復(fù)合菌肥對(duì)二氯喹啉酸危害的煙株根際土壤酶活性的影響

邢國(guó)珍 ，李海霞 ，孟 南 ，郭盤(pán)盤(pán) ，賈然然 ，呂春芳 ，劉華山 *

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/生物學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，鄭州 450002；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林與藝術(shù)學(xué)院，鄭州 450002）

二氯喹啉酸（3,7-二氯-8-喹啉羧酸）是一種激素類喹啉酸類除草劑，具有用量少，持效期長(zhǎng)和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。因其具有能殺死特定雜草卻不傷害靶標(biāo)農(nóng)作物的優(yōu)點(diǎn)，通常作為選擇性除草劑用于水稻田中防除稗草和其他禾本科雜草[1-2]，但是其存在著代謝周期長(zhǎng)、在自然條件下降解緩慢的缺陷，會(huì)在農(nóng)田土壤和農(nóng)作物植株中殘留，而對(duì)環(huán)境造成危害。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的多樣化以及土地耕作制度的發(fā)展變化，烤煙與稻、高粱以及玉米的多種輪作模式逐漸推廣[3-4]，這些種植方式的變化在減輕2種作物病蟲(chóng)害、改良土壤、提高肥力、促進(jìn)煙糧增收等方面發(fā)揮了巨大作用。然而，由于前茬作物如水稻施用二氯喹啉酸除草劑，除草劑的殘留會(huì)對(duì)后茬煙草的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制，制約了下茬植煙的生長(zhǎng)發(fā)育，嚴(yán)重影響煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)。

二氯喹啉酸殘留于煙土壤會(huì)導(dǎo)致煙草生長(zhǎng)受抑制，葉緣下卷，葉片向背皺縮，葉片狹長(zhǎng)呈線狀，影響煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)。有研究報(bào)道，通過(guò)施用生物炭、生石灰等物理方法吸附從而降低其生物可利用性[5]，但是難以消除二氯喹啉酸的危害，并且連續(xù)大量使用也可能會(huì)影響土壤的基本理化性質(zhì)。微生物降解技術(shù)被認(rèn)為能有效降解土壤中二氯喹啉酸[6]，這是因?yàn)槲⑸锟赏ㄟ^(guò)代謝、活化等作用來(lái)消解二氯喹啉酸[7]，目前單一微生物菌種在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和大田環(huán)境中對(duì)二氯喹啉酸的降解作用有差異，降解效果可能因?yàn)榄h(huán)境的變化而下降，因此需要尋找更好的降解方法。

近年來(lái)，人們?cè)谖⑸锞市迯?fù)及調(diào)控土壤微生物環(huán)境方面做了很多研究。鄧建朝[8]認(rèn)為溫度調(diào)節(jié)土壤中的微生物和酶活性從而影響土壤中二氯喹啉酸的降解；張志剛等[9]研究表明，微生物菌肥可改良土壤環(huán)境進(jìn)而調(diào)節(jié)土壤酶活性。土壤酶活性反映了土壤生物活性以及土壤肥力[10]，土壤中各種酶的總體活性的分析對(duì)評(píng)價(jià)土壤肥力水平有重要意義。

有報(bào)道顯示，土壤中二氯喹啉酸殘留量為0.06 mg/kg時(shí)將產(chǎn)生藥害[11]，煙田土壤中二氯喹啉酸殘留導(dǎo)致煙草藥害的臨界值為0.05～0.1 mg/kg[1,12]。本研究通過(guò)向模擬二氯喹啉酸受害植煙土壤中追施適量復(fù)合菌肥，探究復(fù)合菌肥對(duì)受危害的煙草根際土壤酶活性的修復(fù)作用，為生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用提供理論支撐，為煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益提升提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

烤煙品種為‘K326’，漂浮育苗。50%二氯喹啉酸可濕性粉劑，江蘇綠利來(lái)股份有限公司；復(fù)合菌肥1和復(fù)合菌肥2（有效活菌數(shù)≥5.0億個(gè)/mL），長(zhǎng)沙艾格里生物肥料技術(shù)開(kāi)發(fā)公司；復(fù)合菌肥3（有效活菌數(shù)≥0.2億個(gè)/g），哈爾濱多倫多農(nóng)業(yè)生物科技有限公司。

土壤取自河南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田，土壤pH值為7.97，有機(jī)質(zhì)含量為：12.93 g/kg，堿解氮濃度為：57.43 mg/kg，速效磷濃度為164.15 mg/kg，速效鉀濃度為57.43 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，T0：正常土壤，清水噴施處理；T1：受害土壤，施用有效含量為0.085 mg/kg二氯喹啉酸；T2：修復(fù)土，受害土壤＋復(fù)合菌肥1（每千克干土中施0.7 mL復(fù)合菌肥1）；T3：修復(fù)土，受害土壤＋復(fù)合菌肥2（每千克干土中施0.7 mL復(fù)合菌肥2）；T4：修復(fù)土，受害土壤＋復(fù)合菌肥3（每千克干土中施1.1 g復(fù)合菌肥3）。用2 mm孔徑鋼篩過(guò)篩試驗(yàn)土壤，裝入盆中（寬×高=20 cm×15 cm），土壤持水量為50%～70%，每個(gè)處理5株盆栽，重復(fù)3次。

將培育至4～5片真葉期生長(zhǎng)一致的煙苗移栽至盆中，正常管理。二氯喹啉酸受害癥狀出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行復(fù)合菌肥修復(fù)處理，5 d后第1次取樣，此后每間隔5 d取樣一次，共取4次，每個(gè)處理取3株。用毛刷將根際土（緊密附著于細(xì)小根系表面約2 mm厚度的土壤）收集到無(wú)菌袋中封口帶回實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)干后過(guò)篩（孔徑為0.335 mm），待測(cè)土壤酶活性。

1.3 酶活性的測(cè)定方法

土壤中各種酶的活性測(cè)定參考關(guān)松蔭[13]的方法。采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定蔗糖酶活性，以72 h后100 g干土中生成葡萄糖毫克數(shù)表示［mg/(100 g·72 h)］；脲酶活性測(cè)定采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，于578 nm波長(zhǎng)下進(jìn)行比色，以24 h后100 g土壤中氨態(tài)氮的毫克數(shù)表示土壤脲酶活性［mg/(100 g·24 h)］；纖維素酶活性測(cè)定采用蒽酮比色法測(cè)定，以72 h后100 g干土生成葡萄糖毫克數(shù)表示土壤纖維素酶活性［mg/(100 g·72 h)］；蛋白酶活性測(cè)定采用茚三酮比色法測(cè)定，以72 h后100 g干土壤中氨基氮的毫克數(shù)表示［mg/(100 g·72 h)］；采用0.1 mol/L高錳酸鉀滴定法測(cè)定過(guò)氧化氫酶活性，以24 h后100 g干土壤分解的酚羥基的毫克數(shù)表示［mg/(100 g·24 h)］。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用不同復(fù)合菌肥對(duì)受害根際土壤蔗糖酶活性的影響

土壤蔗糖酶主要參與土壤中碳水化合物的轉(zhuǎn)化，其生物活性可以通過(guò)土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和土壤的呼吸強(qiáng)度表征[14]。如圖1所示，二氯喹啉酸危害的根際土壤蔗糖酶活性受到嚴(yán)重抑制，在20 d時(shí)，與對(duì)照土壤相比，根際蔗糖酶活性降低35.45%；復(fù)合菌肥處理的根際土壤蔗糖酶活性呈升高趨勢(shì)，復(fù)合菌肥1（T2）、2（T3）和3（T4）處理比受害土壤的根際蔗糖酶活性分別增加了21.15%、11.93%和31.68%，總體活性表現(xiàn)為T(mén)0＞T4＞T2>T3＞T1。表明復(fù)合菌肥能夠提升受害土壤中的蔗糖酶活性，進(jìn)而緩解二氯喹啉酸對(duì)土壤中蔗糖酶活性的抑制，其中復(fù)合菌肥3處理的修復(fù)效果最好。

圖1 追施不同復(fù)合菌肥處理的蔗糖酶活性

2.2 施用不同復(fù)合菌肥對(duì)受害根際土壤脲酶活性的影響

土壤脲酶是一種酰胺酶，專性降解尿素，脲酶活性與土壤中微生物類群數(shù)量、氮素和磷含量以及尿素的水解程度等呈正相關(guān)[15]，可以用于評(píng)價(jià)土壤的肥力狀況。從圖2看出，不同復(fù)合菌肥處理的根際土壤脲酶活性隨處理時(shí)間增加呈升高趨勢(shì)，在20 d時(shí)，復(fù)合菌肥1、2和3處理比受害土壤的煙草根際脲酶活性分別提高了43.21%、62.25%和136.49%，而受害土壤比對(duì)照土壤的根際脲酶活性降低64.35%，土壤脲酶活性總體變化趨勢(shì)表現(xiàn)為：T0＞T4＞T3＞T2＞T1。由此表明經(jīng)復(fù)合菌肥處理可以提升受害土壤中的脲酶活性，進(jìn)而緩解土壤中二氯喹啉酸危害。

圖2 追施不同復(fù)合菌肥處理的脲酶活性

2.3 施用不同復(fù)合菌肥對(duì)受害根際土壤纖維素酶活性的影響

土壤纖維素酶是土壤碳素代謝中的一種重要酶，能夠水解纖維素生成纖維二糖，進(jìn)一步水解成葡萄糖，從而為植物提供可利用的碳源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[16]。如圖3所示，二氯喹啉酸處理的根際土壤纖維素酶活性受到嚴(yán)重抑制，在20 d時(shí)，比對(duì)照減少了54.88%；隨著處理時(shí)間的增加，3種復(fù)合菌肥處理的根際土壤纖維素酶活性呈升高趨勢(shì)，在20 d時(shí)，復(fù)合菌肥1、2和3處理比受害土壤的煙草根際纖維素酶活性分別升高24.24%、46.64%和87.51%，由此可知復(fù)合菌肥能夠提高受害土壤中的纖維素酶活性，從而緩解二氯喹啉酸對(duì)土壤中纖維素酶的抑制作用。

圖3 追施不同復(fù)合菌肥處理的纖維素酶活性

2.4 不同復(fù)合菌肥施用對(duì)受害根際土壤蛋白酶活性的影響

根際土壤中的蛋白酶能對(duì)土壤中的植物殘?bào)w和施入的有機(jī)肥料進(jìn)行酶促分解，土壤蛋白酶也是氮素轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶類，因此，可用蛋白酶來(lái)表征土壤的氮素轉(zhuǎn)化進(jìn)程，進(jìn)而以其活性的高低來(lái)反映土壤中氮素水平。如圖4，在20 d時(shí)，受害土壤的根際蛋白酶活性比對(duì)照降低54.88%，受到嚴(yán)重抑制；復(fù)合菌肥1、2和3處理比受害處理的煙草根際土壤蛋白酶活性分別增加了34.42%、51.76%和97.71%，各種復(fù)合菌肥處理之后，根際土壤蛋白酶活性均高于受害處理土壤中的蛋白酶活性，其中菌肥3效果最佳。由此可知復(fù)合菌肥能夠提高受害土壤中的蛋白酶活性，改善受二氯喹啉酸危害的煙草根際土壤環(huán)境。

圖4 追施不同復(fù)合菌肥處理的蛋白酶活性

2.5 不同復(fù)合菌肥施用對(duì)受害根際土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響

過(guò)氧化氫酶是生物防御系統(tǒng)中的關(guān)鍵酶，可以將過(guò)氧化氫分解成水和氧，參與土壤中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化，過(guò)氧化氫酶的活性可以表征生物活動(dòng)過(guò)程中氧化程度的強(qiáng)弱，也可以作為簡(jiǎn)單的污染監(jiān)測(cè)指示物[17]。從圖5可知，在20 d時(shí)，受害處理比對(duì)照土壤中的過(guò)氧化氫酶活性降低60.12%；生物菌肥處理的根際土壤過(guò)氧化氫酶活性趨勢(shì)則呈逐漸升高的趨勢(shì)，在處理20 d后，復(fù)合菌肥1、2和3處理的煙草根際過(guò)氧化氫酶活性分別比受害土壤提升81.82%、145.45%和181.82%，復(fù)合菌肥2和復(fù)合菌肥3修復(fù)效果明顯，可能是過(guò)氧化氫酶作為毒性或污染檢測(cè)指標(biāo)物對(duì)解毒效果的靈敏反應(yīng)。各處理過(guò)氧化氫酶活性總體表現(xiàn)為T(mén)0＞T4＞T3＞T2＞T1，表明受二氯喹啉酸危害的土壤中過(guò)氧化氫酶活性受到了明顯抑制，向土壤中施入復(fù)合菌肥對(duì)過(guò)氧化氫酶活性具有較強(qiáng)的修復(fù)效果。

圖5 追施不同復(fù)合菌肥處理的過(guò)氧化氫酶活性

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，與正常土壤相比，受二氯喹啉酸殘留危害的根際土壤中蔗糖酶、脲酶、纖維素酶、蛋白酶、過(guò)氧化氫酶活性明顯降低，這與毛官杰等[18]的研究結(jié)果一致，二氯喹啉酸危害下追施不同復(fù)合菌肥的處理土壤后的酶活性都高于受害處理而低于對(duì)照，這是由于土壤養(yǎng)分增加，土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)組成得到了改善，進(jìn)而提高了土壤各種酶活性，同時(shí)表明復(fù)合菌肥有助于提高土壤酶活性，緩解了二氯喹啉酸殘留對(duì)土壤酶活性的抑制，這與劉華山、麻耀華等[19-20]的研究結(jié)果類似。復(fù)合菌肥因其富含養(yǎng)分以及具有特定類群的微生物，作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和根系微生物促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高抵御污染等逆境脅迫能力。

土壤中的各種酶活性可以反映土壤肥力的水平，酶活性的增強(qiáng)同時(shí)促進(jìn)土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化過(guò)程，提高了土壤肥力。艾童非、劉芳等[21-22]研究發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌劑能顯著提高土壤脲酶和土壤蔗糖酶的活性。這與本研究結(jié)果相似，復(fù)合菌肥的配施能夠加速有機(jī)化合物的分解，為酶促反應(yīng)提供了底物，從而促進(jìn)了微生物的分解作用，從而降低二氯喹啉酸的危害，土壤酶也是微生物生長(zhǎng)代謝的產(chǎn)物。

養(yǎng)分為植物生長(zhǎng)提供了營(yíng)養(yǎng)，其次是有益的微生物菌群的代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的生物活性物質(zhì)改善了土壤生態(tài)環(huán)境，進(jìn)一步提高了土壤酶活力[23]，加速了土壤中殘留的二氯喹啉酸的降解。生物類群的變化能影響土壤中酶的活性、土壤健康及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，因此對(duì)稻煙連作土壤中殘留二氯喹啉酸污染的修復(fù)起到積極作用。微生物菌肥因其具有環(huán)境友好、效率高、成本低等特點(diǎn)，是進(jìn)行土壤環(huán)境修復(fù)、實(shí)現(xiàn)污染農(nóng)田可持續(xù)利用的有效措施，具有廣泛應(yīng)用前景，是未來(lái)綠色農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向。