丁硫克百威殘留對棉花幼苗及其根際土壤微生物的影響

趙 靜，汪鳳娟，景招宏，趙思峰，杜 娟

(1.新疆綠洲農業病蟲害治理與植保資源利用自治區高校重點實驗室/石河子大學農學院,新疆石河子　832003；

2.新疆生產建設兵團第十三師淖毛湖農場，新疆伊吾　839000)

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丁硫克百威殘留對棉花幼苗及其根際土壤微生物的影響

趙 靜1，汪鳳娟1，景招宏2，趙思峰1，杜 娟1

(1.新疆綠洲農業病蟲害治理與植保資源利用自治區高校重點實驗室/石河子大學農學院,新疆石河子832003；

2.新疆生產建設兵團第十三師淖毛湖農場，新疆伊吾839000)

摘要：【目的】研究不同濃度丁硫克百威殘留對棉花幼苗及其根際土壤微生物的影響?！痉椒ā吭谑覂扰柙詶l件下，設置0、2、8、20和50 mg/kg 5個丁硫克百威濃度處理，播種棉花，待棉花出苗后，在不同時期分別采集棉花及其根際土壤，測定棉苗生物量、生理生化指標以及微生物數量和多樣性。【結果】不同丁硫克百威濃度處理對棉苗生物量無顯著影響，但20和50 mg/kg濃度處理的棉苗葉綠素含量減少，而與抗逆有關的脯氨酸和丙二醛含量增加。各處理濃度均明顯抑制土壤中真菌的數量；低濃度處理對細菌數量有抑制作用但高濃度促進細菌數量增加；各處理對放線菌影響最小。在第7 d時2、20和50 mg/kg濃度處理的微生物AWCD值低于對照；第14 d時20和50 mg/kg濃度的AWCD值高于對照。各處理組的Shannon指數在7 d時測得與對照有差異，14 d時恢復至對照水平；Simpson指數在第7和14 d測得與對照基本一致；7 d時各處理組的McIntosh指數低于對照，14 d時20和50 mg/kg殘留的McIntosh指數高于對照?！窘Y論】20和50 mg/kg殘留濃度對棉花幼苗會造成脅迫，但對土壤微生物的影響是暫時的，對土壤微生態相對安全。

關鍵詞：丁硫克百威；殘留；棉花；土壤微生物；群落

0 引 言

【研究意義】新疆是我國棉花的主產區，2013 年種植面積達到167×104多hm2，總產量350×104多t，占全國產棉量一半左右[1]。新疆棉花苗期易遭受薊馬、蚜蟲和葉螨等危害，常造成生長點壞死或葉片皺縮變色，對產量和品質造成較大影響，用殺蟲劑拌種是最經濟和有效的防治方法[2]。甲拌磷曾是新疆棉區拌種時最常使用的內吸殺蟲劑[3-4]，然而其分解后會變成殘效期更長的甲拌磷砜、甲拌磷亞砜等，可在食物鏈中逐級富集和傳遞，最終危害人畜健康，因此在許多國家已被禁止使用[5]。丁硫克百威(carbosulfan)具有對溫血動物低毒和在昆蟲體內可轉化為活性更強的克百威及3-羥基克百威的特性，已廣泛應用于土壤處理防治各種土居昆蟲和作物葉面害蟲[6-8]，目前丁硫克百威也已在新疆部分地區用于棉花拌種[9]?！厩叭搜芯窟M展】丁硫克百威(carbosulfan)通過抑制昆蟲的乙酰膽堿酯酶活性而發揮殺蟲作用[10]，其降解產物克百威也可抑制羅非魚的乙酰膽堿酯酶活性，因此對羅非魚有潛在風險和較大毒性[11]，但其本身和降解產物對土壤中的蚯蚓表現為低毒[12]，對玉米的出苗及生長無明顯影響[6]，對土壤各種酶活性影響有差異，但酶活性所受影響可在短期內恢復[13-14]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，丁硫克百威已在新疆部分植棉區進行了推廣應用，然而其對棉花生長以及棉田土壤微生態影響尚未進行過安全性評價。研究在室內盆栽模擬條件下，評價其對棉花及其根際土壤微生態的安全性。【擬解決的關鍵問題】研究設置不同濃度處理，在室內盆栽條件下，評價丁硫克百威對棉苗生物量、理化特性以及根際土壤微生物種群的影響，為其安全合理應用提供理論依據。

1材料與方法

1.1　材 料

供試農藥：20%丁硫克百威乳油，由江蘇省無錫市稼寶藥業有限公司生產。

供試棉花：新陸早48號。

供試土壤：采自石河子大學農學院實驗站從未施用過丁硫克百威的麥田，采集5～20 cm深的勻質土壤，去除植物根系及其他雜物后過4 mm篩備用。土壤有機質26.10 g/kg，全氮1.75 g/kg，速效磷31.48 mg/kg，速效鉀196.77 mg/kg，pH 8.59。

1.2　 方 法

1.2.1 試驗設計

N、P、K肥按常規量作為底肥一次施入土壤，并向土壤中添加以蒸餾水稀釋的丁硫克百威溶液，使其在土壤中的濃度(以1 kg干土中丁硫克百威的數量計)分別達到0、2、8、20和50 mg/kg，充分攪拌均勻后裝入花盆，每盆裝土500 g，在每個花盆中播種10粒棉種。每處理設10組重復。播種后將花盆置于溫室中管理，室內溫度在26～35℃，所有處理均保持60%的田間持水量，按照稱重法2 d平衡一次。待棉花出苗后先記錄出苗率，然后定苗，每盆留生長一致的健壯苗5株。

1.2.2取樣

棉花植株：出苗7 d后，松動土壤輕輕拔出棉苗并注意盡量不要斷根，將根部泥土沖洗干凈并用吸水紙吸干，采集的棉花植株用于測定棉花的生物量及生理生化指標。

土壤：待棉花出土后，分別在1、3、7、14、30 d時取土樣，每次取2盆。拔出棉苗后將棉苗根部土壤用力抖動，收集抖下來的土壤樣品混勻。將取得的新鮮土壤樣品壓碎過2 mm篩，供土壤微生物計數及功能多樣性分析。

1.2.3測試指標1.2.3.1 棉苗生物量及理化指標

待棉花苗出土后7 d，測定不同濃度處理棉花的株高、鮮重和干重等生物量指標和其它生理生化指標。其中游離脯氨酸(Pro)含量測定采用酸性茚三酮法[15]；葉綠素含量測定采用95%乙醇比色法[15]；丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[15]。

1.2.3.2 土壤微生物數量

分別采用牛肉膏蛋白胨、馬丁氏孟加拉紅和改良的高氏1號培養基對土樣中的細菌、真菌和放線菌進行固體平板計數[16]，計數公式如下：各菌 數/g干土=計數皿平均菌落數×10×計數皿稀釋倍數、干土重[16]。

1.2.3.3微生物群落功能多樣性

采用有31種碳源的Biolog-ECO板分析各處理的微生物群落功能多樣性。測定方法如下：將4℃保存的Biolog-ECO從冰箱取出，預熱至25℃備用。將采集的土樣根據土壤含水量稱取相當于 5.0 g烘干土重的新鮮土樣，加入裝有45.0 mL滅菌0.85 mol/L NaC1溶液的三角瓶中，200 r/min振蕩30 min，靜止3~5 min后按梯度稀釋法將土壤懸浮液用0.85 mol/L NaC1溶液稀釋至10-3濃度，用移液器將稀釋液150.0 μL分別接種于測試板的96孔中，每份土樣的稀釋液按同樣方法設置3組平行[17]。將接種好的微孔板放置于鋪有三層紗布的保鮮盒中，為防止微平板鑒定孔中的菌懸液蒸發，紗布需保持一定的濕度。再將保鮮盒放入25 ℃的恒溫培養箱中暗培養。每隔12 h用BIOLOG讀數儀(BIOLOG, Hayward, USA)在590 nm下讀數，連續測定7 d[18,19]。

1.3　數據統計

采用Excel 2003和Spss 17.0 軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1　不同濃度丁硫克百威對棉花生長及生理生化指標的影響

不同濃度丁硫克百威殘留對棉花生物量及生理生化指標的影響不同。各濃度處理對棉花出苗率、株高和干重無顯著影響，但對鮮重影響顯著，其中8 mg/kg處理鮮重比對照減少0.03 g/株，2、20和50 mg/kg處理的棉苗鮮重分別比對照增加了0.14、0.17和0.08 g/株。不同濃度丁硫克百威處理土壤后對棉花幼苗的葉綠素含量有顯著影響，其中2和8 mg/kg丁硫克百威可刺激棉花幼苗葉綠素含量增加，較對照分別增加了0.06和0.32 mg/g，但20和50 mg/kg處理的棉花葉綠素含量分別比對照減少了0.09和0.15 mg/g。2和8 mg/kg濃度處理對棉花脯氨酸含量無明顯影響，但20 和 50 mg/kg濃度處理顯著增加了棉花幼苗中脯氨酸含量，分別比對照增加4.65和8.02 g/g。2和8 mg/kg濃度處理對棉苗丙二醛含量的影響不顯著，但20和 50 mg/kg處理丙二醛含量較對照分別增加了0.27和0.43 nmol/g，差異顯著。表1

表1 不同濃度丁硫克百威處理棉花幼苗生理生化變化
Table 1 Effect of different concentrations of carbosulfan to cotton seedling

處理Treatments(mg/kg)出苗率Emergencerate(%)株高Plantheight(cm)鮮重Freshweight(g/株)干重Dryweight(g/株)葉綠素含量Chlorophyllcontent(mg/g)脯氨酸含量Prolinecontent(μg/g)丙二醛含量MDAcontent(nmol/gFW)267a10.67a0.85b0.06a0.93b31.49b0.41c860a10.55a0.68e0.05a1.19a31.27b0.38c2073a10.07a0.88a0.06a0.78d38.46a0.67b5063a9.77a0.79c0.06a0.72e39.49a0.83aCK73a9.77a0.71d0.05a0.87c31.47b0.40c

注：同列數據后字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)

Note: With the significant the difference between the letters of the same column data indicates that the difference is significant(P<0.05)

2.2　 不同丁硫克百威殘留量對土壤微生物數量的影響

不同濃度丁硫克百威殘留對土壤中真菌、細菌和放線菌的數量有不同影響。各處理在第1 d時對真菌表現出抑制作用，3~7 d時明顯促進真菌數量增長，第14~30 d時又表現為抑制作用，但促進或抑制作用與丁硫克百威的施藥濃度不相關(圖1，A)。2 和8 mg/kg濃度處理對細菌生長有抑制作用，其中在第1~7 d時抑制效果較為明顯，抑制率隨施藥濃度的增加而增大，平均抑制率分別為10.10%和19.40%，第14 d后抑制作用減弱，基本恢復至對照水平；20和50 mg/kg殘留濃度除在第1 d時抑制細菌生長以外，其余時間均表現出明顯促進細菌生長的作用(圖1，B)。不同濃度丁硫克百威殘留在1~3 d時對放線菌有促進作用，7~14 d時表現為明顯的抑制放線菌數量的增長，且隨濃度增加抑制作用增大，從低濃度到高濃度平均抑制率分別為11.21%、21.64%、24.28%和29.91%，第30 d時恢復至對照水平(圖1，C)。 圖1

注：圖中誤差線表示平均數的標準誤SE

Note:the vertical bars are SE of mean

圖1不同濃度丁硫克百威處理真菌、細菌和放線菌數量變化
Fig.1Effect of carbosulfan on the amount of fungi, bacteria and actinomycetes

2.3　丁硫克百威對微生物功能多樣性的影響

2.3.1 丁硫克百威對土壤微生物碳源利用的影響

選取了7和14 d兩個培養時間段的三個丁硫克百威殘留濃度(2、20、50 mg/kg)土壤樣品來進行測定，同時設置對照。丁硫克百威不同殘留濃度對土壤不同培養時間下AWCD值的影響情況顯示，第7 d時2 mg/kg殘留處理的土壤微生物AWCD值在108 h之前均低于對照水平，之后逐漸恢復至對照水平；20和50 mg/kg殘留處理的AWCD值在整個培養時間內均低于對照水平，表明這兩個濃度對土壤微生物整體活性表現為抑制作用，且抑制率隨殘留濃度的增加而增大。施藥后第14 d，2 mg/kg處理的土壤微生物AWCD值的變化趨勢與第7 d相比基本一致，均是先低于對照水平后恢復；20 和50 mg/kg殘留處理的土壤微生物AWCD值在整個培養時間內均高于對照。圖2

2.3.2土壤微生物多樣性指數

選取溫育72 h的吸光值進行計算Shannon、Simpson和McIntosh三種多樣性指數來評價計算土壤微生物碳源利用多樣性，分別評估土壤微生物群落中物種的豐富度、最常見物種的優勢度以及物種的均一性。不同濃度丁硫克百威殘留對土壤微生物Shannon、Simpson和McIntosh指數的影響，在第7 d時，2和50 mg/kg殘留處理的Shannon指數與對照相比，土壤微生物群落的豐富度指數分別降低了0.069和0.037，差異性顯著， 20 mg/kg殘留處理在第7 d時測得的土壤微生物群落的豐富度指數較對照高了0.037，第14 d時這三個濃度的Shannon指數均恢復至對照水平，差異性不顯著；第7和14 d的各濃度處理組的Simpson指數基本與對照一致，對土壤微生物種群的Simpson指數影響較小；對于McIntosh指數來說，第7 d時3個濃度殘留處理的McIntosh指數均低于對照水平，土壤微生物群落的物種均一性分別降低了0.986、0.424和0.685，第14 d時20和50 mg/kg處理的McIntosh指數較對照分別高了0.839和0.090。表2

圖 2土壤微生物群落溫育過程中AWCD值變化
Fig.2 Variation ofAWCDwith the incubation of soil microbial community表 2 土壤微生物功能多樣性指數
Table 2 Functional diversity of soil microbial community

處理Treatments天數Times(d)Atrazine(mg/kg)Shannon指數Shannon'IndexSimpson指數Simpson'IndexMcintosh指數Mcintosh'Index7CK3.244±0.006ab0.958±0.001a8.065±0.181a23.175±0.012c0.954±0.008b7.079±0.084c203.281±0.011a0.959±0.005a7.641±0.180ab503.207±0.017bc0.956±0.007b7.380±0.137bc14CK3.162±0.026a0.951±0.002b7.196±0.093b23.164±0.013a0.952±0.001b6.878±0.137b203.167±0.032a0.958±0.002a8.035±0.418a503.163±0.009a0.954±0.001b7.286±0.036b

注：以上數據均為3個重復的平均值±標準誤差，同列數據后字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)

Note: The above data are all 3 repeated average+ standard error,The difference between the letters of the same column date indicates that the difference is significant (P<0.05)

3討 論

化學農藥對作物的影響表現出既有促進也有抑制作用的雙重效應[20]。研究表明丁硫克百威殘留對棉花幼苗生物量的影響較小，這與蘇前富等[6]的研究結果相一致。低濃度丁硫克百威處理對棉花葉綠素、脯氨酸和丙二醛的影響較小，但高濃度處理下棉花幼苗的葉綠素含量下降且脯氨酸和丙二醛含量增加，說明高濃度丁硫克百威對棉花植株造成了一定脅迫，因而導致棉花與抗逆相關的脯氨酸和丙二醛含量增加，與董國政等[20]研究吡蟲啉和多菌靈單施及同時施用對番茄生長的影響的結果相一致。農藥殘留在土壤中會對土壤微生物群落結構產生這樣兩個效應：一是難適應的微生物的數量減少或消失，二是適應性微生物數量的增加和積累，這兩種效應均可導致土壤微生物多樣性發生改變[21]。趙琦等[22]研究了除蝸靈對植物根際土壤微生物的影響，結果顯示對細菌和放線菌產生了明顯的促進作用，而對霉菌產生了顯著的抑制作用。范昆等[23]研究發現1,3-二氯丙烯對土壤中的細菌開始時表現為抑制作用，后抑制作用減弱逐漸表現出一定的激活作用。Ros等[24]研究發現高濃度阿特拉津可刺激土壤中細菌的生長。研究結果為丁硫克百威各殘留濃度對真菌表現出“抑制-促進-抑制”的變化趨勢，對土壤細菌種群數量的影響表現為低濃度抑制而高濃度促進細菌數量的增長，這與前人的研究結果有相似之處，可能與細菌種類繁多、代謝類型多樣以及遺傳易變異等特點有關。丁硫克百威對土壤放線菌的影響表現為“促進—抑制—恢復”的變化趨勢。

微生物群落結構決定了其生態功能，群落結構的高穩定性是實現生態功能的重要因素，同時群落結構變化是標志環境變化的重要方面[25]。研究結果顯示第7 d時丁硫克百威各濃度殘留抑制了土壤微生物對碳源的利用能力；14 d時，高濃度殘留促進了土壤微生物對碳源的利用能力。20 mg/kg處理在第7和14 d測得對Shannon指數均表現為促進作用，這與對細菌數量的影響結果相一致；各處理組的Simpson指數基本處于對照水平，說明丁硫克百威在這兩個時間段對土壤微生物最常見物種的優勢度影響較弱；隨著時間的延長高濃度殘留促進了McIntosh指數的增加，這與平均吸光值的結果基本一致。

4結 論

不同丁硫克百威濃度處理對棉花幼苗生物量影響不明顯，但高濃度處理會減少棉花幼苗葉綠素含量和增加棉花幼苗中脯氨酸和丙二醛的含量，因此土壤中丁硫克百威濃度達到20和 50 mg/kg時對棉花會造成一定脅迫。丁硫克百威不同殘留濃度對棉花根際土壤中微生物種群數量和功能多樣性有一定影響，但可以在較短時間內恢復到對照水平。因此采用丁硫克百威拌種對棉花生長會造成一定影響，但對棉田土壤微生態相對安全。

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Fund project:Supported by National Science and Technology Supporting Program (2014BAD11B02) and Special Fund for Major Production and Research Projects of XPCC (2010ZX03-1)

The Influence of Carbosulfan Residual on Cotton Seedlings

and Its Rhizosphere Microorganisms

ZHAO Jing1, WANG Feng-juan1, JING Zhao-hong2, ZHAO Si-feng1, DU Juan1

(1.KeyLaboratoryatUniversitiesofXinjiangUygurAutonomousRegionforOasisAgriculturalPestManagementandPlantProtectionResourceUtilization/CollegeofAgriculture,ShiheziUniversity,ShiheziXinjiang832003,China; 2.NaomaohuFarmofAgricultureDivisionNo. 13ofXinjiangProductionandConstructionCorps,YiwuXinjiang839300,China)

Abstract：【Objective】 To determine the influence of different concentrations of carbosulfan residues on cotton seedlings and its rhizosphere microorganisms. 【Method】 Carbosulfan was added to soil at dosages of 0, 2, 8, 20 and 50 mg 1 kg，respectively．At different stages, the seedlings and rhizosphere soil were collected to measure the cotton biomass, physiological and biochemical parameters and the number and diversity of microorganisms，respectively. 【Result】 The results showed that the biomass of cotton seedlings were affected slightly by different concentrations of carbosulfan, but the chlorophyll content decreased and the proline and MDA content increased in 20 and 50 mg/kg concentrations. The fungi were greatly inhibited and actinomycetes were impacted a little by carbosulfan residual. The low concentration of carbosulfan inhibited bacteria propagation, but high concentration carbosulfan promoted bacteria growth. After 7 d treatment, the microbial AWCD values of all treatments were lower than those of the control. Whereas, after 14 d treatment, the high concentration of carbosulfan made the microbial AWCD values higher than those of the control. After 7 d treatment, the Shannon index for each treatment group was different from that of the control and the Simpson index was consistent with that of the control. After 14 d treatment, there was no difference about Shannon index among all the treatments, and the Simpson index was still consistent with that of the control. McIntosh index for each treatment group was lower than the control after 7 d, and under 20 and 50 mg/kg carbosulfan residual, it was higher than controls after 14 d. 【Conclusion】 Cotton seedlings were stressed by 20 and 50 mg/kg carbosulfan residues. But it is relatively safe for soil microflora.

Key words:carbosulfan; residues; cotton; soil microorganisms; community

通訊作者:趙思峰(1975-)，男，四川巴中人，教授，博士，研究方向為生物農藥,(E-mail)Zhsf_agr@shzu.edu.cn

作者簡介:趙靜(1989-)，女，山東東明人，碩士生，研究方向為農藥毒理學,(E-mail)181117506@qq.com

基金項目:國家科技支撐計劃(2014BAD11B02);新疆生產建設兵團重大產學研專項(2010ZX03-1)

收稿日期：2015-07-10

中圖分類號：S154.8

文獻標識碼：A

文章編號：1001-4330(2016)02-0324-08

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.02.019