[摘 要] 通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究硫硅單獨(dú)及交互作用下銅對(duì)水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期土壤酶活性和微生物的影響。結(jié)果表明，單硅處理有利于提高土壤過(guò)氧化氫酶和蔗糖酶活性，增加土壤放線菌和真菌的數(shù)量；而單硫處理在水稻整個(gè)生育期對(duì)土壤酶活性和微生物種群數(shù)量均有抑制作用；低硫（30 kg/hm2）、中硫（60 kg/hm2）與低硅（0.5 g/kg）、中硅（1.0 g/kg）交互，有利于提高土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶的活性，增加放線菌和真菌數(shù)量。

[關(guān)鍵詞] 土壤酶活性；硫；硅；土壤微生物；交互作用

[中圖分類號(hào)] S154.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-7909（2017）36-74-4

土壤酶活性是反映土壤肥力的有效生物指標(biāo)，可反映土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力，是探討土壤污染生態(tài)效應(yīng)的有效指標(biāo)之一[1]。前蘇聯(lián)學(xué)者提出蔗糖酶活性可作為土壤重金屬污染的評(píng)價(jià)指標(biāo)[2]，蔗糖酶廣泛存在于所有土壤中，參與碳水化合物的轉(zhuǎn)化，為生物提供充分的能源，是表征土壤碳素循環(huán)和土壤生物化學(xué)活性的重要酶[3]。脲酶活性可作為土壤重金屬污染的預(yù)測(cè)指標(biāo)[4]。由于土壤是一個(gè)極其復(fù)雜的有機(jī)體，不同地區(qū)土壤中酶的來(lái)源、土壤對(duì)酶及重金屬的吸附固定能力等均存在很大差異，這必然導(dǎo)致重金屬與土壤酶之間關(guān)系不同。一些專家學(xué)者不同程度地研究了重金屬對(duì)土壤酶活性的影響以及重金屬?gòu)?fù)合污染對(duì)土壤酶活性的影響[5-6]；另外，土壤中數(shù)量眾多的微生物既是土壤形成過(guò)程的產(chǎn)物，也是土壤形成的推動(dòng)者，是土壤組成的重要部分，他們和其他因素一起決定著土壤的基本性質(zhì)。土壤微生物不僅對(duì)土壤的發(fā)生、發(fā)育、土壤肥力的形成以及植物營(yíng)養(yǎng)元素的遷移、轉(zhuǎn)化起著重要作用，而且對(duì)土壤中污染物的分解、凈化、遷移、轉(zhuǎn)化起著極其重要的作用[7]。重金屬是最常見(jiàn)的土壤污染物，很難被生物所降解，對(duì)土壤微生物的生理、生化性能及土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響土壤生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性[8]。本試驗(yàn)結(jié)合目前施肥情況及可能達(dá)到的銅污染指標(biāo)，設(shè)計(jì)在水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期分析硫硅交互作用下銅對(duì)水稻土壤酶活性和微生物影響的試驗(yàn)，以期能對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的安全、施肥治理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園試驗(yàn)基地網(wǎng)室內(nèi)進(jìn)行，供試土壤為東鄉(xiāng)銅礦附近孝崗鎮(zhèn)張坊鄉(xiāng)被污染的水稻土耕層土樣，肥力中上，理化性狀見(jiàn)表1。

供試品種選用常規(guī)稻豐華占，由南昌科富農(nóng)種業(yè)有限公司提供。硫肥采用硫磺；硅肥用分析純硅酸鈉（NaSiO3·9H2O），其中含SiO2 21%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共有16個(gè)處理（見(jiàn)表2），硫磺設(shè)4水平，分別為0、30、60、90 kg/hm2，分別表示為S0、S1、S2、S3；硅酸鈉設(shè)4水平，分別為0.0、0.5、1.0、1.5 g/kg，分別表示為Si0、Si1、Si2、Si3。此試驗(yàn)為完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，重復(fù)8次，共計(jì)128盆。試驗(yàn)盆栽土壤供肥（N、P2O5、K2O）水平相同。

試驗(yàn)盆缽為紅色塑料桶，盆口直徑30 cm，底徑20 cm，高25 cm，每桶裝風(fēng)干土14 kg。播種前30 d將底肥（尿素、氯化鉀、鈣鎂磷）、相對(duì)應(yīng)的硅酸鈉等按規(guī)定用量施入裝好土的盆中攪拌均勻，盆缽?fù)撩嫔媳３炙畬樱雇寥琅c肥料平衡。大田育秧，7月28日移栽晚稻，每盆3穴，每穴3粒苗，其中施硫磺的處理用少量土與所需硫磺攪拌均勻，沾秧根移栽到盆中。移栽后全生育期盆缽?fù)撩姹３?～4 cm水層。氮肥分基肥、分蘗肥和穗肥3次施用（6∶2∶2），鉀肥分基肥、分蘗肥2次施用（7∶3）。均以不施硫磺和硅酸鈉處理為對(duì)照，隨機(jī)排列，灌溉水用自來(lái)水，其他管理措施一致。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 測(cè)定指標(biāo)。分別在水稻分蘗期、齊穗期、成熟期取0～15 cm土樣，測(cè)定土壤過(guò)氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶等活性以及土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌種群數(shù)量。

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法。土壤質(zhì)地用機(jī)械組成分析測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；土壤pH用玻璃電極法測(cè)定；全氮用半微量開氏法測(cè)定；土壤速效磷用0.5 mol/L NaHCO3法（鉬銻抗比色法）測(cè)定；土壤速效鉀用NH4OAc浸提，火焰光度法測(cè)定；全銅量用HNO3-HF-HC104消解-AAS法測(cè)定；有效銅用0.1mol/LHCl浸提-AAS法測(cè)定；有效硫用磷酸鹽浸提-硫酸鋇比濁法測(cè)定。

土壤酶活性的測(cè)定參照嚴(yán)昶升方法進(jìn)行[9]。脲酶活性測(cè)定用比色法，酶活性以100 g干土24 h分解尿素產(chǎn)生NH3-N的毫克數(shù)表示；過(guò)氧化氫酶活性測(cè)定用高錳酸鉀滴定法，酶活性以1 g干土消耗0.1 mol/L高錳酸鉀的毫升數(shù)表示；蔗糖酶活性測(cè)定用硫代硫酸鈉滴定法，酶活性以1 g干土消耗0.1 mol/L硫代硫酸鈉的毫升數(shù)表示。

土壤微生物種群數(shù)量的測(cè)定：細(xì)菌用牛肉汁蛋白陳瓊脂培養(yǎng)基平板混菌法培養(yǎng)測(cè)定，真菌用馬丁氏瓊脂培養(yǎng)基平板混菌法培養(yǎng)測(cè)定，放線菌用高氏1號(hào)瓊脂培養(yǎng)基平板混菌法或淀粉按培養(yǎng)基稀釋平板法培養(yǎng)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用DPS（數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硫硅及其交互作用下銅對(duì)土壤酶活性的影響

由表3可知，隨水稻生育進(jìn)程的推進(jìn)，不同處理土壤中脲酶活性總體增加，成熟期達(dá)到最大。與對(duì)照相比，不同時(shí)期各處理表現(xiàn)的規(guī)律不同。分蘗期除S0Si2、S0Si3、S2Si2、S2Si3 4個(gè)處理脲酶活性低于對(duì)照外，其他各處理的酶活性均高于對(duì)照，其中以處理S1Si0的脲酶活性最高，比對(duì)照增加17.78%，其他硫硅交互比對(duì)照增加4.44%～12.59%，其中以處理S3Si2增加幅度最大。齊穗期各處理酶活性均有所增加，但增加幅度不同，其中單硅各處理脲酶活性明顯高于對(duì)照，而單硫處理中只有S1Si0和S2Si0高于對(duì)照，硫硅交互處理僅有S1Si1、S2Si1、S3Si3的脲酶活性高于對(duì)照，其他各處理脲酶活性較對(duì)照略低，但差異不顯著。成熟期除S1Si0、S1Si2、S3Si0的脲酶活性高于對(duì)照外，其他各處理脲酶活性均低于對(duì)照，降幅為0.66%～28.15%。從水稻整個(gè)生育期來(lái)看，處理S1Si0、S1Si1和S1Si2有利于提高脲酶活性。

由表3可知，隨水稻生育進(jìn)程的推進(jìn)，不同處理土壤過(guò)氧化氫酶活性的變化從整體來(lái)看，先增加后降低的居多，齊穗期的過(guò)氧化氫酶活性較大。與對(duì)照相比，不同時(shí)期各處理表現(xiàn)的規(guī)律不同。分蘗期除S1Si0、S2Si0、S2Si3、S3Si0 4個(gè)處理過(guò)氧化氫酶活性低于對(duì)照外，其他各處理的酶活性均高于對(duì)照，其中以處理S0Si3過(guò)氧化氫酶活性最高，比對(duì)照增加28.82%，其他硫硅交互比對(duì)照增加5.18%～22.84%，其中以處理S1Si2增加幅度最大。齊穗期除S0Si2、S0Si3、S1Si1、S2Si3、S3Si0、S3Si2和S3Si3 7個(gè)處理酶活性高于對(duì)照外，其他各處理的酶活性均低于對(duì)照，其中以處理S2Si1過(guò)氧化氫酶活性最低，比對(duì)照降低44.48%，其他硫硅交互比對(duì)照降低8.65%～26.56%，其中以處理S1Si2、S1Si3降低幅度最小。成熟期除S2Si0過(guò)氧化氫酶活性高于對(duì)照，其他各處理酶活性均低于對(duì)照，降幅為0.12%～25.74%。從水稻整個(gè)生育期來(lái)看，處理S0Si2、S0Si3、S1Si1、S3Si2和S3Si3有利于提高過(guò)氧化氫酶活性。

由表3可知，在水稻整個(gè)生育期期間，不同處理土壤中蔗糖酶活性總體變化不大，其中成熟期蔗糖酶活性較其前期小的居多。與對(duì)照相比，不同時(shí)期各處理表現(xiàn)的規(guī)律不同，其中各處理在分蘗期和齊穗期的蔗糖酶活性相同。在分蘗期和齊穗期，15個(gè)處理中蔗糖酶活性低于對(duì)照的居多，其中處理S2Si0酶活性最低，比對(duì)照降低12.85%，處理S3Si0酶活性最高，比對(duì)照增加17.57%，硫硅交互中處理S2Si2、S2Si3和S3Si1比對(duì)照增加3.89%～12.85%，其他硫硅交互處理比對(duì)照降低0.12%～8.84%。成熟期除S2Si1、S3Si1和S3Si2 3個(gè)處理蔗糖酶活性明顯低于對(duì)照外，其他各處理與對(duì)照相差不大，其中S0Si3處理酶活性最高，比對(duì)照增加21.93%，S2Si1處理酶活性最低，比對(duì)照降低73.94%。從水稻整個(gè)生育期來(lái)看，處理S0Si2、S0Si3、S2Si3和S3Si0有利于提高蔗糖酶活性。

2.2 硫硅及其交互作用下銅對(duì)土壤微生物種群生長(zhǎng)的影響

從表4可以看出，細(xì)菌是土壤微生物中數(shù)量最多的一個(gè)類群，其次是放線菌、真菌。隨著水稻生育進(jìn)程的推進(jìn)，不同處理土壤中細(xì)菌數(shù)量的變化趨勢(shì)不一樣。與對(duì)照相比，不同時(shí)期各處理表現(xiàn)的規(guī)律不同。分蘗期除S0Si3處理細(xì)菌數(shù)量高于對(duì)照外，其他各處理的細(xì)菌數(shù)量均低于對(duì)照，其中以處理S3Si2細(xì)菌數(shù)量最少，比對(duì)照降低62.22%，其他硫硅交互比對(duì)照降低7.22%～59.17%。齊穗期單硅處理中只有S0Si1處理細(xì)菌數(shù)量高于對(duì)照，單硫處理中只有S2Si0處理細(xì)菌數(shù)量高于對(duì)照，硫硅交互處理中只有S1Si1、S2Si3和S3Si3細(xì)菌數(shù)量低于對(duì)照，其他各處理細(xì)菌數(shù)量較對(duì)照高。成熟期單硅各處理細(xì)菌數(shù)量均明顯高于對(duì)照，而單硫處理中只有S1Si0處理較對(duì)照略高，硫硅交互處理中，S2Si3處理的細(xì)菌數(shù)量比對(duì)照增加的幅度最大，達(dá)76.39%。從水稻整個(gè)生育期來(lái)看，施硅及S1Si3處理有利于增加細(xì)菌數(shù)量。

隨水稻生育進(jìn)程的推進(jìn)，不同處理土壤中放線菌數(shù)量的變化趨勢(shì)不一樣，但整體來(lái)看，成熟期的放線菌數(shù)量比分蘗期的較大。與對(duì)照相比，不同時(shí)期各處理表現(xiàn)的規(guī)律不同。分蘗期各處理的放線菌數(shù)量均高于對(duì)照，其中S2Si2處理的放線菌數(shù)量最大，比對(duì)照增加166.80%，其他硫硅交互比對(duì)照增加17.39%～161.26%，只有處理S0Si2與對(duì)照差異不顯著。齊穗期單硅處理中僅有S0Si3處理的放線菌數(shù)量高于對(duì)照，單硫處理中僅有S3Si0處理的放線菌數(shù)量高于對(duì)照，硫硅交互處理中僅有S2Si1、S2Si2和S3Si2放線菌數(shù)量高于對(duì)照，其他各處理放線菌數(shù)量均低于對(duì)照。成熟期單硫各處理放線菌數(shù)量均低于對(duì)照，而單硅處理中僅有S0Si1和S0Si2兩處理低于對(duì)照，硫硅交互處理中僅有S3Si1和S3Si3兩處理放線菌數(shù)量低于對(duì)照，其他各處理均高于對(duì)照。從水稻整個(gè)生育期來(lái)看，處理S0Si3、S2Si1、S2Si2和S3Si2有利于增加放線菌數(shù)量。

隨水稻生育進(jìn)程的推進(jìn)，不同處理土壤中真菌數(shù)量的變化趨勢(shì)不一樣，但整體來(lái)看，分蘗期的真菌數(shù)量較成熟期的高。與對(duì)照相比，不同時(shí)期各處理的表現(xiàn)規(guī)律不同。分蘗期除S0Si2、S2Si3、S3Si0和S3Si3處理的真菌數(shù)量較對(duì)照低，其他處理均較對(duì)照高，其中以處理S1Si1的真菌數(shù)量最高，比對(duì)照增加127.61%，差異顯著。齊穗期各處理的真菌數(shù)量均高于對(duì)照，其中處理S2Si1的真菌數(shù)量最高，比對(duì)照增加680.51%，其他處理比對(duì)照增加48.31%～666.10%，增幅差異很大。成熟期單硅處理中僅有S0Si1處理的真菌數(shù)量較對(duì)照略高，單硫各處理的真菌數(shù)量均比對(duì)照低，硫硅交互處理中僅有S1Si1、S1Si2、S1Si3和S2Si3處理的真菌數(shù)量較對(duì)照高，其中處理S1Si1的真菌數(shù)量最高，比對(duì)照增加73.99%。從水稻整個(gè)生育期來(lái)看，處理S0Si1、S1Si1、S1Si2和S2Si3有利于增加真菌數(shù)量。

3 結(jié)論

①硫或硅單獨(dú)作用時(shí)，銅對(duì)土壤中脲酶活性均有激發(fā)影響，而且在一定范圍內(nèi)會(huì)隨著硫或硅濃度的提高而提高。硫硅交互作用下，銅對(duì)土壤中脲酶活性的影響在水稻不同生育期表現(xiàn)不一致，整體來(lái)看，成熟期脲酶活性普遍高于分蘗期和齊穗期。

②硫單獨(dú)作用下，銅對(duì)土壤中過(guò)氧化氫酶和蔗糖酶活性有抑制作用；硅單獨(dú)作用下，銅對(duì)土壤中過(guò)氧化氫酶和蔗糖酶活性有促進(jìn)作用。硫硅交互作用下，銅對(duì)土壤中過(guò)氧化氫酶和蔗糖酶活性的影響不一，其中處理S1Si1、S3Si2和S3Si3有利于提高過(guò)氧化氫酶活性，而處理S2Si3有利于提高蔗糖酶活性。

③單硫處理在水稻整個(gè)生育期對(duì)土壤細(xì)菌種群數(shù)量有抑制作用，適量的單硅處理下，在成熟期能增加土壤中細(xì)菌種群數(shù)量。與對(duì)照組相比，硫硅交互作用中的S1Si3處理能增加土壤中細(xì)菌種群的數(shù)量。

④單硅處理有利于增加土壤放線菌、真菌的數(shù)量；而單硫處理在水稻整個(gè)生育期對(duì)土壤放線菌、真菌種群數(shù)量有抑制作用；與對(duì)照組相比，低、中硫與低、中硅交互作用有利于增加放線菌、真菌種群的數(shù)量。

⑤已有很多研究者注意到土壤污染與土壤微生物種群及酶活性的關(guān)系，土壤微生物種群及酶活性是探討重金屬污染生態(tài)效應(yīng)的有效途徑之一，在眾多的土壤微生物及酶中，Hiroki[10]認(rèn)為土壤微生物對(duì)重金屬敏感性的順序?yàn)榉啪€菌>細(xì)菌>真菌，而土壤酶則以脲酶等最為敏感[11]。硫硅交互作用下，銅對(duì)土壤微生物的影響在水稻不同生育期表現(xiàn)不一樣，這可能和重金屬與微生物所處環(huán)境的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)[12]，也就是說(shuō)環(huán)境因素能影響重金屬對(duì)生物的毒性以及生物對(duì)重金屬污染的抗性。而土壤酶活性的降低主要是由于酶合成作用的下降以及由此引起的微生物種群生長(zhǎng)受到的抑制造成的。本試驗(yàn)只是針對(duì)土壤中重金屬銅污染在硫硅及其交互作用下對(duì)土壤微生物種群及酶活性的影響進(jìn)行了初步探討，有關(guān)機(jī)理還需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

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