福美雙對土壤微生物群落和呼吸強度的影響

王安萍，肖春玲，吳 萍

福美雙對土壤微生物群落和呼吸強度的影響

*王安萍，肖春玲，吳 萍

(井岡山大學生命科學學院，江西，吉安 343009)

研究了不同濃度福美雙對土壤微生物種群變化以及土壤呼吸強度的影響。結(jié)果表明：施用福美雙改變了土壤微生物的種群數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)及其多樣性指數(shù)；低濃度福美雙對細菌表現(xiàn)為激活作用，而高濃度福美雙則有抑制作用；福美雙對放線菌生長有抑制作用，對真菌表現(xiàn)為激活作用。低濃度福美雙對土壤呼吸強度有一定激活作用，高濃度則產(chǎn)生抑制作用。

福美雙；微生物群落；土壤呼吸強度

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，對土壤肥力的形成、土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)等具有重要的意義。農(nóng)田施用農(nóng)藥后，大部分農(nóng)藥落入土壤中，從而對土壤微生物產(chǎn)生一定的影響，土壤微生物的呼吸作用反映土壤微生物的總活性，因此農(nóng)藥對土壤微生物及其呼吸作用的影響，已成為不少國家評價農(nóng)藥等化學物質(zhì)對生態(tài)環(huán)境安全性的一個重要指標[1-4]。國內(nèi)外學者對不同農(nóng)藥污染物質(zhì)的土壤微生物學指標進行了大量研究, 認為其可在一定程度上指示環(huán)境污染程度的大小[5-7]。有關(guān)農(nóng)藥等物質(zhì)對土壤微生物影響的研究已有一些報道，且主要是針對不同種群和類別的微生物。王開運等[8]研究了戊唑醇對土壤微生物數(shù)量表現(xiàn)為低濃度刺激生長高濃度抑制生長的作用，且在細菌、放線菌和真菌種類間的影響也有不同；王志英等[9]指出阿特拉津?qū)毦?、放線菌的生長均有明顯促進作用, 對真菌生長的促進作用不明顯，細菌和放線菌是阿特拉津脅迫下的優(yōu)勢菌群；張瑞福等[10]的研究提出農(nóng)藥對土壤微生物數(shù)量和活性的影響是有選擇性的，敏感類群受到抑制，能耐受或降解該農(nóng)藥的微生物類群由于營養(yǎng)改善和生態(tài)競爭者減少而增殖，雖對土壤微生物的總數(shù)影響不大，但其組成結(jié)構(gòu)卻發(fā)生了改變；朱魯生等[11]評價了馬拉硫磷、氰戊菊酯及其混劑對土壤呼吸作用的影響，指出馬拉硫磷、氰戊菊酯及其混劑對土壤微生物均為低毒或無實際危害級農(nóng)藥。

福美雙是一種有代表性的二硫代甲氨基甲酸鹽類農(nóng)藥，也稱作秋蘭姆、賽歐散、阿銳生，廣泛用于各種農(nóng)作物病蟲害的防治和橡膠的硫化促進劑，為常用的低毒殺菌劑，具有較高的蓄積性。目前對福美雙的研究，主要集中在殘留分析方法及其對一些哺乳動物的毒性方面[12-14]，而施入土壤后對土壤微生物效應和影響卻尚不十分清楚，從土壤微生物角度探討其對土壤生態(tài)毒理方面研究較少。因此，本實驗在實驗室條件下，研究不同濃度的福美雙對土壤中微生物群落以及土壤呼吸強度的影響，旨在為福美雙的合理應用和安全評價提供一些理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

1.1.1 供試試劑

50％福美雙可濕性粉劑(山東省海訊生物化學有限公司生產(chǎn))。

1.1.2 供試土壤

采集井岡山大學附近未施用農(nóng)藥的荒地表層以下2~20 cm的新鮮土樣。將采集的樣品平攤，土塊捏碎，去除植物根及其他雜物，自然風干后過0.5 mm篩備用。供試土壤的理化性質(zhì)為：有機質(zhì)17.7 g·kg-1，有機氮132.0 g·kg-1，速效磷18.3 g·kg-1，速效鉀125.5 g·kg-1，土壤pH 7.6。

1.1.3 培養(yǎng)基

細菌培養(yǎng)基：牛肉膏3 g；蛋白胨10 g；NaC l5 g；瓊脂18 g；水1000 mL；pH7.0~7.2。

放線菌培養(yǎng)基：K2HPO40.5 g；KNO31.0 g；MgSO40.5 g；NaCl 0.5 g；FeSO40.001 g；淀粉20 g；瓊脂1 g；水1000 mL；pH7.2~7.4。真菌培養(yǎng)基：KH2PO41.0 g；MgSO40.5 g；蛋白胨5 g；葡萄糖10 g；瓊脂18 g；水1000 mL；此培養(yǎng)液1000 mL加1%孟加拉紅水溶液3.3 mL，加氯霉素0.1 g。

1.2 實驗方法

1.2.1 土壤微生物數(shù)量的測定

取經(jīng)上述處理的新鮮風干土樣，分別裝入塑料容器中，添加含有丙酮溶解的福美雙溶液，使對照和農(nóng)藥處理濃度分別為0、5 mg·kg-1、25 mg·kg-1和50 mg·kg-1(干土)，抽去丙酮溶液，并使土壤含水量達最大田間持水量的60 %。(28 ± 1) ℃下培養(yǎng)，并分別在培養(yǎng)天數(shù)為1、4、7、10、14、20、28 d時取樣，將取出來的土樣制成菌懸液，并將其梯度稀釋后各取0.2 mL涂布于相應的培養(yǎng)基上，每個濃度重復3皿，然后分別恒溫培養(yǎng)2~7 d，測定細菌、真菌及放線菌的數(shù)量，微生物數(shù)量采用稀釋平板法測定[15]。

微生物量計算公式：每克土中菌數(shù)=（菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)）/干土

1.2.2 生物多樣性指數(shù)測定指標和方法

生物多樣性指數(shù)是描述生物類型數(shù)和均勻度的一個度量指標，它在一定程度上可反映生物群落中物種的豐富程度及其各類型間的分布比例[16]。本研究采用Shannon多樣性模型計算獲得底物利用多樣性指數(shù)[17]。

1.2.3 土壤呼吸強度的測定

另取上述風干后過篩的土壤樣品，采用直接吸收法（密閉法）測定土壤微生物呼吸：稱50 g該土壤于150 mL的燒杯中，向土壤中添加福美雙，使福美雙在土壤中的濃度為0（對照）、5、25、50 mg·kg-1共4個處理，以上各處理均設(shè)3個重復。加水調(diào)節(jié)土壤含水量達最大含水量的60%，放于密閉罐中。同時將盛放有40 mL 0.1 mol·L-1的NaOH溶液的錐形瓶放入密閉容器底部，蓋嚴密閉罐蓋。放入人工氣候培養(yǎng)箱，溫度為(25 ± 1)℃培養(yǎng)。在培養(yǎng)后的2、5、7、10、12、15 d，取出裝有NaOH溶液的錐形瓶，用0.2 mol·L-1的HCl溶液滴定瓶中剩余NaOH，同時換進新的裝有NaOH溶液的錐形瓶，繼續(xù)培養(yǎng)[11]。

測定的結(jié)果按下式計算：

100 g土壤的CO2釋放量(mg) W = (空白值-滴定值) × 鹽酸摩爾濃度× CO2分子量× 100/干土重

1.3 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)和統(tǒng)計分析均采用Excel 2003和SPSS16.0統(tǒng)計軟件完成。采用單因素分析和多重比較處理不同參數(shù)的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 福美雙對微生物數(shù)量影響

與對照相比(表1)，較低濃度福美雙對土壤中細菌具有激活作用，而高濃度福美雙卻顯著(＜0.05)抑制土壤中細菌生長；福美雙對土壤放線菌表現(xiàn)為抑制作用，且濃度越高抑制作用越強烈；福美雙對土壤真菌生長則呈現(xiàn)刺激效應，并且其刺激作用隨著處理濃度的增加而加大，50 mg·kg-1濃度福美雙能顯著刺激真菌生長(＜0.05)。處理20 d后，較低濃度福美雙處理的土壤中細菌和真菌數(shù)量逐漸接近于對照，而較高濃度對細菌的抑制以及對真菌的激活效應顯著(＜0.05)，實驗結(jié)束未見恢復，尤其是對真菌，到實驗28 d，數(shù)量遠高于對照；處理時間28 d各濃度福美雙處理對放線菌的抑制作用基本恢復。

表1 福美雙對土壤微生物數(shù)量的影響

注：各列不同小寫字母表示不同濃度處理對同種微生物0.05水平差異顯著

2.2 福美雙對土壤微生物多樣性影響

福美雙處理時間和處理濃度對土壤微生物多樣性指數(shù)均有影響(如圖1)。當施藥時間一定時，生物多樣性指數(shù)隨處理濃度加大先降再升，在0~25 mg·kg-1濃度范圍內(nèi)，其生物多樣性指數(shù)逐漸下降，在25~50 mg·kg-1濃度范圍內(nèi)，其生物多樣性指數(shù)增加。而當施藥濃度一定時，在0、5、25 mg·kg-1濃度時，多樣性指數(shù)隨著施藥時間的增加而下降，到實驗后期趨于接近。在50 mg·kg-1濃度時，多樣性指數(shù)隨著施藥時間的增加先升后降，到實驗后期仍高于對照。

圖1 福美雙對土壤生物多樣性的影響

表2 福美雙各處理對土壤微生物呼吸強度的影響以及其危害系數(shù)

注：各行不同小寫字母表示不同濃度處理對同時間段呼吸影響0.05水平差異顯著

2.3 福美雙對土壤微生物呼吸強度的影響

采用上述密閉法[11]測定了福美雙對土壤微生物呼吸作用的影響（表2）。處理濃度為5 mg·kg-1下，土壤微生物呼吸所產(chǎn)生的CO2釋放量在實驗前期基本與對照相同，實驗5 d后則高于對照表現(xiàn)為刺激作用（＞0.05）。當施藥量增加到25 mg·kg-1和50 mg·kg-1時，福美雙則表現(xiàn)出抑制土壤呼吸作用（＞0.05），且抑制作用隨處理時間和濃度增加而增強。

3 討論

實驗結(jié)果表明，福美雙對土壤中細菌、放線菌和真菌種類間的影響表現(xiàn)不同。其中福美雙施入土壤后對土壤細菌生長表現(xiàn)的影響可能是由于較低濃度福美雙可以作為碳源或氮源，被細菌利用，從而促進了細菌的生長繁殖，但隨著時間的推移，農(nóng)藥在土壤中不斷被降解，作為微生物可利用的碳源量不斷減少，這種促進效應也逐漸消失，所以實驗到第20 d時較低濃度處理組的微生物數(shù)量表現(xiàn)為恢復到對照組水平，50 mg·kg-1高濃度福美雙處理組表現(xiàn)為明顯抑制細菌生長，且這種抑制作用到實驗后期都沒有恢復，這可能由于高濃度福美雙或其降解產(chǎn)物對細菌的生長繁殖存在毒性；而福美雙的加入能顯著刺激土壤中真菌的生長，原因可能是土壤中的真菌對福美雙具有較強的耐受能力和降解能力，并且這種耐受降解能力與福美雙濃度有關(guān)，真菌是福美雙脅迫下的優(yōu)勢菌群；福美雙對土壤放線菌生長表現(xiàn)抑制再恢復，可能是福美雙對于放線菌表現(xiàn)為可逆的毒害作用。

如上所述，土壤施用福美雙后，影響了土壤微生物種群數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)，進而改變了土壤微生物的物種多樣性指數(shù)。姚曉華[18]指出了，旱地使用正常田間濃度的殺蟲劑啶蟲脒不會對微生物群落造成較大的影響, 高濃度啶蟲脒對土壤微生物群落基因多樣性有一定的影響，但是影響時間不長。本實驗中施用福美雙后改變了微生物多樣性指數(shù)，其中在0~25 mg·kg-1濃度處理范圍內(nèi)時，福美雙能輕微激活真菌，抑制細菌和放線菌，對土壤菌落總數(shù)有減少的作用，且濃度越高, 細菌總數(shù)越少，從而多樣性指數(shù)在總體上有隨濃度升高而下降的趨勢。然而50 mg·kg-1高濃度的福美雙處理能顯著刺激群落中的真菌，明顯抑制群落中的細菌和放線菌，土壤中的優(yōu)勢種群替換為農(nóng)藥的耐受菌，使群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，逐漸向著耐受農(nóng)藥的微生物群落方向演替，刺激了多樣性變化，這有可能是從低濃度農(nóng)藥處理到高濃度農(nóng)藥處理的土壤中, 群落逐漸發(fā)育到成熟期的結(jié)果[19]。

土壤微生物種類和數(shù)量的改變影響到微生物的總活性，低濃度的福美雙對土壤呼吸強度產(chǎn)生一定刺激作用，高濃度則產(chǎn)生抑制。其原因可能是低濃度農(nóng)藥處理能輕微激活細菌和真菌，優(yōu)勢菌落的激活使土壤微生物整體活性增高，放出的CO2高于對照，呼吸作用逐漸增強，即雖然福美雙對某些微生物細胞有一定的毒害作用，但這種作用很快為福美雙的可營養(yǎng)性所抵消，并最終表現(xiàn)出刺激的效應[20]。隨著農(nóng)藥濃度的提高，土壤中優(yōu)勢種群受到農(nóng)藥的抑制，表現(xiàn)出CO2釋放量下降，這說明高濃度福美雙會抑制土壤微生物群體的生命活動，降低土壤呼吸作用。

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EFFECTS OF THIRAM ON SOIL MICROORGANISM COMMUNITY AND SOIL RESPIRATION INTENSITY

*WANG An-ping, XIAO Chun-ling, WU Ping

(School of Life Sciences, Jinggangshan University, Ji’an, Jiangxi 343009, China）

Effects of thiram on community structure of soil microorganism and soil respiration intensity were investigated. The results showed that the thiram changed the soil microorganism population quantity, community structure and diversity index. The bacteria growth was stimulated by thiram at lower concentration but inhibited at higher concentration. The thiram inhibited the growth of actinomyces, increased the number of soil fungi. Lower concentration of thiram could increase but the higher greatly inhibit the soil microorganism respiration.

thiram; microorganism community; soil respiration intensity

S154.3

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2014.03.012

1674-8085(2014)03-0050-05

2013-12-20；

2014-04-17

井岡山大學科研基金項目 (JZ09018)

*王安萍(1971-)，女，江西吉安人，實驗師，碩士，主要從事微生物學實驗教學和研究(E-mail:jskwangap@126.com);

肖春玲(1952-)，女，江西吉安人，教授，主要從事微生物學教學和研究(E-mail:xiaochunling@jgsu.edu.cn);

吳 萍(1993-)，女，甘肅民樂人，井岡山大學生命科學學院本科生(E-mail:wuping3022@126.com).