微生物肥料修復(fù)重金屬污染土壤研究進展

楊嬌嬌 柴冠群 劉桂華 范成五 秦松

摘要：微生物肥料是以微生物的生命活動導致作物得到特定肥料效應(yīng)的一種肥料制品，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的一種肥料，對于修復(fù)土壤中重金屬具有效果好、無污染等優(yōu)勢。本文首先簡述了微生物肥料的概念、分類，綜述了近幾年關(guān)于微生物肥料修復(fù)土壤重金屬污染的相關(guān)研究，對微生物肥料應(yīng)用中存在的問題進行了描述和建議。

關(guān)鍵詞：微生物肥料;生物菌劑;土壤重金屬

中圖分類號：X53

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0457（2019）06-0037-06國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.06.006

Research Progress on Microbial Fertilizer for Remediation of Heavy Metal Contaminated Soil

YANG Jiao-jiao1，CHAI Guan -qun2，LIU Gui-hua，F(xiàn)AN Cheng-wu2，QIN Song2*

（1College of Agriculture，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China; 2 Institute of Soil and Fertilizer，Guizhou Academy of Agricultural Sciences，Guiyang，Guizhou 550006，China）

Abstract：Microbial fertilizer is a product that causes the crop to obtain a specific fertilizer effect by the life activities of microorganisms It is a kind of fertilizer used in agricultural production，and this fertilizer has the advantages of good effect and no pollution for repairing heavy metals in soil This paper briefly described the concept and classification of microbial fertilizers，and reviewed microbial fertilizers for soil heavy metal pollution in recent years This study described and suggested problems in the application of microbial fertilizers

Key words：microbial fertilizer;biological agent;soil heavy metal

1引言

據(jù)有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，中國約1/5的土壤已經(jīng)遭受重金屬的污染，造成每年近1200萬噸的糧食污染，每年因糧食安全問題的經(jīng)濟損失約合人民幣200億元[1]。近幾年，農(nóng)作物中重金屬含量超標等問題頻繁出現(xiàn)，直接威脅到人類的生命健康，而土壤是作物吸收重金屬的主要來源之一。因此，開展土壤重金屬污染修復(fù)是農(nóng)作物安全生產(chǎn)的必要環(huán)節(jié)。

土壤重金屬污染具有隱蔽性、潛伏性、滯后性、積累性[2]，土壤一旦受到重金屬污染就難以治理。因此，土壤重金屬污染已成為當今的研究熱點，受到越來越多的關(guān)注。目前，重金屬污染土壤的修復(fù)方法主要包括物理修復(fù)技術(shù)、化學修復(fù)技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)，利用作物修復(fù)重金屬污染土壤不僅可以阻止 As、Cu、Zn、Cd、Pb 等重金屬進入食物鏈，消除對人體健康的影響，而且能大規(guī)模修復(fù)污染土壤并且能帶來一定的經(jīng)濟效益，是一項具有很好應(yīng)用前景的修復(fù)技術(shù)[3]。這些修復(fù)方法大多存在去除效率較低、耗能較高、操作復(fù)雜、處理成本高以及產(chǎn)生副作用等缺陷。微生物修復(fù)技術(shù)是通過使用功能性微生物群，增強微生物的代謝功能，將有毒污染物降解為無毒物質(zhì)，或降低其活性，具有成本低、產(chǎn)出高、效益高和對環(huán)境無污染的特點。近年來，微生物肥料在土壤重金屬修復(fù)方面的研究越來越多，已經(jīng)成為土壤重金屬污染修復(fù)的熱點方向之一。據(jù)相關(guān)的研究表明，合理使用微生物肥料可以改變土壤中重金屬的存在形態(tài)、降低重金屬生物有效性[4]。在土壤重金屬修復(fù)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。

2微生物肥料

21基本概念

微生物肥料是指應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，以微生物活動為核心，獲得特定肥料效應(yīng)的一種綠色環(huán)保、高產(chǎn)高效、多功能的生物活性肥料，微生物肥料與化學肥料、有機肥料等的不同之處在于它是通過微生物的生命活動，改良土質(zhì)、增進土壤肥力，為農(nóng)作物生長發(fā)育提供充足的養(yǎng)分，促進其生長，并達到顯著的增產(chǎn)效果[5]。有學者認為微生物肥料可以將難溶解的磷轉(zhuǎn)化為可被植物利用的磷，可分解部分植物無法吸收利用的物質(zhì)，進而轉(zhuǎn)換成植物能夠吸收利用的營養(yǎng)物質(zhì)，直接影響土壤質(zhì)量功能如植物生長[6]。當今，微生物肥料的應(yīng)用范圍逐漸擴大，不僅應(yīng)用在糧食作物，許多經(jīng)濟作物生產(chǎn)上也在使用，有研究表明混合施用復(fù)混肥、有機肥和微生物菌劑，可以延長煙株大田生育期;降低煙草青枯病、黑脛病的發(fā)病率;提高煙草產(chǎn)量[7]，微生物肥料的應(yīng)用取得了良好的經(jīng)濟效益，得到廣大農(nóng)民的青睞。

22種類

微生物肥料的種類很多，微生物肥料可分為三大類：微生物擴繁后直接使用或者添加其他載體制成的微生物菌劑，如根瘤菌接種劑、光合細菌菌劑;微生物和其他必需營養(yǎng)元素如氮、磷、鉀等混合制成的復(fù)合微生物肥料;微生物和有機肥如動植物殘體、秸稈等混合制成的生物有機肥[8]。研究表明，微生物對重金屬有修復(fù)作用，常見微生物對重金屬的修復(fù)及機理如表1。

1材料和方法

11供試昆蟲

在貴州大學附近玉米地里燈誘采集亞洲玉米螟成蟲（采集時間：2018年7月），在人工氣候箱內(nèi)進行飼喂，將雌雄配對后置于100 mL的塑料杯中，并以吸附有10%蜂蜜水和復(fù)合維生素的脫脂棉作為營養(yǎng)源，杯子用紗布封口。待產(chǎn)卵后剪下卵塊，卵孵化后用人工飼料飼喂幼蟲。飼料配方參考喬利等的配方優(yōu)化得來[12]。進行多代繁殖飼養(yǎng)后，取3齡幼蟲以供試驗。室內(nèi)飼養(yǎng)條件為：溫度（T）（26±1） ℃，相對濕度（RH）（70±10）%，光周期L14∶D10。

12供試藥劑及來源

40%辛硫磷乳油（EC），黑龍江企達農(nóng)藥開發(fā)有限公司;5%氯氰菊酯乳油（EC），青島東生藥業(yè)有限公司;45%毒死蜱乳油（EC），湖南創(chuàng)力農(nóng)化有限公司;15%阿維·三唑磷乳油（EC），華北制藥集團愛諾有限公司。

13試驗方法

根據(jù)供試藥劑使用說明，通過實驗確定有效濃度范圍。把4種供試殺蟲劑按等比配制，分別用去離子水溶解稀釋1 000、2 000、4 000、8 000和16 000倍，包括有效濃度在內(nèi)的5個濃度梯度，最終濃度如表1所示。另外以清水處理作為空白對照組。

挑選大小整齊的亞洲玉米螟3齡幼蟲，放入配制好的待測液中，浸泡5 s后立即取出，在吸水紙上晾干，然后將浸泡過的幼蟲移至透明養(yǎng)蟲盒內(nèi)（長15 cm、寬12 cm、高7 cm），養(yǎng)蟲盒內(nèi)裝入人工飼料，用帶紗布的蓋子將盒子封住，以防止幼蟲逃逸。將處理組及對照組放到人工培養(yǎng)箱內(nèi)（T：（26±1） ℃;RH：（70±10）%）;光周期L14∶D10），藥后24、48、72 h 檢查幼蟲的存活情況，用毛筆輕觸蟲體，以蟲體不能正常爬行記為死亡。每種濃度為1個處理，每個處理做3次重復(fù)，每次浸泡10頭幼蟲，每種濃度的1個重復(fù)分3次浸泡完成。

14數(shù)據(jù)處理

計算蟲體死亡率和校正死亡率。采用Excel 2016對數(shù)據(jù)進行處理，比較各藥劑之間對玉米螟的速效性;用SPSS 210軟件進行回歸分析，求得各藥劑的毒力回歸方程、致死中濃度（LC50）及95%置信區(qū)間，并比較各藥劑的毒力大小[13]。相對毒力指數(shù)：把具有最小LC50值藥劑的相對毒力設(shè)為1，其他藥劑的相對毒力用最小LC50值除以該藥劑的LC50值。

死亡率（%）=死蟲數(shù)/試蟲數(shù)×100%

校正死亡率（%） =（處理組死亡率-對照組死亡率）/（1-對照組死亡率）×100%

2結(jié)果與分析

21殺蟲劑對亞洲玉米螟速效性測定

從圖1和表2可以看出，4種殺蟲劑對亞洲玉米螟3齡幼蟲表現(xiàn)出的藥效各有特性，或速效性好，或毒力強。45%毒死蜱EC和40%辛硫磷EC的速效性較好，在藥后24 h時，在處理2下校正死亡率均達到70%，兩藥劑間敏感性差異不顯著;在藥后48 h時，在處理2下校正死亡率分別是9667%和7889%，兩藥劑間敏感性差異顯著。5%氯氰菊酯EC在處理2下，藥后48 h時表現(xiàn)出一定活性，在藥后72 h時，對亞洲玉米螟3齡幼蟲的校正死亡率是6778%;15%阿維·三唑磷EC對亞洲玉米螟3齡幼蟲的速效性較差，在藥后24 h和48 h時，其藥劑在各處理下的校正死亡率均低于50%，且在藥后72 h時，15%阿維·三唑磷EC在處理2下對亞洲玉米螟3齡幼蟲的校正死亡率是5444%。

22亞洲玉米螟對殺蟲劑的敏感性

采用浸蟲法測定了4種殺蟲劑對亞洲玉米螟3齡幼蟲的毒力。結(jié)果表明：殺蟲劑濃度提高和處理時間延長，殺蟲劑毒力會隨之增強。殺蟲劑處理后24 h（表3），毒死蜱對亞洲玉米螟3齡幼蟲毒力最高，阿維·三唑磷的毒力最低，LC50值分別是42729和933447 mg/L。殺蟲劑處理后48 h（表4），也是毒死蜱毒力最高，阿維·三唑磷的毒力最低，LC50值分別是20536和202144 mg/L。4種殺蟲劑在藥后24 h和48 h時毒力指數(shù)大小順序一致，均為毒死蜱>辛硫磷>氯氰菊酯>阿維·三唑磷。殺蟲劑處理后72 h（表5），氯氰菊酯對亞洲玉米螟三齡幼蟲的毒力最高，阿維·三唑磷的毒力最低，LC50值分別是10072和39568 mg/L，毒力指數(shù)大小順序為氯氰菊酯>毒死蜱>辛硫磷>阿維·三唑磷。若不同藥劑之間毒力差異顯著的判斷以LC50值其不重疊的95%置信區(qū)間作為標準[14-15]，阿維·三唑磷與其他3種殺蟲劑之間對亞洲玉米螟3齡幼蟲的毒力差異顯著，而其他3種殺蟲劑之間毒力差異不顯著。

3結(jié)論與討論

亞洲玉米螟是我國玉米等旱糧作物的優(yōu)勢害蟲，導致玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量嚴重受損[16]，尤其在大爆發(fā)年份?；瘜W防控是最直接、最有效的防治措施[17-18]?；瘜W農(nóng)藥主要是一些有機磷類和菊酯類殺蟲劑，且菊酯類藥劑對鱗翅目昆蟲的持續(xù)效果好[19]。為篩選出新型高效、低毒、低殘留、持效期長的化學藥劑，近年來，在山東、遼寧及陜西省，相關(guān)研究人員對常用種類農(nóng)藥防治玉米螟的效果進行了比較[20-21]，表明毒死蜱比氯氰菊酯在田間防效要好;朱文君等[22]測定了甲維鹽、蟲酰肼、毒死蜱及氯氰菊酯等幾種殺蟲劑對豆莢螟3齡幼蟲的室內(nèi)毒力，其結(jié)果表明氯氰菊酯的毒力比毒死蜱的毒力高。本實驗測定了4種殺蟲劑對亞洲玉米螟3齡幼蟲的毒力，結(jié)果在藥后72 h時氯氰菊酯的毒力最高，其次是毒死蜱，這與上述他人的研究結(jié)果相似。

本研究在采用浸蟲法處理之后，測定了 4種低毒殺蟲劑稀釋相同倍數(shù)后對亞洲玉米螟3齡幼蟲的致死速效性。結(jié)果表明：40%辛硫磷EC和45%毒死蜱EC對亞洲玉米螟幼蟲具有較好的速效性，這與王利霞等[23]研究結(jié)果一致。而毒力最高的5%氯氰菊酯EC的速效性次之，15%阿維·三唑磷EC的速效性最差，在藥后72 h幼蟲才表現(xiàn)大量死亡，校正死亡率達到50%。

化學防治雖然高效簡便，但是篩選和使用不當會給環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品安全帶來潛在威脅。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和運用時，應(yīng)優(yōu)先選用高效低毒、低殘留、低成本、持效期長的化學藥劑，并交互使用，避免敏感性降低和產(chǎn)生抗性，以有效控制玉米螟害蟲的同時，減少環(huán)境污染，保證農(nóng)產(chǎn)品安全，保護天敵類生物安全。本試驗測定了4種常用殺蟲劑對亞洲玉米螟的敏感性，其中45%毒死蜱EC對農(nóng)產(chǎn)品的安全更具有保證，毒性又較低，5%氯氰菊酯EC在處理72 h之后活性高。因此，將進一步研究45%毒死蜱EC和5%氯氰菊酯EC在玉米地的防治效果，為田間有效防控亞洲玉米螟提供參考。

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