不同濃度氯嘧磺隆對(duì)土壤微生物群落和土壤呼吸強(qiáng)度的影響

馬吉平　陳慶隆　陳柳萌　王洪秀　姚健　丁晨

摘要[目的] 研究不同濃度氯嘧磺隆的使用對(duì)土壤微生物群落和土壤呼吸強(qiáng)度的影響。[方法]通過實(shí)驗(yàn)室模擬，研究不同濃度氯嘧磺隆對(duì)黃棕壤微生物（細(xì)菌、真菌和放線菌）種群數(shù)量和呼吸強(qiáng)度的影響。[結(jié)果]氯嘧磺隆的使用剛開始抑制土壤細(xì)菌和真菌的生長，14 d后促進(jìn)其生長；低濃度氯嘧磺隆促進(jìn)放線菌的生長，高濃度則抑制放線菌的生長；氯嘧磺隆會(huì)顯著抑制土壤呼吸作用。[結(jié)論]為研究氯嘧磺隆對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞氯嘧磺?。煌寥?；微生物群落；呼吸強(qiáng)度

中圖分類號(hào)S154.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）09-02593-04

基金項(xiàng)目公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201103007，201203072）；江西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20114BAB214018）。

作者簡介馬吉平（1981-），男，江蘇揚(yáng)中人，助理研究員，從事環(huán)境微生物學(xué)研究。

氯嘧磺?。–hlorimuron-ethyl）是一種磺酰脲類除草劑，20世紀(jì)70年代中期由美國杜邦公司發(fā)現(xiàn)，于1986年在美國取得注冊登記并大規(guī)模商品化生產(chǎn)，90年代后開始在我國使用。氯嘧磺隆通過抑制乙酰乳酸合酶（ALS）的合成從而抑制植物根部和幼芽生長去除雜草，因其具有對(duì)大豆高度安全、殺草譜廣、可混性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)苣荬菜、刺菜等大豆田惡性雜草的防治效果顯著，所以氯嘧磺隆及其復(fù)配制劑在我國的使用量較大[1]。氯嘧磺隆具有不易揮發(fā)、不易光解、半衰期較長等特點(diǎn)，在土壤中主要通過化學(xué)水解和土壤微生物的降解作用而消失[2-3]。

作為土壤生物群落中種類最多的一種，土壤微生物在土壤生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，土壤中大部分生物及化學(xué)轉(zhuǎn)化過程是通過土壤微生物的活動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。土壤微生物不僅對(duì)土壤營養(yǎng)元素的遷移轉(zhuǎn)化起著重要作用，而且也對(duì)土壤中環(huán)境污染物的分解、凈化和遷移轉(zhuǎn)化起著不可忽視的作用[4]。在使用過程中，除草劑進(jìn)入土壤后，土壤微生物由于其對(duì)環(huán)境條件變化的敏捷反應(yīng)而成為顯示土壤環(huán)境變化最顯著的類群，因此，研究除草劑對(duì)土壤微生物的影響已成為評(píng)價(jià)除草劑生態(tài)安全性的重要指標(biāo)之一，也是除草劑生態(tài)毒理學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[5-6]。土壤呼吸作用強(qiáng)度是衡量土壤微生物活性的重要指標(biāo)，其變化可以反映土壤微生物的活躍程度。

關(guān)于氯嘧磺隆的使用對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響研究較少，筆者采用實(shí)驗(yàn)室模擬方法，研究不同濃度氯嘧磺隆對(duì)土壤微生物種群數(shù)量和土壤呼吸強(qiáng)度的影響，旨在探討氯嘧磺隆對(duì)土壤的生態(tài)效應(yīng)，以便為土壤氯嘧磺隆污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試農(nóng)藥和試劑。 95%氯嘧磺隆原藥，于江蘇常隆化工有限公司購買，其余試劑均為分析純。

1.1.2 供試土壤。 供試土壤為黃棕壤，其基本理化性質(zhì)：pH 6.5，有機(jī)質(zhì)13.23 g/kg，速效氮72.71 mg/kg，全氮0.85 g/kg，速效磷12.54 mg/kg，速效鉀126.53 mg/kg。土壤為從未使用過氯嘧磺隆的表層土壤（0～30 cm），土壤經(jīng)風(fēng)干過篩（Φ=2 mm）后備用。

1.1.3 培養(yǎng)基。 牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（培養(yǎng)普通細(xì)菌用）：牛肉膏5.0 g/L，蛋白胨10.0 g/L，NaCl 5.0 g/L，pH 7.2。改良高氏1號(hào)培養(yǎng)基（培養(yǎng)放線菌用）：KNO3 1.0 g/L，F(xiàn)eSO4·7 H2O 001 g/L，K2HPO4 0.5 g/L，MgSO4·7 H2O 05 g/L，NaCl 0.5 g/L，淀粉20.0 g/L，pH 7.2。 馬丁氏培養(yǎng)基（培養(yǎng)真菌用）：K2HPO4 1.0 g/L，MgSO4·7 H2O 0.5 g/L，葡萄糖10.0 g/L，蛋白胨5.0 g/L，1%孟加拉紅水溶液3.3 ml/L，pH自然，臨用時(shí)添加25 mg/L鏈霉素[7]。

1.2方法取經(jīng)處理的新鮮風(fēng)干土5.0 kg，裝入底部帶有通氣孔的塑料小桶（上口直徑220 mm，底面直徑150 mm，高度160 mm）， 28 ℃預(yù)培養(yǎng)14 d后，向土壤中分別加入不同濃度的氯嘧磺隆，使其終濃度為0、5、10、20、50 μg/kg干土，將土樣攪拌均勻后置于28 ℃繼續(xù)培養(yǎng)。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，采用稱重法適時(shí)向各組處理中補(bǔ)充水分，使處理的含水量維持在20%。采用五點(diǎn)取樣法定期進(jìn)行取樣，測定土壤中不同微生物種群的數(shù)量以及土壤呼吸強(qiáng)度。微生物種群數(shù)量的測定采用稀釋涂布計(jì)數(shù)法，對(duì)各組處理和對(duì)照分別進(jìn)行系列梯度稀釋，取合適稀釋度的土壤懸液0.1 ml分別涂布于各個(gè)種群相應(yīng)的培養(yǎng)基平板上，細(xì)菌和放線菌平板在30 ℃下培養(yǎng)7 d后進(jìn)行計(jì)數(shù)，真菌平板在28 ℃下培養(yǎng)3 d后進(jìn)行計(jì)數(shù)。土壤呼吸作用的測定采用密閉靜置培養(yǎng)法[8]。

1.3數(shù)據(jù)處理所有試驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù)，數(shù)據(jù)為3 次重復(fù)的平均值，數(shù)據(jù)用Excel、Stst2軟件進(jìn)行分析處理，統(tǒng)計(jì)分析參考金益[9]的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 氯嘧磺隆對(duì)土壤微生物種群的影響

2.1.1 氯嘧磺隆對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量的影響。從圖1、表1可以看出，氯嘧磺隆對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量的影響很大。處理后7 d內(nèi)，土壤細(xì)菌的數(shù)量受到明顯抑制，且抑制作用的程度和氯嘧磺隆的濃度成正相關(guān)，氯嘧磺隆的濃度越高，細(xì)菌受到的抑制作用也就越大。培養(yǎng)7 d后，細(xì)菌生長開始逐漸恢復(fù)，14 d左右恢復(fù)到接近對(duì)照的水平。14 d后，各個(gè)處理的細(xì)菌數(shù)量開始受到氯嘧磺隆的促進(jìn)，且促進(jìn)程度與氯嘧磺隆濃度成正相關(guān)。在28 d時(shí)，促進(jìn)作用達(dá)到最高值，與對(duì)照相比達(dá)到顯著水平，其中20 μg/kg和50 μg/kg處理細(xì)菌數(shù)量與對(duì)照相比分別增加了11.62%和11.98%。28 d后，氯嘧磺隆對(duì)細(xì)菌的促進(jìn)作用開始逐漸減小，49 d試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，低濃度處理（5、10 μg/kg干土）細(xì)菌數(shù)量基本恢復(fù)到對(duì)照水平，高濃度處理（20、50 μg/kg干土）細(xì)菌數(shù)量與對(duì)照相比仍有輕微增加。

2.2 氯嘧磺隆對(duì)土壤呼吸強(qiáng)度的影響從表2可以看出，土壤呼吸對(duì)氯嘧磺隆很敏感，在添加氯嘧磺隆后，各處理CO2的釋放量明顯受到一定程度的抑制，且抑制作用的程度與氯嘧磺隆濃度呈正比，氯嘧磺隆濃度越高，抑制作用越明顯；各處理隨著時(shí)間的延長，土壤呼吸強(qiáng)度逐漸降低，到28 d時(shí)，4組處理的土壤呼吸強(qiáng)度達(dá)到最低值，分別比對(duì)照下降了39.71%、42.04%、58.11%、45.11%，28 d后，除5 μg/kg處理仍繼續(xù)降低外，另3組處理土壤呼吸強(qiáng)度都有不同程度的恢復(fù)，但總體而言，到49 d試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各處理的呼吸強(qiáng)度仍顯著低于對(duì)照水平。

3結(jié)論與討論

關(guān)于除草劑對(duì)土壤微生物的影響，已有學(xué)者進(jìn)行了一些研究，吳小毛等[11]研究發(fā)現(xiàn)，仲丁靈處理土壤后在前期對(duì)土壤細(xì)菌和真菌均有一定的抑制作用，且抑制作用的程度與仲丁靈濃度成正比，處理7 d后，仲丁靈對(duì)土壤細(xì)菌和真菌表現(xiàn)為輕微的刺激作用；騰春紅[12]研究了不同濃度的氯嘧磺隆對(duì)土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌的影響，發(fā)現(xiàn)使用氯嘧磺隆后30 d土壤中細(xì)菌和真菌的數(shù)量均顯著增加，而土壤中放線菌的數(shù)量則顯著減少；史偉等[13]研究了咪唑乙煙酸對(duì)土壤微生物和酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)咪唑乙煙酸不會(huì)對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量產(chǎn)生明顯的影響，但其使用后土壤中真菌和放線菌數(shù)量均顯著增加；于健壘等[14]研究了乙草胺對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響，發(fā)現(xiàn)其對(duì)土壤細(xì)菌、真菌、放線菌生長均會(huì)產(chǎn)生一定的抑制作用。從該研究結(jié)果可以看出，氯嘧磺隆對(duì)土壤細(xì)菌和真菌的影響結(jié)果較相似，都表現(xiàn)為在初期抑制土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量，經(jīng)過一段時(shí)間后抑制作用得到恢復(fù)并促進(jìn)土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量的增加，在28 d左右到達(dá)一個(gè)高峰后開始慢慢下降，氯嘧磺隆濃度越高，對(duì)土壤細(xì)菌和真菌抑制和促進(jìn)程度越強(qiáng)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，可能是由于在剛接觸氯嘧磺隆時(shí)，土壤細(xì)菌和真菌對(duì)其還不適應(yīng)，因此在試驗(yàn)初期，其生長受到了一定程度的抑制，經(jīng)過一段時(shí)間的適應(yīng)后，土壤細(xì)菌和真菌能夠利用添加的氯嘧磺隆作為其生長所需的碳源，促進(jìn)自身的生長，但這種作用不是持續(xù)性的，隨著土壤中外源添加的氯嘧磺隆被慢慢的降解和利用，氯嘧磺隆的濃度開始逐漸降低，各組處理的細(xì)菌和真菌數(shù)量逐漸恢復(fù)。氯嘧磺隆對(duì)土壤放線菌生長的影響明顯和細(xì)菌、真菌不同，低濃度的氯嘧磺隆施藥土壤放線菌的數(shù)量有所增加，高濃度的氯嘧磺隆能嚴(yán)重抑制土壤放線菌的生長，這說明土壤放線菌比土壤細(xì)菌和真菌對(duì)氯嘧磺隆更為敏感。

土壤微生物可以利用土壤中的有機(jī)物作為其生長所需的能源物質(zhì)，通過對(duì)其逐步分解利用，最終以二氧化碳和礦質(zhì)養(yǎng)分的形式釋放，為土壤作物提供了可以利用的營養(yǎng)物質(zhì)。土壤呼吸作用是土壤微生物群體代謝活動(dòng)的主要外觀表現(xiàn)，反映了土壤微生物總的活性，也成為評(píng)價(jià)農(nóng)藥安全性的一個(gè)重要指標(biāo)[15]。李惠東等[16]研究了啶蟲脒對(duì)土壤微生物呼吸作用的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)啶蟲脒處理過的土壤，雖然對(duì)微生物二氧化碳的呼出量有一定的影響，但與對(duì)照相比均無顯著性差異，這說明啶蟲脒對(duì)土壤微生物的影響較弱；姜虎生等[17]研究了乙草胺、丁酯、春多多、氟樂靈4種常用除草劑對(duì)呼吸強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)在初期4種除草劑對(duì)土壤呼吸強(qiáng)度均表現(xiàn)為輕微的激活作用，5 d后則出現(xiàn)一定的抑制作用，12 d后各處理土壤呼吸強(qiáng)度基本恢復(fù)到正常水平。該研究發(fā)現(xiàn)各組處理對(duì)土壤呼吸均有一定程度的抑制作用，高濃度處理對(duì)土壤呼吸的抑制作用表現(xiàn)得更為明顯，直到試驗(yàn)結(jié)束時(shí)也達(dá)不到對(duì)照水平，該結(jié)果與前人對(duì)其他除草劑的研究存在差異，這說明土壤呼吸作用對(duì)氯嘧磺隆比較敏感。

氯嘧磺隆的使用會(huì)對(duì)土壤微生物及其活性產(chǎn)生一定的影響，尤其是高濃度處理，其影響在短期內(nèi)很難恢復(fù)，因此，在田間施用氯嘧磺隆時(shí)一定要注意其使用量，使其濃度維持在土壤本身能夠接受的范圍內(nèi)，否則就會(huì)破壞原有的土壤生態(tài)系統(tǒng)。

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