除草劑和種衣劑對(duì)東北森林土壤微生物群落功能的影響1)

許博濤 王璐 田蓓 李媛媛 孫廣玉

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

我國(guó)平均每年農(nóng)藥施用面積達(dá)1.5億hm2[1-2]，實(shí)際上只有10%發(fā)揮作用，其余農(nóng)藥直接進(jìn)入土壤[3]，極易對(duì)農(nóng)田、森林生態(tài)及水體造成污染[4-6]；此外，在人工林的管理和維護(hù)中，農(nóng)藥也因其成本低、效果好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用[7-8]；所以其環(huán)境行為日益受到人們的關(guān)注。微生物，是森林土壤的重要組成部分，對(duì)增加土壤肥力和維持土壤養(yǎng)分循環(huán)等具有重要意義[9-10]，還可以促進(jìn)農(nóng)藥等有機(jī)污染物在土壤中的降解[11]。土壤微生物活性能夠及時(shí)準(zhǔn)確地顯示出土壤生態(tài)系統(tǒng)的微觀變化，反映土壤肥力和土壤的健康狀況[12]。因此，農(nóng)藥在進(jìn)入土壤環(huán)境后，對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及功能的影響已成為評(píng)價(jià)其生態(tài)安全的重要指標(biāo)[13]。

目前，除草劑是使用量最大的農(nóng)藥[14]。其中，乙草胺(2-乙基-6-甲基-N-(乙氧基甲基)-2-氯代乙酰替苯胺)、莠去津(2-氯-4-二乙胺基-6-異丙氨基-1,3,5-三嗪)是當(dāng)前使用比較廣泛的除草劑，大量應(yīng)用于玉米、大豆、棉花等作物的田間除草[15-16]。除草劑的大量施用，在給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)效益的同時(shí)，也給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)一系列的影響。農(nóng)田中噴施的除草劑，通過(guò)直接和間接的方式進(jìn)入土壤，對(duì)土壤微生物數(shù)量、多樣性、生態(tài)特征等產(chǎn)生影響[17]。已有研究表明，高濃度的乙草胺和莠去津會(huì)降低土壤脲酶活性[18]，乙草胺-Cu2+的復(fù)合污染雖然可明顯促進(jìn)土壤呼吸的增強(qiáng)，但會(huì)顯著抑制細(xì)菌和真菌的豐度以及土壤脫氫酶的活性[19]；莠去津在土壤中半衰期很長(zhǎng)，會(huì)引起作物輪作障礙，導(dǎo)致土壤微生物氧化損傷，引起土壤微生物群落多樣性降低[20]。除草劑還會(huì)使森林土壤的肥力和土壤酶活性顯著下降[21]，并且會(huì)對(duì)森林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生明顯影響[22]。

種衣劑，可以有效提升種子質(zhì)量、提高作物幼苗抗病性，防治土傳蟲(chóng)害、病害，促進(jìn)作物健康生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量[23-24]。種衣劑在世界各地廣泛使用，但是過(guò)量使用種衣劑也會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的影響。已有研究表明，甲霜靈種衣劑因其良好的水溶性會(huì)導(dǎo)致其滲透到土壤中，通過(guò)雨水和灌溉沖刷產(chǎn)生潛在的毒性[25]；Sukul et al.[26-27]研究發(fā)現(xiàn)，甲霜靈會(huì)刺激硫代硫酸鹽和氮分解的相關(guān)細(xì)菌以及溶磷細(xì)菌的生長(zhǎng)，刺激放線菌的生長(zhǎng)并且抑制真菌，而且會(huì)導(dǎo)致微生物數(shù)量的急劇減少，并且會(huì)抑制土壤酶活性和土壤固氮菌和細(xì)菌總數(shù)。

以往人們關(guān)注的主要是除草劑的除草效果、種衣劑對(duì)作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，而有關(guān)兩者混合施用對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響研究較少。目前，化學(xué)農(nóng)藥的施用對(duì)土壤微生物及其活性的影響，已成為評(píng)價(jià)農(nóng)藥生態(tài)安全的重要指標(biāo)之一。為此，本研究于2020年8月份，在試驗(yàn)地——哈爾濱市城市林業(yè)示范基地選取3塊樣地，分別采集0～20 cm土層的非根際土土樣。選用乙草胺-莠去津除草劑、精甲霜靈咯菌腈種衣劑，設(shè)置7個(gè)試驗(yàn)組，分別對(duì)采集的土樣進(jìn)行噴施處理。在設(shè)計(jì)的培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)，測(cè)算香農(nóng)多樣性指數(shù)(Shannon index)、辛普森多樣性指數(shù)(Simpson index)、均勻度指數(shù)(McIntosh index)；應(yīng)用Biolog-Eco微平板培養(yǎng)技術(shù)、單因素方差分析、主成分分析、相似百分比分析等方法，分析除草劑、種衣劑以及二者混合施用對(duì)東北森林土壤微生物群落代謝特征的影響。旨在為除草劑、種衣劑的科學(xué)使用及風(fēng)險(xiǎn)管理提供參考，為森林土壤的保護(hù)和修復(fù)提供技術(shù)支撐。

1 研究地概況

本研究地點(diǎn)為哈爾濱市城市林業(yè)示范基地，位于黑龍江省南部的哈爾濱市中心(44°4′～46°40′N，125°42′～130°10′E)，海拔136～140 m，區(qū)域面積48.83 hm2，土壤類型為黑土。該地區(qū)為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫3.6 ℃，年平均降水量569.1 mm；7月份最高氣溫達(dá)38 ℃，降水量占全年的60%～70%。秋季降雨明顯減少，晝夜溫差變幅較大。低溫時(shí)間漫長(zhǎng)而寒冷干燥，1月份最低氣溫達(dá)-37.7 ℃。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集處理

于2020年8月份在研究地選取3塊樣地，每塊樣地隨機(jī)設(shè)置3個(gè)5 m×5 m的樣方，每個(gè)樣方按對(duì)角線法選取5個(gè)樣點(diǎn)，分別采集0～20 cm土層的非根際土土樣。每5個(gè)樣點(diǎn)的土壤混合均勻，得到3個(gè)平行樣，過(guò)0.425 mm篩后，帶回實(shí)驗(yàn)室。

將土樣分裝在滅菌過(guò)的塑料花盆中。除草劑選用東北常用的除草劑——乙草胺-莠去津；種衣劑選用精甲霜靈咯菌腈，是用于防治真菌引起的多種土傳和種傳病害；除草劑、種衣劑均購(gòu)于黑龍江省哈爾濱市農(nóng)藥商店。試驗(yàn)設(shè)置7個(gè)試驗(yàn)組：①未添加種衣劑和除草劑的對(duì)照組(CK)，②添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 mg/kg的乙草胺-莠去津除草劑(AA1)，③添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 mg/kg的乙草胺-莠去津除草劑(AA2)，④添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 mg/kg的精甲霜靈咯菌腈種衣劑(SCA1)，⑤添加1.0 mg/kg的精甲霜靈咯菌腈種衣劑(SCA2)，⑥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 mg/kg的乙草胺-莠去津+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 mg/kg的精甲霜靈咯菌腈的混合施用(M1)，⑦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 mg/kg乙草胺-莠去津+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0 mg/kg的精甲霜靈咯菌腈的混合施用(M2)。分別對(duì)采集的土樣進(jìn)行噴施處理，每種處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，在25 ℃避光培養(yǎng)10 d，每隔2 d向樣品中加入去離子水，以補(bǔ)償培養(yǎng)期間蒸發(fā)的水分損失；培養(yǎng)完畢后收集所有土樣進(jìn)行后續(xù)測(cè)定。

2.2 土壤微生物群落功能測(cè)定

利用Biolog-Eco微平板培養(yǎng)技術(shù)分析土壤微生物對(duì)碳源利用的差異。步驟：將相當(dāng)于10 g干土壤的新鮮土壤樣品放入150 mL三角瓶中，加入100 mL無(wú)菌水，在250 r/min的搖床上搖30 min后靜置15 min。在超凈工作臺(tái)上將懸浮液連續(xù)稀釋，得到10-3土懸液。將生態(tài)板(ECO板)預(yù)熱到25 ℃，用八道槍吸取150 μL的提取液至各孔中，對(duì)照孔加入150 μL的無(wú)菌水。接種后，將生態(tài)板置于培養(yǎng)箱中連續(xù)培養(yǎng)10 d(25 ℃)，每24 h測(cè)量1次吸光值(波長(zhǎng)590 nm)。

2.3 土壤理化性質(zhì)測(cè)定

通過(guò)土壤學(xué)實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定土壤的理化性質(zhì)[28]。采用V(水)∶m(土)為25mL∶10g，使用電位法測(cè)定土壤pH；通過(guò)重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；通過(guò)堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)；通過(guò)高氯酸-硫酸法測(cè)定土壤全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)；通過(guò)鉬銻抗比色法測(cè)定土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)；通過(guò)火焰光度計(jì)法測(cè)定土壤速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.4 數(shù)據(jù)處理

平均顏色變化率(DAWC)反映了微生物群落的整體代謝活動(dòng)[29]，可用于計(jì)算多種多樣性指數(shù)。使用培養(yǎng)96 h測(cè)量的數(shù)據(jù)用于計(jì)算香農(nóng)多樣性指數(shù)(Shannon index，H)、辛普森多樣性指數(shù)(Simpson index，D)、均勻度指數(shù)(McIntosh index，U)，評(píng)估微生物的豐富度、優(yōu)勢(shì)度、群落物種均勻度[30]，計(jì)算公式：

DAWC=∑[(Ci-R)/31]；

H=-∑[pi(lnpi)]；

D=∑{[ni(ni-1)]/[N(N-1)]}；

式中：Ci為31個(gè)碳孔中的波長(zhǎng)590 nm的吸光度值；R為對(duì)照孔中的波長(zhǎng)590 nm的吸光度值；Pi為第i孔中的波長(zhǎng)590 nm的吸光度值除以31個(gè)孔的平均波長(zhǎng)590 nm的吸光度值；ni為第i孔中的相對(duì)波長(zhǎng)590 nm的吸光度值(C-R)；N為31個(gè)孔的波長(zhǎng)590 nm的吸光度值之和。

通過(guò)Microsoft Excel 2019軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理；通過(guò)SPSS 28.0軟件進(jìn)行單因素方差分析；通過(guò)Origin 2021軟件進(jìn)行主成分分析；采用相似性百分比(SIMPER)分析計(jì)算碳源對(duì)不同處理與對(duì)照間的差異貢獻(xiàn)率；采用皮爾遜(Pearson)相關(guān)性分析對(duì)土壤理化性質(zhì)與微生物碳源利用的相關(guān)性進(jìn)行研究；采用Origin 2021和R 4.1.1中的GGplot2包進(jìn)行圖片繪制。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤微生物利用碳源的動(dòng)力性特征和微生物多樣性變化

通過(guò)檢測(cè)生態(tài)板上31種碳源的平均顏色變化率(見(jiàn)表1)可見(jiàn)：除SCA1、M1處理外，其他處理隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，在0～240 h微生物利用碳源的總量呈逐漸增加的趨勢(shì)，不同處理時(shí)微生物群落平均顏色變化率增長(zhǎng)趨勢(shì)不同。對(duì)照組(CK)在培養(yǎng)72 h增長(zhǎng)速度變慢，在培養(yǎng)168 h趨于平緩；AA1、AA2、SCA1、M2處理，在培養(yǎng)96 h增長(zhǎng)速度變慢，但直到培養(yǎng)結(jié)束均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)；SCA2在培養(yǎng)96 h后增長(zhǎng)速度變慢，培養(yǎng)216 h后趨于平緩；M1在培養(yǎng)96 h后增長(zhǎng)速度變慢，培養(yǎng)192 h后平均顏色變化率開(kāi)始下降。在培養(yǎng)期，除AA2處理外，所有處理的平均顏色變化率均低于CK。在培養(yǎng)240 h，AA2的平均顏色變化率比CK增加了6.47%。

表1 在培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)不同處理的土壤微生物群落碳源平均顏色變化率

由表2可見(jiàn)：與CK相比，AA2、M2的香農(nóng)多樣性指數(shù)變化不顯著，但AA1、SCA1、SCA2、M1的香農(nóng)多樣性指數(shù)顯著降低(P<0.05)；與CK相比，除M1的辛普森多樣性指數(shù)顯著增加(P<0.05)，其余處理無(wú)顯著差異；與CK相比，AA2的均勻度指數(shù)顯著增加(P<0.05)，其余處理的均勻度指數(shù)均顯著降低(P<0.05)。其中，AA2、M2的均勻度指數(shù)，分別高于AA1、M1的，差異顯著(P<0.05)。

表2 培養(yǎng)96h的不同處理的土壤微生物群落香農(nóng)多樣性指數(shù)、辛普森多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)

3.2 土壤微生物對(duì)碳源利用的主成分分析

由圖1可見(jiàn)：主成分1坐標(biāo)軸方向，AA2、SCA2、M2分布在0以上，AA1、SCA1、M1分布在0以下，說(shuō)明農(nóng)藥施用對(duì)土壤微生物碳源利用的影響存在顯著差異(P<0.05)；在主成分2坐標(biāo)軸方向，M1、M2分布在0以上，CK、AA1、AA2分布在0以下，說(shuō)明除草劑和種衣劑的混合施用、單獨(dú)施用除草劑均對(duì)土壤微生物碳源利用的影響存在顯著差異(P<0.05)。SCA1、SCA2、M2的點(diǎn)與CK距離較近，AA1、AA2、M1的點(diǎn)與CK距離較遠(yuǎn)，說(shuō)明除草劑對(duì)土壤微生物碳源利用的影響顯著大于種衣劑。總體而言，主成分1、主成分2基本上能夠區(qū)分不同處理間土壤微生物群落的代謝特征。

CK為未添加種衣劑和除草劑的對(duì)照組，AA1為添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 mg/kg的乙草胺-莠去津除草劑，AA2為添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 mg/kg的乙草胺-莠去津除草劑，SCA1為添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 mg/kg的精甲霜靈咯菌腈種衣劑，SCA2為添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0 mg/kg的精甲霜靈咯菌腈種衣劑，M1為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 mg/kg的乙草胺-莠去津精+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 mg/kg的甲霜靈咯菌腈混合施用，M2為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 mg/kg的乙草胺-莠去津+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0 mg/kg的甲霜靈咯菌腈混合施用。

由表3可見(jiàn)：與主成分1顯著相關(guān)的碳源共有9種，分別屬于碳水化合物類(2種)、羧酸類(3種)、氨基酸類(2種)、聚合物類(1種)、雙親化合物類(1種)，說(shuō)明有9種碳源使不同處理間土壤微生物群落代謝功能多樣性在主成分1上差異顯著。與主成分2顯著相關(guān)的碳源共有7種，碳水化合物類(2種)、羧酸類(2種)、氨基酸類(1種)、雙親化合物類(1種)、胺類(1種)，說(shuō)明有7種碳源使不同處理間土壤微生物群落代謝功能多樣性在主成分2上差異顯著。

表3 不同處理中31種單一碳源與主成分1和主成分2的相關(guān)系數(shù)

3.3 土壤微生物對(duì)6種碳源的利用

在比較每個(gè)處理的平均顏色變化率分布比例之后，可以看出所有處理中的微生物群落都能夠利用6個(gè)底物組(見(jiàn)表4)。各處理羧酸類碳源的利用率均為最高。與CK相比，AA1、AA2、SCA1、M1、M2對(duì)羧酸類碳源的利用率顯著降低；施用種衣劑的處理顯著高于除草劑、混合施用的處理；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的處理顯著高于低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的處理。與CK相比，AA2對(duì)碳水化合物類碳源的利用率顯著增加，其他處理均顯著降低；施用除草劑的處理顯著高于種衣劑、混合施用的處理；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑處理顯著高于低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑處理；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的種衣劑處理顯著低于低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的種衣劑處理。與CK相比，SCA1對(duì)氨基酸類碳源的利用率顯著降低，AA1、SCA2、M1、M2對(duì)氨基酸類碳源的利用率顯著增加；施用除草劑和種衣劑混合施用處理，顯著高于除草劑、種衣劑處理；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑處理顯著低于低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑處理，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的種衣劑處理、高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的混合施用處理顯著高于低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的種衣劑處理、低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的混合施用處理。與CK相比，所有處理對(duì)聚合物類碳源的利用率均顯著增加；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑處理顯著高于低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑處理。與CK相比，AA1、M1對(duì)雙親化合物類碳源的利用率顯著增加，SCA1、SCA2、M2對(duì)雙親化合物類碳源的利用率顯著降低；施用種衣劑的處理顯著低于施用除草劑的處理；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑處理顯著低于低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑處理，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑和種衣劑混合施用處理顯著高于高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑和種衣劑混合施用處理。與CK相比，SCA2、M1對(duì)胺類碳源的利用率均顯著增加。

表4 不同處理時(shí)6種碳源的利用率

3.4 單一碳源利用率的變化

通過(guò)相似百分比分析，確定了對(duì)對(duì)照組與各處理組間微生物群落差異貢獻(xiàn)率最大的3種碳源(見(jiàn)表5)，說(shuō)明不同的處理對(duì)這些碳源的利用產(chǎn)生了較大的影響。與對(duì)照相比：低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑施用，主要影響D-葡糖胺酸、甘氨酰-L-谷氨酸、I-赤藻糖醇等碳源的利用；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑施用，主要影響D-葡糖胺酸、衣康酸、D-半乳糖醛酸等碳源的利用；低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的種衣劑施用，主要影響D-甘露醇、甘氨酰-L-谷氨酸、L-絲氨酸等碳源的利用；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的種衣劑施用，主要影響D-蘋(píng)果酸、D-葡糖胺酸、D-半乳糖醛酸等碳源的利用；低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的混合施用，主要影響I-赤藻糖醇、D-半乳糖醛酸、α-丁酮酸等碳源的利用；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的混合施用，主要影響I-赤藻糖醇、D-半乳糖醛酸、甘氨酰-L-谷氨酸等碳源的利用。

表5 單一碳源對(duì)對(duì)照組與處理組間微生物的差異貢獻(xiàn)率

3.5 碳源利用與土壤性質(zhì)的相關(guān)性

與對(duì)照組相比(見(jiàn)表6)：各處理中土壤pH值、土壤全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著變化；AA1、SCA1中，土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著減少；所有處理組中，速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著增加；M2中，土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加；AA2、M1中，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加；AA1、SCA2中，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著顯著減少。

表6 不同處理的土壤理化性質(zhì)

利用皮爾遜相關(guān)性分析不同處理時(shí)碳源利用率與土壤化學(xué)性質(zhì)之間的相關(guān)性(見(jiàn)表7)。結(jié)果表明：碳水化合物類碳源，與羧酸類碳源、雙親化合物類碳源呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與胺類碳源呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；羧酸類碳源與胺類碳源呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；雙親化合物類碳源與胺類碳源呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。碳水化合物類碳源與土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；羧酸類碳源與土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；氨基酸類碳源，與土壤全磷、土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；雙親化合物類碳源與土壤pH、土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；聚合物類碳源與土壤速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；胺類碳源與土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。

表7 碳源利用與土壤性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)

4 討論

利用Biolog-Eco微平板培養(yǎng)技術(shù)研究土壤微生物群落的多樣性，可以反映出土壤微生物的生態(tài)功能。平均顏色變化率不但能反映出土壤微生物群落代謝活性，而且能體現(xiàn)出土壤微生物對(duì)單一碳源的利用強(qiáng)度[31]。本研究表明，施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 mg/kg的乙草胺-莠去津除草劑后平均顏色變化率增加，其他處理中的平均顏色變化率均低于對(duì)照；施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 mg/kg的乙草胺-莠去津除草劑、施用種衣劑，均會(huì)使平均顏色變化率顯著降低，說(shuō)明種衣劑、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 mg/kg的除草劑會(huì)對(duì)森林土壤微生物群落的碳源代謝產(chǎn)生一定的抑制作用。其中，施用M1對(duì)土壤微生物群落的碳源代謝產(chǎn)生的抑制作用最強(qiáng)，而施用M2抑制顯著減輕，這與施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 mg/kg的乙草胺-莠去津除草劑對(duì)土壤微生物群落碳源代謝有明顯促進(jìn)作用有關(guān)。已有研究表明，施用農(nóng)藥的初期土壤微生物群落對(duì)進(jìn)入到土壤中的農(nóng)藥具有一定的耐受性，并且一些微生物會(huì)利用農(nóng)藥為碳源進(jìn)行分解作用，這會(huì)導(dǎo)致微生物進(jìn)行繁殖[32]。張金鵬等[33]研究發(fā)現(xiàn)，施用高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的莠去津除草劑，能顯著增加土壤微生物的種群數(shù)量。莠去津除草劑可以對(duì)土壤中的細(xì)菌和真菌產(chǎn)生促進(jìn)作用，而對(duì)放線菌無(wú)影響或產(chǎn)生一定的促進(jìn)[34-36]。施用不同濃度肟菌酯后，土壤微生物群落的演變趨勢(shì)差異也較大[37]，這種結(jié)果說(shuō)明土壤微生物群落對(duì)除草劑的刺激比較敏感，除草劑對(duì)土壤微生物群落產(chǎn)生了較大的影響。

進(jìn)一步評(píng)價(jià)除草劑和種衣劑對(duì)森林土壤微生物多樣性、豐富度及均勻度的影響。結(jié)果表明，施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 mg/kg的除草劑、施用M2的，香農(nóng)多樣性指數(shù)變化不顯著，其余處理的香農(nóng)多樣性指數(shù)均顯著降低。已有研究表明，農(nóng)藥污染后土壤微生物群落多樣性指數(shù)顯著降低[38]，主要原因是由于受農(nóng)藥污染后，土壤微生物群落中利用碳源的微生物物種的均一程度受到顯著影響。與對(duì)照相比，施用M1的辛普森指數(shù)顯著增加，說(shuō)明農(nóng)藥進(jìn)入土壤后會(huì)造成土壤微生物群落功能發(fā)生變化，適量的農(nóng)藥處理將使得土壤中原有的微生物群落內(nèi)部種群間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系發(fā)生變化，原有的平衡遭到破壞，優(yōu)勢(shì)類群發(fā)生改變[39]?？傮w而言，除施用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 mg/kg的除草劑外，其余處理的均勻度指數(shù)均顯著降低，說(shuō)明農(nóng)藥作為土壤微生物群落的外來(lái)干擾因素，會(huì)使某些微生物菌種的生長(zhǎng)受到抑制，最終導(dǎo)致土壤微生物群落均勻度發(fā)生改變[40]。鄭麗萍等[41]的研究表明，隨著有機(jī)氯濃度的增加，有機(jī)氯污染對(duì)微生物活性的抑制作用增強(qiáng)，降低微生物的多樣性。

主成分分析結(jié)果表明，除草劑、混合施用處理，微生物群落功能多樣性與對(duì)照差異顯著，其中與主成分1顯著相關(guān)的碳源有9種，主要為碳水化合物類碳源、羧酸類碳源、氨基酸類碳源、聚合物類碳源、雙親化合物類碳源；與主成分2顯著相關(guān)的碳源有7種，主要為碳水化合物類碳源、羧酸類碳源、氨基酸類碳源、雙親化合物類碳源、胺類碳源。由此可知，對(duì)除草劑的處理比較敏感的碳源類型為碳水化合物類碳源、羧酸類碳源、氨基酸類碳源、聚合物類碳源、雙親化合物類碳源，對(duì)混合施用處理比較敏感的碳源類型為碳水化合物類碳源、羧酸類碳源、氨基酸類碳源、雙親化合物類碳源、胺類碳源。比較每種處理的碳源利用率之后可以看出，各處理對(duì)于6種碳源的利用呈現(xiàn)出差異，通過(guò)相似百分比分析得到的結(jié)果也顯示，造成不同處理碳源利用變化的碳源種類也存在差異，說(shuō)明無(wú)論是除草劑還是種衣劑均會(huì)改變土壤微生物對(duì)碳源的利用情況，這與之前的研究結(jié)果一致[3，42]。之前的研究表明，農(nóng)藥的施用會(huì)改變土壤的理化性質(zhì)[43-44]，本研究結(jié)果表明，除草劑和種衣劑的施用會(huì)改變土壤的化學(xué)性質(zhì)。環(huán)境因子的變化會(huì)導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、多樣性及功能發(fā)生改變。Fierer et al.[45]的研究發(fā)現(xiàn)，土壤碳和氮含量是調(diào)控微生物群落結(jié)構(gòu)的主要因子。本研究利用皮爾遜相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，碳源利用率與土壤化學(xué)性質(zhì)顯著相關(guān)，說(shuō)明農(nóng)藥處理后土壤化學(xué)性質(zhì)的改變是導(dǎo)致土壤微生物對(duì)6個(gè)碳源的利用產(chǎn)生影響的原因之一。

5 結(jié)論

使用Biolog-Eco微平板培養(yǎng)技術(shù)研究乙草胺-莠去津除草劑和精甲霜靈咯菌腈種衣劑對(duì)東北森林土壤微生物的影響表明：①低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑和種衣劑以及二者混合的處理，一定程度地降低了微生物的活性，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙草胺-莠去津除草劑可以增加微生物活性；②不同處理的碳源利用方式均不同，森林土壤微生物會(huì)根據(jù)環(huán)境變化的不同改變自己的碳源利用策略；③土壤理化性質(zhì)也是影響土壤微生物利用6碳基團(tuán)的因素之一。綜上所述，除草劑和種衣劑都改變了土壤微生物群落功能，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的除草劑和種衣劑，對(duì)土壤微生物群落功能的影響不同。農(nóng)藥污染會(huì)對(duì)森林土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成危害，增加生態(tài)系統(tǒng)被破壞的風(fēng)險(xiǎn)。未來(lái)會(huì)針對(duì)森林土壤微生物應(yīng)對(duì)農(nóng)藥污染的群落結(jié)構(gòu)多樣性和遺傳多樣性的改變進(jìn)行深入研究，為農(nóng)藥污染的修復(fù)以及土壤資源的保護(hù)提供前期研究。