噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤微生物量碳、氮和酶活性的影響

滕春紅 王博 劉志華 岳建超 馮曦茹 馬藝倩 顧元琳 陶波

關(guān)鍵詞噻酮·異噁唑;玉米;根際土壤;微生物;酶活性

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)土壤肥力的形成、土壤生態(tài)系統(tǒng)的組成循環(huán)等具有重要的意義。農(nóng)田施用的化學(xué)農(nóng)藥絕大部分散落于土壤中，從而對(duì)土壤微生物產(chǎn)生一定的影響。因此，化學(xué)農(nóng)藥在農(nóng)田施用后對(duì)土壤微生物的影響已成為評(píng)價(jià)其安全性的一個(gè)指標(biāo)，也是農(nóng)藥生態(tài)毒理學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。土壤酶是土壤新陳代謝的重要因素，土壤中的酶同生活著的微生物細(xì)胞一起推動(dòng)著物質(zhì)轉(zhuǎn)化，在土壤碳、氮、磷循環(huán)過(guò)程中具有重要的作用。土壤酶的活性反映了土壤中進(jìn)行的各種生物化學(xué)過(guò)程的強(qiáng)度和方向。土壤酶的活性易受環(huán)境中物理、化學(xué)和生物等諸因素的影響，尤其在污染條件下土壤酶的活性變化很大，因此土壤酶活性作為一項(xiàng)生態(tài)毒理學(xué)指標(biāo)，被許多學(xué)者用來(lái)判斷外來(lái)物質(zhì)對(duì)土壤的污染程度及可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響。

26%噻酮·異噁唑懸浮劑是2016年德國(guó)拜耳作物科學(xué)公司開(kāi)發(fā)的玉米田除草劑，由異噁唑草酮（isoxaflutole）、噻酮磺隆（thiencarbazone-methyl）及保護(hù)劑復(fù)配而成。噻酮·異噁唑殺草譜廣，對(duì)玉米安全，可有效防除65種禾本科雜草和闊葉雜草，如野黍Eriochloa villosa（Thunb.）Kunth、馬唐Dig-itaria sanguinalis（L）Scop.、反枝莧AmaranthusretrofleXUS L、狗尾草Setaria viridis（L.）Beauv.、牛筋草Eleusine indica（L.）Gaertru、藜Chenopodium album L.、稗Echinochloa crus-galli（L.）P.Beauv.和苘麻Abutilon theophrasti Medi—CUS等?？赏ㄟ^(guò)土壤封閉、苗后早期莖葉以及遇水激活三重除草機(jī)制來(lái)達(dá)到除草效果，使用適期靈活，玉米3葉1心前均可使用，控草時(shí)問(wèn)長(zhǎng)達(dá)45 d，適用于免耕、少耕等多種耕作系統(tǒng)，用藥量極低，是玉米田苗前封閉處理較為理想的土壤處理劑。國(guó)內(nèi)外對(duì)于噻酮·異噁唑草酮的報(bào)道主要集中在品種介紹、除草活性和復(fù)配制劑活性等方面，關(guān)于其對(duì)玉米根際土壤微生物和酶活性的影響未見(jiàn)報(bào)道。

為了闡明噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤微生物量碳、氮及酶活性的影響，為其在玉米田的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參考，測(cè)定了噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤微生物量碳、氮及土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、中性磷酸酶和脫氫酶活性的影響。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)于哈爾濱市東北農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)試驗(yàn)基地，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，土壤屬于松嫩平原退化黑土類型。試驗(yàn)用地的土壤基本理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)（SOM）32.1g/kg，全氮（TN）1.35g/kg，堿解氮（AN）190.4mg/kg，速效鉀（AK）138.7mg/kg，土壤pH 7.19。

1.2試驗(yàn)材料

1.2.1 除草劑

26%噻酮·異噁唑懸浮劑，德國(guó)拜耳作物科學(xué)公司生產(chǎn)。

1.2.2試劑

濃硫酸、高錳酸鉀、草酸、過(guò)氧化氫、甲苯、尿素、檸檬酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、苯酚、乙醇、甲醇、丙酮、次氯酸鈉、硫酸銨、二硝基水楊酸、酒石酸鉀鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氧鉀、蔗糖、葡萄糖、苯甲酸等。

S-NP試劑盒、SDHA試劑盒（蘇州科銘生物技術(shù)有限公司）。

1.2.3儀器設(shè)備

KNAPSACK Hydraulic Sprayer背負(fù)式噴霧器、雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（TU-1901）、抽濾機(jī)、搖床、高速冷凍離心機(jī)ST 16R、消煮爐和凱氏定氮儀等。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

5月11日進(jìn)行玉米（‘嫩單8）播種，玉米播種后3 d進(jìn)行土壤噴霧處理，噻酮·異噁唑的施藥劑量分別為117 g/hm2（T1，田問(wèn)推薦劑量。文中均為有效成分用量）、585 g/hm2（T5，5倍田間推薦劑量）和1170 g/hm2（T10，10倍田問(wèn)推薦劑量），另設(shè)清水對(duì)照（CK）。每個(gè)處理4次重復(fù)，小區(qū)面積21m2，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。每個(gè)小區(qū)問(wèn)設(shè)置1m隔離帶。采用KNAPSACK Hydraulic Sprayer背負(fù)式噴霧器，噴液量300 L/hm2。分別于施藥后7、14、21d和28d，在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按“S”型隨機(jī)選取4個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)采用破壞根際法收取根際土樣，對(duì)采集的根際土壤立即進(jìn)行土壤微生物量碳、氮以及土壤酶活性測(cè)定。

1.4測(cè)定項(xiàng)目及方法

理化性質(zhì)指標(biāo)：采用5點(diǎn)取樣法，取未施藥的土壤于無(wú)菌自封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，過(guò)篩后進(jìn)行分析。

土壤微生物量碳測(cè)定：稱取新鮮土樣，用Kz 804溶液浸提振蕩測(cè)定，取等量土壤進(jìn)行熏蒸，熏蒸24h后取出進(jìn)行浸提測(cè)定，以熏蒸和未熏蒸的土壤樣品提取液中全碳含量的差值乘以系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

土壤微生物量氮測(cè)定：采用凱氏定氮儀測(cè)定土壤提取液全氮含量，以熏蒸和未熏蒸土壤提取液全氮含量的差值除以系數(shù)，得到土壤微生物氮含量。

土壤酶活性測(cè)定方法：脲酶采用苯酚一次氯酸鈉比色法測(cè)定，過(guò)氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，中性磷酸酶采用S-NP試劑盒，脫氫酶采用SDHA試劑盒。

1.5數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，SPSS 21.0軟件采用單因素（One-way ANOVA）方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤微生物量碳、氮的影響

2.1.1噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤微生物量碳的影響

噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤微生物量碳的影響如圖1所示，結(jié)果表明：在整個(gè)試驗(yàn)階段，噻酮·異噁唑各處理均會(huì)抑制微生物量碳。施藥7d后，各處理的微生物量碳含量均下降，但僅10倍推薦劑量處理的土壤微生物量碳與對(duì)照差異顯著。施藥14d后，推薦劑量、5倍推薦劑量和10倍推薦劑量處理的土壤微生物量碳與對(duì)照相比分別下降了5.14%、27.09%和28.03%，5倍推薦劑量和10倍推薦劑量的微生物量碳與對(duì)照達(dá)到顯著差異。此后隨著處理時(shí)問(wèn)的延長(zhǎng)，土壤微生物量碳逐漸恢復(fù)，處理后28d，推薦劑量的噻酮·異噁唑處理的微生物量碳含量基本恢復(fù)到對(duì)照水平，與對(duì)照無(wú)顯著差異，但5倍推薦劑量和10倍推薦劑量處理后微生物量碳分別比對(duì)照下降了20.87%和29.42%，與對(duì)照有顯著差異。

2.1.2噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤微生物量氮的影響

噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤微生物量氮的影響如圖2所示，結(jié)果表明：在整個(gè)試驗(yàn)階段，噻酮·異噁唑各處理均會(huì)抑制土壤微生物量氮。施藥7 d后，各處理的微生物量氮均下降，但與對(duì)照之間無(wú)顯著差異。施藥14 d后，推薦劑量、5倍推薦劑量和10倍推薦劑量處理的土壤微生物量氮含量分別比對(duì)照下降了5.91%、14.60%和18.93%。此后隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤微生物量氮逐漸恢復(fù)，處理28 d后，推薦劑量的噻酮·異噁唑處理的微生物量氮含量基本恢復(fù)到對(duì)照水平，與對(duì)照無(wú)顯著差異，但5倍推薦劑量和10倍推薦劑量處理后微生物量氮含量分別比對(duì)照下降了16.51%和21.24%，與對(duì)照有顯著差異。

2.2噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤酶活性的影響

2.2.1噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤脲酶活性的影響

從圖3可以看出，施藥7d后，各處理的噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤脲酶活性并無(wú)影響，與對(duì)照未達(dá)到顯著差異。噻酮·異噁唑處理14 d后，5倍推薦劑量和10倍推薦劑量處理的土壤脲酶活性均低于對(duì)照，分別下降了30.67%和33.23%，與對(duì)照達(dá)到顯著差異。噻酮·異噁唑處理21d后，推薦劑量、5倍推薦劑量和10倍推薦劑量處理的玉米根際土壤脲酶活性與對(duì)照無(wú)顯著差異。

2.2.2

噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響

從圖4可以看出，施用噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤過(guò)氧化氫酶活性影響較小，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，各處理的玉米根際土壤過(guò)氧化氫酶活性均未與對(duì)照達(dá)到顯著差異。

2.2.3噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤中性磷酸酶活性的影響

從圖5可以看出，噻酮·異噁唑處理7 d后，與對(duì)照相比，5倍推薦劑量、10倍推薦劑量處理下的玉米根際土壤中性磷酸酶活性提高，且酶活性隨著噻酮·異噁唑施用劑量的增加而提高，與對(duì)照相比，中性磷酸酶活性分別提高了65.82%和68.18%，與對(duì)照存在顯著差異。施藥14d后，10倍推薦劑量處理下的玉米根際土壤中性磷酸酶活性略高于對(duì)照，與對(duì)照存在顯著差異。隨著施藥時(shí)間的延長(zhǎng)，5倍推薦劑量、10倍推薦劑量噻酮·異噁唑處理下的玉米根際土壤中性磷酸酶活性均低于對(duì)照土壤，并且抑制作用與藥劑劑量呈正相關(guān)。施藥21d后，5倍推薦劑量和10倍推薦劑量處理的中性磷酸酶活性分別比對(duì)照下降了42.74%和56.77%，并與對(duì)照存在顯著差異。施藥28 d后，5倍推薦劑量和10倍推薦劑量處理的中性磷酸酶活性均低于對(duì)照，分別比對(duì)照降低了30.43%和67.72%，并與對(duì)照存在顯著差異，在整個(gè)試驗(yàn)階段，推薦劑量處理下玉米根際土壤中性磷酸酶活性與對(duì)照未達(dá)到顯著差異。

2.2.4

噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤蔗糖酶活性的影響

噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤蔗糖酶活性的影響如圖6所示，施藥7d后，與對(duì)照相比，噻酮·異噁唑各處理對(duì)玉米根際土壤蔗糖酶活性均表現(xiàn)為抑制作用，推薦劑量、5倍推薦劑量和10倍推薦劑量處理對(duì)玉米根際土壤蔗糖酶活性的抑制率分別為17.50%、20.74%和30.50%，均與對(duì)照達(dá)到顯著差異。施藥14d后，只有10倍推薦劑量處理的玉米根際土壤蔗糖酶活性與對(duì)照達(dá)到顯著差異。施藥21d后，各處理的玉米根際土壤蔗糖酶活性與對(duì)照均無(wú)顯著差異。

2.2.5噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤脫氫酶活性的影響

從圖7可以看出，施藥7d后，噻酮·異噁唑各處理的土壤脫氫酶活性均與對(duì)照存在顯著差異。施藥14d后，5倍推薦劑量和10倍推薦劑量處理的玉米根際土壤脫氫酶活性均與對(duì)照存在顯著差異。施藥21 d后，噻酮·異噁唑各處理的土壤脫氫酶活性均與對(duì)照存在顯著差異。施藥28d后，推薦劑量和5倍推薦劑量處理的土壤脫氫酶活性與對(duì)照無(wú)顯著差異。

3結(jié)論與討論

微生物量可作為反映土壤微生物整體活性的指標(biāo)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，推薦劑量的噻酮·異噁唑處理后，玉米根際土壤微生物量碳、氮與對(duì)照無(wú)顯著差異，處理后28d，5倍推薦劑量和10倍推薦劑量處理的玉米根際土壤微生物量碳、氮受到抑制，與對(duì)照有顯著差異。這可能是隨著除草劑施用量的增加，土壤微生物量受到抑制，但隨著施藥時(shí)問(wèn)的延長(zhǎng)，除草劑分解后對(duì)微生物的毒性逐漸減弱。

土壤酶是存在于土壤中的生物催化劑，能積極參與土壤內(nèi)各種生化反應(yīng)過(guò)程，且土壤酶活性會(huì)受到除草劑劑量的影響。本試驗(yàn)表明，推薦劑量的噻酮·異噁唑處理后，玉米根際土壤脲酶活性變化趨勢(shì)為促進(jìn)一抑制一恢復(fù)，這與張昀等報(bào)道的吡嘧磺隆和二氯喹啉酸對(duì)土壤脲酶的變化趨勢(shì)相似，高劑量的噻酮·異噁唑處理后，玉米根際土壤脲酶活性受到抑制，這與周世雄等報(bào)道的氟磺胺草醚對(duì)大豆根際土壤脲酶活性的影響相似，說(shuō)明高濃度的噻酮·異噁唑會(huì)對(duì)玉米根際土壤脲酶表現(xiàn)一定毒性。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)噻酮·異噁唑?qū)ν寥勒崽敲富钚杂幸种谱饔茫?8d時(shí)可恢復(fù)至對(duì)照水平，這與付艷艷研究的磺酰脲類除草劑對(duì)土壤中蔗糖酶活性有一定抑制作用的結(jié)果相似。噻酮·異噁唑抑制了玉米根際土壤的脫氫酶活性，且抑制程度與噻酮·異噁唑劑量呈正相關(guān)，這與李永紅等研究高劑量的單嘧磺隆能顯著抑制土壤脫氫酶的活性以及Tomkiel等研究的氟噻草胺與異噁唑草酮混配抑制了土壤中脫氫酶活性的結(jié)果相符。在試驗(yàn)前期，與對(duì)照相比，高劑量噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤中的中性磷酸酶活性有刺激作用，施藥21d后，噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤中性磷酸酶均表現(xiàn)出抑制作用，且劑量越高，抑制作用越明顯，這與Tomkiel等研究發(fā)現(xiàn)氟噻草胺與異噁唑草酮的混劑對(duì)堿性磷酸酶的影響的結(jié)果相近。這可能是由于噻酮·異噁唑的滲透，為微生物生長(zhǎng)提供了能量來(lái)源，從而表現(xiàn)為激活作用，但隨著時(shí)問(wèn)的延長(zhǎng)，5倍和10倍推薦劑量的噻酮·異噁唑?qū)ξ⑸飫t產(chǎn)生一定的毒性，從而降低了土壤中有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化速度。

不同除草劑對(duì)土壤微生物及酶活性的影響不同，這與除草劑的結(jié)構(gòu)、用量、環(huán)境等因素有關(guān)，本試驗(yàn)表明推薦劑量的噻酮·異噁唑?qū)τ衩赘H土壤微生物量及酶活性影響較小，可在玉米田進(jìn)一步推廣應(yīng)用。