草铵膦对麦田土壤微生物数量及酶活性的影响

张叶子，王依惠，董成武，佘晓云，石 岩

(青岛农业大学旱作技术山东省重点实验室，山东青岛 266109)

土壤微生物是土壤养分转化与腐殖质形成过程的重要参与者，土壤酶活性可反映土壤微生物的活性，代表土壤中物质代谢的旺盛程度[1]。土壤微生物量及其酶活性较其他土壤因素可更迅速影响土壤环境。农药等有机污染物会改变土壤微生物数量及酶活性，影响土壤养分的释放，进而影响作物的生长[2]。因此，化学农药对土壤微生物及其酶活性的影响已成为土壤生态安全、土壤生产力评价的重要指标，也是农药环境生态毒理学研究的热点之一[3-4]。

草铵膦(glufosinate)是一种广谱性除草剂，对植物的地上和地下部均有杀死作用[5]。草铵磷由于具有活性高、药效快、非选择性、无土壤活性等优点[6]，是我国小麦用首选除草剂。目前，关于草铵膦的研究主要集中在药效、残留分析方法及其对植物生理特性的影响等方面[7-9]，国内外鲜见关于草铵膦对土壤微生物及酶活性影响方面的报道。本试验拟在大田条件下，研究不同浓度草铵膦对麦田土壤微生物数量及酶活性的影响，为更合理使用草铵膦提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试小麦品种为济麦22。草铵膦有效成分含量为20%，水剂，由永农生物科学有限公司生产。草铵膦标准品：粉剂，纯度为99.0%，由上海阿拉丁生化科技股份有限公司生产。

1.2 试验设计

试验于2015年10月至2016年6月在青岛农业大学黄岛区宝山试验基地(36.02°N, 119.85°E)进行大田试验。供试土壤类型为沙壤土，试验前土壤pH值为6.57，有机质含量为1.1%，速效磷为41.3 mg·kg-1，速效钾为103.6 mg·kg-1，全氮为1.3%，碱解氮为87.5 mg·kg-1。采取随机区组设计，设置5个草铵膦浓度，分别为0、2、4(推荐剂量)、6、8 L·hm-2，依次记为CK、T1、T2、T3、T4，3次重复。每个小区面积为54 m2(3 m×18 m)，小区间隔离带为1 m。播种前施750 kg·hm-2复合肥(N∶P2O5∶K2O为12∶15∶10)作底肥。小麦于2015年10月14日播种，播量为187.5 kg·hm-2，播种后立即采用手持式喷雾器对麦田进行草铵膦喷药处理。2016年6月8日收获。于越冬期、返青期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期取小麦植株样和土样。

1.3 测定项目及方法

土壤微生物数量采用常规稀释平板法[10]测定，用MPN法计数。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基培养，7 d后计数；真菌采用马铃薯琼脂培养基，4 d后计数；放线菌采用高氏1号培养基，9 d后计数。土壤过氧化氢酶活性测定采用高锰酸钾滴定法，以1 g土壤消耗0.1 mol·L-1高锰酸钾溶液微升数(μL)表示。土壤蔗糖酶活性测定采用3,5-二硝基水杨酸比色法，以24 h后1 g土壤消耗葡萄糖的毫克数(mg)表示。脲酶活性测定采用尿素水解法，以24 h后1 g土壤消耗NH4+-N的毫克数(mg)表示[11-13]。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel、DPS等软件进行计算、绘图及统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对小麦土壤微生物数量的影响

2.1.1 草铵膦对土壤细菌数量的影响

由表1可以看出，在不同草铵膦施用量下，随着小麦生育期的推进，土壤中细菌的数量整体表现为先上升后下降的趋势。从返青期到抽穗期上升幅度大致相同，在抽穗期达到最高值，从抽穗期到成熟期逐渐下降，其中，开花期到成熟期下降幅度最大。各生育时期，各处理的土壤细菌数量表现为T3>T2>T1>CK>T4(开花期T2>T3)。在开花期，T2处理的细菌数显著高于T4处理，CK与T1、T2、T3和T4处理差异均不显著。在成熟期，CK与T1、T2和T4处理间的差异均不显著，显著低于T3处理。

2.1.2 草铵膦对土壤真菌数量的影响

由表2可以看出，随着小麦生育期的推进，土壤中真菌的数量大体呈先上升后下降的趋势，在返青期到开花期的上升幅度大致相同，开花期土壤真菌的数量达到最高值，从开花期到成熟期土壤真菌的数量持续下降且幅度较大。CK、T1、T2、T3和T4处理的土壤真菌数量从返青期到开花期分别增加了52.06%、45.25%、47.12%、46.96%和45.97%。在相同生育时期，土壤真菌数量基本表现为T3>T2>T1>CK>T4，不同处理间差异均不显著。

表1 草铵膦对麦田土壤细菌数量的影响Table 1 Effect of glufosinate-ammonium on the number of bacteria in soil of wheat field 106·g-1

表中同列数据后不同字母表示处理间差异显著。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 草铵膦对麦田土壤真菌数量的影响Table 2 Effect of glufosinate-ammonium on the number of fungal in soil of wheat field 103·g-1

2.1.3 草铵膦对土壤放线菌数量的影响

由表3可以看出，随着大田小麦生育期的推进，土壤中放线菌的数量大体表现为先上升后下降的趋势。从返青期到拔节期上升幅度较快，从拔节期到开花期上升幅度较缓且在开花期达到最高值，从开花期到成熟期逐渐下降且幅度较大。CK、T1、T2、T3和T4处理的土壤放线菌数量从返青期到开花期分别增加了44.28%、36.97%、40.82%、37.33%和29.09%。在相同生育时期，土壤放线菌数量表现为T3>T2>T1>CK>T4。在成熟期，CK与T2和T3处理间差异显著；其余时期，CK与其他处理间差异均不显著。

表3 草铵膦对麦田土壤放线菌数量的影响Table 3 Effect of glufosinate-ammonium on the number of actinomycetes in soil of wheat field 105·g-1

2.2 不同处理对小麦土壤酶活性的影响

2.2.1 草铵膦对土壤过氧化氢酶活性的影响

由表4可以看出，随着大田小麦生育期的推进，土壤过氧化氢酶活性大体表现为先上升后下降的趋势。从小麦返青期到灌浆期持续上升，其中，返青期到拔节期上升幅度较大，在灌浆期，过氧化氢酶活性达到最高值；从灌浆期到成熟期，过氧化氢酶活性开始下降。CK、T1、T2、T3和T4处理的土壤过氧化氢酶活性从返青期到拔节期分别增加了28%、30%、32%、34%和23%。在抽穗期和成熟期，T3处理显著高于CK，其余时期，CK与其他处理差异均不显著。

表4 草铵膦对麦田土壤过氧化氢酶活性的影响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 草铵膦对土壤脲酶活性的影响

由表5可知，随着小麦生育期的推进，土壤脲酶活性大体呈先上升后下降的趋势，在小麦返青期到拔节期间，脲酶活性上升幅度较大，在拔节期达到最高值，在拔节期到成熟期之间脲酶活性呈下降趋势，其中，从抽穗期到开花期下降幅度较大。CK、T1、T2、T3和T4处理的土壤脲酶活性从返青期到拔节期分别增加了24%、22%、20%、17%和25%。相同时期，不同处理间差异均不显著。

2.2.3 草铵膦对土壤蔗糖酶活性的影响

由表6可以看出，随着小麦生育期的推进，土壤蔗糖酶活性大体呈先上升后下降的趋势，在小麦返青期到灌浆期间上升(T2处理除外)，其中，返青期到拔节期蔗糖酶活性上升幅度较大，在灌浆期土壤蔗糖酶活性达到最高值；从灌浆期到成熟期蔗糖酶活性下降。CK、T1、T2、T3和T4处理的土壤蔗糖酶活性从返青期到拔节期分别增加了47%、40%、46%、55%和45%。在拔节期，CK与T3处理间差异显著；其余时期，不同处理间的差异均不显著。

2.2.4 草铵膦对土壤磷酸酶活性的影响

由表7可以看出，在不同草铵膦施用量下，随着大田小麦生育期的推进，土壤磷酸酶活性大体呈先上升后下降的趋势，在小麦返青期到开花期间上升，其中，返青期到拔节期上升幅度较大，在开花期磷酸酶活性达到最高值；从开花期到成熟期，磷酸酶活性持续下降。从返青期到拔节期，CK、T1、T2、T3和T4处理的土壤磷酸酶活性增加幅度分别为96%、99%、94%、1.01%和1.00%。在相同生育时期，不同处理间差异均不显著。

表5 不同草铵膦处理对麦田土壤脲酶活性的影响Table 5 Effect of different glufosinate-ammonium treatments on urease activity of soil in wheat field mg·g-1

表6 不同草铵膦处理对麦田土壤蔗糖酶活性的影响Table 6 Effect of different glufosinate-ammonium treatments on invertase activity of soil in wheat field mg·g-1

表7 草铵膦对麦田土壤磷酸酶活性的影响Table 7 Effect of glufosinate-ammonium on phosphatase activity of soil in wheat field mg·g-1

3 讨 论

土壤微生物数量与土壤中的微生物种类、环境温度和栽培措施有关[14]。赵 兰等[15]研究表明，丁草胺对土壤细菌先表现出显著的抑制作用，随着时间的延长，对细菌的生长表现出显著的刺激生长作用。本试验中，在小麦整个生育时期，细菌数量在低浓度(2、4和6 L·hm-2)草铵膦处理下增加，在高浓度(8 L·hm-2)处理下减少，但与CK差异不显著。这可能是由于本试验草铵膦施用剂量较低。徐蒋来等[17]研究表明，中、低浓度的丁草胺和华星草克对土壤真菌、放线菌数量影响较小，高浓度处理则对真菌、放线菌抑制作用明显，但随除草剂施入时间的延长，抑制作用在21 d基本恢复至对照水平。本研究结果表明，真菌和放线菌数量从小麦返青期后开始上升，在开花期达到最高值，从开花期后开始下降且幅度较大，而细菌在抽穗期达到最高值，CK与各处理间差异不显著。

研究表明，敌草胺、精异丙甲草胺、丁草胺、乙草胺、丙草胺和异丙甲草胺等酰胺类除草剂在培养初期对土壤酶活性有一定抑制作用,随着培养时间的推移，活性呈恢复或被激活的变化趋势[17-18]。本研究结果表明，过氧化氢酶在低浓度(2、4和6 L·hm-2)草铵膦处理下，随着草铵膦施用剂量的增加而增加，在高浓度(8 L·hm-2)草铵膦处理下活性受到抑制。姜伟丽等[19]研究表明，在土壤中施加中高浓度(500 mg·kg-1)草铵膦会显著影响土壤酶活性，但后期基本上恢复到对照水平，影响时间较短；而高浓度处理(5 000 mg·kg-1)会显著影响土壤酶，且难恢复到对照水平，影响时间较长。本研究表明，脲酶、蔗糖酶和磷酸酶在低浓度(2、4和6 L·hm-2)下均表现为活性被激活，高浓度(8 L·hm-2)中酶活性受到抑制，在小麦整个生育时期内酶活性均低于对照，其中磷酸酶活性在拔节期有短暂增加。在小麦生长期内，土壤酶活性大体上表现为先增加后减少，总体来看，施用6 L·hm-2草铵膦的麦田土壤微生物数量及酶活性均高于其他处理，但与施用4 L·hm-2草铵膦的土壤微生物数量及酶活性的差异不显著，因此，建议麦田除草施用4～6 L·hm-2草铵膦。根据本课题组的草铵膦杂草防效试验，在杂草较多时建议的施用量为6 L·hm-2。