草銨膦對麥田土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響

張葉子，王依惠，董成武，佘曉云，石 巖

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)旱作技術(shù)山東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266109)

土壤微生物是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與腐殖質(zhì)形成過程的重要參與者，土壤酶活性可反映土壤微生物的活性，代表土壤中物質(zhì)代謝的旺盛程度[1]。土壤微生物量及其酶活性較其他土壤因素可更迅速影響土壤環(huán)境。農(nóng)藥等有機(jī)污染物會改變土壤微生物數(shù)量及酶活性，影響土壤養(yǎng)分的釋放，進(jìn)而影響作物的生長[2]。因此，化學(xué)農(nóng)藥對土壤微生物及其酶活性的影響已成為土壤生態(tài)安全、土壤生產(chǎn)力評價(jià)的重要指標(biāo)，也是農(nóng)藥環(huán)境生態(tài)毒理學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[3-4]。

草銨膦(glufosinate)是一種廣譜性除草劑，對植物的地上和地下部均有殺死作用[5]。草銨磷由于具有活性高、藥效快、非選擇性、無土壤活性等優(yōu)點(diǎn)[6]，是我國小麥用首選除草劑。目前，關(guān)于草銨膦的研究主要集中在藥效、殘留分析方法及其對植物生理特性的影響等方面[7-9]，國內(nèi)外鮮見關(guān)于草銨膦對土壤微生物及酶活性影響方面的報(bào)道。本試驗(yàn)擬在大田條件下，研究不同濃度草銨膦對麥田土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響，為更合理使用草銨膦提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為濟(jì)麥22。草銨膦有效成分含量為20%，水劑，由永農(nóng)生物科學(xué)有限公司生產(chǎn)。草銨膦標(biāo)準(zhǔn)品：粉劑，純度為99.0%，由上海阿拉丁生化科技股份有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年10月至2016年6月在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)黃島區(qū)寶山試驗(yàn)基地(36.02°N, 119.85°E)進(jìn)行大田試驗(yàn)。供試土壤類型為沙壤土，試驗(yàn)前土壤pH值為6.57，有機(jī)質(zhì)含量為1.1%，速效磷為41.3 mg·kg-1，速效鉀為103.6 mg·kg-1，全氮為1.3%，堿解氮為87.5 mg·kg-1。采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置5個(gè)草銨膦濃度，分別為0、2、4(推薦劑量)、6、8 L·hm-2，依次記為CK、T1、T2、T3、T4，3次重復(fù)。每個(gè)小區(qū)面積為54 m2(3 m×18 m)，小區(qū)間隔離帶為1 m。播種前施750 kg·hm-2復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O為12∶15∶10)作底肥。小麥于2015年10月14日播種，播量為187.5 kg·hm-2，播種后立即采用手持式噴霧器對麥田進(jìn)行草銨膦噴藥處理。2016年6月8日收獲。于越冬期、返青期、拔節(jié)期、抽穗期、開花期、灌漿期和成熟期取小麥植株樣和土樣。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

土壤微生物數(shù)量采用常規(guī)稀釋平板法[10]測定，用MPN法計(jì)數(shù)。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng)，7 d后計(jì)數(shù)；真菌采用馬鈴薯瓊脂培養(yǎng)基，4 d后計(jì)數(shù)；放線菌采用高氏1號培養(yǎng)基，9 d后計(jì)數(shù)。土壤過氧化氫酶活性測定采用高錳酸鉀滴定法，以1 g土壤消耗0.1 mol·L-1高錳酸鉀溶液微升數(shù)(μL)表示。土壤蔗糖酶活性測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法，以24 h后1 g土壤消耗葡萄糖的毫克數(shù)(mg)表示。脲酶活性測定采用尿素水解法，以24 h后1 g土壤消耗NH4+-N的毫克數(shù)(mg)表示[11-13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel、DPS等軟件進(jìn)行計(jì)算、繪圖及統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對小麥土壤微生物數(shù)量的影響

2.1.1 草銨膦對土壤細(xì)菌數(shù)量的影響

由表1可以看出，在不同草銨膦施用量下，隨著小麥生育期的推進(jìn)，土壤中細(xì)菌的數(shù)量整體表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢。從返青期到抽穗期上升幅度大致相同，在抽穗期達(dá)到最高值，從抽穗期到成熟期逐漸下降，其中，開花期到成熟期下降幅度最大。各生育時(shí)期，各處理的土壤細(xì)菌數(shù)量表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK>T4(開花期T2>T3)。在開花期，T2處理的細(xì)菌數(shù)顯著高于T4處理，CK與T1、T2、T3和T4處理差異均不顯著。在成熟期，CK與T1、T2和T4處理間的差異均不顯著，顯著低于T3處理。

2.1.2 草銨膦對土壤真菌數(shù)量的影響

由表2可以看出，隨著小麥生育期的推進(jìn)，土壤中真菌的數(shù)量大體呈先上升后下降的趨勢，在返青期到開花期的上升幅度大致相同，開花期土壤真菌的數(shù)量達(dá)到最高值，從開花期到成熟期土壤真菌的數(shù)量持續(xù)下降且幅度較大。CK、T1、T2、T3和T4處理的土壤真菌數(shù)量從返青期到開花期分別增加了52.06%、45.25%、47.12%、46.96%和45.97%。在相同生育時(shí)期，土壤真菌數(shù)量基本表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK>T4，不同處理間差異均不顯著。

表1 草銨膦對麥田土壤細(xì)菌數(shù)量的影響Table 1 Effect of glufosinate-ammonium on the number of bacteria in soil of wheat field 106·g-1

表中同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著。下表同。

Different letters after the values with in the same columns mean significantly different among the treatments at 0.05 level.The same in the following tables.

表2 草銨膦對麥田土壤真菌數(shù)量的影響Table 2 Effect of glufosinate-ammonium on the number of fungal in soil of wheat field 103·g-1

2.1.3 草銨膦對土壤放線菌數(shù)量的影響

由表3可以看出，隨著大田小麥生育期的推進(jìn)，土壤中放線菌的數(shù)量大體表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢。從返青期到拔節(jié)期上升幅度較快，從拔節(jié)期到開花期上升幅度較緩且在開花期達(dá)到最高值，從開花期到成熟期逐漸下降且幅度較大。CK、T1、T2、T3和T4處理的土壤放線菌數(shù)量從返青期到開花期分別增加了44.28%、36.97%、40.82%、37.33%和29.09%。在相同生育時(shí)期，土壤放線菌數(shù)量表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK>T4。在成熟期，CK與T2和T3處理間差異顯著；其余時(shí)期，CK與其他處理間差異均不顯著。

表3 草銨膦對麥田土壤放線菌數(shù)量的影響Table 3 Effect of glufosinate-ammonium on the number of actinomycetes in soil of wheat field 105·g-1

2.2 不同處理對小麥土壤酶活性的影響

2.2.1 草銨膦對土壤過氧化氫酶活性的影響

由表4可以看出，隨著大田小麥生育期的推進(jìn)，土壤過氧化氫酶活性大體表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢。從小麥返青期到灌漿期持續(xù)上升，其中，返青期到拔節(jié)期上升幅度較大，在灌漿期，過氧化氫酶活性達(dá)到最高值；從灌漿期到成熟期，過氧化氫酶活性開始下降。CK、T1、T2、T3和T4處理的土壤過氧化氫酶活性從返青期到拔節(jié)期分別增加了28%、30%、32%、34%和23%。在抽穗期和成熟期，T3處理顯著高于CK，其余時(shí)期，CK與其他處理差異均不顯著。

表4 草銨膦對麥田土壤過氧化氫酶活性的影響Table 4 Effect of glufosinate-ammonium on catalase activity of soil in wheat field 0.1 mol·L-1 KMnO4·g-1·h-1

2.2.2 草銨膦對土壤脲酶活性的影響

由表5可知，隨著小麥生育期的推進(jìn)，土壤脲酶活性大體呈先上升后下降的趨勢，在小麥返青期到拔節(jié)期間，脲酶活性上升幅度較大，在拔節(jié)期達(dá)到最高值，在拔節(jié)期到成熟期之間脲酶活性呈下降趨勢，其中，從抽穗期到開花期下降幅度較大。CK、T1、T2、T3和T4處理的土壤脲酶活性從返青期到拔節(jié)期分別增加了24%、22%、20%、17%和25%。相同時(shí)期，不同處理間差異均不顯著。

2.2.3 草銨膦對土壤蔗糖酶活性的影響

由表6可以看出，隨著小麥生育期的推進(jìn)，土壤蔗糖酶活性大體呈先上升后下降的趨勢，在小麥返青期到灌漿期間上升(T2處理除外)，其中，返青期到拔節(jié)期蔗糖酶活性上升幅度較大，在灌漿期土壤蔗糖酶活性達(dá)到最高值；從灌漿期到成熟期蔗糖酶活性下降。CK、T1、T2、T3和T4處理的土壤蔗糖酶活性從返青期到拔節(jié)期分別增加了47%、40%、46%、55%和45%。在拔節(jié)期，CK與T3處理間差異顯著；其余時(shí)期，不同處理間的差異均不顯著。

2.2.4 草銨膦對土壤磷酸酶活性的影響

由表7可以看出，在不同草銨膦施用量下，隨著大田小麥生育期的推進(jìn)，土壤磷酸酶活性大體呈先上升后下降的趨勢，在小麥返青期到開花期間上升，其中，返青期到拔節(jié)期上升幅度較大，在開花期磷酸酶活性達(dá)到最高值；從開花期到成熟期，磷酸酶活性持續(xù)下降。從返青期到拔節(jié)期，CK、T1、T2、T3和T4處理的土壤磷酸酶活性增加幅度分別為96%、99%、94%、1.01%和1.00%。在相同生育時(shí)期，不同處理間差異均不顯著。

表5 不同草銨膦處理對麥田土壤脲酶活性的影響Table 5 Effect of different glufosinate-ammonium treatments on urease activity of soil in wheat field mg·g-1

表6 不同草銨膦處理對麥田土壤蔗糖酶活性的影響Table 6 Effect of different glufosinate-ammonium treatments on invertase activity of soil in wheat field mg·g-1

表7 草銨膦對麥田土壤磷酸酶活性的影響Table 7 Effect of glufosinate-ammonium on phosphatase activity of soil in wheat field mg·g-1

3 討 論

土壤微生物數(shù)量與土壤中的微生物種類、環(huán)境溫度和栽培措施有關(guān)[14]。趙 蘭等[15]研究表明，丁草胺對土壤細(xì)菌先表現(xiàn)出顯著的抑制作用，隨著時(shí)間的延長，對細(xì)菌的生長表現(xiàn)出顯著的刺激生長作用。本試驗(yàn)中，在小麥整個(gè)生育時(shí)期，細(xì)菌數(shù)量在低濃度(2、4和6 L·hm-2)草銨膦處理下增加，在高濃度(8 L·hm-2)處理下減少，但與CK差異不顯著。這可能是由于本試驗(yàn)草銨膦施用劑量較低。徐蔣來等[17]研究表明，中、低濃度的丁草胺和華星草克對土壤真菌、放線菌數(shù)量影響較小，高濃度處理則對真菌、放線菌抑制作用明顯，但隨除草劑施入時(shí)間的延長，抑制作用在21 d基本恢復(fù)至對照水平。本研究結(jié)果表明，真菌和放線菌數(shù)量從小麥返青期后開始上升，在開花期達(dá)到最高值，從開花期后開始下降且幅度較大，而細(xì)菌在抽穗期達(dá)到最高值，CK與各處理間差異不顯著。

研究表明，敵草胺、精異丙甲草胺、丁草胺、乙草胺、丙草胺和異丙甲草胺等酰胺類除草劑在培養(yǎng)初期對土壤酶活性有一定抑制作用,隨著培養(yǎng)時(shí)間的推移，活性呈恢復(fù)或被激活的變化趨勢[17-18]。本研究結(jié)果表明，過氧化氫酶在低濃度(2、4和6 L·hm-2)草銨膦處理下，隨著草銨膦施用劑量的增加而增加，在高濃度(8 L·hm-2)草銨膦處理下活性受到抑制。姜偉麗等[19]研究表明，在土壤中施加中高濃度(500 mg·kg-1)草銨膦會顯著影響土壤酶活性，但后期基本上恢復(fù)到對照水平，影響時(shí)間較短；而高濃度處理(5 000 mg·kg-1)會顯著影響土壤酶，且難恢復(fù)到對照水平，影響時(shí)間較長。本研究表明，脲酶、蔗糖酶和磷酸酶在低濃度(2、4和6 L·hm-2)下均表現(xiàn)為活性被激活，高濃度(8 L·hm-2)中酶活性受到抑制，在小麥整個(gè)生育時(shí)期內(nèi)酶活性均低于對照，其中磷酸酶活性在拔節(jié)期有短暫增加。在小麥生長期內(nèi)，土壤酶活性大體上表現(xiàn)為先增加后減少，總體來看，施用6 L·hm-2草銨膦的麥田土壤微生物數(shù)量及酶活性均高于其他處理，但與施用4 L·hm-2草銨膦的土壤微生物數(shù)量及酶活性的差異不顯著，因此，建議麥田除草施用4～6 L·hm-2草銨膦。根據(jù)本課題組的草銨膦雜草防效試驗(yàn)，在雜草較多時(shí)建議的施用量為6 L·hm-2。