趙靜+汪鳳娟+趙思峰+等

摘要：采用室內(nèi)培養(yǎng)法研究了丁硫克百威2、8、20、50 mg/kg 4個(gè)濃度處理對(duì)土壤微生物數(shù)量、酶活性以及微生物群落功能多樣性的影響。結(jié)果表明，丁硫克百威對(duì)土壤放線菌種群有明顯抑制作用，對(duì)細(xì)菌和真菌影響較小。2、8、20 mg/kg濃度處理對(duì)土壤蔗糖酶有促進(jìn)作用，50 mg/kg濃度處理抑制蔗糖酶活性；各濃度處理對(duì)脲酶和堿性磷酸酶均表現(xiàn)抑制作用；2 mg/kg濃度處理對(duì)過氧化氫酶表現(xiàn)為“抑制-促進(jìn)-抑制”的變化趨勢(shì)，而8、20、50 mg/kg濃度處理對(duì)過氧化氫酶有很強(qiáng)抑制作用；處理7 d后低濃度丁硫克百威的AWCD值低于對(duì)照水平，而高濃度的AWCD值高于對(duì)照水平，14 d后基本恢復(fù)對(duì)照水平；各處理組的Shannon指數(shù)在7 d后與對(duì)照有差異，14 d后基本恢復(fù)至對(duì)照水平；Simpson指數(shù)在7 d和14 d后與對(duì)照基本一致；50 mg/kg濃度處理的McIntosh指數(shù)高于對(duì)照。

關(guān)鍵詞：丁硫克百威；土壤微生物；土壤酶；群落功能多樣性

中圖分類號(hào)：X53；S482.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）20-5035-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.20.028

The Influence of Carbosulfan Residue on Soil Enzymes Activity and Microbial

ZHAO Jing，WANG Feng-juan，ZHAO Si-feng，DU Juan

（Key Laboratory at Universities of Xinjiang Uygur Autonomous Region for Oasis Agricultural Pest Management and Plant Protection Resource Utilization/College of Agriculture，Shihezi University， Shihezi 832003，Xinjiang， China）

Abstract： The effect of 4 different concentrations （2，8，20 and mg/kg） of Carbosulfan on soil microbial quantity，activity and functional diversity of communities were studied by incubation experiments. The results showed that actinomycetes in soil was significantly inhibited， bacteria and fungi in soil was slightly inhibited by carbosulfan residue. The activity of sucrose was promoted by 2，8 and 20 mg/kg concentration of carbosulfan residue， but it was restrained by 50 mg/kg concentration.The activities of urease and alkaline phosphatase were inhibited by all the concentration of carbosulfan residue. The tendency of catalase activity was “suppression-promotion-suppression”， which was treated by 2 mg/kg concentration of carbosulfan residue， however，it was greatly suppressed by 8，20，50 mg/kg concentration. After 7 d treatment，the AWCD value of low carbosulfan residual concentrations was lower than CK，but the AWCD value of high concentrations was higher than CK.After 14 d it returned to CK level. The Shannon indexes for each treatment group were different from CK at 7 d， and they went back to CK level at 14 d. The Simpson indexes were always same as CK at 7 d and 14 d. McIntosh value of 50 mg/kg concentration was higher than CK.

Key words： carbosulfan； soil microbe； soil enzyme； community functional diversity

丁硫克百威是一種內(nèi)吸性、高脂溶性和在土壤及植物中易于降解的氨基甲酸酯類殺蟲劑，其本身毒性較低。但其施用后可在昆蟲體內(nèi)轉(zhuǎn)化為克百威、3-羥基克百威、3-酮基克百威等高毒性成分，這既保持了克百威的優(yōu)異殺蟲活性又顯著降低了其施用毒性[1]，因此已廣泛應(yīng)用于土壤處理和葉面噴霧以防治各種作物上的土居昆蟲和葉面害蟲[2-5]。新疆是中國最大的植棉區(qū)，產(chǎn)量占全國50%以上。葉螨、蚜蟲、薊馬等害蟲常在棉花生長早期造成嚴(yán)重危害，采用甲拌磷拌種是最有效的防治措施[6]。然而長期使用甲拌磷對(duì)土壤中的微動(dòng)物、微生物等造成嚴(yán)重影響[6，7]，間接影響了土壤中的微生態(tài)安全。因此，許多地區(qū)開始采用丁硫克百威拌種用于棉花及其他作物苗期害蟲的防治[2，8]，且對(duì)其使用安全性進(jìn)行了評(píng)價(jià)[2，9，10]。目前丁硫克百威作為棉花種衣劑的主要成分已在新疆很多植棉區(qū)進(jìn)行了大面積推廣應(yīng)用，然而其對(duì)新疆棉田土壤微生態(tài)有何影響尚未進(jìn)行過系統(tǒng)研究。本研究設(shè)置了5個(gè)丁硫克百威濃度，在室內(nèi)模擬條件下，對(duì)其土壤微生物生態(tài)毒理效應(yīng)進(jìn)行研究，為客觀評(píng)價(jià)丁硫克百威在新疆棉田土壤的微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)。endprint

1 材料與方法

1.1 材料

供試農(nóng)藥為20%丁硫克百威乳油，由江蘇省無錫市稼寶藥業(yè)有限公司生產(chǎn)。

供試土壤取自石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站荒地5～20 cm處的勻質(zhì)土壤，取樣地塊未施用過任何化學(xué)農(nóng)藥，去除植物根系及其他雜物后過4 mm篩備用。取樣土壤的有機(jī)質(zhì)26.10 g/kg，全氮1.75 g/kg，速效磷31.48 mg/kg，速效鉀196.77 mg/kg，pH 8.59。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及土壤處理 稱取相當(dāng)于3.0 kg風(fēng)干土壤的新鮮土壤置于直徑26 cm、深11.5 cm的盆缽中，每盆加入3.15 kg新鮮土壤。向土壤中添加以去離子水稀釋的丁硫克百威溶液均勻攪拌，使其濃度分別達(dá)到0、2、8、20、50 mg/kg，每個(gè)處理設(shè)3組重復(fù)。調(diào)節(jié)土壤含水量至田間最大持水量的60%，培養(yǎng)過程中為了保持土壤濕度不變，每天采用稱重法補(bǔ)充蒸發(fā)損失的水分。將盆缽放置于培養(yǎng)箱中25 ℃黑暗培養(yǎng)，分別在處理后1、3、7 、14、30 d取土樣。將取得的土壤樣品分成2份，一份新鮮土壤壓碎過2 mm篩，供土壤微生物計(jì)數(shù)及功能多樣性分析；另一份室內(nèi)自然風(fēng)干、壓碎過篩，供土壤酶活性分析。

1.2.2 真菌、細(xì)菌和放線菌數(shù)量測(cè)定 分別采用牛肉膏蛋白胨、馬丁氏孟加拉紅和改良的高氏1號(hào)培養(yǎng)基對(duì)土樣中的細(xì)菌、真菌和放線菌進(jìn)行分離培養(yǎng)。牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基[11]：牛肉膏5 g，蛋白胨10 g，NaCl 5 g，瓊脂18 g，去離子水1 000 mL，pH 7.2～7.4。馬丁氏孟加拉紅培養(yǎng)基[11]：KH2PO4 1 g，MgSO4·7H2O 0.5 g，蛋白胨5 g，葡萄糖10 g，孟加拉紅0.033 g，氯霉素0.1 g，瓊脂18.5 g，去離子水1 000 mL。改良的高氏1號(hào)培養(yǎng)基[11]：KNO3 1.0 g，KH2PO4 0.5 g，MgSO4 0.5 g，F(xiàn)eSO4 0.01 g，NaCl 0.5 g，可溶性淀粉20 g，瓊脂15 g，pH 7.2～7.4。

菌數(shù)/g干土=計(jì)數(shù)皿平均菌落數(shù)×10×計(jì)數(shù)皿稀釋倍數(shù)/干土重[11]。

1.2.3 土壤酶活性測(cè)定 土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法（1）[12]，蔗糖酶活性以24 h后1 g土壤葡萄糖的毫克數(shù)表示；脲酶活性采用比色法[12]，以24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克數(shù)表示；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法（2）[12]，以2 h后100 g干土中P2O5的毫克數(shù)表示；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法[12]，以20 min后1 g土壤的0.1 N高錳酸鉀的毫升數(shù)表示。

1.2.4 微生物群落功能多樣性分析 為了探究丁硫克百威對(duì)土壤微生物碳源利用的情況，選取了7 d和14 d 2個(gè)培養(yǎng)時(shí)間段的3個(gè)丁硫克百威殘留濃度（2、20、50 mg/kg）的土壤樣品來進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)設(shè)置對(duì)照。采用有31種碳源的Biolog-ECO板分析各處理的微生物群落功能多樣性。測(cè)定方法如下，將4 ℃保存的Biolog-ECO從冰箱取出，預(yù)熱至25 ℃?zhèn)溆?。將采集的土樣根?jù)土壤含水量稱取相當(dāng)于5.0 g烘干土重的新鮮土樣（7 d取樣的稱取5.9 g左右，14 d取樣的稱取5.8 g左右），加入經(jīng)滅菌的裝有45.0 mL 0.85 mol/L NaC1溶液的三角瓶中，200 r/min振蕩30 min，靜置3～5 min后按梯度稀釋法將土壤懸浮液用0.85 mol/L NaC1溶液稀釋至10-3濃度，用移液器將稀釋液150.0 μL分別接種于生態(tài)測(cè)試板的96孔中，每份土樣的稀釋液按同樣方法設(shè)置3組平行[13]。將接種好的微孔板放置于鋪有3層紗布的保鮮盒中，為防止微平板鑒定孔中的菌懸液蒸發(fā)，紗布需保持一定的濕度。再將保鮮盒放入25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)。每隔12 h用BIOLOG讀數(shù)儀（BIOLOG，Hayward，USA）在590 nm下讀數(shù)，連續(xù)測(cè)定7 d[14，15]。

計(jì)算方法如下[15]：AWCD=∑（C-R）/31，其中，C為每個(gè)碳源孔的吸光值；R為對(duì)照孔的吸光值；Shannon指數(shù)H′=-∑[Pi·ln（Pi）]其中，Pi為第i孔的相對(duì)吸光值，（C-R）與整個(gè)平板相對(duì)吸光值總和的比率；Simpson指數(shù)D=1-∑（Pi）2；McIntosh指數(shù)U=■；其中，ni為第i孔的相對(duì)吸光值（C-R）。

1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 采用Excel 2003和SPSS 11.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 丁硫克百威對(duì)土壤微生物的影響

不同濃度丁硫克百威殘留對(duì)土壤細(xì)菌、放線菌和真菌的影響如圖1所示。2 mg/kg和8 mg/kg兩個(gè)處理濃度的丁硫克百威對(duì)細(xì)菌生長有抑制作用，其中以1 d和3 d的抑制效果較為明顯，7 d后抑制作用減弱，差異不顯著；20 mg/kg處理濃度在1 d和3 d能抑制細(xì)菌生長，7 d之后有促進(jìn)細(xì)菌生長的作用；50 mg/kg處理濃度在1 d后對(duì)細(xì)菌表現(xiàn)出明顯的抑制作用，3 d后表現(xiàn)出明顯促進(jìn)細(xì)菌生長的作用（圖1-A）。各處理濃度在1 d和3 d時(shí)有抑制真菌數(shù)量的作用，7 d和14 d時(shí)又表現(xiàn)為促進(jìn)真菌增長的作用，30 d時(shí)恢復(fù)至對(duì)照水平，差異不顯著（圖1-B）。除20 mg/kg處理濃度在3 d和7 d時(shí)對(duì)放線菌有明顯的促進(jìn)作用外，其余處理濃度均對(duì)放線菌有顯著的抑制作用，且隨處理濃度增加抑制作用增大（圖1-C）。

2.2 丁硫克百威對(duì)土壤酶活性的影響

不同處理濃度丁硫克百威對(duì)土壤蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶的影響如表1所示。2、8、20 mg/kg處理濃度在整個(gè)處理期間均表現(xiàn)出激活蔗糖酶的作用，蔗糖酶活性均高于對(duì)照；50 mg/kg處理濃度則表現(xiàn)出明顯的抑制作用。4個(gè)處理濃度的丁硫克百威在1 d后對(duì)土壤脲酶活性有激活作用，3 d后均表現(xiàn)出明顯的抑制作用，與對(duì)照相比差異性顯著。在堿性磷酸酶方面，除2 mg/kg和8 mg/kg處理濃度在1 d后表現(xiàn)出明顯激活作用外，其余時(shí)間均表現(xiàn)出顯著的抑制作用，且抑制程度隨丁硫克百威處理濃度的增加而增大，各處理濃度之間差異顯著。丁硫克百威不同處理濃度對(duì)過氧化氫酶活性的影響，其中2 mg/kg濃度在1 d和3 d時(shí)抑制過氧化氫酶活性，在7 d和14 d時(shí)激活，30 d活性又低于對(duì)照水平，整體變化趨勢(shì)為“抑制-促進(jìn)-抑制”；8 mg/kg殘留濃度在1 d后表現(xiàn)出激活過氧化氫酶活性，之后與20 mg/kg和50 mg/kg處理濃度一樣，均表現(xiàn)為很強(qiáng)的抑制作用，且抑制作用隨著處理濃度的增大而增強(qiáng)。endprint

2.3 丁硫克百威對(duì)微生物的影響

2.3.1 丁硫克百威對(duì)土壤微生物碳源利用的影響 丁硫克百威不同處理濃度對(duì)土壤不同培養(yǎng)時(shí)間下AWCD值的影響情況如圖2所示。從圖2可知，7 d后2 mg/kg處理濃度的土壤微生物AWCD值在整個(gè)培養(yǎng)時(shí)間（168 h）內(nèi)均低于對(duì)照水平，表明該濃度處理會(huì)抑制土壤微生物對(duì)碳源的利用能力；20 mg/kg處理濃度的AWCD值與對(duì)照相比表現(xiàn)為先增高后降低最后持平的變化趨勢(shì)，表明該處理濃度對(duì)土壤微生物整體活性表現(xiàn)為“促進(jìn)-抑制-恢復(fù)”的變化趨勢(shì)；50 mg/kg處理濃度AWCD值高于對(duì)照，表明該處理濃度可刺激土壤微生物的碳源利用強(qiáng)度。施藥14 d后，2 mg/kg處理濃度的土壤微生物AWCD值恢復(fù)對(duì)照水平，說明隨時(shí)間的延長該處理濃度對(duì)土壤微生物的抑制作用逐漸減弱，微生物功能多樣性開始恢復(fù)；20 mg/kg處理濃度的土壤微生物AWCD值在培養(yǎng)60 h之前略高于對(duì)照水平，后期低于對(duì)照；50 mg/kg處理濃度的土壤微生物AWCD值在培養(yǎng)108 h之前高于對(duì)照，隨后恢復(fù)至對(duì)照水平，說明隨著處理時(shí)間的延長，高濃度丁硫克百威對(duì)微生物代謝活性的影響逐漸消退。

2.3.2 土壤微生物多樣性指數(shù)分析 不同處理濃度丁硫克百威對(duì)土壤微生物Shannon、Simpson和McIntosh指數(shù)的影響見表2。由表2可知，在7 d后2 mg/kg和50 mg/kg 的Shannon指數(shù)值低于對(duì)照，土壤微生物群落的豐富度指數(shù)降低，14 d后Shannon指數(shù)恢復(fù)至對(duì)照水平；20 mg/kg處理的土壤微生物群落的豐富度指數(shù)在第7 d后增加，而在14 d后恢復(fù)至對(duì)照水平。各處理濃度對(duì)土壤微生物種群的Simpson指數(shù)影響較小，在7 d后和14 d后的各處理濃度組的Simpson指數(shù)基本與對(duì)照一致。各處理濃度對(duì)土壤微生物種群McIntosh指數(shù)有不同的影響，7 d 2 mg/kg處理的McIntosh指數(shù)低于對(duì)照，20 mg/kg的McIntosh指數(shù)高于對(duì)照；14 d 2 mg/kg和20 mg/kg處理濃度的McIntosh指數(shù)恢復(fù)至對(duì)照水平，無顯著差異；50 mg/kg處理濃度在7 d和14 d的McIntosh指數(shù)均高于對(duì)照。

3 小結(jié)與討論

不同濃度丁硫克百威處理土壤后，對(duì)土壤放線菌種群數(shù)量有明顯的抑制作用；50 mg/kg處理濃度對(duì)細(xì)菌有強(qiáng)烈的刺激作用，促進(jìn)其生長；對(duì)真菌表現(xiàn)為“抑制—促進(jìn)—恢復(fù)”的變化趨勢(shì)。由此可見，丁硫克百威對(duì)土壤中放線菌的影響較大，而對(duì)細(xì)菌和真菌的影響是暫時(shí)性的，對(duì)土壤肥力及健康造成的影響較小。不同濃度丁硫克百威處理土壤后，除50 mg/kg處理濃度對(duì)土壤蔗糖酶有很強(qiáng)的抑制作用外，其他濃度處理對(duì)蔗糖酶有一定的激活作用。各處理濃度對(duì)土壤脲酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶有一定的抑制作用。Biolog測(cè)定結(jié)果表明，不同處理濃度的丁硫克百威施入土壤后，導(dǎo)致土壤微生物群落多樣性發(fā)生變化，變化趨勢(shì)隨培養(yǎng)時(shí)間而異，隨著處理時(shí)間的延長，丁硫克百威對(duì)微生物代謝活性的影響逐漸消退。高濃度處理促進(jìn)了微生物的活性，可能是刺激了土壤微生物將丁硫克百威作為碳源和能源利用，使得土壤微生物大量生長繁殖。

綜上所述，不同濃度丁硫克百威施入土壤后，會(huì)對(duì)土壤微生物產(chǎn)生一定的影響，但是這種影響是暫時(shí)性的。采用丁硫克百威替代甲拌磷用于棉花及其他作物的拌種對(duì)土壤微生態(tài)較為安全。

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