农药对桔梗种植土壤微生物功能的影响

冀玉良，王依依

（商洛学院生物医药与食品工程学院，陕西商洛 726000）

土壤是农业生态系统中主要的构成要素之一，也是陆生生态系统的重要基础，而土壤中的微生物又是土壤的重要生物因子[1-2]。土壤的微生物功能就是土壤生物群总生理活性的反映，通常用土壤呼吸作用强度来表示，即一定土壤表面在一定时间内所放出的CO2量，它由土壤微生物在生命活动中所吸收的氧和释放的CO2，以及它们在土壤中的扩散速度所决定。土壤呼吸能力不仅对土壤有机物的分解至关重要,而且呼吸释放的CO2也是植物同化作用CO2的重要来源。因此，土壤呼吸强度是衡量土壤肥力的重要指标之一，与植物生长有着密切的关系[3-4]。中药材种植中面临的主要问题是病虫害的连作障碍，尽管病虫害的生物防治研究取得了很大进展，一些研究成果已得以推广应用[5-6]，但目前中药材生产中病虫害防治主要依靠的还是农药[7-9]。当农药分解缓慢而又频繁使用时,相当量的农药就会在一定时期内残留于土壤之中，对土壤微生物功能产生不良的影响[10-11]。甲基硫菌灵（商品名甲基托布津）、多菌灵和农用链霉素是目前商洛中药材种植中防治病虫害普遍采用的3种农药，但有关3种农药对中药材生长土壤呼吸功能的抑制的研究目前尚末见报道。通过本试验研究，旨在揭示3种农药及其4种浓度对桔梗种植土壤微生物呼吸功能的抑制规律，寻找最佳的农药和合适的用药剂量，为使用农药防治桔梗等中药材病虫害提供指导。

1 材料和方法

1.1 供试农药

选择目前商洛市中药材生产的病虫害防治普遍使用的3种农药甲基硫菌灵、多菌灵和链霉素，从市场购得，3种农药分别按说明含量配成100、1000、10000、100000 mg·L－1的溶液。

1.2 供试土壤

土样来自商洛天士力药业集团的桔梗种植基地0～l5 cm深的耕作层土壤，采取五点采样法，除去土块等杂物，将五处土壤混在一起装入无菌自封袋带回实验室，平摊在聚乙烯塑料布上，风干过40目筛，备用。

1.3 试验方法

试验于室内模拟旱地条件进行，对土壤微生物呼吸强度的测定采取密闭直接吸收法，即将供试土壤置于密闭的玻璃瓶内进行培养，同时放置NaOH溶液直接吸收微生物呼吸中所释放出的CO2，再用准确标定的标准HCl滴定溶液中剩余的NaOH量，并由此计算出供试土壤微生物的呼吸能力。具体操作如图1所示。

图1 直接吸收法测定土壤吸收功能的培养瓶

分别称取风干过筛的土样30 g，置于小烧杯中，往土样中加适量的无菌水（包括药液容量在内）湿润，充分混匀，使其湿度接近旱地自然条件状态，然后将盛土壤烧杯移至容量为1000 mL的广口玻璃瓶内（具盖能密闭），为维持瓶内湿度在瓶底倒入少量酸性水（按H2SO4：水=2:1的体积比）。将玻璃瓶移至25℃～28℃保温箱内先预培养，一周后取出盛土壤的烧杯，对土样按4个浓度梯度处理，分别混入 100、1000、10000、100000 mg·L－1的每种药液3 mL，使3种农药各处理按干土重计算含药量分别为 10、100、1000、10000 mg·kg－1，同时以加3 mL蒸馏水代替农药作为对照，各处理充分混匀后放回培养瓶内。另取50 mL小烧杯（内盛经标定的NaOH溶液10 mL）置于培养瓶中，用以吸收由土壤微生物呼吸作用所释放出的CO2。玻璃瓶加盖后移至保温箱内再培养，按期取出装有NaOH溶液的小烧杯并立即用准确标定的0.1 mol·L－1HCl滴定烧杯中剩余的NaOH。 接着在玻璃瓶内再换入盛有新的NaOH溶液的小烧杯，继续按期培养，如此按期换液、培养和测定（1、3、5、7、9、14、19、24、29、34、40、46、52、58、64 d），不同处理的土壤微生物呼吸作用强度用100 g土壤的CO2表示，CO2计算公式为：

100 g土壤的CO2=（空白值—滴定值）×C×CO2摩尔质量×100／土样质量（g）

式中：C 为标准 HCl浓度（mol·L－1），空白值为未吸收CO2的全部NaOH的标准HCl滴定值。

1.4 数据处理

采用Microsoft excel 2016统计软件进行数据处理。

2 结果与分析

图2、图3和图4是根据不同剂量的甲基硫菌灵、多菌灵和链霉素对土壤进行处理后每一时间点所测得的CO2的曲线,图中显示了3种农药不同剂量处理对土壤呼吸影响的动态变化规律。

图2 甲基硫菌灵不同剂量对土壤呼吸作用的影响

不同剂量的甲基硫菌灵处理土壤（见图2），施药后的第1天，测得的CO2基本上接近对照,但随着时间的延长（从第3～46天），不同剂量的甲基硫菌灵处理土壤产生的CO2明显低于对照，表明施药对微生物的呼吸功能产生了明显的抑制，至第46天后，各处理与对照开始逐步接近，说明农药对微生物的呼吸抑制逐渐降低。就不同处理的比较来看，呈现出高剂量的处理产生的CO2低于低剂量处理，如10 mg·kg－1剂量处理产生的CO2与对照很接近，至第5天和第7天的测定结果显示产生的CO2还高于对照，这说明低剂量、短时间的施药还能刺激和促进呼吸功能，但随后则呈现出抑制作用。而 100、1000 mg·kg－1处理产生的CO2明显降低，与对照相比达到P＜0.05的差异显著性水平,10000 mg·kg－1剂量处理与对照相比达到P＜0.01的差异显著性水平，即对土壤的呼吸功能产生显著的影响。至第46天以后，各个处理与对照的差异变小，推测可能是微生物对农药产生了抗性，或者是农药被微生物慢慢转化和分解的缘故。

杀菌剂多菌灵对土壤微生物呼吸影响表现出和甲基硫菌灵基本相似的规律（见图3），但在开始一段时间（1～24 d）低剂量和高剂量处理下产生的CO2与对照（CK）的差异均比甲基硫菌灵处理大，说明抑制作用明显，10 mg·kg－1剂量处理 P＜0.05，在 100、1000、l0000 mg·kg－1剂量处理下均达到P＜0.01的显著性水平。而且与甲基硫菌灵不同的是，多菌灵的各个处理在施药后短期 (7 d内)呼吸作用降低的幅度更为明显，如l0000 mg·kg－1多菌灵处理在第 3 天、 第 5 天、第7天产生的CO2分别是同一时期对照的70.67%、63.49%和 46.88%, 而 l0000 mg·kg－1甲基硫菌灵处理在第3天、第5天和第7天产生的CO2分别是同一时期对照的94.7%、85.7%和65.6%。另外多菌灵在施药第7天以后，各个处理与对照的差异开始变小，表现出比甲基硫菌灵较早向对照接近，这说明相对甲基硫菌灵，多菌灵降低呼吸作用快，幅度也大，但抑制作用持续时间短，土壤呼吸功能恢复较快，推测这可能是土壤微生物对多菌灵更容易适应，或者是多菌灵更容易被土壤微生物转化和分解的缘故。

图3 多菌灵不同剂量对土壤呼吸作用的影响

图4 链霉素不同剂量对土壤呼吸作用的影响

链霉素与甲基硫菌灵、多菌灵也表现出相似的规律（见图4），无论是高剂量或低剂量的处理，多次测得的结果也均低于对照，但从总体上来说动态曲线比较平缓，显示出降低呼吸作用的幅度比前两种农药小，各剂量处理整个变化过程中基本上与对照保持同样的趋势。其中低剂量处理与对照相比不明显，只是10000 mg·kg－1剂量处理与对照的差异显著（P＜0.05），对土壤呼吸具有较大的抑制作用。另外在低剂量处理第5天也表现出对土壤呼吸功能有促进作用。

图5 不同农药各处理培养期间释放的CO2累计总量比较

从3种农药各处理组培养期间累计释放的CO2总量统计来看（见图 5）,与图 2、图 3、图 4 也较为一致。从图5中可以看出，在甲基硫菌灵和链霉素低剂量 10 mg·kg－1处理下产生的CO2总量与对照无明显差异，多菌灵与对照在P＜0.05水平上有明显差异（对照为660 mg/100 g干土，甲基硫菌灵、链霉素和多菌灵分别为632、631、604 mg/100 g干土）， 多菌灵在低剂量处理下产生的CO2总量与对照的差异与它在处理初期对呼吸作用抑制就比较大以及与整个过程与对照相差比较明显相吻合。从CO2总量还反映出3种农药各个高剂量处理组与对照均有明显的差距，达到P＜0.01的显著性水平。同时图 5 中也反映出高剂量的 1000、10000 mg·kg－1两个处理之间无明显的差异。

3 讨论与结论

本研究采用密闭直接吸收法，研究了3种农药甲基硫菌灵、多菌灵和农用链霉素及其4种浓度对桔梗种植土壤微生物呼吸功能的影响。总体来看，在3种农药作用下，土壤的微生物呼吸功能都受到了抑制，农药对土壤微生物呼吸功能的影响与其剂量直接相关，高浓度农药处理对微生物呼吸功能的抑制水平和抑制期均明显超过低浓度，低浓度农药对土壤微生物呼吸功能的影响不大，即使产生一定的抑制作用，在短期内也可以较快恢复；高浓度处理对土壤微生物呼吸功能的影响较为明显，且恢复缓慢。

施药浓度越大土壤受到的抑制也越大，随着施药时间的延长，各处理与对照的差异逐渐减小。同时因农药及其剂量的不同抑制作用的表现不完全相同。其中甲基硫菌灵对土壤微生物的呼吸的抑制持续时间长，施药46 d后才开始向对照恢复。多菌灵对土壤微生物呼吸功能的抑制在施药初期表现最为明显，随后抑制作用减轻，各剂量处理土壤的呼吸作用就逐渐向对照恢复。链霉素的抑制作用相对较小，各处理土壤整个过程和对照基本保持同样的变化趋势。另外，在施药的初期低剂量的甲基硫菌灵和链霉素都表现出对土壤呼吸功能有刺激和促进作用，3种农药的高剂量处理和对照之间差异显著，但各高剂量处理之间差异不显著。

土壤微生物的群落结构和关系极其复杂，农药对微生物呼吸功能的影响不仅与农药的毒性大小有关，也与微生物对农药的抗性和农药在土壤中是否容易被分解有关[10-12]。作用长的农药可能是由于微生物对其抵抗力差或其较难分解而存留期长的缘故，作用短的可能相反。本研究发现的多菌灵抑制作用初期明显，第7天后减轻的结论，与徐瑞福[13]和向月琴[14]等的研究结果是一致的，同时也印证了甲基硫菌灵通常在分解中先要转化为多菌灵而发挥作用，故甲基硫菌灵较多菌灵具有在土壤中作用时间长的性质[15-16]。

农药对土壤微生物呼吸功能的影响与其剂量直接相关，高浓度农药处理对微生物呼吸功能的抑制水平和抑制期均明显超过低浓度，低浓度农药对土壤微生物呼吸功能的影响不大，即使产生一定的抑制作用，在短期内也可以较快恢复；高浓度处理对土壤微生物呼吸功能的影响较为明显，且恢复缓慢。

本研究发现的3种农药不同的抑制作用表现提示人们，在桔梗种植的病虫害防治中，不应一味选择高剂量的施药浓度，同时在达到同样防治效果的前提下，应选择对土壤抑制作用小，在土壤中存留时间短、易于分解的农药。根据本研究的结果，建议在桔梗病虫害防治中考虑到农药残留问题时选用多菌灵，因为多菌灵虽然开始大幅度地降低了呼吸作用，当然对有益微生物和病源微生物都会降低，但在快速杀菌后，土壤呼吸功能在短期内就能恢复。其次在杀菌效果相同的情况下选用农用链霉素，因为农用链霉素降低呼吸作用的幅度相对较小，对土壤肥力损失较少。如果在有些情况下甲基硫菌灵防治效果好，浓度也不宜太大。土壤微生态是一个很复杂的系统，关于农药使用后到底是对那一类微生物影响最大，以及农药怎样影响土壤微生物类群结构、土壤酶活性与土壤肥力，还有待进一步研究。

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