中等強度鹽脅迫下噻吩磺隆對土壤微生物及土壤酶活性的影響

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.13.024[HT9.]

摘要：主要研究在中等強度鹽脅迫下噻吩磺隆對土壤微生物數量及土壤酶活性的影響，以期掌握其中的響應規律，為在鹽堿地合理應用噻吩磺隆等除草劑提供基礎數據。結果表明：中等強度鹽脅迫可導致放線菌和真菌的數量顯著減少，但對細菌的影響不顯著；在非鹽脅迫環境下，噻吩磺隆對細菌和放線菌均有激活作用，而對真菌有抑制作用。另外，鹽脅迫能導致土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性顯著降低，但過氧化氫酶活性顯著提高。經相關性分析表明，放線菌和真菌的數量與土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性呈正相關；在非鹽脅迫下，細菌數量的增加與過氧化氫酶活性的提高呈正相關，但在鹽脅迫下無明顯規律。

關鍵詞：鹽脅迫；噻吩磺隆；土壤微生物；土壤酶活性

中圖分類號： S182；TQ450.2+6文獻標志碼： A[HK]

文章編號：1002-1302（2017）13-0086-04[HS）][HT9.SS]

收稿日期：2016-12-21

基金項目：四川省教育廳重點項目（編號：13ZA0036）。

作者簡介：李曉樓（1974—），男，四川遂寧人，碩士，副教授，主要從事環境微生物相關領域的研究。E-mail：3141024328@qq.com。

[ZK）]

噻吩磺隆（thifensulfuron-methyl）屬于磺酰脲類除草劑，化學名為3-（4-甲氧基-6-甲基-1，3，5-三嗪-2-基）-1-（2-甲氧基甲酰基噻吩-3-基）-磺酰脲。它是一種內吸傳導型選擇性除草劑，能用于防除大多數闊葉雜草，對禾本科雜草也有一定的抑制效果。噻吩磺隆已經在農林業及相關領域得到廣泛應用，切實地提高了生產效率，但也給生態環境帶來一些潛在問題，例如常會傷及一些非目標植物，并影響土壤微生物結構、土壤酶活性及土壤肥力等，有時甚至會影響下茬作物正常生長[1-3]。

土壤微生物與土壤酶都是土壤的重要組成部分，它們對土壤的物質循環、能量流動和肥力演變等均有重大影響，也是土壤生態系統評價的重要指標[4]。除草劑等農用化學品的使用通常會對土壤微生物及土壤酶產生一系列影響，甚至干擾土壤的正常功能。據報道，氯磺隆和砜嘧磺隆會抑制土壤固氮螺菌和假單胞菌的生長[5]；甲磺隆、氯磺隆和噻吩磺隆可抑制土壤中的熒光假單胞菌[6]；四唑嘧磺隆可改變土壤細菌的群落結構[7]；酰胺類除草劑對過氧化氫酶、脫氫酶等多種土壤酶均有不同程度的抑制作用[8]。因此，充分掌握噻吩磺隆可能導致的一系列生態效應，對于合理使用噻吩磺隆等農藥具有十分重要的意義。

近年來，關于噻吩磺隆對生態環境影響的研究主要集中在噻吩磺隆對非靶標植物和土壤微生物的影響以及在環境中的降解速度、降解機制等，但還沒有系統地研究噻吩磺隆對不同類型微生物及主要土壤酶的影響，特別是在鹽脅迫的特定環境條件下的影響機制。本研究采用傳統的微生物培養技術及酶活性測定方法，研究了鹽脅迫條件下噻吩磺隆對土壤微生物數量和土壤酶活性的影響，為噻吩磺隆的合理應用提供依據。

1材料與方法

1.1試劑與供試土壤

噻吩磺隆（≥98.5%）購自上海市農藥研究所；本研究中所用其他化學試劑均為分析純或以上級別。土樣采自四川省遂寧市麥田，取土深度0～20 cm，室內陰干，去除樹枝等雜物后備用。土壤的理化性質：pH值為7.5，含水量4.9%，總氮0.79 g/kg，有機質36.9 g/kg，總含鹽量0.22%，陽離子交換量10.95 cmol/kg。試驗時間：2015年9月至2016年6月；土樣采集時間為2015年8月；試驗地點：（四川省遂寧市）四川職業技術學院建筑與環境工程系實驗室。

1.2試驗設計

將上述土壤置于正方形塑料盆（40 cm×40 cm）中，每個盆中的土壤質量保持一致，其內均勻種植小麥，待小麥高度長至10～15 cm時，將其中一組的土壤鹽含量調節到1.0%，通過添加含NaCl的水逐步調節至1.0%，鹽含量均以NaCl計，本組標記為S1，并設置S0組（不添加NaCl），共2個大組；每組中再施入噻吩磺隆，其濃度設置3個級別，分別為0、0.1、1.0 mg/kg，分別標記為T0、T1、T2，共計6個試驗組（S0T0、S0T1、S0T2、S1T0、S1T1、S1T2）。處理完畢后將各試驗組全部置于人工氣候箱中孵育，土壤含水量控制在18%～20%。孵育后每隔5 d定時取樣1次，測定土壤中各類微生物數量及土壤酶活性[9-10]。

1.3測定方法

1.3.1微生物計數

取10 g土壤樣品，采用稀釋平板計數法進行微生物計數。總細菌數量用牛肉膏蛋白胨培養基，真菌用查彼克氏培養基，放線菌用改良高氏1號培養基。

1.3.2土壤酶活性測定

重點監測在中等強度鹽脅迫下噻吩磺隆對土壤中脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性的影響。土壤脲酶采用靛酚藍比色法測定，蔗糖酶采用磷鉬酸比色法測定，測定過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法，磷酸酶的測定應用磷酸苯二鈉比色法。

2結果與分析

2.1鹽脅迫下噻吩磺隆對土壤中細菌、真菌和放線菌的影響

從圖1所示數據可以看出，在非鹽脅迫的條件下（S0T0、S0T1、S0T2），土壤中噻吩磺隆的濃度升高時，土壤中細菌總數有明顯的增加，這可能是由于噻吩磺隆對某些種類的細菌的生長繁殖有激活作用；另外，也能看出其細菌總數隨時間推移有增加的趨勢，但在后期又逐漸減少，約30 d以后恢復到初始狀態。在中等強度的鹽脅迫條件下（S1T0、S1T1、S1T2），隨著噻吩磺隆的濃度逐步升高，土壤中細菌總數未發生明顯變化，未觀察到在非鹽脅迫條件下所見到的噻吩磺隆對細菌的激活作用，這可能是鹽脅迫對細菌的抑制作用所致。endprint

[FK（W11][TPLXL1.tif][FK）]

在不含噻吩磺隆條件下（比較S0T0與S1T0），中等強度的鹽脅迫（1.0% NaCl）對細菌總數無顯著影響（P>0.05），但這并不意味著細菌的主要類群及其不同種類細菌之間的數量關系沒有發生大的變化；鹽脅迫通常對細菌有抑制作用，會導致土壤中細菌總數下降，但是也易于讓耐鹽細菌獲得生長優勢；通常土壤細菌約占土壤微生物總量的70%～80%，其數量的穩定性與土壤的結構及功能密切相關。本研究中未觀察到鹽脅迫下細菌數量下降的現象，可能與所取土樣的理化性質有關，通常來說，孔隙度高、緩沖能力強的土壤中細菌數量的穩定性更高；另外，某些耐鹽細菌獲得生長優勢可能抵消了另一些類型細菌的減少[11-12]。

從圖2可以看出，在非鹽脅迫的條件下（S0組），添加噻吩磺隆將導致土壤中放線菌數量有較大幅度的增長，這可能是由于噻吩磺隆對某些種類的放線菌的生長繁殖有激活作用，但是更高濃度的噻吩磺隆并不會進一步提高土壤中放線菌的數量，這與文獻報道的甲磺隆及氯嘧磺隆等磺酰脲類除草劑對土壤放線菌的影響結果（主要是抑制效應）并不一致[13-14]；這主要是由于噻吩磺隆在土壤中較其他磺酰脲類除草劑更易于降解，降解過程中的中間產物及衍生物對放線菌的生長有激活作用[15-16]。

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在鹽脅迫的條件下（S1組），放線菌的數量較非鹽脅迫條件下有大幅下降，在試驗初期尤為顯著；另外，改變土壤中噻吩磺隆的濃度，并未導致放線菌數量顯著變化，這可能是由于中等程度的鹽脅迫對防線菌的抑制作用顯著大于其他因素對放線菌所致的激活作用，導致其中的激活作用被掩蓋。

從圖3可以看出，在非鹽脅迫的條件下（S0組），添加噻吩磺隆會導致土壤中真菌數量有較大幅度的降低，并且隨著噻吩磺隆濃度的增加，其真菌數量降低的幅度會擴大，表明噻吩磺隆對真菌的生長繁殖有較強的抑制作用，這可能由于噻吩磺隆是支鏈氨基酸合成抑制劑，也能干擾某些真菌中支鏈氨基酸的合成，進而影響真菌正常的生長繁殖；另外，噻吩磺隆降解中間物可能也會影響到真菌的生長。通過比較曲線S0T0與S1T0，表明中等程度的鹽脅迫會導致土壤中真菌的數量大幅減少，這與文獻報道的情況一致[17-18]；比較鹽脅迫下不同濃度噻吩磺隆對真菌的影響，測試結果表明，在此條件下不同濃度噻吩磺隆對真菌總數的影響不顯著（P>0.05），但并不能排除有些類型的真菌可能受到抑制，而另有一些甚至受到激活。由于不同種類的真菌對除草劑的敏感性不一樣，在真菌總數保持穩定時，除草劑的應用仍然可能會導致土壤中原有的微生物群落系統被打破，進而影響到相關的土壤功能。一般來說，各類微生物的數量在施用不同種類的除草劑后其變化規律并不確定，通常受到土壤性質、除草劑類型與施用濃度以及氣候條件等諸多方面的影響[19-20]。

2.2鹽脅迫下噻吩磺隆對土壤酶活性的影響

土壤蔗糖酶活性通常用于表征土壤生物學活性強度， 能反映土壤有機碳轉化水平，也是評價土壤熟化程度和肥力水平的重要指標[21]。圖4所示的測試結果表明，在非鹽脅迫環境下，不同濃度噻吩磺隆對土壤蔗糖酶活性的影響并不顯著（P>0.05，S0T0、S0T1與S0T2三者之間差異不顯著）。在中等程度的鹽脅迫下，土壤蔗糖酶活性會顯著降低，這一方面是由于高鹽分或高滲透壓環境會直接導致蔗糖酶活性的下降，另一方面則是由于鹽脅迫下產蔗糖酶的微生物數量或產蔗糖酶的能力下降所致。另外，在中等程度的鹽脅迫下隨著噻吩磺隆濃度的提高，蔗糖酶的活性也會隨之進一步下降，可推測噻吩磺隆與鹽脅迫發生協同作用影響到蔗糖酶活性或產酶微生物活性。

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圖5結果表明，在非鹽脅迫環境下，噻吩磺隆的存在會導致土壤脲酶活性下降，但S0T1與S0T2之間無顯著差異（P>0.05）。在中等程度的鹽脅迫下，土壤脲酶活性會顯著降低，但在此條件下噻吩磺隆濃度未對脲酶活性產生顯著影響（S1T0、S1T1和S1T2三者之間差異不顯著）。這些數據表明噻吩磺隆與鹽脅迫都會降低土壤脲酶活性，但中等強度鹽脅迫的影響作用更大，比較S0T0與S1T0發現其在鹽脅迫下脲酶活性最大約下降40%。脲酶與土壤中的氮素循環密切相關，它可將尿素水解為氨，是植物重要的氮素營養來源，如果土壤中脲酶活性降低，將會影響土壤中尿素的利用率，若活性過高，會造成植物氨中毒，對土壤肥力和植物生長也不利，因此，了解農藥化肥等農用化學品對土壤脲酶活性的影響對于農林業生產及土壤維護具有重要意義[22-23]。

土壤中過氧化氫酶可以清除生物代謝過程中所產生的過氧化氫，從而解除土壤中過氧化氫積累對生物體的毒害作用。通常土壤過氧化氫酶活性與土壤有機質含量及微生物數量密切相關，與土壤肥力也呈正相關。從圖6的數據可以看出，在非[CM（25]鹽脅迫的條件下，噻吩磺隆對土壤過氧化氫酶有較強的激[CM）]

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活作用，這可能是它激活了土壤微生物產過氧化氫酶的活性；但S0T1與S0T2之間無顯著差異。比較S0T0曲線與S1T0曲線可知，鹽脅迫也對過氧化氫酶活性有激活作用，這主要是由于鹽脅迫會影響許多微生物的代謝方式，可能會誘導過氧化氫酶及其他酶類的產生，但是鹽脅迫本身通常會降低過氧化氫酶活性[24]。另外，在鹽脅迫下，噻吩磺隆未表現出對過氧化氫酶的激活作用，S1T0、S1T1與S1T2之間的差異均不顯著，這表明中等程度的鹽脅迫能抑制噻吩磺隆對土壤過氧化氫酶的激活作用。

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土壤磷酸酶活性高低直接影響著土壤中有機磷的分解轉化及其生物有效性，可直接反映出土壤磷的基本狀況。磷酸酶在土壤磷循環中起重要的作用，它可以將土壤中復雜的有機磷水解成可被生物直接利用的無機磷，從而緩解土壤磷的限制[25-26]。[JP2]從圖7可知，在未受到鹽脅迫的條件下，噻吩磺隆的存在可激活土壤磷酸酶的活性，但這一激活作用主要表現在應用的早期，應用15 d后的激活作用并不顯著；S0T1與S0T2之間的差異也不顯著，表明更高濃度的噻吩磺隆也不能提高這一激活效應。在中等程度鹽脅迫下，土壤磷酸酶的活性將大幅度下降，這是由于土壤中較高的鹽分會直接導致磷酸酶活性的降低[27-28]；S1T0、S1T1和S1T2三者之間的差異不顯著，噻吩磺隆在此條件下未表現出明顯的激活或者抑制效應。[JP]endprint

3討論與小結

土壤微生物是土壤的重要組成部分，它們對土壤的形成發育、物質循環和肥力演變等均有重大影響。土壤酶來源于土壤微生物、土壤動物、植物根系等，其中微生物是它最主要來源，它在土壤生態系統的物質循環和能量流動方面扮演重要角色， 土壤酶活性也能用于分析外源物質對土壤健康的影響[29]。本研究對各項指標的測試分析表明，中等程度的鹽脅

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[JP2]迫可導致放線菌和真菌數量顯著減少，但對細菌的影響不顯著；在非鹽脅迫環境下，噻吩磺隆對細菌和放線菌均有激活作用，而對真菌則表現出抑制作用。鹽脅迫及噻吩磺隆對土壤酶的影響更具多樣性，具體情況是：鹽脅迫能導致土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性顯著降低，但過氧化氫酶活性顯著提高；在非鹽脅迫條件下，噻吩磺隆對過氧化氫酶和磷酸酶有一定程度的激活作用，對脲酶活性則表現抑制效應，對蔗糖酶無顯著影響。經相關性分析表明，放線菌和真菌的數量與土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性呈正相關；在非鹽脅迫下，細菌數量的增加與過氧化氫酶活性的提高呈正相關，但在鹽脅迫下無明顯規律可循；一系列的數據分析也表明鹽脅迫與噻吩磺隆聯合存在于土壤中會產生區別于單一因素的生態效應響應。[JP]

通常，鹽脅迫以及除草劑的應用也會對植物的生長構成一定影響，進而影響到植物根際相關酶的分泌，植物根際產生的酶類通常也是土壤酶的重要組成部分，但在本研究的相關分析中僅考慮了土壤酶與土壤微生物之間的相關性，暫未涉及到土壤酶與植物之間的關系，這需要在后續研究中進一步加以完善，以便更準確地揭示其中的規律，為合理利用除草劑等農用投入品提供基礎數據和理論指導。

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