福美双对土壤微生物群落和呼吸强度的影响

王安萍，肖春玲，吴 萍

福美双对土壤微生物群落和呼吸强度的影响

*王安萍，肖春玲，吴 萍

(井冈山大学生命科学学院，江西，吉安 343009)

研究了不同浓度福美双对土壤微生物种群变化以及土壤呼吸强度的影响。结果表明：施用福美双改变了土壤微生物的种群数量、群落结构及其多样性指数；低浓度福美双对细菌表现为激活作用，而高浓度福美双则有抑制作用；福美双对放线菌生长有抑制作用，对真菌表现为激活作用。低浓度福美双对土壤呼吸强度有一定激活作用，高浓度则产生抑制作用。

福美双；微生物群落；土壤呼吸强度

土壤微生物是土壤生态系统中的重要组成部分，对土壤肥力的形成、土壤生态系统的物质循环等具有重要的意义。农田施用农药后，大部分农药落入土壤中，从而对土壤微生物产生一定的影响，土壤微生物的呼吸作用反映土壤微生物的总活性，因此农药对土壤微生物及其呼吸作用的影响，已成为不少国家评价农药等化学物质对生态环境安全性的一个重要指标[1-4]。国内外学者对不同农药污染物质的土壤微生物学指标进行了大量研究, 认为其可在一定程度上指示环境污染程度的大小[5-7]。有关农药等物质对土壤微生物影响的研究已有一些报道，且主要是针对不同种群和类别的微生物。王开运等[8]研究了戊唑醇对土壤微生物数量表现为低浓度刺激生长高浓度抑制生长的作用，且在细菌、放线菌和真菌种类间的影响也有不同；王志英等[9]指出阿特拉津对细菌、放线菌的生长均有明显促进作用, 对真菌生长的促进作用不明显，细菌和放线菌是阿特拉津胁迫下的优势菌群；张瑞福等[10]的研究提出农药对土壤微生物数量和活性的影响是有选择性的，敏感类群受到抑制，能耐受或降解该农药的微生物类群由于营养改善和生态竞争者减少而增殖，虽对土壤微生物的总数影响不大，但其组成结构却发生了改变；朱鲁生等[11]评价了马拉硫磷、氰戊菊酯及其混剂对土壤呼吸作用的影响，指出马拉硫磷、氰戊菊酯及其混剂对土壤微生物均为低毒或无实际危害级农药。

福美双是一种有代表性的二硫代甲氨基甲酸盐类农药，也称作秋兰姆、赛欧散、阿锐生，广泛用于各种农作物病虫害的防治和橡胶的硫化促进剂，为常用的低毒杀菌剂，具有较高的蓄积性。目前对福美双的研究，主要集中在残留分析方法及其对一些哺乳动物的毒性方面[12-14]，而施入土壤后对土壤微生物效应和影响却尚不十分清楚，从土壤微生物角度探讨其对土壤生态毒理方面研究较少。因此，本实验在实验室条件下，研究不同浓度的福美双对土壤中微生物群落以及土壤呼吸强度的影响，旨在为福美双的合理应用和安全评价提供一些理论基础。

1 材料和方法

1.1 实验材料

1.1.1 供试试剂

50％福美双可湿性粉剂(山东省海讯生物化学有限公司生产)。

1.1.2 供试土壤

采集井冈山大学附近未施用农药的荒地表层以下2~20 cm的新鲜土样。将采集的样品平摊，土块捏碎，去除植物根及其他杂物，自然风干后过0.5 mm筛备用。供试土壤的理化性质为：有机质17.7 g·kg-1，有机氮132.0 g·kg-1，速效磷18.3 g·kg-1，速效钾125.5 g·kg-1，土壤pH 7.6。

1.1.3 培养基

细菌培养基：牛肉膏3 g；蛋白胨10 g；NaC l5 g；琼脂18 g；水1000 mL；pH7.0~7.2。

放线菌培养基：K2HPO40.5 g；KNO31.0 g；MgSO40.5 g；NaCl 0.5 g；FeSO40.001 g；淀粉20 g；琼脂1 g；水1000 mL；pH7.2~7.4。真菌培养基：KH2PO41.0 g；MgSO40.5 g；蛋白胨5 g；葡萄糖10 g；琼脂18 g；水1000 mL；此培养液1000 mL加1%孟加拉红水溶液3.3 mL，加氯霉素0.1 g。

1.2 实验方法

1.2.1 土壤微生物数量的测定

取经上述处理的新鲜风干土样，分别装入塑料容器中，添加含有丙酮溶解的福美双溶液，使对照和农药处理浓度分别为0、5 mg·kg-1、25 mg·kg-1和50 mg·kg-1(干土)，抽去丙酮溶液，并使土壤含水量达最大田间持水量的60 %。(28 ± 1) ℃下培养，并分别在培养天数为1、4、7、10、14、20、28 d时取样，将取出来的土样制成菌悬液，并将其梯度稀释后各取0.2 mL涂布于相应的培养基上，每个浓度重复3皿，然后分别恒温培养2~7 d，测定细菌、真菌及放线菌的数量，微生物数量采用稀释平板法测定[15]。

微生物量计算公式：每克土中菌数=（菌落平均数×稀释倍数）/干土

1.2.2 生物多样性指数测定指标和方法

生物多样性指数是描述生物类型数和均匀度的一个度量指标，它在一定程度上可反映生物群落中物种的丰富程度及其各类型间的分布比例[16]。本研究采用Shannon多样性模型计算获得底物利用多样性指数[17]。

1.2.3 土壤呼吸强度的测定

另取上述风干后过筛的土壤样品，采用直接吸收法（密闭法）测定土壤微生物呼吸：称50 g该土壤于150 mL的烧杯中，向土壤中添加福美双，使福美双在土壤中的浓度为0（对照）、5、25、50 mg·kg-1共4个处理，以上各处理均设3个重复。加水调节土壤含水量达最大含水量的60%，放于密闭罐中。同时将盛放有40 mL 0.1 mol·L-1的NaOH溶液的锥形瓶放入密闭容器底部，盖严密闭罐盖。放入人工气候培养箱，温度为(25 ± 1)℃培养。在培养后的2、5、7、10、12、15 d，取出装有NaOH溶液的锥形瓶，用0.2 mol·L-1的HCl溶液滴定瓶中剩余NaOH，同时换进新的装有NaOH溶液的锥形瓶，继续培养[11]。

测定的结果按下式计算：

100 g土壤的CO2释放量(mg) W = (空白值-滴定值) × 盐酸摩尔浓度× CO2分子量× 100/干土重

1.3 统计分析

数据和统计分析均采用Excel 2003和SPSS16.0统计软件完成。采用单因素分析和多重比较处理不同参数的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 福美双对微生物数量影响

与对照相比(表1)，较低浓度福美双对土壤中细菌具有激活作用，而高浓度福美双却显著(＜0.05)抑制土壤中细菌生长；福美双对土壤放线菌表现为抑制作用，且浓度越高抑制作用越强烈；福美双对土壤真菌生长则呈现刺激效应，并且其刺激作用随着处理浓度的增加而加大，50 mg·kg-1浓度福美双能显著刺激真菌生长(＜0.05)。处理20 d后，较低浓度福美双处理的土壤中细菌和真菌数量逐渐接近于对照，而较高浓度对细菌的抑制以及对真菌的激活效应显著(＜0.05)，实验结束未见恢复，尤其是对真菌，到实验28 d，数量远高于对照；处理时间28 d各浓度福美双处理对放线菌的抑制作用基本恢复。

表1 福美双对土壤微生物数量的影响

注：各列不同小写字母表示不同浓度处理对同种微生物0.05水平差异显著

2.2 福美双对土壤微生物多样性影响

福美双处理时间和处理浓度对土壤微生物多样性指数均有影响(如图1)。当施药时间一定时，生物多样性指数随处理浓度加大先降再升，在0~25 mg·kg-1浓度范围内，其生物多样性指数逐渐下降，在25~50 mg·kg-1浓度范围内，其生物多样性指数增加。而当施药浓度一定时，在0、5、25 mg·kg-1浓度时，多样性指数随着施药时间的增加而下降，到实验后期趋于接近。在50 mg·kg-1浓度时，多样性指数随着施药时间的增加先升后降，到实验后期仍高于对照。

图1 福美双对土壤生物多样性的影响

表2 福美双各处理对土壤微生物呼吸强度的影响以及其危害系数

注：各行不同小写字母表示不同浓度处理对同时间段呼吸影响0.05水平差异显著

2.3 福美双对土壤微生物呼吸强度的影响

采用上述密闭法[11]测定了福美双对土壤微生物呼吸作用的影响（表2）。处理浓度为5 mg·kg-1下，土壤微生物呼吸所产生的CO2释放量在实验前期基本与对照相同，实验5 d后则高于对照表现为刺激作用（＞0.05）。当施药量增加到25 mg·kg-1和50 mg·kg-1时，福美双则表现出抑制土壤呼吸作用（＞0.05），且抑制作用随处理时间和浓度增加而增强。

3 讨论

实验结果表明，福美双对土壤中细菌、放线菌和真菌种类间的影响表现不同。其中福美双施入土壤后对土壤细菌生长表现的影响可能是由于较低浓度福美双可以作为碳源或氮源，被细菌利用，从而促进了细菌的生长繁殖，但随着时间的推移，农药在土壤中不断被降解，作为微生物可利用的碳源量不断减少，这种促进效应也逐渐消失，所以实验到第20 d时较低浓度处理组的微生物数量表现为恢复到对照组水平，50 mg·kg-1高浓度福美双处理组表现为明显抑制细菌生长，且这种抑制作用到实验后期都没有恢复，这可能由于高浓度福美双或其降解产物对细菌的生长繁殖存在毒性；而福美双的加入能显著刺激土壤中真菌的生长，原因可能是土壤中的真菌对福美双具有较强的耐受能力和降解能力，并且这种耐受降解能力与福美双浓度有关，真菌是福美双胁迫下的优势菌群；福美双对土壤放线菌生长表现抑制再恢复，可能是福美双对于放线菌表现为可逆的毒害作用。

如上所述，土壤施用福美双后，影响了土壤微生物种群数量和群落结构，进而改变了土壤微生物的物种多样性指数。姚晓华[18]指出了，旱地使用正常田间浓度的杀虫剂啶虫脒不会对微生物群落造成较大的影响, 高浓度啶虫脒对土壤微生物群落基因多样性有一定的影响，但是影响时间不长。本实验中施用福美双后改变了微生物多样性指数，其中在0~25 mg·kg-1浓度处理范围内时，福美双能轻微激活真菌，抑制细菌和放线菌，对土壤菌落总数有减少的作用，且浓度越高, 细菌总数越少，从而多样性指数在总体上有随浓度升高而下降的趋势。然而50 mg·kg-1高浓度的福美双处理能显著刺激群落中的真菌，明显抑制群落中的细菌和放线菌，土壤中的优势种群替换为农药的耐受菌，使群落结构发生了很大变化，逐渐向着耐受农药的微生物群落方向演替，刺激了多样性变化，这有可能是从低浓度农药处理到高浓度农药处理的土壤中, 群落逐渐发育到成熟期的结果[19]。

土壤微生物种类和数量的改变影响到微生物的总活性，低浓度的福美双对土壤呼吸强度产生一定刺激作用，高浓度则产生抑制。其原因可能是低浓度农药处理能轻微激活细菌和真菌，优势菌落的激活使土壤微生物整体活性增高，放出的CO2高于对照，呼吸作用逐渐增强，即虽然福美双对某些微生物细胞有一定的毒害作用，但这种作用很快为福美双的可营养性所抵消，并最终表现出刺激的效应[20]。随着农药浓度的提高，土壤中优势种群受到农药的抑制，表现出CO2释放量下降，这说明高浓度福美双会抑制土壤微生物群体的生命活动，降低土壤呼吸作用。

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EFFECTS OF THIRAM ON SOIL MICROORGANISM COMMUNITY AND SOIL RESPIRATION INTENSITY

*WANG An-ping, XIAO Chun-ling, WU Ping

(School of Life Sciences, Jinggangshan University, Ji’an, Jiangxi 343009, China）

Effects of thiram on community structure of soil microorganism and soil respiration intensity were investigated. The results showed that the thiram changed the soil microorganism population quantity, community structure and diversity index. The bacteria growth was stimulated by thiram at lower concentration but inhibited at higher concentration. The thiram inhibited the growth of actinomyces, increased the number of soil fungi. Lower concentration of thiram could increase but the higher greatly inhibit the soil microorganism respiration.

thiram; microorganism community; soil respiration intensity

S154.3

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2014.03.012

1674-8085(2014)03-0050-05

2013-12-20；

2014-04-17

井冈山大学科研基金项目 (JZ09018)

*王安萍(1971-)，女，江西吉安人，实验师，硕士，主要从事微生物学实验教学和研究(E-mail:jskwangap@126.com);

肖春玲(1952-)，女，江西吉安人，教授，主要从事微生物学教学和研究(E-mail:xiaochunling@jgsu.edu.cn);

吴 萍(1993-)，女，甘肃民乐人，井冈山大学生命科学学院本科生(E-mail:wuping3022@126.com).