異唑草酮對玉米根際土壤微生物量碳、氮和酶活性的影響

王博 馬藝倩 滕春紅 劉志華 李春杰 陶波 岳建超 馮曦茹 顧元琳

摘要 ：為明確異噁唑草酮對玉米根際土壤微生物碳、氮及酶活性的影響，采用田間試驗的方法，以1倍、5倍和10倍田間推薦劑量為供試除草劑劑量，測定了異噁唑草酮土壤封閉處理對玉米根際土壤微生物量碳、氮及土壤脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶、脫氫酶和中性磷酸酶活性的影響。結果表明：推薦劑量的異噁唑草酮對玉米根際土壤微生物量碳、氮含量無顯著影響，5倍和10倍推薦劑量的異噁唑草酮對玉米根際土壤微生物量碳、氮含量具有抑制作用。推薦劑量的異噁唑草酮對玉米根際土壤脲酶、過氧化氫酶和蔗糖酶影響較小，5倍和10倍推薦劑量的異噁唑草酮對其具有明顯的抑制作用。異噁唑草酮對土壤脫氫酶活性具有抑制作用，且施用劑量越高，抑制作用越強。異噁唑草酮對土壤中性磷酸酶活性的影響表現為前期促進，后期抑制，且施用劑量越大，促進或抑制作用越強。研究表明：推薦劑量的異噁唑草酮對玉米根際土壤微生物量碳、氮及土壤脲酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性的影響較小，但對土壤脫氫酶、中性磷酸酶活性有影響。

關鍵詞 ：異噁唑草酮; 玉米; 根際土壤; 微生物; 酶活性

中圖分類號：

S 481.8， S154

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2020398

Effects of isoxaflutole on soil microbial biomass C， N and soil enzyme activities in maize rhizosphere

WANG Bo1#， MA Yiqian1#， TENG Chunhong1*， LIU Zhihua2， LI Chunjie3，

TAO Bo1， YUE Jianchao1， FENG Xiru1， GU Yuanlin1

（1.College of Agriculture， Northeast Agricultural University， Harbin 150030， China;

2.College of Resources and Environment， Northeast Agricultural University， Harbin 150030， China;

3.China Northeast Institute of Geography and Agroecology， Chinese Academy of Sciences， Harbin 150081， China）

Abstract

To evaluate the effect of isoxaflutole on the soil microbial biomass C， N and enzyme activities in maize rhizosphere soil， a field experiment was conducted to investigate the effect of isoxaflutole at 1， 5 and 10 times of the field recommended dose on the soil microbial biomass C， N， soil urease， catalase， invertase， dehydrogenase and neutral phosphatase activity in maize rhizosphere soil.The results showed that there was no significant effect on the microbial biomass C， N in the rhizosphere soil of maize after application with the recommended field dose， and the microbial biomass C， N in the rhizosphere soil of maize was inhibited seven days after application with 5 and 10 times the recommended dose.The recommended dose of isoxaflutole had little effect on urease， catalase and sucrase in rhizosphere soil of maize， while 5 and 10 times the recommended dose of isoxaflutole had obvious inhibitory effect on them.Isoxaflutole inhibited the activity of soil dehydrogenase， and the higher the dosage， the stronger the inhibition.Soil neutral phosphatase activity showed early promotion and later inhibition after application of isoxaflutole， and the higher the dose， the stronger the stimulation or inhibition.The results showed that the recommended dose of isoxaflutole had little effect on microbial biomass C， N and soil urease， catalase and invertase activity in rhizosphere soil of maize， but it had effect on soil dehydrogenase and neutral phosphatase activity.

Key words

isoxaflutole; maize; rhizosphere soil; microorganism; enzyme activity

現今，農業生產過程離不開農藥的使用。雖然農藥能夠最大程度地減少病蟲草害引起的經濟損失，同時提高作物產量，但其廣泛使用也可能影響土壤生態，包括土壤微生物，導致土壤肥力受損，削弱土壤生態系統的功能，從而降低農作物質量[12]。土壤微生物活性及酶活性在土壤養分循環中起著關鍵作用，其活性對土壤生態系統中有機質和植物養分的礦化和轉化至關重要[3]。土壤酶作為一種生物催化劑，對于土壤的碳、氮和磷循環具有積極的作用。因為土壤酶活性極不穩定，易受到多種因素的影響，且一旦土壤污染，土壤酶的活性會受到很大影響，因此，酶活性可被視為監測由環境脅迫或管理措施引起的土壤質量變化的有效指標[45]。

異噁唑草酮（isoxaflutole）的作用機理為抑制4-羥基苯基丙酮酸雙加氧酶（HPPD），該酶對生育酚和質體醌生物合成至關重要[6]。異噁唑草酮使用適期靈活，既可進行土壤處理，又可在苗后早期使用，應用于玉米田和甘蔗田，殺草譜廣，對一年生禾本科雜草及馬齒莧Portulaca oleracea L.、鐵莧菜Acalypha australis L.、蒼耳Xanthium strumarium L.、苘麻Abutilon theophrasti Medicus、鴨跖草Commelina communis L.、柳葉刺蓼Polygonum bungeanum Turcz.和苣荬菜Sonchus wightianus DC.等有很好的防除效果[79]。異噁唑草酮控草時間久，用藥量極低，是比較理想的玉米田除草劑[78]。目前，國內外對于異噁唑草酮的研究主要集中于除草活性和對作物的安全性等方面，關于其影響土壤微生物和酶活性的研究未見報道[1012]。本研究采用田間試驗的方法測定了不同劑量的異噁唑草酮對玉米根際土壤微生物量碳、氮含量及土壤酶活性的影響，觀測其對玉米田土壤環境的影響，為其在玉米田的合理使用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

土壤樣品取自黑龍江省東北農業大學試驗基地（45.74°N，126.73°E），土壤類型為松嫩平原退化黑土，有機質含量32.1 g/kg，全氮1.35 g/kg，堿解氮190.4 mg/kg，速效鉀138.7 mg/kg，酸堿度7.19。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試除草劑

20%異噁唑草酮懸浮劑（SC），濰坊先達化工有限公司。

1.2.2 供試試劑

高錳酸鉀、濃硫酸、甲苯、尿素、草酸、過氧化氫、檸檬酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀、乙醇、甲醇、苯酚、丙酮、硫酸銨、次氯酸鈉、酒石酸鉀鈉、二硝基水楊酸、磷酸二氧鉀、磷酸氫二鈉、苯甲酸、葡萄糖、蔗糖等。SDHA試劑盒、S-NP試劑盒，蘇州科銘生物技術有限公司。

1.2.3 供試儀器設備

雙光束紫外分光光度計（TU-1901），北京普析通用儀器有限責任公司;消煮爐（SH220N），上海洪紀儀器設備有限公司;背負式噴霧器（KNAPSACK Hydraulic Sprayer），KNAPSACK;凱氏定氮儀（KDN-4C），海能儀器股份有限公司;高速冷凍離心機（ST 16R），美國賽默飛世爾科技公司;抽濾機（SHZ-D），瑞鑫達化玻儀器有限公司;搖床（HY-5A），威爾實驗用品有限公司。

1.3 試驗設計

玉米（‘嫩單8’）播種時間為2019年5月11日，播種后3 d進行土壤處理，異噁唑草酮的施藥量（有效成分用量，下同）分別為120 g/hm2（T1，田間推薦劑量，下同）、600 g/hm2（T5，5倍田間推薦劑量）和1 200 g/hm2（T10，10倍田間推薦劑量），設置清水對照處理（CK），每個處理4次重復，噴液量為300 L/hm2，小區面積為21 m2，采用隨機區組設計，每個小區間設置1 m隔離帶。于施藥后7、14、21 d和28 d，按“S”形在小區內隨機選取4個點，采用破壞根際法來收取根際土樣[13]，而后立即測定土壤微生物量碳、氮和酶活性。以5點取樣法采集未施藥的對照土壤，放入無菌取樣袋，風干、過篩后測定理化性質[14]。

1.4 測定項目及方法

土壤微生物量碳測定方法：稱取新鮮土樣，用K2SO4溶液浸提振蕩測定，取等量土壤用氯仿進行熏蒸， 24 h后取出浸提，以熏蒸和未熏蒸的土壤樣品提取液中全碳含量的差值乘以系數進行計算[15]。

土壤微生物量氮測定方法：采用凱氏定氮儀測定土壤提取液全氮含量，以熏蒸和未熏蒸土壤提取液全氮含量的差值除以系數進行計算[16]。

土壤酶活性的測定及表示方法[17]如表1所示。

1.5 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2010進行數據統計，采用SPSS 21.0軟件進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 異噁唑草酮對玉米根際土壤微生物量碳、氮含量的影響

2.1.1 異噁唑草酮對玉米根際土壤微生物量碳含量的影響

異噁唑草酮對玉米根際土壤微生物量碳的影響如表2所示，結果表明，在整個試驗過程中，120 g/hm2處理下土壤微生物量碳含量與CK無顯著差異，600 g/hm2和1 200 g/hm2處理下土壤微生物量碳含量與CK相比顯著下降。

120、600 g/hm2和1 200 g/hm2處理下土壤微生物碳含量在施藥后7 d分別比CK降低了2.76%、12.41%和15.52%;施藥后14 d分別降低了2.74%、14.38%和17.12%;施藥后21 d分別降低了0.68%、19.80%和23.55%;施藥后28 d分別降低了2.46%、14.79%和25.00%。

2.1.2 異噁唑草酮對玉米根際土壤微生物量氮含量的影響

異噁唑草酮對玉米根際土壤微生物量氮的影響如表3所示，結果表明，在整個試驗過程中，120 g/hm2處理下土壤微生物量氮含量與CK無顯著差異， 600 g/hm2和1 200 g/hm2處理下土壤微生物量氮含量與CK相比顯著下降。120、600 g/hm2和1 200 g/hm2處理的土壤微生物量氮含量在施藥后7 d與CK相比分別降低了3.90%、12.58%和13.27%;施藥后14 d分別降低了0.45%、17.91%和21.35%;施藥后21 d分別降低了3.24%、20.85%和22.49%;施藥后28 d分別降低了3.15%、14.75%和15.24%。

2.2 異噁唑草酮對玉米根際土壤酶活性的影響

2.2.1 異噁唑草酮對玉米根際土壤脲酶活性的影響

異噁唑草酮對玉米根際土壤脲酶活性的影響如圖1所示。從圖中可以看出：施藥后7 d，與CK相比，120 g/hm2處理下土壤脲酶活性增加了2.68%，600 g/hm2和1 200 g/hm2處理下土壤脲酶活性降低了0.35%和0.95%，但各個處理之間差異不顯著。施藥后14 d和21 d，土壤脲酶活性受到抑制，且異噁唑草酮施藥量越高，抑制作用越明顯，且各處理均與CK存在顯著差異。施藥后28 d，120 g/hm2和600 g/hm2處理下土壤脲酶活性基本恢復至對照水平，無顯著差異，但1 200 g/hm2處理土壤脲酶活性顯著降低，與CK相比降低了15.12%。

2.2.2 異噁唑草酮對玉米根際土壤過氧化氫酶活性的影響

異噁唑草酮對玉米根際土壤過氧化氫酶活性的影響如圖2所示。從圖中可以看出：施藥后7 d，120、600 g/hm2和1 200 g/hm2處理下土壤過氧化氫酶活性與CK沒有顯著差異。施藥后14 d，600 g/hm2和1 200 g/hm2處理下土壤過氧化氫酶活性分別降低了17.39%和19.57%，與CK存在顯著差異。施藥后21 d，120、600 g/hm2和1 200 g/hm2處理下土壤過氧化氫酶活性分別降低了2.15%、6.40%和17.03%。施藥后28 d，各處理下土壤過氧化氫酶活性基本恢復至對照水平。

2.2.3 異噁唑草酮對玉米根際土壤蔗糖酶活性的影響

異噁唑草酮對玉米根際土壤蔗糖酶活性的影響如圖3所示。從圖中可以看出：施藥后7 d，各處理的蔗糖酶活性均高于CK，分別增加了18.17%、13.19%和7.87%，與CK差異顯著。施藥后14 d和21 d，各劑量的異噁唑草酮對土壤蔗糖

酶活性均有抑制作用，且施藥量越高，抑制作用越明顯。施藥后14 d，120、600 g/hm2和1 200 g/hm2處理的土壤蔗糖酶活性分別下降了16.87%、18.93%和25.93%，且與CK差異顯著。施藥后21 d，120、600 g/hm2和1 200 g/hm2處理的土壤蔗糖酶活性與CK相比分別下降了8.81%、9.94%和13.47%。施藥后28 d，各處理的土壤蔗糖酶活性與CK差異不顯著。

2.2.4 異噁唑草酮對玉米根際土壤脫氫酶活性的影響

異噁唑草酮處理對玉米根際土壤脫氫酶活性的影響如圖4所示。從圖中可以看出：在整個試驗過程中，各劑量的異噁唑草酮對玉米根際土壤脫氫酶活性均具有一定的抑制作用，且抑制作用隨施藥量的增加而增強。施藥后7 d，120、600 g/hm2和1 200 g/hm2處理的土壤脫氫酶活性與CK相比分別下降了13.88%、36.45%和47.57%，與CK差異顯著。施藥后14 d，120、600 g/hm2和1 200 g/hm2處理的土壤脫氫酶活性分別下降了7.77%、19.17%和35.28%。施藥后21 d，120、600 g/hm2和1 200 g/hm2處理的土壤脫氫酶活性分別下降了21.98%、35.00%、40.16%，與CK存在顯著差異。施藥后28 d，各劑量的異噁唑草酮對土壤脫氫酶活性的抑制作用逐漸恢復，但其活性仍顯著低于CK。

2.2.5 異噁唑草酮對玉米根際土壤中性磷酸酶活性的影響

異噁唑草酮對玉米根際土壤中性磷酸酶活性的影響如圖5所示。從圖中可以看出：施藥后7 d，各處理的玉米根際土壤中性磷酸酶活性隨施藥量的增加而增強，120、600 g/hm2和1 200 g/hm2處理的土壤中性磷酸酶活性分別增加了9.32%、34.10%和48.92%，均與CK差異顯著。施藥后14 d，120、600 g/hm2和1 200 g/hm2處理的土壤中性磷酸酶活性均顯著高于CK，分別增加了28.64%、24.58%和15.36%。施藥后21 d，120、600 g/hm2和1 200 g/hm2處理的土壤中性磷酸酶活性分別降低了35.89%、37.54%和43.18%，且與CK差異顯著。施藥后28 d，120 g/hm2處理的土壤中性磷酸酶活性逐漸恢復，與CK差異不顯著，600 g/hm2和1 200 g/hm2處理的土壤中性磷酸酶活性分別降低了17.50%和38.04%，仍與CK存在顯著差異。

3 結論與討論

土壤中微生物生物量碳、氮是土壤有機質重要的組成部分，它們對外界環境的變化十分敏感。本試驗發現，推薦劑量的異噁唑草酮會降低玉米根際土壤微生物量碳、氮含量，但與對照差異不顯著。而5倍和10倍推薦劑量的異噁唑草酮會明顯抑制玉米根際土壤生物量碳、氮含量，且劑量越高，抑制作用越強，試驗后期也無法恢復至對照水平，這一結果與張超蘭等[18]對莠去津影響土壤微生物量碳、氮含量的研究結果相似。 這可能是因為施藥量的增加會抑制土壤微生物量，隨時間的延長，異噁唑草酮逐漸分解，對微生物的毒性也隨之減弱[19]。

土壤酶可以催化有機物和某些礦物質轉化為一些營養物質以及有用元素，這些元素可以促進外源性化合物的降解以及植被的生長，同時土壤酶能夠增強作物的抗逆性，因此土壤酶活性是監測土壤質量的重要指標[2021]。研究表明，在田間噴施除草劑會對土壤酶產生不同程度的影響[22]。本試驗發現，5倍和10倍推薦劑量的異噁唑草酮處理會抑制脲酶活性，施藥后14～21 d抑制作用較為強烈，之后逐漸恢復，但經10倍劑量的異噁唑草酮處理后，土壤脲酶活性最終不能恢復至對照水平，說明高劑量的異噁唑草酮可能對玉米根際土壤脲酶具有一定毒性，這一結果與周世雄等[13]對氟磺胺草醚影響大豆根際土壤脲酶活性的研究結果相似。各劑量的異噁唑草酮均會抑制玉米根際土壤過氧化氫酶活性，且劑量越高，抑制作用越強，但短時間內該酶活性能夠恢復，這與Kucharski等[23]的研究結果基本一致。佘曉云等[24]的研究表明雙氟磺草胺對麥田土壤蔗糖酶的影響表現為先促進后抑制。本試驗研究結果顯示異噁唑草酮對玉米根際土壤蔗糖酶活性的影響表現為短時間內激活，然后抑制，最后酶活性基本恢復至對照水平。本試驗的研究結果與前人有相似之處，但不完全相同。這可能是因為隨時間變化，土壤微生物對異噁唑草酮的毒害漸漸產生了適應性，土壤蔗糖酶活性便漸漸恢復。本研究發現，異噁唑草酮會抑制玉米根際土壤脫氫酶活性，且劑量越高，抑制作用越強，姜虎生等[25]的研究結果表明，乙草胺和氟樂靈均會對土壤脫氫酶活性產生不同程度的抑制，且隨濃度的提高，抑制作用愈發明顯，這與本文的研究結果一致。異噁唑草酮對玉米根際土壤中性磷酸酶活性的影響表現為激活抑制，且劑量越高，抑制作用越明顯，這與Tomkiel等[26]對氟噻草胺和異噁唑草酮的混劑對堿性磷酸酶活性的影響的研究結果相似。這可能是因為除草劑為土壤微生物提供了一定的能量來源，進而表現出激活作用，但隨時間變化，能量被充分利用，高劑量的異噁唑草酮逐漸對微生物產生了毒性，降低了土壤中有機磷的轉化速度，進而表現出抑制作用。

不同施藥量、劑型和環境條件下，除草劑對土壤微生物和酶活性的影響不同。本試驗研究結果表明在推薦劑量下，異噁唑草酮對玉米根際土壤微生物量碳、氮及土壤脲酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性幾乎無影響，但施藥后28 d，異噁唑草酮會抑制土壤脫氫酶和中性磷酸酶的活性，且隨施藥量的增加，抑制作用愈發明顯。因此在推薦劑量下，異噁唑草酮可在玉米田應用，并可用土壤脫氫酶和中性磷酸酶作為指標來監測土壤質量。

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（責任編輯：楊明麗）