范琳娟，劉子榮，徐雪亮，王奮山，彭德良，姚英娟，*

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)業(yè)應用微生物研究所，江西 南昌330200； 2.中國農(nóng)業(yè)科學院 植物保護研究所，北京 100094)

山藥具有較高的食藥兩用價值，綜合種植效益遠高于很多經(jīng)濟作物[1]。然而，近些年山藥上植物寄生線蟲的發(fā)生越來越嚴重，在河南、山東、河北、江蘇、江西等地的山藥上均發(fā)現(xiàn)有植物寄生線蟲嚴重為害的報道，導致許多山藥主產(chǎn)區(qū)出現(xiàn)了明顯的連作障礙[2-5]。研究表明，為害山藥的植物寄生線蟲主要為根結線蟲和短體線蟲[3，6-8]。為克服植物寄生線蟲對山藥的為害，緩解連作障礙效應，施用殺線劑是目前生產(chǎn)中常采用的防治方式[2，9-11]；但殺線劑在殺死土壤中植物寄生線蟲的同時，也可能會殺死土壤中的有益生物，破壞土壤的生態(tài)平衡[12-13]。

土壤微生物在土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動過程中起著重要作用，其數(shù)量變化可作為評價土壤質量、維持土壤肥力和作物生產(chǎn)力的重要指標之一[14]。土壤酶主要來自微生物、動植物活體的分泌或動植物殘體、遺骸分解釋放，不僅可用來評價土壤的肥力狀況，也是衡量土壤生態(tài)系統(tǒng)土壤質量變化的敏感指標[15]；因此，土壤微生物數(shù)量和酶活性常被用來判斷土壤生態(tài)環(huán)境是否受到干擾或污染[16]。目前，大多數(shù)關于殺線劑的研究主要關注其對植物寄生線蟲的防治效果，鮮有研究重視其對土壤生態(tài)環(huán)境的影響。時立波等[12]發(fā)現(xiàn)，阿維菌素、涕滅威和克線丹對土壤微生物的組成和多樣性均有不同程度的影響；鄒小明等[17]研究表明，三唑磷對土壤細菌、真菌和放線菌在培養(yǎng)初期均有不同程度的抑制作用；武賀等[18]研究發(fā)現(xiàn)，施用呋喃丹和涕滅威會降低土壤中真菌的種類，影響土壤真菌的動態(tài)平衡。上述殺線劑除阿維菌素和三唑磷外均為高毒性農(nóng)藥，而目前關于常用的阿維·噻唑膦和氟吡菌酰胺等低毒性化學殺線劑和淡紫擬青霉等生物殺線劑對土壤環(huán)境的影響尚未見報道?；诖?，本研究以山藥苗期和成熟期的重茬土壤為研究對象，探討2種化學殺線劑(阿維·噻唑膦和氟吡菌酰胺)和4種生物殺線劑(厚孢輪枝菌、淡紫擬青霉、辣根素和茶枯抑線生物菌肥)對土壤微生物種群數(shù)量、酶活性和土壤肥力的影響，旨在明確其對土壤生態(tài)環(huán)境的影響，以期為上述6種殺線劑的合理采用和環(huán)境毒性評價提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土樣采自瑞昌市范鎮(zhèn)鎮(zhèn)范鎮(zhèn)村重茬多年山藥田。

供試藥品：10.5%阿維·噻唑膦顆粒劑(AG)/10%阿維·噻唑膦微乳劑(AM)，燕化永樂(樂亭)生物科技有限公司；41.7%氟吡菌酰胺懸浮劑(Fl)，拜耳作物科學(中國)有限公司；2.5億孢子·g-1厚孢輪枝菌顆粒劑(Vc)，廣東真格生物科技有限公司；50億·g-1淡紫擬青霉顆粒劑(Pl)，湖北啟明生物工程有限公司；20%辣根素水劑(Ho)，北京亞戈農(nóng)生物藥業(yè)公司；10億·g-1茶枯抑線生物菌肥(解淀粉芽孢桿菌)(tc)，廣東真格生物科技有限公司。

1.2 試驗設計

試驗地山藥播種密度為8株·m-2，株行距(20～30)cm×(45～55)cm。小區(qū)面積10 m2(2 m×5 m)，每小區(qū)種4行，每行20株，每小區(qū)種80株。每處理重復3次。按照正常操作進行田間農(nóng)事管理。

試驗共設置7個處理，各處理的藥劑分別于2019年3月11日和2019年7月18日(第一次取樣前)按照推薦劑量施用(表1)。第一次用藥時，顆粒劑拌入適量細土撒施；其他劑型按照0.75 L·m-2兌水稀釋后溝內澆施；辣根素溝內稀釋澆施后，迅速蓋土并用塑料薄膜封閉，熏蒸處理7 d并散氣4 h后再進行播種。除辣根素外，其他處理均于第一次施藥后當天播種。第2次用藥時，均按照0.80 L·m-2兌水稀釋澆施?？瞻讓φ?CK)不用藥。

1.3 試驗方法

1.3.1 土樣采集與處理

試驗設計2次田間采樣，分別在山藥苗期(2019年7月18日)和成熟期(2019年11月20日)，其中第一次采樣時土壤含水量在20%左右(7月11日曾降雨)，第二次采樣與第一次采樣期間降雨極少，至第二次采樣時土壤含水量在10%左右。采用隨機5點取樣法，采集5～20 cm深度土樣，每個處理3個重復，每個重復取約500 g放入自封袋，帶回實驗室。一部分放于4 ℃保存，用于土壤微生物數(shù)量測定分析；另一部分自然風干研磨后過2 mm篩，用于測定土壤酶活性和理化性質。

1.3.2 測定指標與方法

土壤pH值，按水土體積質量比2.5∶1的比例浸提后，用酸度計法測定；有機質含量采用重鉻酸鉀法測定；銨態(tài)氮含量采用靛酚藍比色法測定；速效鉀含量采用火焰光度法測定；速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定[19]。

土壤微生物種群數(shù)量測定：采用稀釋平板計數(shù)法，計算每克干土中微生物的數(shù)量。其中，細菌培養(yǎng)用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)用馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)用改良高氏一號培養(yǎng)基。

土壤酶活性測定：土壤脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定[19]。

表1 各處理的供試藥劑與施藥量

1.4 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)用Excel 2013進行處理，用SPSS 20.0進行單因素方差分析(ANOVA)。

2 結果與分析

2.1 不同處理對重茬山藥土壤微生物種群數(shù)量的影響

如圖1-A所示：施用2種化學殺線劑對苗期土壤的細菌數(shù)量表現(xiàn)出顯著(P<0.05)的促進作用，分別較CK提高182.35%和152.94%；而至成熟期時，僅施用茶枯抑線生物菌肥的土壤細菌數(shù)量較CK顯著(P<0.05)提高，增幅達233.33%，其他處理均與CK無顯著差異。

如圖1-B所示：施用2種化學殺線劑和茶枯抑線生物菌肥的苗期土壤真菌數(shù)量顯著(P<0.05)高于CK，增幅分別為180.00%、130.00%和90.00%；成熟期時，施用氟吡菌酰胺的土壤真菌數(shù)量顯著(P<0.05)低于CK，降幅為61.54%，而施用辣根素的土壤真菌數(shù)量顯著(P<0.05)高于CK，增幅達84.61%，其他處理與CK無顯著差異。

由圖1-C可知：苗期時，施用淡紫擬青霉的土壤細菌真菌比(細菌/真菌)顯著(P<0.05)高于CK，增幅達72.86%，而施用茶枯抑線生物菌肥的土壤細菌/真菌較CK顯著(P<0.05)降低87.54%；成熟期時，施用氟吡菌酰胺和茶枯抑線生物菌肥的土壤細菌/真菌較CK顯著(P<0.05)提高，增幅分別達61.29%和186.29%。

如圖1-D所示：苗期時，不同殺線劑對土壤放線菌數(shù)量無顯著影響；成熟期時，施用辣根素的土壤放線菌數(shù)量顯著(P<0.05)高于CK，增幅達141.67%。

2.2 不同處理對重茬山藥土壤酶活性的影響

2.2.1 不同處理對土壤脲酶活性的影響

如圖2所示：不同殺線劑對重茬土壤脲酶活性在山藥苗期和成熟期均無顯著影響，推測施用殺線劑并不會顯著影響山藥土壤氮素的轉化過程。

2.2.2 不同處理對土壤酸性磷酸酶活性的影響

如圖3所示：在山藥苗期時，施用阿維·噻唑膦、氟吡菌酰胺、厚孢輪枝菌、淡紫擬青霉和辣根素后，土壤酸性磷酸酶活性均較CK顯著(P<0.05)升高，幅度分別為2.04%、2.98%、98.35%、104.79%和3.14%，但施用茶枯抑線生物菌肥后，土壤酸性磷酸酶活性與CK無顯著差異；在山藥成熟期時，施用6種殺線劑后，土壤酸性磷酸酶活性均顯著(P<0.05)低于CK，且降幅均在40%以上。

同一生育期柱上無相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Bars marked without the same letters at the same growth stage indicated significant difference within treatments at P<0.05. The same as below.圖1 不同處理對山藥土壤微生物數(shù)量的影響Fig.1 Effects of different treatments on quantity of soil microorganisms in replanted Chinese yam field

圖2 不同處理對重茬山藥土壤脲酶活性的影響Fig.2 Effects of different treatments on soil urease activity in replanted Chinese yam field

圖3 不同處理對重茬山藥土壤酸性磷酸酶活性的影響Fig.3 Effects of different treatments on soil acid phosphatase activity in replanted Chinese yam field

2.2.3 不同處理對土壤蔗糖酶活性的影響

如圖4所示，在山藥苗期時，施用6種殺線劑后，土壤蔗糖酶活性均較CK顯著(P<0.05)降低，降幅在23.04%～70.99%；在山藥成熟期，施用茶枯抑線生物菌肥的土壤蔗糖酶活性較CK顯著(P<0.05)提高121.65%，但施用其他5種殺線劑的土壤蔗糖酶活性均較CK顯著(P<0.05)降低，且降幅均在30%以上。

圖4 不同處理對山藥重茬土壤蔗糖酶活性的影響Fig.4 Effects of different treatments on soil sucrase activity in replanted Chinese yam field

2.3 不同處理對重茬山藥土壤養(yǎng)分的影響

由表2、表3可知，在山藥苗期和成熟期，不同殺線劑處理的土壤pH值和有機質含量與CK均無顯著差異。與CK相比，不同殺線劑對苗期土壤銨態(tài)氮和速效鉀含量均無顯著影響，但6種殺線劑處理的苗期土壤速效磷含量均顯著(P<0.05)低于CK；至成熟期后，阿維·噻唑膦、氟吡菌酰胺、厚孢輪枝菌、淡紫擬青霉和辣根素處理的土壤銨態(tài)氮含量均顯著(P<0.05)高于CK，增幅均在140%以上，6種殺線劑處理的土壤速效鉀含量也均大幅顯著(P<0.05)提高，且增幅均在30%以上。

表2 不同處理對苗期山藥土壤養(yǎng)分的影響

表3 不同處理對成熟期山藥土壤養(yǎng)分的影響

3 結論與討論

土壤細菌、真菌和放線菌是土壤微生物區(qū)系的重要組成成分，其數(shù)量直接影響著土壤生化活性，以及土壤養(yǎng)分的組成與轉化，且大多數(shù)土壤真菌是重要的病原菌[20]。研究表明，土壤中細菌和放線菌數(shù)量越多，真菌數(shù)量越少，細菌/真菌越大，土壤越有利于植物生長[21-22]。本研究結果表明，2種化學殺線劑施用后對苗期土壤的細菌和真菌數(shù)量均表現(xiàn)出顯著的促進作用，而對苗期土壤的放線菌數(shù)量、細菌/真菌，以及成熟期的土壤細菌、放線菌數(shù)量無顯著影響。研究顯示，氟吡菌酰胺對土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量的抑制作用達60 d左右，阿維·噻唑膦在土壤中的持效期不會超過90 d[23-24]。本研究中，2次取樣時間與施藥的間隔期均超過了4個月。據(jù)此分析，本研究中2種化學殺線劑在試驗的過程中可能被土壤中的一些微生物當作碳源利用[25]，降解產(chǎn)物在土壤中積累，由此導致苗期土壤細菌和真菌數(shù)量大幅提升，至成熟期后，由于降解產(chǎn)物基本已被消耗，因此又降至CK水平或更低。4種生物殺線劑中，茶枯抑線生物菌肥對土壤微生物的影響相對較大，淡紫擬青霉和厚孢輪枝菌的影響相對較小。茶枯抑線生物菌肥(解淀粉芽孢桿菌)是近年新研發(fā)出的集藥、肥于一體的全新生物型顆粒肥，具備雙重防線機理(茶枯中的茶皂素和解淀粉芽孢桿菌)，并添加有多種微量元素。一般情況下，微生物菌劑施入土壤后可迅速繁殖，然后通過分解土壤中的礦物質、增加土壤中的抗菌物質等，在一定程度上抑制土傳病害，并降低其種群數(shù)量。本研究結果表明，土壤中的細菌在山藥苗期很難適應茶枯抑線生物菌肥(解淀粉芽孢桿菌)的毒性干擾，導致其種群數(shù)量受到了限制，而為真菌的生長提供了生存空間；但至成熟期后，土壤中的細菌已經(jīng)逐漸適應了這種干擾，細菌種群數(shù)量大幅度提升，真菌種群數(shù)量逐漸恢復到CK水平。也正因如此，土壤中的細菌/真菌在苗期和成熟期先后表現(xiàn)出抑制和促進的作用。這表明，茶枯抑線生物菌肥(解淀粉芽孢桿菌)可在一定程度上改善土壤環(huán)境和質量，促使連作引起的“真菌型”土壤向“細菌型”轉變，緩解作物的連作障礙。胡基華等[26]研究發(fā)現(xiàn)，解淀粉芽孢桿菌TF28施入土壤8周對土壤細菌數(shù)量無顯著影響，而對放線菌和真菌數(shù)量卻表現(xiàn)出促進作用。這與本研究的結果略有不同?？紤]到不同作物的根際都有其特定的微生物群落，即使是同一作物在不同生育期和營養(yǎng)狀態(tài)下，其根際土壤微生物群落也不會完全相同[27]；因此，不同研究的確可能會得到不完全一致的結果。總的來看，在本研究中，無論是化學殺線劑還是生物殺線劑，對土壤微生物群落結構均會產(chǎn)生一定的影響，其中，茶枯抑線生物菌肥(解淀粉芽孢桿菌)的處理可在一定程度上起到調節(jié)土壤微生物群落結構、改善土壤環(huán)境的作用。

土壤酶可參與土壤中一切復雜的生化過程，土壤微生物代謝是其重要來源之一；因此，影響土壤微生物的因子也會影響土壤酶活性的變化，且不同微生物和土壤酶活性對不同藥劑的敏感性也不盡相同[28]。土壤脲酶主要催化酰胺化合物水解，生成的氨是植物氮素營養(yǎng)的重要來源之一。紀春濤等[29]研究表明，100 d時不同劑量噻唑膦處理區(qū)的土壤脲酶活性均基本恢復到對照水平。這與本研究結果基本一致，表明土壤脲酶一般情況下對外來干擾不敏感。

土壤酸性磷酸酶是評價土壤磷元素生物轉化強度和方向的指標，主要促進土壤中有機磷轉化為植物可直接吸收利用的無機磷。山藥苗期時，阿維·噻唑膦、氟吡菌酰胺、厚孢輪枝菌、淡紫擬青霉和辣根素對土壤酸性磷酸酶活性均表現(xiàn)為促進作用，茶枯抑線生物菌肥對其無顯著影響，但至成熟期后，6種殺線劑均對土壤酸性磷酸酶活性表現(xiàn)出顯著的抑制作用。紀春濤[30]研究發(fā)現(xiàn)，不同劑量噻唑膦施用50 d后，對室內土壤磷酸酶活性的抑制作用逐漸減弱。本研究結果與其不同，這可能與不同作物根際微生物群落的差異有關。氟吡菌酰胺、厚孢輪枝菌、淡紫擬青霉、辣根素不僅對植物線蟲具有毒殺作用，對一些土傳病害也具有較好的防治效果。據(jù)此分析，這4種殺線劑施用后破壞了土壤中原有微生物群落的平衡，對土壤中的一些病原菌產(chǎn)生了毒殺作用，為可代謝產(chǎn)生土壤酸性磷酸酶的微生物種群提供了生存空間，抑或是氟吡菌酰胺或辣根素產(chǎn)生的降解物質給可代謝產(chǎn)生土壤酸性磷酸酶的微生物種群提供了食物來源，因此提高了苗期土壤酸性磷酸酶的活性。這與傅麗君等[31]的研究結果一致。至山藥成熟期后，6種殺線劑對土壤酸性磷酸酶活性表現(xiàn)出強烈的抑制作用，其原因不詳，有待進一步研究。

土壤蔗糖酶主要參與水解蔗糖，生成的葡萄糖和果糖可被植物和微生物直接利用。蔗糖酶活性高，表明土壤生物活性較高，土壤狀況良好。本研究結果表明，除茶枯抑線生物菌肥外，其他5種殺線劑對土壤蔗糖酶活性均表現(xiàn)出顯著的抑制作用。仉歡等[32]研究表明，高濃度的磷化鋁對土壤蔗糖酶活性的抑制作用較大。賈紅梅等[33]發(fā)現(xiàn)，34株叢枝菌根(AM)真菌在施用150 d后，雖然大多數(shù)AM真菌對土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)出顯著的促進作用，但仍有12株表現(xiàn)出顯著的抑制作用。這表明土壤蔗糖酶對不同藥劑的敏感性不同。阿維·噻唑膦等5種殺線劑對土壤蔗糖酶均具有一定的毒性效應；而對于茶枯抑線生物菌肥(解淀粉芽孢桿菌)來說，土壤蔗糖酶活性在苗期時似乎很難適應其干擾，酶活性受到了抑制，但至成熟期后不僅適應了這種影響，還能在一定程度上利用菌肥的影響激活土壤蔗糖酶的活性[32]。綜上，這6種殺線劑施用后主要影響土壤酸性磷酸酶和蔗糖酶活性，干擾土壤中有機磷礦化和碳循環(huán)，但并不會影響作物對土壤中氮元素的吸收。

合理的土壤養(yǎng)分是保證作物良好生長的前提。本研究結果表明，6種殺線劑主要影響土壤銨態(tài)氮、速效鉀和速效磷含量。銨態(tài)氮和速效鉀含量在苗期時與對照相比均無顯著變化，至成熟期后均在一定程度上高于對照，而速效磷含量在苗期表現(xiàn)為顯著的抑制作用。有研究表明，藥劑施入土壤后，可通過改變土壤微生物的代謝途徑影響土壤酶活性，從而對土壤正常的養(yǎng)分循環(huán)過程造成干擾[34]。由此分析，可能是這6種殺線劑施用后對土壤微生物群落和酶活性產(chǎn)生了影響，由此改變了土壤中銨態(tài)氮、速效鉀和速效磷的含量。

綜上，本試驗所選擇的6種殺線劑施用后對土壤微生物、土壤脲酶和土壤養(yǎng)分的影響隨著時間的延長均可逐漸恢復，但其對土壤酸性磷酸酶和蔗糖酶活性的影響持續(xù)時間較長，可能會干擾土壤中有機磷礦化和碳循環(huán)，影響土壤中有效養(yǎng)分的釋放，對土壤生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。山藥不同生育期對土壤養(yǎng)分的需求不同，其中，苗期和成熟期對氮肥和鉀肥的需求量較大，對磷肥需求不多，據(jù)此推測酸性磷酸酶活性和蔗糖酶活性的降低可能對山藥產(chǎn)量影響較小。對比發(fā)現(xiàn)，茶枯抑線生物菌肥(解淀粉芽孢桿菌)雖然會在一定程度上抑制土壤酶的活性，但其也可在一定程度上調節(jié)土壤微生物群落結構，改善連作土壤以”真菌型”為主的狀態(tài)，促使土壤向“細菌型”轉變。

本文僅從土壤微生物數(shù)量、酶活性和土壤養(yǎng)分這3個方面初步分析了這6種殺線劑對土壤生態(tài)環(huán)境的影響，但土壤微生態(tài)環(huán)境非常復雜，土壤微生物多樣性對藥劑的安全性評估具有重要作用，這方面的研究還有待進一步深入，以便更全面地評價這6種殺線劑對土壤生態(tài)環(huán)境的影響。