兩種除草劑對稻田土壤微生物數量和酶活性的影響

徐蔣來, 胡乃娟, 張政文, 陶寶瑞, 朱利群,2

(1.南京農業大學 農學院, 江蘇 南京 210095; 2.南京農業大學 農村發展學院, 江蘇 南京 210095)

兩種除草劑對稻田土壤微生物數量和酶活性的影響

徐蔣來1, 胡乃娟1, 張政文1, 陶寶瑞1, 朱利群1,2

(1.南京農業大學 農學院, 江蘇 南京 210095; 2.南京農業大學 農村發展學院, 江蘇 南京 210095)

摘要：[目的] 探究常用除草劑及其濃度對稻田土壤微生物數量及酶活性的影響，為評價除草劑對水田土壤生態效應提供參考依據。 [方法] 通過開展大田試驗，設置了華星草克和丁草胺兩種除草劑及其高、中、低3種濃度進行試驗。 [結果] (1) 中、低濃度丁草胺和華星草克對土壤微生物數量影響較小，即使在短期內會產生細微的抑制作用，但恢復較快； (2) 高濃度處理對土壤微生物數量影響較為明顯，但隨除草劑施入時間的延長，抑制作用在21 d基本恢復至對照水平； (3) 兩種除草劑處理對土壤脲酶、蔗糖酶均產生了一定的抑制作用，這種抑制作用隨濃度升高而增強，但隨著藥效的降解，抑制作用逐漸消失，酶活性恢復至對照水平； (4) 兩種除草劑對土壤過氧化氫酶的影響與其他兩種酶不同，具有一定的刺激作用。 [結論] 兩種除草劑對稻田土壤微生物數量和酶活性的影響因不同的施藥濃度以及施藥后作用時間的推移而異，不高于中等濃度處理對其影響較小，且短期內易恢復至正常水平。因此，適量的除草劑對水田土壤生態系統是相對安全的。

關鍵詞：除草劑； 水稻田; 土壤微生物; 土壤酶活性

土壤微生物是土壤生態系統中物質和能量循環的重要參與者，其活動是有機質轉化、養分循環與釋放、物質分解等生物及生物化學過程中最為重要的推動力[1]。土壤中的酶作為土壤新陳代謝的重要因素,同生活著的微生物細胞一起推動著物質轉化，在土壤碳、氮、磷循環過程中具有重要的作用[2]。土壤酶活性的改變將影響土壤養分釋放,從而影響作物生長,因此土壤酶活性又可作為農業管理實踐過程中土壤質量演變的生物活性指標[3]。農田施用的化學農藥大部分散落于土壤中,對土壤微生物生物量及活性產生一定的影響，進而影響土壤肥力的持續性[4-6]。華星草克是乙草胺和芐嘧磺隆兩種有效成分的復制配劑，為選擇性芽前除草劑。華星草克能有效防除水稻移栽田1年生及部分多年生部分雜草，稗草、鴨舌草、四葉萍等一年生闊葉雜草及莎草科雜草，為蘇南地區較為常用的除草劑之一。丁草胺為酰胺類內吸性傳導型選擇性芽前除草劑，主要用于水稻田防除稗草、牛毛草，也可用于小麥、玉米、棉花等作物上防除雜草。近年來有關除草劑對土壤生態系統的研究主要集中在重金屬、溫室氣體排放、藥物殘留及降解方面[7-12],涉及對土壤微生物及酶活性方面的研究相對較少。本研究在大田試驗條件下，分析華星草克和丁草胺對稻田土壤微生物數量和酶活性的影響，以了解兩種除草劑對土壤生物學功能的影響，為評價其對水田土壤生態環境效應提供參考依據。

1材料與方法

1.1　試驗地概況

試驗設在江蘇省南京市江寧區淳化鎮試驗田進行，該地區位于東經118°30′，北緯31°50′，海拔30～50 m，雨量充沛，熱量豐富，平均氣溫15.5 ℃，年降水量1 004.6 mm，屬北亞熱帶季風氣候，具有濕潤土壤水分狀況。試驗地前茬為小麥，土壤質地為黏壤土，土壤pH值為6.21，有機質22.449 g/kg，全氮0.874 g/kg，堿解氮120.956 mg/kg，速效磷5.435 mg/kg，速效鉀58.171 mg/kg。

1.2　試驗設計

采用隨機區組設計，設7個處理，3次重復，共21個小區，小區面積為21 m2(3 m×7 m)。試驗中水稻供試品種為武育粳3號，水稻秧苗于2013年6月23日移栽，移栽后7 d施用除草劑，于2013年11月5日收獲。供試藥劑為華星草克(江蘇省蘇科農化有限公司)和丁草胺(江蘇省常隆農化有限公司)。華星草克的施藥方法為拌土撒施法，取供試土壤分裝于塑料杯中，分別加入不同劑量的華星草克，使得其在土壤中的濃度依次為1.27 g/kg(田間低用量225 g/hm2)，2.56 g/kg(田間正常用量450 g/hm2)，3.79 g/kg(田間高用量675 g/hm2)，以不施除草劑為對照；丁草胺的施藥方法為噴灑法，用手持式噴霧器噴施,用液量為800 kg/hm2，丁草胺的施用量分別為1 200，1 500，1 800 ml/hm2,其濃度依次為0.65，1.09，1.52 g/kg，以不施除草劑為對照。施藥后分別于1，7，14，21和30 d，用土鉆取0—15 cm的土樣，每小區取5個樣點,混拌均勻,測定土壤微生物數量和酶活性。

1.3　土壤微生物數量的測定

采用稀釋平板計數法測定土壤中的微生物。稱取土樣10 g，裝入含有90 ml無菌水的三角瓶中，振蕩30 min，取1 ml土壤懸液于裝有9 ml無菌水的試管中，充分混勻，再取1 ml土壤懸液于裝有9 ml無菌水的試管中，充分混勻，反復稀釋5次。然后吸取不同稀釋度的菌懸液各0.1 ml接種至培養基中，用三角涂布棒涂抹均勻。細菌計數采用牛肉膏蛋白胨培養基；真菌用馬丁氏培養基；放線菌采用改良的高氏1號培養基。

1.4　土壤酶活性的測定

土壤過氧化氫酶活性測定采用高錳酸鉀滴定法,以1 g土壤消耗0.1 mol/L高錳酸鉀溶液毫升數(ml)表示。土壤蔗糖酶活性測定采用3,5—二硝基水楊酸比色法,以24 h后1 g土壤葡萄糖的毫克數(mg)表示。脲酶活性測定采用尿素水解法,以24 h后土壤中NH3—N的含量(mg/g)表示。

1.5　數據分析

試驗數據均采用Excel和SPSS 17.0軟件進行計算和統計分析。

2結果與分析

2.1　華星草克對土壤微生物數量的影響

由圖1可見，在整個試驗的第1，7 d中，華星草克高濃度對細菌的抑制效果最為明顯，其抑制率分別為27.92%和25.45%，始終與對照處理差異極顯著。低濃度和中等濃度華星草克雖然抑制效果相對較小，但也始終與對照差異顯著，且細菌數量隨除草劑濃度的升高而降低。在第21 d，隨著除草劑藥效的降解，不同濃度處理的土壤細菌數量逐漸恢復至對照水平。試驗初期，不同濃度華星草克對真菌均有不同程度的抑制，尤其是第1和7 d時真菌數量顯著低于對照，其中高濃度華星草克的抑制率分別為29.60%和32.89%。而低濃度華星草克在第14 d恢復至對照水平，中等濃度和高濃度華星草克在21 d后也恢復至對照水平。不同濃度的華星草克對放線菌的影響相對較小，低濃度的華星草克在第1 d更是促進了放線菌的生長，但高濃度同樣有一定的抑制作用。隨著時間的推移，在21 d后不同濃度華星草克處理的放線菌數量恢復至對照水平，且不同處理間差異不顯著。

圖1　華星草克對土壤細菌、真菌和放線菌數量的影響

2.2　華星草克對土壤酶活性的影響

由圖2可知，華星草克處理后稻田土壤中脲酶活性在14 d內均受到不同程度的抑制，并隨濃度的提升抑制作用加強。21 d后,脲酶活性隨藥效的降解逐漸恢復至對照水平。試驗結果表明，華星草克在施用后3周內對土壤脲酶活性產生一定的抑制作用，從而延緩尿素的水解速度,有利于提高尿素的利用率[13]。相對于蔗糖酶，華星草克對其活性的影響不大。與對照相比，施用華星草克的土壤在施藥后第7 d，蔗糖酶對低濃度華星草克的反應并不明顯，高濃度處理對蔗糖酶活性產生一定程度的抑制作用，這種效果在施藥后第7 d恢復至對照水平。與脲酶和蔗糖酶不同，華星草克對土壤過氧化氫酶具有一定的刺激作用。其中,處理后1和7 d促進作用較明顯,濃度越高刺激作用越強,這可能是由于土壤微生物能夠利用華星草克作為碳源和能源刺激自身的生長，從而使過氧化氫酶活性被激活。但隨著除草劑藥效的降解，對土壤過氧化氫酶的刺激作用也逐漸減弱。

圖2　華星草克對土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性的影響

2.3　丁草胺對土壤微生物數量的影響

由圖3可見，丁草胺對細菌表現出一定的抑制作用，并且隨濃度的升高抑制效果增強。低濃度丁草胺處理后1和7 d低于對照處理，14 d后細菌數量恢復至對照水平；中等濃度和高濃度丁草胺處理后1和7 d的細菌數量明顯低于對照處理，其中高濃度的抑制率分別為29.30%和21.33%，并在21 d后恢復正常水平。因此，丁草胺對土壤細菌的影響與其濃度直接相關，高濃度丁草胺對細菌的抑制水平和抑制期均明顯超過低濃度處理。

試驗初期(1和7 d)，丁草胺對真菌的影響表現出顯著地抑制作用，并隨著丁草胺濃度的提高其抑制效果也隨之增強，其中高濃度丁草胺的抑制率分別達到32.66%和27.84%。隨著藥效的降解，真菌數量在14 d后恢復至正常跡象。放線菌對丁草胺的敏感性低于細菌和真菌，低濃度丁草胺對放線菌數量影響不顯著。中等濃度丁草胺在試驗第1 d表現出細微的抑制作用，而高濃度丁草胺對放線菌的抑制效果較強，并在第7 d恢復至正常跡象。

2.4　丁草胺對土壤酶活性的影響

圖4表明，低濃度丁草胺對脲酶活性影響不明顯，中等濃度和高濃度丁草胺對脲酶活性表現出一定的抑制作用，并隨濃度的升高抑制效果增強。經過時間的推移，藥效逐漸降解，脲酶活性在第21 d恢復至對照水平。蔗糖酶活性對丁草胺的響應并不敏感，在試驗初期(1 d)抑制效果并不明顯，只在第7 d高濃度丁草胺表現出一定的抑制作用，并隨時間的推移，到14 d蔗糖酶活性恢復至對照水平。丁草胺對過氧化氫酶活性具有一定的刺激作用，濃度越高刺激作用越強。這種刺激作用在第7 d影響最為顯著，說明丁草胺具有誘導過氧化氫酶活性的能力。隨丁草胺藥效的降解，其刺激作用也逐漸減弱。

圖3　丁草胺對土壤細菌、真菌和放線菌數量的影響

圖4　丁草胺對土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性的影響

3結 論

兩種除草劑對稻田土壤微生物數量和酶活性的影響隨施藥濃度的不同和施藥后作用時間的推移而異。低濃度丁草胺和華星草克對土壤微生物數量影響不大，在短期內會產生細微的抑制作用，但恢復較快；高濃度處理對土壤微生物的抑制作用較為明顯，且恢復緩慢。由此可見，土壤中除草劑的殘留物將導致土壤微生物群落結構發生變化，使得生物多樣性減少，從而降低土壤肥力，給農作物生長帶來潛在危害。兩種除草劑處理對土壤脲酶、蔗糖酶均產生了一定的抑制作用，這種抑制作用隨濃度升高而增強，隨著時間的延長，藥效逐漸降解，酶活性恢復至對照水平。而土壤過氧化氫酶對除草劑的響應與其他兩種酶不同，具有一定的刺激作用，并隨濃度的升高，刺激作用增強。

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Effects of Two Herbicides on Soil Microbes and Enzyme Activities in a Paddy Field

XU Jianglai1, HU Naijuan1, ZHANG Zhengwen1, TAO Baorui1, ZHU Liqun1,2

(1.CollegeofAgriculture,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing，Jiangsu210095,China； 2.CollegeofRuralDevelopment,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing，Jiangsu210095,China)

Abstract：[Objective] This paper aimed to explore the influences of common herbicides and its concentration on soil microbial populations and enzyme activities in order to provide a reference basis for evaluating its soil ecology effect in paddy field. [Methods] A paddy field experiment treated with low, medium and high concentrations of two herbicides was conducted. The two herbicides were sensulfuron-methyl+scetochlor, W.P and butachlor. [Results] (1) Herbicides with low or medium concentration had little effects on the numbers of microorganisms. Though short term inhibition existed, microorganisms can recovered quickly; (2) High concentration of herbicides had obvious inhibition, it can last about 20 days, and after that, the numbers of microbe recovered to the control background level; (3) These two herbicides had inhibition effects both on soil urease and invertase to a certain extent, and this inhibition was enhanced when concentration increased. As time went on, the inhibition effect declined gradually, and the activity returned to the control level； (4) The two herbicides showed a certain stimulation to catalase activity, this is different from that on soil urease and invertase. [Conclusion] The effects of the two herbicides on soil microbial populations and enzyme activities varied with concentrations and the lasting time after application. The low and medium concentrations had little impacts on either microbial numbers or enzyme activities, and they can recover to the control level in a short term. Therefore, medium concentration of herbicide or low was relatively safe for soil ecosystem in paddy field.

Keywords:herbicide； paddy field; soil microorganisms; soil enzymes activities

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)04-0168-04

中圖分類號：S154.3， S482.4

通信作者：朱利群(1975—),男(漢族),浙江省杭州市人,副教授,主要從事農田生態與耕作制度的研究。E-mail:zhulq@njau.edu.cn。

收稿日期：2014-05-12修回日期：2014-06-30

資助項目：公益性行業(農業)科研專項“麥—稻兩熟區高效環保農作制模式與配套技術研究與示范”(201103001)

第一作者：徐蔣來(1991—),男(漢族),浙江省臺州市人,碩士研究生,研究方向為農業生態學。E-mail:jianglai532@163.com。