復合菌肥對二氯喹啉酸危害的煙株根際土壤酶活性的影響

邢國珍 ，李海霞 ，孟 南 ，郭盤盤 ，賈然然 ，呂春芳 ，劉華山 *

（1.河南農業(yè)大學生命科學學院/生物學國家級實驗教學示范中心，鄭州 450002；2.河南農業(yè)大學風景園林與藝術學院，鄭州 450002）

二氯喹啉酸（3,7-二氯-8-喹啉羧酸）是一種激素類喹啉酸類除草劑，具有用量少，持效期長和價格低廉等優(yōu)點而備受關注。因其具有能殺死特定雜草卻不傷害靶標農作物的優(yōu)點，通常作為選擇性除草劑用于水稻田中防除稗草和其他禾本科雜草[1-2]，但是其存在著代謝周期長、在自然條件下降解緩慢的缺陷，會在農田土壤和農作物植株中殘留，而對環(huán)境造成危害。隨著農業(yè)生產方式的多樣化以及土地耕作制度的發(fā)展變化，烤煙與稻、高粱以及玉米的多種輪作模式逐漸推廣[3-4]，這些種植方式的變化在減輕2種作物病蟲害、改良土壤、提高肥力、促進煙糧增收等方面發(fā)揮了巨大作用。然而，由于前茬作物如水稻施用二氯喹啉酸除草劑，除草劑的殘留會對后茬煙草的生長產生抑制，制約了下茬植煙的生長發(fā)育，嚴重影響煙葉的產量和品質。

二氯喹啉酸殘留于煙土壤會導致煙草生長受抑制，葉緣下卷，葉片向背皺縮，葉片狹長呈線狀，影響煙葉產量和品質。有研究報道，通過施用生物炭、生石灰等物理方法吸附從而降低其生物可利用性[5]，但是難以消除二氯喹啉酸的危害，并且連續(xù)大量使用也可能會影響土壤的基本理化性質。微生物降解技術被認為能有效降解土壤中二氯喹啉酸[6]，這是因為微生物可通過代謝、活化等作用來消解二氯喹啉酸[7]，目前單一微生物菌種在實驗室環(huán)境和大田環(huán)境中對二氯喹啉酸的降解作用有差異，降解效果可能因為環(huán)境的變化而下降，因此需要尋找更好的降解方法。

近年來，人們在微生物菌肥修復及調控土壤微生物環(huán)境方面做了很多研究。鄧建朝[8]認為溫度調節(jié)土壤中的微生物和酶活性從而影響土壤中二氯喹啉酸的降解；張志剛等[9]研究表明，微生物菌肥可改良土壤環(huán)境進而調節(jié)土壤酶活性。土壤酶活性反映了土壤生物活性以及土壤肥力[10]，土壤中各種酶的總體活性的分析對評價土壤肥力水平有重要意義。

有報道顯示，土壤中二氯喹啉酸殘留量為0.06 mg/kg時將產生藥害[11]，煙田土壤中二氯喹啉酸殘留導致煙草藥害的臨界值為0.05～0.1 mg/kg[1,12]。本研究通過向模擬二氯喹啉酸受害植煙土壤中追施適量復合菌肥，探究復合菌肥對受危害的煙草根際土壤酶活性的修復作用，為生物修復技術的應用提供理論支撐，為煙葉優(yōu)質適產及經濟效益提升提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

烤煙品種為‘K326’，漂浮育苗。50%二氯喹啉酸可濕性粉劑，江蘇綠利來股份有限公司；復合菌肥1和復合菌肥2（有效活菌數(shù)≥5.0億個/mL），長沙艾格里生物肥料技術開發(fā)公司；復合菌肥3（有效活菌數(shù)≥0.2億個/g），哈爾濱多倫多農業(yè)生物科技有限公司。

土壤取自河南農業(yè)大學試驗田，土壤pH值為7.97，有機質含量為：12.93 g/kg，堿解氮濃度為：57.43 mg/kg，速效磷濃度為164.15 mg/kg，速效鉀濃度為57.43 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理，T0：正常土壤，清水噴施處理；T1：受害土壤，施用有效含量為0.085 mg/kg二氯喹啉酸；T2：修復土，受害土壤＋復合菌肥1（每千克干土中施0.7 mL復合菌肥1）；T3：修復土，受害土壤＋復合菌肥2（每千克干土中施0.7 mL復合菌肥2）；T4：修復土，受害土壤＋復合菌肥3（每千克干土中施1.1 g復合菌肥3）。用2 mm孔徑鋼篩過篩試驗土壤，裝入盆中（寬×高=20 cm×15 cm），土壤持水量為50%～70%，每個處理5株盆栽，重復3次。

將培育至4～5片真葉期生長一致的煙苗移栽至盆中，正常管理。二氯喹啉酸受害癥狀出現(xiàn)時進行復合菌肥修復處理，5 d后第1次取樣，此后每間隔5 d取樣一次，共取4次，每個處理取3株。用毛刷將根際土（緊密附著于細小根系表面約2 mm厚度的土壤）收集到無菌袋中封口帶回實驗室，風干后過篩（孔徑為0.335 mm），待測土壤酶活性。

1.3 酶活性的測定方法

土壤中各種酶的活性測定參考關松蔭[13]的方法。采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定蔗糖酶活性，以72 h后100 g干土中生成葡萄糖毫克數(shù)表示［mg/(100 g·72 h)］；脲酶活性測定采用靛酚藍比色法測定，于578 nm波長下進行比色，以24 h后100 g土壤中氨態(tài)氮的毫克數(shù)表示土壤脲酶活性［mg/(100 g·24 h)］；纖維素酶活性測定采用蒽酮比色法測定，以72 h后100 g干土生成葡萄糖毫克數(shù)表示土壤纖維素酶活性［mg/(100 g·72 h)］；蛋白酶活性測定采用茚三酮比色法測定，以72 h后100 g干土壤中氨基氮的毫克數(shù)表示［mg/(100 g·72 h)］；采用0.1 mol/L高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性，以24 h后100 g干土壤分解的酚羥基的毫克數(shù)表示［mg/(100 g·24 h)］。

2 結果與分析

2.1 施用不同復合菌肥對受害根際土壤蔗糖酶活性的影響

土壤蔗糖酶主要參與土壤中碳水化合物的轉化，其生物活性可以通過土壤中營養(yǎng)物質和土壤的呼吸強度表征[14]。如圖1所示，二氯喹啉酸危害的根際土壤蔗糖酶活性受到嚴重抑制，在20 d時，與對照土壤相比，根際蔗糖酶活性降低35.45%；復合菌肥處理的根際土壤蔗糖酶活性呈升高趨勢，復合菌肥1（T2）、2（T3）和3（T4）處理比受害土壤的根際蔗糖酶活性分別增加了21.15%、11.93%和31.68%，總體活性表現(xiàn)為T0＞T4＞T2>T3＞T1。表明復合菌肥能夠提升受害土壤中的蔗糖酶活性，進而緩解二氯喹啉酸對土壤中蔗糖酶活性的抑制，其中復合菌肥3處理的修復效果最好。

圖1 追施不同復合菌肥處理的蔗糖酶活性

2.2 施用不同復合菌肥對受害根際土壤脲酶活性的影響

土壤脲酶是一種酰胺酶，專性降解尿素，脲酶活性與土壤中微生物類群數(shù)量、氮素和磷含量以及尿素的水解程度等呈正相關[15]，可以用于評價土壤的肥力狀況。從圖2看出，不同復合菌肥處理的根際土壤脲酶活性隨處理時間增加呈升高趨勢，在20 d時，復合菌肥1、2和3處理比受害土壤的煙草根際脲酶活性分別提高了43.21%、62.25%和136.49%，而受害土壤比對照土壤的根際脲酶活性降低64.35%，土壤脲酶活性總體變化趨勢表現(xiàn)為：T0＞T4＞T3＞T2＞T1。由此表明經復合菌肥處理可以提升受害土壤中的脲酶活性，進而緩解土壤中二氯喹啉酸危害。

圖2 追施不同復合菌肥處理的脲酶活性

2.3 施用不同復合菌肥對受害根際土壤纖維素酶活性的影響

土壤纖維素酶是土壤碳素代謝中的一種重要酶，能夠水解纖維素生成纖維二糖，進一步水解成葡萄糖，從而為植物提供可利用的碳源營養(yǎng)物質[16]。如圖3所示，二氯喹啉酸處理的根際土壤纖維素酶活性受到嚴重抑制，在20 d時，比對照減少了54.88%；隨著處理時間的增加，3種復合菌肥處理的根際土壤纖維素酶活性呈升高趨勢，在20 d時，復合菌肥1、2和3處理比受害土壤的煙草根際纖維素酶活性分別升高24.24%、46.64%和87.51%，由此可知復合菌肥能夠提高受害土壤中的纖維素酶活性，從而緩解二氯喹啉酸對土壤中纖維素酶的抑制作用。

圖3 追施不同復合菌肥處理的纖維素酶活性

2.4 不同復合菌肥施用對受害根際土壤蛋白酶活性的影響

根際土壤中的蛋白酶能對土壤中的植物殘體和施入的有機肥料進行酶促分解，土壤蛋白酶也是氮素轉化的關鍵酶類，因此，可用蛋白酶來表征土壤的氮素轉化進程，進而以其活性的高低來反映土壤中氮素水平。如圖4，在20 d時，受害土壤的根際蛋白酶活性比對照降低54.88%，受到嚴重抑制；復合菌肥1、2和3處理比受害處理的煙草根際土壤蛋白酶活性分別增加了34.42%、51.76%和97.71%，各種復合菌肥處理之后，根際土壤蛋白酶活性均高于受害處理土壤中的蛋白酶活性，其中菌肥3效果最佳。由此可知復合菌肥能夠提高受害土壤中的蛋白酶活性，改善受二氯喹啉酸危害的煙草根際土壤環(huán)境。

圖4 追施不同復合菌肥處理的蛋白酶活性

2.5 不同復合菌肥施用對受害根際土壤過氧化氫酶活性的影響

過氧化氫酶是生物防御系統(tǒng)中的關鍵酶，可以將過氧化氫分解成水和氧，參與土壤中物質和能量轉化，過氧化氫酶的活性可以表征生物活動過程中氧化程度的強弱，也可以作為簡單的污染監(jiān)測指示物[17]。從圖5可知，在20 d時，受害處理比對照土壤中的過氧化氫酶活性降低60.12%；生物菌肥處理的根際土壤過氧化氫酶活性趨勢則呈逐漸升高的趨勢，在處理20 d后，復合菌肥1、2和3處理的煙草根際過氧化氫酶活性分別比受害土壤提升81.82%、145.45%和181.82%，復合菌肥2和復合菌肥3修復效果明顯，可能是過氧化氫酶作為毒性或污染檢測指標物對解毒效果的靈敏反應。各處理過氧化氫酶活性總體表現(xiàn)為T0＞T4＞T3＞T2＞T1，表明受二氯喹啉酸危害的土壤中過氧化氫酶活性受到了明顯抑制，向土壤中施入復合菌肥對過氧化氫酶活性具有較強的修復效果。

圖5 追施不同復合菌肥處理的過氧化氫酶活性

3 結 論

本試驗研究結果表明，與正常土壤相比，受二氯喹啉酸殘留危害的根際土壤中蔗糖酶、脲酶、纖維素酶、蛋白酶、過氧化氫酶活性明顯降低，這與毛官杰等[18]的研究結果一致，二氯喹啉酸危害下追施不同復合菌肥的處理土壤后的酶活性都高于受害處理而低于對照，這是由于土壤養(yǎng)分增加，土壤中微生物群落結構組成得到了改善，進而提高了土壤各種酶活性，同時表明復合菌肥有助于提高土壤酶活性，緩解了二氯喹啉酸殘留對土壤酶活性的抑制，這與劉華山、麻耀華等[19-20]的研究結果類似。復合菌肥因其富含養(yǎng)分以及具有特定類群的微生物，作為營養(yǎng)物質和根系微生物促進作物生長，提高抵御污染等逆境脅迫能力。

土壤中的各種酶活性可以反映土壤肥力的水平，酶活性的增強同時促進土壤養(yǎng)分的轉化過程，提高了土壤肥力。艾童非、劉芳等[21-22]研究發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌劑能顯著提高土壤脲酶和土壤蔗糖酶的活性。這與本研究結果相似，復合菌肥的配施能夠加速有機化合物的分解，為酶促反應提供了底物，從而促進了微生物的分解作用，從而降低二氯喹啉酸的危害，土壤酶也是微生物生長代謝的產物。

養(yǎng)分為植物生長提供了營養(yǎng)，其次是有益的微生物菌群的代謝活動所產生的生物活性物質改善了土壤生態(tài)環(huán)境，進一步提高了土壤酶活力[23]，加速了土壤中殘留的二氯喹啉酸的降解。生物類群的變化能影響土壤中酶的活性、土壤健康及土壤養(yǎng)分轉化，因此對稻煙連作土壤中殘留二氯喹啉酸污染的修復起到積極作用。微生物菌肥因其具有環(huán)境友好、效率高、成本低等特點，是進行土壤環(huán)境修復、實現(xiàn)污染農田可持續(xù)利用的有效措施，具有廣泛應用前景，是未來綠色農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向。