精異丙甲草胺對甜菜田土壤主要微生物種群數量的影響

宋文鈺，吳彩蘭，黨富民，楊德松

(1.石河子大學農學院/ 新疆綠洲農業病蟲害治理與植保資源利用自治區普通高校重點實驗室，新疆石河子 832003； 2.新疆農墾科學院分析測試中心，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】作為土壤生態系統中的重要組成部分, 土壤微生物參與其中的物質循環和能量交換[1]，其主要作用是分解有機質，釋放出營養元素，供作物利用，并形成腐殖質，改善土壤的結構和耕性，分解礦物質，提高土壤肥力[2]。土壤微生物還可以降解土壤中殘留的有機農藥，將農藥化學品分解成低害甚至無害的物質，減輕殘毒為害。微生物對環境條件的變化十分敏感，是生態風險評估的重要指標之一[3]。精異丙甲草胺(S-Metolachlor)屬于酰胺類選擇性除草劑，具有殺草譜廣，毒性低的特點[4]，其主要防除對象為一年生的單子葉雜草、部分闊葉雜草和莎草，并被廣泛應用于玉米、棉花、甜菜、馬鈴薯、大豆、向日葵、各種蔬菜等作物田除草[5]。已有研究表明精異丙甲草胺殘效期較短，對作物和環境較為安全，已逐漸取代其同分異構體異丙甲草胺的應用[6-7]。近年來，隨著精異丙甲草胺使用量的逐年遞增，精異丙甲草胺在土壤和作物中的殘留對環境和人類造成一定的損害，精異丙甲草胺的安全性評價也受到了廣泛的關注。【前人研究進展】除草劑作為有毒性的化學農藥殘留于土壤中，對土壤微生物的數量、群落結構會產生一定的影響[8]。土壤對除草劑具有一定的吸附性，殘留在土壤中的除草劑會對土壤微生物產生一定的影響。生態系統中的微生物受到化學農藥污染后，間接反映出該化學藥劑對這個生態系統的影響[9]。因此，一些國家已經將化學藥劑使用后對土壤微生物的影響作為衡量生態系統安全性的指標之一[10-11]。【本研究切入點】目前，國內外對于精異丙甲草胺對不同深度土壤中微生物的影響研究尚少。研究通過測定大田中施用不同濃度精異丙甲草胺后土壤微生物的動態變化。【擬解決的關鍵問題】研究不同深度土壤微生物對不同濃度精異丙甲草胺的響應及精異丙甲草胺對該地農業生態系統的影響，為精異丙甲草胺的科學合理使用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

96%精異丙甲草胺乳油(瑞士先正達作物保護有限公司)

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗在石河子大學農學院試驗站內進行。采取隨機區組設計，田間噴施精異丙甲草胺乳油0、1 296、1 944、3 888 g.a.i/hm2，分別記為施用低濃度、中濃度和高濃度。每個處理重復 3 次，共12個小區，每個小區面積15 m2。施藥后3 d移栽甜菜幼苗。于施藥后1、7、14、21、30、45、60、90 d取土壤深度0～5、 5～10和10～15 cm的土壤。采取三點取樣法，采樣不少于500 g，土樣過篩備用。

1.2.2 測定指標

土壤微生物數量測定采用常規固體平板法[12]，細菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基，放線菌采用改良高氏一號培養基，真菌采用孟加拉紅培養基測定。平板稀釋法計數。

含水量(%)=(烘干前鋁盒及土樣質量-烘干后鋁盒及土樣質量)/(烘干前鋁盒及土樣質量-烘干空鋁盒質量)×100。

每克干土中菌數= 同一稀釋度幾次重復的菌落平均數×10×稀釋倍數/干土%。

1.3 數據處理

數據采用Excel、SPSS 19.0統計軟件進行計算、分析及繪圖。研究所列結果為3次重復測定值的平均值。

2 結果與分析

2.1 精異丙甲草胺對細菌數量的影響

2.1.1 精異丙甲草胺對0～5 cm土壤中的細菌數量的影響

精異丙甲草胺對于0～5 cm土壤中的細菌主要是抑制作用，且抑制作用隨著濃度的升高而升高。細菌數量的總體趨勢先升高后降低。施藥后第1 d，不同處理與對照無顯著差異。第7 d，低濃度與對照差異不顯著，中濃度的抑制率為20.18%，高濃度的抑制率為27.97%。第21 d，對細菌的抑制率與濃度呈正比。第30 d細菌數量達到最大值。第45 d起，抑制率開始出現上升的趨勢，且與濃度呈正比，最高抑制率是高濃度下的43.25%。第60 d抑制率開始有所減緩。第90 d，三個濃度處理下的細菌與對照趨于同一水平，抑制作用減小。圖1，圖2

2.1.2 精異丙甲草胺對5～10 cm土壤中細菌數量的影響

精異丙甲草胺對5～10 cm土壤中的細菌主要是抑制作用，且抑制作用與濃度呈正比。施藥后第1 d，三個濃度處理下的細菌數量與對照差異不大，中濃度和高濃度有輕微抑制作用。第14 d起，抑制作用開始加強，細菌總數也略有上升。第45 d細菌的總數達到頂峰，高濃度處理下也出現最大抑制率為32.57%。第60 d后抑制作用開始逐漸減弱。第90 d，每個處理下的細菌數量基本與對照一致。圖1，圖2

2.1.3 精異丙甲草胺對10～15 cm土壤中細菌數量的影響

精異丙甲草胺對10～15 cm土壤中的細菌主要表現為抑制作用，且最高抑制率低于0～5和5～10 cm，最大數量出現的時間也晚于0～5和5～10 cm深度的土壤。施藥后第1 d，三個濃度處理下細菌的數量與對照無顯著性差異，隨著濃度的升高呈現輕微的抑制作用。第7 d，抑制率隨著濃度的升高而增大，高濃度處理下出現最高抑制率27.54%。第14 d后，細菌數量略微上升，但仍隨著濃度的變化呈現抑制現象。第30 d起，低濃度開始出現輕微的刺激現象，中濃度和高濃度仍表現為較強的抑制作用，抑制率分別為16.62%和24.46%。第45 d之后，中濃度和高濃度的抑制作用逐漸減弱，且藥劑對細菌的影響也逐漸變小，細菌數量與對照趨于一致。圖1，圖2

注：A:0～5 cm; B:5～10 cm; C:10～15 cm，下同；不同字母表示P<0.05的差異顯著，下同

Note: A:0-5 cm; B:5-10 cm; C:10-15 cm. The same as below

圖1 不同精異丙甲草胺下土壤細菌種群數量變化

Fig.1 The effect of S-metolachlor on the number of soil bacteria

圖2 精異丙甲草胺對土壤細菌的抑制(激活)作用

Fig.2 The inhibition (activation)of S-metolachlor on the bacteria in soil

2.2 精異丙甲草胺對真菌數量的影響

2.2.1 精異丙甲草胺對0～5 cm土壤中的真菌數量的影響

精異丙甲草胺對0～5 cm土壤中的真菌主要表現為抑制-恢復-促進，且真菌總數隨時間而減少。施藥后第1～14 d，低濃度處理下的真菌與對照差異不顯著，高濃度處理在第14 d的抑制率最高為39.56%。第21 d三個濃度處理下的真菌數量基本與對照無差異，開始出現輕微的激活作用。第30 d時低濃度處理下的激活率上升到11.74%。第60 d時高濃度處理下對真菌激活作用達到最大，為64.10%。第90 d，處理組的激活率仍然與濃度呈正比，但激活作用有所減緩。圖3，圖4

2.2.2 精異丙甲草胺對5～10 cm土壤中的真菌數量的影響

精異丙甲草胺對5～10 cm土壤中的真菌主要表現為促進-抑制-恢復-促進的歷程。施藥后第1 d真菌總數最多，存在一定的激活作用，且與濃度呈正比。第7 d開始出現輕微的抑制作用。第14 d后，低濃度與中濃度處理下對真菌有促進作用，高濃度的抑制作用達到最大，為28.84%。第21 d開始，低濃度和中濃度對真菌有促進作用，高濃度處理下的抑制作用也減弱，真菌總量也減少。第45 d，高濃度的抑制作用消失，呈現輕微的激活作用。第60 d，激活作用隨濃度的增加而增加。第90 d仍然表現為激活作用，但激活率有所減緩，處理組下的真菌數量與對照差異不大。圖3，圖4

2.2.3 精異丙甲草胺對10～15 cm土壤中的真菌數量的影響

精異丙甲草胺對10～15 cm土壤中的真菌數量的影響比較平緩。低濃度和中濃度多為激活作用，前期高濃度有抑制作用。施藥后第1 d，低濃度對真菌有輕微激活作用，中濃度和高濃度對真菌有輕微抑制作用。第7 d低濃度處理下仍保持激活作用，高濃度的抑制作用變強。第14 d，低濃度處理下的激活作用有略微減緩，高濃度的抑制作用達到最大，為19.65%，第30 d起，三個濃度處理下都開始出現激活作用，且激活率隨時間和濃度的增加而增加。第60 d激活率出現最大值，為高濃度處理下的27.78%。第90 d，處理組下的變化趨于平緩，各個處理下的真菌總數接近于對照。圖3，圖4

圖3 不同精異丙甲草胺下土壤真菌種群數量變化

Fig.3TheeffectofS-metolachloronthenumberofsoilfungi

圖4 精異丙甲草胺對土壤真菌的抑制(激活)作用

Fig.4 The inhibition (activation) of S-metolachlor on the fungi in soil

2.3 精異丙甲草胺對放線菌數量的影響

2.3.1 精異丙甲草胺對0～5 cm土壤中放線菌數量的影響

精異丙甲草胺對0～5 cm土壤中放線菌的影響主要表現為抑制-激活-恢復作用。1～14 d放線菌數量呈現遞減趨勢。施藥后第1 d，三個濃度處理下的放線菌數量均低于對照。第7 d低濃度處理對放線菌的抑制率達到60.15%。第14 d放線菌總數略微減少，隨著藥劑濃度的增加，抑制率也在增加。第21 d，三個濃度處理下均開始出現激活作用，低濃度激活率為36.08%，中濃度激活率最大，為57.32%，高濃度為2.11%。第30 d后三個濃度處理下的放線菌數量與對照差異不顯著，呈現出恢復趨勢，直至與對照無明顯差異。圖5，圖6

2.3.2 精異丙甲草胺對5～10 cm土壤中放線菌數量的影響

精異丙甲草胺對5～10 cm土壤中的放線菌的影響主要表現為抑制-激活-恢復作用。放線菌數量先升高然后逐漸平緩。施藥后第1 d，各處理下對放線菌有輕微的抑制作用，且抑制作用與濃度呈正比。第7 d放線菌總數達到最大，抑制率仍隨濃度的增大而增大。第14 d，放線菌總數開始減少，高濃度處理下對放線菌的抑制率最大，達到55.29%。第21 d開始出現激活作用，且激活率與濃度呈正比。第30 d之后，三個濃度處理下的放線菌數量基本與對照一致。第60 d后高濃度較對照有輕微的抑制作用。圖5，圖6

2.3.3 精異丙甲草胺對10～15 cm土壤中放線菌數量的影響

精異丙甲草胺對10～15 cm土壤中的放線菌主要表現為抑制-恢復作用，與5～10 cm土壤中放線菌變化趨勢基本一致。施藥后第1 d，各個處理下的放線菌總數與對照差異不大，但有輕微的抑制作用。第7 d放線菌總數上升，處理下的抑制作用加強。第14 d和第21 d，抑制作用出現最大值，低濃度處理下的抑制率為23.68%，中濃度處理下的抑制率為28.17%，高濃度處理下的抑制率為35.40%。第30 d時低濃度處理下的放線菌數量與對照差異不顯著，中濃度與高濃度處理下仍表現為抑制作用，高濃度的抑制作用強于中濃度。第45 d，中濃度和高濃度處理下對放線菌的抑制作用基本一致。處理60 d后，中濃度與高濃度處理下的放線菌數量也開始恢復，接近于對照。圖5，圖6

圖5 不同精異丙甲草胺下土壤放線菌種群數量變化

Fig.5 The effect of S-metolachlor on the number of soil actinomycetes

圖6 精異丙甲草胺對土壤放線菌的抑制(激活)作用

Fig.6 The inhibition (activation) of S-metolachlor on theactinomycetes in soil

3 討 論

土壤處理除草劑施用到土壤后，會導致土壤微生物的生存環境發生變化，進一步會使土壤微生物種群數量受到影響[13]。研究表明，土壤處理除草劑精異丙甲草胺對土壤微生物種群數量的影響隨著施用濃度和土壤深度而有所不同。精異丙甲草胺對細菌大多表現為抑制作用，抑制率與濃度呈正比，這與趙蘭等[14]的研究結果相同。最高抑制率出現的時間也隨著土壤深度的增加而延后。細菌總數在開始一段時間內有上升的趨勢，這可能是由于精異丙甲草胺作為碳源或氮源被細菌利用促進了細菌的生長[15]。后期數量下降，可能是由于其降解產物對細菌產生了毒害作用[16]。對真菌的影響主要表現為先抑制后促進的作用，低施用量的抑制作用和激活作用都不如高施用量表現的明顯。這與前人對同類型除草劑的研究結果一致[13]。且激活作用出現的時間隨著土壤深度的增加而延后。可能是由于前期繁殖的細菌和放線菌產生的抗生素等物質對真菌有一定的拮抗作用[17]。對放線菌的影響大致為抑制-激活-恢復，且放線菌總數隨著時間的變化呈現遞減的趨勢。深層土壤7 d時，放線菌數量增加，表明精異丙甲草胺在前一周能促進放線菌生長，可能是由于微生物對藥劑的適應導致降解微生物的產生，同時降解產物也會或多或少對土壤微生物產生影響[18]。除了藥劑影響之外，也可能是甜菜根際產生的代謝物對土壤微生物產生了一定的影響[19]。

土壤生態系統中各種微生物相互合作、互惠互利，協調成為穩定的生態系統，維護著土壤的正常功能和植物的正常生長[20]。當使用化學農藥后，微生物的生態平衡被打破，菌體的比例失調，代謝產物失調，對植物和土壤都產生一定的不良影響[21]。精異丙甲草胺在環境中的殘效期較短，但是對土壤中微生物的影響卻是長期且難以逆轉的。因此，不能因為其毒性較小就頻繁大量的使用。關于化學農藥對土壤生態的影響還需要做進一步研究。

4 結 論

4.1 精異丙甲草胺對土壤中的細菌主要表現為抑制作用，且抑制作用與濃度呈正比，最大抑制率隨著土壤深度而降低，在0～5、5～10和10～15 cm的最大抑制率分別是43.25%、32.57%、27.54%。

4.2 精異丙甲草胺對土壤中真菌數量的影響主要表現為先抑制后促進的作用。最大激活率隨土壤深度而降低，在0～5、5～10和10～15 cm最大激活率分別是64.10%、45.07%、27.78%。低施用量的抑制作用和激活作用都不如高施用量表現的明顯。

4.3 精異丙甲草胺對土壤中放線菌的影響大致為抑制-激活-恢復，最高抑制率在0～5、5～10和10～15 cm分別是62.85%、55.29%、35.40%，且放線菌總數隨著時間的變化呈現遞減的趨勢。