑制了水稻地上部和根系的生長，在分蘗期，水稻生理指標如存活率、單株分蘗數及抗氧化酶系統活性也能較好地反映土壤S2-濃度對水稻生長的影響，多數指標的耐受性土壤外源性S2-濃度在50 mg/kg土以內，超出此濃度，上述水稻生理指標將受到到顯著影響。同時，水稻植株株高和干物資積累量隨外源S2-處理水平的增加而顯著降低，通過擬合土壤S2-濃度與水稻生長抑制情況表明，供試土壤影響水稻生長的S2-脅迫臨界濃度約為40 mg/kg。

2)在土壤—水稻生態系統中，土壤微生物量碳、微生物總量、基礎菌(細菌、真菌、放線菌)總量和功能菌(氨化細菌、固氮菌、纖維分解菌)總量都隨外源S2-處理水平的增大而降低，多數微生物活性指標(微生物基礎菌系總量、功能菌系總量、微生物總量)的土壤S2-總量EC50為40 mg/kg，與水稻農藝性狀表征的臨界濃度吻合，從土壤微生物毒理學角度分析，進一步表明40 mg/kg是供試土壤S2-毒害的臨界濃度。

3)在土壤-水稻-S2--微生物相互作用的體系中，不同水平外源S2-處理后水稻生長與土壤微生物活性存在顯著相關性，表明S2-對土壤-水稻-微生物體系的相關影響是同步的，因此在實際農業生產中應注意土壤S2-的積累對土壤-水稻-微生物生態系統的影響，S2-含量達到產生負效應濃度時，應加強農藝技術措施以防止S2-毒害。

[1] 柴娟娟, 廖敏, 徐培智, 等. 我國主要低產水稻冷浸田養分障礙因子特征分析[J]. 水土保持學報, 2012, 26(2): 284-288. Chai J J, Liao M, Xu P Zetal. Feature analysis on nutrient’s restrictive factors of major low productive waterlogged paddy soil in China[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2012, 26(2): 284-288.

[2] 孟賜福, 姜培坤, 曹志洪, 等. 硫素與其他營養元素的交互作用對作物養分吸收、產量和質量的影響[J]. 土壤, 2009, 41(3): 329-334. Meng C F, Jiang P K, Cao Z Hetal. Interaction effects of sulfur and other nutrients on nutrient uptakes, yields, and qualities of crops[J]. Soils, 2009, 41(3): 329-334.

[3] 于天仁, 劉志光. 水稻土的氧化還原過程及其與水稻生長的關系[M]. 土壤學報,1964,12(4): 380-389. Yu T R, Liu Z G. Oxidation-reduction process in paddy soils and its relation to the growth of rice[J]. Acta Pedologica Sinica, 1964, 12(4): 380-389.

[4] 陳會, 任艷芳, 陳秀蘭, 等. 鎘脅迫下不同耐性水稻植株幼苗生長和抗氧化酶的變化[J]. 江西農業大學學報, 2012, 34(6): 1099-1104. Chen H, Ren Y F, Chen X Letal. Changes of seedlings growth and antioxidant enzyme activities of different Cd-tolerant rice cultivars under cadmium stress[J]. Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis, 2012, 34(6): 1099-1104.

[5] 郭成士. 土壤鉛對作物的毒害效應及臨界值研究[D]. 福建: 福建農林大學碩士學位論文, 2011. Guo C S. Study of the effects of soil lead to plant and the toxicity threshold of soil lead[D]. Fujian: Master dissertation Fujian Agriculture and Forestry University, 2011.

[6] 何前鋒, 呂雁. 亞甲藍分光光度法測定土壤中硫化物[J]. 安徽化工, 2002, 28(3): 52-53. He Q F, Lv Y. Determination of soil sulfide with methylene blue spectrophotometry[J]. Anhui Chemical Industry, 2002, 28(3): 52-53.

[7] 邱昌蓮, 劉建湘, 彭美蘭. 土壤中硫化物測定方法的改進[J]. 中國公共衛生, 1992, 8(12): 549-550. Qiu C L, Liu J X, Peng M L. An improved testing method of the determination of soil sulfide[J]. Chinese Journal of Public Health, 1992, 8(12): 549-550.

[8] 陳果, 劉岳燕, 姚槐應, 等. 一種測定淹水土壤中微生物生物量碳的方法: 液氯熏蒸浸提-水浴法[J].土壤學報, 2006, 43(6): 986. Chen G, Liu Y Y，Yao H Y et al. A method for measuring microbial biomass C in waterlogged soil: chloroform fumigation extraction-water bath method[J]. Acta Pedologica Sinica, 2006, 43(6): 986.

[9] 柴娟娟, 廖敏, 徐培智, 等. 我國主要低產水稻冷浸田土壤微生物特征分析[J]. 水土保持學報, 2013, 27(1): 249-253,259. Chai J J, Liao M, Xu P Z et al. Feature analysis on soil microbial characteristics of major low productive waterlogged paddy soil in China[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 27(1): 249-253, 259.

[10] 薛香, 吳玉娥. 小麥葉片葉綠素含量測定及其與SPAD值的關系[J]. 湖北農業科學, 2010, 49(11): 2701-2702. Xue X, Wu Y E. Chlorophyll content determination and its relationship with SPAD value in wheat[J]. Hubei Agricultural Sciences, 2010, 49(11): 2701-2702.

[11] 張殿忠, 汪沛洪, 趙會賢. 測定小麥葉片游離脯氨酸含量的方法[J]. 植物生理學通訊, 1990,(4): 62-65. Zhang D Z, Wang P H, Zhao H Xetal. Determination of the content of free proline in wheat leaves[J]. Plant Physiology Communications, 1990,(4): 62-65.

[12] 王延璞, 王靜, 孫曉艷. 錳脅迫對大豆幼苗POD活性及其同工酶的影響[J]. 安徽農業科學, 2011, 39(9): 5065-5067. Wang Y P, Wang J, Sun X Y. Effects of manganese stress on POD activities and isozymes of soybean[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2011, 39(9): 5065-5067.

[13] 張志良.植物生理學實驗指導(第二版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 1990. 154-157. Zhang Z L. Plant physiology experiment instruction(Second Edition)[M]. Beijing: Higher Education Press, 1990. 154-157.

[14] 徐慧芳, 陳楨雨, 劉 輝, 等. H2S對水稻幼苗形態及生理生化的影響[J]. 中國農學通報, 2013, 29(36): 52-58. Xu H F, Chen Z Y, Liu Hetal. Effects of exogenous hydrogen sulfide on the growth and physiology of rice seedlings[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2013, 29(36): 52-58.

[15] Lin C C, Kao C H. Proline accumulation is associated with inhibition of rice seedling root growth caused by NaCl[J]. Plant Science, 1996, 114: 121-128.

[16] 閆晗, 吳祥云, 黃靜, 等. 評價土壤質量的微生物指標及其研究方法[J]. 山西農業科學，2010, 38(10): 78-81. Yan H, Wu X Y, Huang Jetal. Microbial indicator of soil quality evaluation and its studying methods[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2010, 38(10): 78-81.

[17] 吳凡, 張楠, 張莎莎, 等. 桑樹根際固氮細菌的分離鑒定及固氮酶活力測定[J]. 蠶業科學, 2008, 34(3): 387-392. Wu F, Zhang N, Zhang S S et al. Isolation, identification and nitrogenase activities of mulberry rhizosphere azotobacter[J]. Acta Sericologica Sinica, 2008, 34(3): 387-392.

[18] Nowak J, Nowak D, Chevallier P. Analysis of composite struct- ure and primordial wood remains in petrified wood[J]. Applied Spectroscopy, 2007, 61(8): 889-895.

[19] 李麗. 植煙土壤硫化細菌與反硫化細菌分布特點研究[J]. 中國煙草科學, 2011, 32(2): 29-32. Li L. Distribution of sulfur bacterial and anti-sulfur bacterial in tobacco planting soils[J]. Chinese Tobacco Science, 2011, 32(2): 29-32.

[20] 張自立, 常江, 汪成勝, 等. 混合稀土對作物生長量的影響[J]. 中國稀土學報, 2001, 19(1): 85-87. Zhang Z L, Chang J, Wang C Setal. Effect of rare earth elements on growth of crops[J]. Journal of the Chinese Society of Rare Earth, 2001, 19(1): 85-87.

[21] 陳世寶, 林蕾, 魏威, 等. 基于不同測試終點的土壤鋅毒性閾值及測試模型[J]. 中國環境科學, 2013, 33(5): 922-930. Chen S B, Lin L, Wei Wetal. Comparative study of Zn-toxicity thresholds in 16 Chinese soils as determined by different bioassay endpoints and its predicted models[J]. China Environmental Science, 2013, 33(5): 922-930.

[22] 林志華, 劉長輝, 王海斌, 何海斌. 不同濃度瑞飛特對土壤微生物及土壤酶活性的影響[J]. 農產品加工學刊, 2009,(9): 10-11,15. Lin Z H, Liu C H, Wang H B, He H B. The effects of soil microbe and soil enzyme activity after treated by different concentration pretilachlor[J]. Academic Periodical of Farm Products Processing, 2009(9): 10-11, 15.

EC50of soil S2-inhibiting rice growth and soil microbial activities

XIE Xiao-mei1,2， LIAO Min1,2*, ZHANG Nan1,2, XU Pei-zhi3, XU Chang-xu4, LIU Guang-rong4

(1CollegeofEnvironmentalandResourceSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058; 2ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofSubtropicalSoilandPlantNutrition,Hangzhou310058; 3InstituteofSoil&Fertilizer,GuangdongAcademyofAgriculturalSciences,Guangzhou510640; 4InstituteofSoil&FertilizerandResource&Environment,JiangxiAcademyofAgriculturalSciences,Nanchang330200)

【Objectives】S2-is one of the important limiting factors for rice growth in cold waterlogged paddy fields which are typical low yield paddy fields. Characteristics of ecological toxicity of S2-to system of soil-rice under S2-stress were investigated in order to provide a theoretical basis for future research to reveal the dose critical value of S2-toxicity and its toxic mechanism in cold waterlogged paddy soil. 【Methods】 Effect of exogenous S2-treatment on rice physiological indices(rice physiological growth, chlorophyll, proline and the activities of the antioxidant enzyme system in the rice leaves), soil microbial activities and their bioecological characters at the seedling and tillering stages in the interactive system of soil-rice-S2-and microbe were studied by a greenhouse pot experiment which is set to simulate S2-toxicity in waterlogged paddy soil. A single season conventional late japonica rice Xiushui 134 was selected as crop material, and S2-was applied at seven different levels in one paddy soil, namely 0, 10, 50, 100,300, 600 and 1200 mg/kg. 【Results】 The addition of exogenous S2-gradually inhibits the growth of rice and decreases soil microbial activities in the normal tested paddy soil in which the background S2-concentration is 12.08 mg/kg. The plant height and dry matter accumulation of rice decrease sharply when the exogenous S2-concentration exceeds 50 mg/kg. However, SPAD value of chlorophyll content in rice leaves, proline accumulation and activities of antioxidant enzyme systems are increased significantly. These results suggest that exogenous S2-of 50 mg/kg is the critical concentration under the tested condition to poison rice growth. Meanwhile, soil microbial activities are declined rapidly with the increase of the concentration of exogenous S2-. The turning point of decreasing soil microbial activities can be presumed as 40 mg/kg of soil S2-concentration by analyzing its toxicant concentration that inhibits a microbe-mediated ecological process by 50%(EC50). Soil microbial activities and rice growth in the system of soil-rice-S2-and microbe are significantly associated and synchronously affected by S2-in the tested soil. Overall, soil S2-of 40 mg/kg is the critical concentration to inhibit the system of soil-rice-soil microbe in the tested soil. 【Conclusion】 When the concentration of S2-in soil exceeds a certain concentration, S2-would lead to significantly negative effects on the system of soil-rice-soil microbe. Soil S2-of 40 mg/kg is the critical concentration to inhibit the system of soil-rice-soil microbe in the tested soil. Therefore, some reasonable agronomic measures should be taken to control the negative effects once the concentration of S2-is over 40 mg/kg in the test paddy soil.

sulfur ion; rice physiological indices; soil microbial biomass; soil microbial activities

2014-08-18 接受日期: 2014-12-01 網絡出版日期: 2014-04-20

國家公益性行業(農業)專項(201003059)資助。

謝曉梅(1970—)，女，博士，高級工程師，從事環境科學與環境生態方面的研究。 E-mail: xiexiaomei@zju.edu.cn， Tel: 0571-88982719。 *通信作者E-mail: liaomin@zju.edu.cn, Tel: 0571-88982063

S154.34;S511.2

A

1008-505X(2015)05-1286-08