二甲戊靈對棉田土壤酶活性的影響

胡佳月， 金 前， 賈會娟， 韓小強(qiáng)， 楊德松

(石河子大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/新疆綠洲農(nóng)業(yè)病蟲害治理與植保資源利用自治區(qū)普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832000)

二甲戊靈對棉田土壤酶活性的影響

胡佳月， 金 前， 賈會娟， 韓小強(qiáng)， 楊德松

(石河子大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/新疆綠洲農(nóng)業(yè)病蟲害治理與植保資源利用自治區(qū)普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832000)

【目的】研究新疆棉田土壤施用二甲戊靈對土壤酶活性的影響?！痉椒ā棵尢锿寥朗┯枚孜祆`0、2 700、4 050、5 400 g·hm-2，分析不同處理時(shí)間、不同深度土壤酶活性的變化規(guī)律。【結(jié)果】施用二甲戊靈后，土壤堿性磷酸酶活性明顯被抑制，處理40 d后，5～10 cm土壤層堿性磷酸酶活性被抑制作用最強(qiáng)，二甲戊靈2 700、4 050、5 400 g·hm-2處理的堿性磷酸酶活性抑制率分別為93.79%、90.77%、87.43%；脲酶活性總體表現(xiàn)激活趨勢；蔗糖酶和脫氫酶活性隨二甲戊靈濃度增高而增強(qiáng)，表層土壤酶活性較10～20 cm深層土壤激活作用顯著；隨著處理時(shí)間的增加，0～10 cm土壤層過氧化氫酶活性呈現(xiàn)先抑制后激活的趨勢?！窘Y(jié)論】棉田土壤經(jīng)二甲戊靈處理后，表現(xiàn)為脲酶、過氧化氫酶的激活效應(yīng)；但二甲戊靈會抑制堿性磷酸酶活性，降低土壤有效磷素，長期施用會導(dǎo)致土壤營養(yǎng)失衡。

棉田； 二甲戊靈； 堿性磷酸酶； 脲酶； 蔗糖酶； 脫氫酶； 過氧化氫酶

作為土壤微生物功能多樣性的重要承擔(dān)者，酶在土壤物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過程中起著重要的催化作用，其活性的高低反映土壤的各種生物化學(xué)反應(yīng)的動力和強(qiáng)度，對土壤肥力的形成與提高、土壤生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)具有重要的意義[1-2]。土壤脲酶、堿性磷酸酶和脫氫酶分別影響土壤尿素水解、氮磷循環(huán)、底物脫氫等重要過程，而過氧化氫酶和蔗糖酶則能夠較好的表征土壤中有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化水平。早在20世紀(jì)初，國內(nèi)外學(xué)者就已經(jīng)用土壤酶活性來判斷外來物質(zhì)對土壤的污染程度及可能對生態(tài)環(huán)境造成的影響[3-4]。Kalam等[5]研究指出丙環(huán)唑、丙溴磷、丙草胺3種農(nóng)藥可顯著抑制土壤磷酸酶、脫氫酶和脲酶的活性；姜虎生等[6]研究表明乙草胺、丁酯、春多多、氟樂靈4種除草劑對土壤脫氫酶都有不同程度的抑制作用；傅麗君等[7]指出經(jīng)殺滅菊酯和阿維菌素處理的土壤，磷酸酶活性變化呈現(xiàn)“抑制-恢復(fù)-激活”趨勢。

二甲戊靈[N-1-乙基丙基-3,4-二甲基-2,6-二硝基苯胺]是一種高效低毒的二硝基苯胺類選擇性芽前除草劑，其作用機(jī)制為抑制雜草分生組織細(xì)胞分裂和伸長，適用于棉花Gossypiumspp.、大豆GlycinemaxL.、水稻Oryzasativa、玉米Zeamays、小麥TriticumaestivumLinn.及蔬菜作物馬唐DigitariasanguinalisL.、稗草EchinochloacrusgalliL.、狗尾草SetariaviridisL.、馬齒莧PortulacaoleraceaL.、灰藜ChenopodiumalbumLinn.等一年生禾本科植物和闊葉雜草[8]，是新疆應(yīng)用最為廣泛的除草劑之一[9]。國內(nèi)外有關(guān)二甲戊靈的研究主要集中在田間應(yīng)用、劑型改良及殘留降解等方面[10-12]，但對土壤酶活性影響的研究卻較少涉及。因此，在前期室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上[13]，本研究探討施用二甲戊靈后棉田土壤酶活性的變化，以期為二甲戊靈的合理使用及環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)在石河子大學(xué)試驗(yàn)站農(nóng)田進(jìn)行(44°18′N，86°02′E)。試驗(yàn)地土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量分別為29.15、1.56、43.50、140.58 g·kg-1。供試藥劑為330 g·L-1的二甲戊靈EC(江蘇豐山集團(tuán))。供試棉花Gossypiumspp.品種為新陸早45號。

1.2 方法

大田噴施二甲戊靈的濃度梯度為2 700、4 050、5 400 g·hm-2，每個(gè)處理3次重復(fù)，并設(shè)置未施用二甲戊靈的對照，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積10 m×3 m。施藥后 0、1、5、10、15、20、30、40、60、90 d分別采集土壤深度0～5、5～10、10～15、15～20 cm土樣，采用三點(diǎn)取樣法，過2 mm篩，風(fēng)干后置于- 20 ℃保存待測。

酶活性的測定方法參考文獻(xiàn)[14]。堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定；脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定；脫氫酶活性采用三苯基四氮唑藍(lán)(TTC)比色法測定；蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定；過氧化氫酶采用紫外分光光度法測定[15]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用軟件SPSS 19.0和Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。酶活性激活率計(jì)算公式為：

式中，A為處理土壤酶活性，B為未施用農(nóng)藥土壤酶活性。

2 結(jié)果與分析

2.1 對土壤堿性磷酸酶活性的影響

施用二甲戊靈的棉田土壤，對堿性磷酸酶活性的影響總體表現(xiàn)為抑制。由圖1可知，二甲戊靈對0～5 cm土壤較其他土層對堿性磷酸酶激活作用強(qiáng)，抑制作用弱。二甲戊靈對5～10 cm土壤層堿性磷酸酶活性影響總體表現(xiàn)為抑制，藥后40 d抑制作用最強(qiáng)，2 700、4 050、5 400 g·hm-23種處理對應(yīng)的抑制率分別為93.79%、90.77%和87.43%；30和90 d時(shí)，抑制率減弱。二甲戊靈對10～15 cm土壤層堿性磷酸酶活性的影響，初期激活作用明顯，后多為抑制，60 d時(shí)抑制作用開始下降。二甲戊靈對15～20 cm土壤層堿性磷酸酶活性的抑制作用持續(xù)期較長，藥后40 d抑制作用開始下降。

2.2 對脲酶活性的影響

二甲戊靈對0～5 cm土壤層脲酶的影響總體是激活作用，表現(xiàn)為濃度越高，激活作用越強(qiáng)。二甲戊靈對5～15 cm中層土壤脲酶激活作用較表層土壤(0～5 cm)弱，但持續(xù)期長達(dá)60 d。二甲戊靈對15～20 cm深層土壤脲酶活性前期影響較弱，藥后10 d開始呈現(xiàn)激活狀態(tài)，后一直整體保持激活狀態(tài)(圖2)。

圖1 二甲戊靈對不同深度土壤磷酸酶活性的影響

圖2 二甲戊靈對不同深度土壤脲酶活性的影響

2.3 對蔗糖酶活性的影響

施用二甲戊靈對棉田土壤蔗糖酶活性的影響見圖3，蔗糖酶活性多表現(xiàn)為激活作用。二甲戊靈對0～5 cm表層土壤蔗糖酶的影響，0 d時(shí)低濃度呈現(xiàn)抑制作用，1～40 d, 隨濃度升高，激活作用增強(qiáng)，60～90 d，激活作用下降；二甲戊靈對10～15 cm深層土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)為激活作用，0 d時(shí)2 700、4 050、5 400 g·hm-23種處理對應(yīng)的激活率分別為3.80%、4.84%和17.65%，二甲戊靈處理后0～40 d 0～10 cm土壤層蔗糖酶激活率保持上升趨勢，40 d時(shí)對土壤中蔗糖酶激活作用達(dá)最高，后激活率下降。二甲戊靈藥后20 d對10～20 cm深層土壤蔗糖酶活性激活率達(dá)最高，其中，15～20 cm深層土壤二甲戊靈低濃度(2 700 g·hm-2)處理激活率最高，為72.90%。

圖3 二甲戊靈對不同深度土壤蔗糖酶活性的影響

2.4 對脫氫酶的影響

二甲戊靈處理對棉田土壤脫氫酶活性的影響如圖4所示。0～5 cm土層土壤的脫氫酶活性隨二甲戊靈濃度的增加而增強(qiáng)，最高激活率在藥后5和10 d，高濃度(5 400 g·hm-2)處理對應(yīng)的激活率分別為27.91%和26.91%。二甲戊靈對5～10 cm土層土壤脫氫酶活性的影響藥后0～10 d表現(xiàn)為高濃度激活，低濃度抑制，藥后15～90 d多表現(xiàn)為抑制作用。二甲戊靈對10～15 cm土層土壤脫氫酶活性影響總體是激活作用，在施藥初期和末期，二甲戊靈濃度越高，激活作用越強(qiáng)，中期低濃度出現(xiàn)不同程度的抑制作用；二甲戊靈對15～20 cm深層土壤脫氫酶活性的影響，藥后0～5 d，激活效果顯著，最高激活率出現(xiàn)在藥后5 d，2 700、4 050、5 400 g·hm-23種處理對應(yīng)的激活率分別為11.81%、24.69%和27.90%，10 d后激活作用不明顯，土壤脫氫酶活性被抑制。

2.5 對過氧化氫酶活性的影響

二甲戊靈對棉田土壤過氧化氫酶活性的影響見圖5，施藥前期，二甲戊靈對各土層過氧化氫酶活性影響不明顯，后期出現(xiàn)不同程度的激活作用。二甲戊靈處理表層土壤(0～5 cm)1～30 d，低濃度二甲戊靈(2 700 g·hm-2)對土壤過氧化氫酶活性有一定的抑制作用，抑制率均較小，為1%左右，高濃度二甲戊靈對過氧化氫酶活性有輕微激活作用，激活率為2%～13%；相比較而言,二甲戊靈對5～20 cm土壤過氧化氫酶活性影響發(fā)生在40～90 d，激活率在10%左右，90 d時(shí)激活作用加強(qiáng)，3種濃度二甲戊靈處理10～20 cm土層土壤過氧化氫酶激活率均大于10%。

圖4 二甲戊靈對不同深度土壤脫氫酶活性的影響

圖5 二甲戊靈對不同深度土壤過氧化氫酶活性的影響

3 討論與結(jié)論

堿性磷酸酶是評價(jià)土壤磷素生物轉(zhuǎn)化方向與強(qiáng)度的指標(biāo)，能夠促進(jìn)有機(jī)磷化合物轉(zhuǎn)化為植物可利用的無機(jī)磷酸，為植物生長提供有效磷素。呼蕾等[16]研究表明除草劑草甘膦完全抑制了土壤磷酸酶的活性。傅麗君等[17]研究也指出經(jīng)殺菌劑甲基托布津和代森錳鋅處理的土壤，磷酸酶活性受到明顯抑制，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。本試驗(yàn)中，施用二甲戊靈的棉田土壤中磷酸酶活性總體呈下降趨勢，除表層土壤外，抑制持續(xù)時(shí)間均較長。

脲酶是土壤中唯一對尿素在土壤中轉(zhuǎn)化及利用有重大影響的酶，人們常用土壤的脲酶活性表征土壤的氮素狀況[18]。本研究中二甲戊靈對土壤脲酶有激活作用，但早期有輕微的抑制作用，但抑制時(shí)間相對較短，分析原因可能是本試驗(yàn)條件下二甲戊靈的加入，為土壤微生物提供了碳源，從而激活了土壤的脲酶活性，縮短了抑制時(shí)間；也可能是因?yàn)橥寥赖睦砘再|(zhì)不同造成的結(jié)果，研究結(jié)果顯示，二甲戊靈處理0～5 cm土層對脲酶活性的激活程度最大，這與崔薈萍等[19]施用仲丁靈和使它隆對燕麥田土壤酶活性的研究結(jié)果一致。

脫氫酶是土壤中的主要酶類之一，脫氫酶能促進(jìn)有機(jī)物脫氫，起著氫的中間傳遞體的作用[20]。二甲戊靈對脫氫酶有激活作用，且與濃度呈正相關(guān)。有研究證實(shí)土壤脫氫酶活性與土壤微生物量有密切關(guān)系[21]。這可能是因?yàn)槌跗谖⑸锢锰荚瓷L導(dǎo)致的脫氫酶活性增加，之后隨二甲戊靈逐漸降解，微生物生長受到抑制，土壤脫氫酶活性降低。

蔗糖酶廣泛存在于土壤中，不僅能夠表征土壤生物學(xué)活性強(qiáng)度，也可以作為評價(jià)土壤熟化程度和肥力的重要指標(biāo)[22]。二甲戊靈對蔗糖酶活性有激活作用，對0～5 cm土壤蔗糖酶的激活作用最強(qiáng)，可能是該土層二甲戊靈被光和生物降解后作為酶反應(yīng)的底物所致。同時(shí)，蔗糖酶又可將土壤中的蔗糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖，供微生物利用，從而增加了土壤中微生物的數(shù)量，增強(qiáng)了其生物活性。

土壤過氧化氫酶能酶促分解生物呼吸和有機(jī)物的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的過氧化氫，從而消除過氧化氫對土壤生物體的毒害作用[23]，此外其活性還與土壤呼吸作用和土壤微生物活動息息相關(guān)。二甲戊靈對過氧化氫酶活性影響總體是激活作用，激活程度受土壤深度影響，處理前30 d內(nèi)，土壤過氧化氫酶活性變化較小，表明過氧化氫酶對二甲戊靈并不敏感，這與荊瑞勇等[24]研究指出乙草胺處理60 d土壤過氧化氫酶活性變化較小的結(jié)果一致。

農(nóng)藥對土壤酶活性的影響與施用的土壤類型、土壤環(huán)境、氣候條件、農(nóng)藥分子結(jié)構(gòu)、農(nóng)藥用量及施用時(shí)間、研究方法以及取樣時(shí)間等諸多因素有關(guān)[25]。因此，不同除草劑對土壤酶活性的影響存在著一定的差異。從本試驗(yàn)結(jié)果來看：1)二甲戊靈施用后，土壤堿性磷酸酶活性受到抑制，且持續(xù)期較長；脲酶、蔗糖酶和脫氫酶活性受到不同程度的激活；過氧化氫酶活性總體變化不大。2)由于不同土層微生物群落存在差異，二甲戊靈對酶活性的影響也不盡相同。其中，表層(0～5 cm)土壤對土壤酶活性反應(yīng)更為敏感，與其他土層差異顯著。3)由于微生物的活動，酶活性被抑制是暫時(shí)的，本試驗(yàn)條件下3種濃度處理對其沒有持續(xù)性影響，但并不表明長期施用二甲戊靈不會危害生態(tài)系統(tǒng)的安全，適宜的田間施用量和適當(dāng)?shù)氖┯妙l率是使用該除草劑的關(guān)鍵。今后，需進(jìn)一步研究二甲戊靈長期脅迫下微生物、土壤酶、土壤生理生化等的變化，以期為安全施用二甲戊靈提供一定的技術(shù)支持和理論參考。

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【責(zé)任編輯 霍 歡】

Effect of pendimethalin on soil enzyme activities in cotton field

HU Jiayue, JIN Qian, JIA Huijuan, HAN Xiaoqiang, YANG Desong

(College of Agronomy, Shihezi University/Key Laboratory of Oasis Agricultural Disease and Pest Management,Plant Protection and Its Resource Utilization in Xinjiang, Shihezi 832000, China)

【Objective】 To study the effects of pendimethalin on soil enzyme activities in cotton field.【Method】Pendimethalin at different concentrations (0，2 700, 4 050, 5 400 g·hm-2) were applied to cotton field. Changes in soil enzyme activities at different soil depth and treatment time were investigated.【Result】After treating with pendimethalin,alkaline phosphatase activity was substantially inhibited, and was inhibited the most at the soil depth of 5-10 cm 40 days after treatment.The inhibition rates of 2 700, 4 050 and 5 400 g·hm-2treatments were 93.79%, 90.77% and 87.43% respectively. Urease activity had been continuously activated. Sucrase and dehydrogenase activities increased with the concentration of pendimethalin increasing, and the enhancements of the soil surface were significantly stronger than those at the soil depth of 10-20 cm. Catalase at the soil depth of 0-10 cm was firstly inhibited and then activated with the treatment time increasing.【Conclusion】Pendimethalin can activate urease and catalase, inhibit alkaline phosphatase, and reduce the soil available phosphorus content in cotton field. Long-term application of pendimethalin can cause soil nutrient imbalance.

cotton field; pendimethalin; alkaline phosphatase; urease; sucrase; dehydrogenase; catalase

2016- 06- 03 優(yōu)先出版時(shí)間：2017-04-12

胡佳月(1993—)，女，碩士研究生，E-mail:924492541@qq.com；通信作者:楊德松(1977—)，男，副教授，博士，E-mail:yds_agr@shzu.edu.cn

國際合作項(xiàng)目((2015DFA11660)

S154.36

A

1001- 411X(2017)03- 0057- 07

優(yōu)先出版網(wǎng)址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/44.1110.s.20170412.1415.006.html

胡佳月， 金 前， 賈會娟， 等.二甲戊靈對棉田土壤酶活性的影響[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017,38(3):57- 63.