丁硫克百威残留对棉花幼苗及其根际土壤微生物的影响

赵 静，汪凤娟，景招宏，赵思峰，杜 娟

(1.新疆绿洲农业病虫害治理与植保资源利用自治区高校重点实验室/石河子大学农学院,新疆石河子　832003；

2.新疆生产建设兵团第十三师淖毛湖农场，新疆伊吾　839000)



丁硫克百威残留对棉花幼苗及其根际土壤微生物的影响

赵 静1，汪凤娟1，景招宏2，赵思峰1，杜 娟1

(1.新疆绿洲农业病虫害治理与植保资源利用自治区高校重点实验室/石河子大学农学院,新疆石河子832003；

2.新疆生产建设兵团第十三师淖毛湖农场，新疆伊吾839000)

摘要：【目的】研究不同浓度丁硫克百威残留对棉花幼苗及其根际土壤微生物的影响。【方法】在室内盆栽条件下，设置0、2、8、20和50 mg/kg 5个丁硫克百威浓度处理，播种棉花，待棉花出苗后，在不同时期分别采集棉花及其根际土壤，测定棉苗生物量、生理生化指标以及微生物数量和多样性。【结果】不同丁硫克百威浓度处理对棉苗生物量无显著影响，但20和50 mg/kg浓度处理的棉苗叶绿素含量减少，而与抗逆有关的脯氨酸和丙二醛含量增加。各处理浓度均明显抑制土壤中真菌的数量；低浓度处理对细菌数量有抑制作用但高浓度促进细菌数量增加；各处理对放线菌影响最小。在第7 d时2、20和50 mg/kg浓度处理的微生物AWCD值低于对照；第14 d时20和50 mg/kg浓度的AWCD值高于对照。各处理组的Shannon指数在7 d时测得与对照有差异，14 d时恢复至对照水平；Simpson指数在第7和14 d测得与对照基本一致；7 d时各处理组的McIntosh指数低于对照，14 d时20和50 mg/kg残留的McIntosh指数高于对照。【结论】20和50 mg/kg残留浓度对棉花幼苗会造成胁迫，但对土壤微生物的影响是暂时的，对土壤微生态相对安全。

关键词：丁硫克百威；残留；棉花；土壤微生物；群落

0 引 言

【研究意义】新疆是我国棉花的主产区，2013 年种植面积达到167×104多hm2，总产量350×104多t，占全国产棉量一半左右[1]。新疆棉花苗期易遭受蓟马、蚜虫和叶螨等危害，常造成生长点坏死或叶片皱缩变色，对产量和品质造成较大影响，用杀虫剂拌种是最经济和有效的防治方法[2]。甲拌磷曾是新疆棉区拌种时最常使用的内吸杀虫剂[3-4]，然而其分解后会变成残效期更长的甲拌磷砜、甲拌磷亚砜等，可在食物链中逐级富集和传递，最终危害人畜健康，因此在许多国家已被禁止使用[5]。丁硫克百威(carbosulfan)具有对温血动物低毒和在昆虫体内可转化为活性更强的克百威及3-羟基克百威的特性，已广泛应用于土壤处理防治各种土居昆虫和作物叶面害虫[6-8]，目前丁硫克百威也已在新疆部分地区用于棉花拌种[9]。【前人研究进展】丁硫克百威(carbosulfan)通过抑制昆虫的乙酰胆碱酯酶活性而发挥杀虫作用[10]，其降解产物克百威也可抑制罗非鱼的乙酰胆碱酯酶活性，因此对罗非鱼有潜在风险和较大毒性[11]，但其本身和降解产物对土壤中的蚯蚓表现为低毒[12]，对玉米的出苗及生长无明显影响[6]，对土壤各种酶活性影响有差异，但酶活性所受影响可在短期内恢复[13-14]。【本研究切入点】目前，丁硫克百威已在新疆部分植棉区进行了推广应用，然而其对棉花生长以及棉田土壤微生态影响尚未进行过安全性评价。研究在室内盆栽模拟条件下，评价其对棉花及其根际土壤微生态的安全性。【拟解决的关键问题】研究设置不同浓度处理，在室内盆栽条件下，评价丁硫克百威对棉苗生物量、理化特性以及根际土壤微生物种群的影响，为其安全合理应用提供理论依据。

1材料与方法

1.1　材 料

供试农药：20%丁硫克百威乳油，由江苏省无锡市稼宝药业有限公司生产。

供试棉花：新陆早48号。

供试土壤：采自石河子大学农学院实验站从未施用过丁硫克百威的麦田，采集5～20 cm深的匀质土壤，去除植物根系及其他杂物后过4 mm筛备用。土壤有机质26.10 g/kg，全氮1.75 g/kg，速效磷31.48 mg/kg，速效钾196.77 mg/kg，pH 8.59。

1.2　 方 法

1.2.1 试验设计

N、P、K肥按常规量作为底肥一次施入土壤，并向土壤中添加以蒸馏水稀释的丁硫克百威溶液，使其在土壤中的浓度(以1 kg干土中丁硫克百威的数量计)分别达到0、2、8、20和50 mg/kg，充分搅拌均匀后装入花盆，每盆装土500 g，在每个花盆中播种10粒棉种。每处理设10组重复。播种后将花盆置于温室中管理，室内温度在26～35℃，所有处理均保持60%的田间持水量，按照称重法2 d平衡一次。待棉花出苗后先记录出苗率，然后定苗，每盆留生长一致的健壮苗5株。

1.2.2取样

棉花植株：出苗7 d后，松动土壤轻轻拔出棉苗并注意尽量不要断根，将根部泥土冲洗干净并用吸水纸吸干，采集的棉花植株用于测定棉花的生物量及生理生化指标。

土壤：待棉花出土后，分别在1、3、7、14、30 d时取土样，每次取2盆。拔出棉苗后将棉苗根部土壤用力抖动，收集抖下来的土壤样品混匀。将取得的新鲜土壤样品压碎过2 mm筛，供土壤微生物计数及功能多样性分析。

1.2.3测试指标1.2.3.1 棉苗生物量及理化指标

待棉花苗出土后7 d，测定不同浓度处理棉花的株高、鲜重和干重等生物量指标和其它生理生化指标。其中游离脯氨酸(Pro)含量测定采用酸性茚三酮法[15]；叶绿素含量测定采用95%乙醇比色法[15]；丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[15]。

1.2.3.2 土壤微生物数量

分别采用牛肉膏蛋白胨、马丁氏孟加拉红和改良的高氏1号培养基对土样中的细菌、真菌和放线菌进行固体平板计数[16]，计数公式如下：各菌 数/g干土=计数皿平均菌落数×10×计数皿稀释倍数、干土重[16]。

1.2.3.3微生物群落功能多样性

采用有31种碳源的Biolog-ECO板分析各处理的微生物群落功能多样性。测定方法如下：将4℃保存的Biolog-ECO从冰箱取出，预热至25℃备用。将采集的土样根据土壤含水量称取相当于 5.0 g烘干土重的新鲜土样，加入装有45.0 mL灭菌0.85 mol/L NaC1溶液的三角瓶中，200 r/min振荡30 min，静止3~5 min后按梯度稀释法将土壤悬浮液用0.85 mol/L NaC1溶液稀释至10-3浓度，用移液器将稀释液150.0 μL分别接种于测试板的96孔中，每份土样的稀释液按同样方法设置3组平行[17]。将接种好的微孔板放置于铺有三层纱布的保鲜盒中，为防止微平板鉴定孔中的菌悬液蒸发，纱布需保持一定的湿度。再将保鲜盒放入25 ℃的恒温培养箱中暗培养。每隔12 h用BIOLOG读数仪(BIOLOG, Hayward, USA)在590 nm下读数，连续测定7 d[18,19]。

1.3　数据统计

采用Excel 2003和Spss 17.0 软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1　不同浓度丁硫克百威对棉花生长及生理生化指标的影响

不同浓度丁硫克百威残留对棉花生物量及生理生化指标的影响不同。各浓度处理对棉花出苗率、株高和干重无显著影响，但对鲜重影响显著，其中8 mg/kg处理鲜重比对照减少0.03 g/株，2、20和50 mg/kg处理的棉苗鲜重分别比对照增加了0.14、0.17和0.08 g/株。不同浓度丁硫克百威处理土壤后对棉花幼苗的叶绿素含量有显著影响，其中2和8 mg/kg丁硫克百威可刺激棉花幼苗叶绿素含量增加，较对照分别增加了0.06和0.32 mg/g，但20和50 mg/kg处理的棉花叶绿素含量分别比对照减少了0.09和0.15 mg/g。2和8 mg/kg浓度处理对棉花脯氨酸含量无明显影响，但20 和 50 mg/kg浓度处理显著增加了棉花幼苗中脯氨酸含量，分别比对照增加4.65和8.02 g/g。2和8 mg/kg浓度处理对棉苗丙二醛含量的影响不显著，但20和 50 mg/kg处理丙二醛含量较对照分别增加了0.27和0.43 nmol/g，差异显著。表1

表1 不同浓度丁硫克百威处理棉花幼苗生理生化变化
Table 1 Effect of different concentrations of carbosulfan to cotton seedling

处理Treatments(mg/kg)出苗率Emergencerate(%)株高Plantheight(cm)鲜重Freshweight(g/株)干重Dryweight(g/株)叶绿素含量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：同列数据后字母不同表示处理间差异显著(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　 不同丁硫克百威残留量对土壤微生物数量的影响

不同浓度丁硫克百威残留对土壤中真菌、细菌和放线菌的数量有不同影响。各处理在第1 d时对真菌表现出抑制作用，3~7 d时明显促进真菌数量增长，第14~30 d时又表现为抑制作用，但促进或抑制作用与丁硫克百威的施药浓度不相关(图1，A)。2 和8 mg/kg浓度处理对细菌生长有抑制作用，其中在第1~7 d时抑制效果较为明显，抑制率随施药浓度的增加而增大，平均抑制率分别为10.10%和19.40%，第14 d后抑制作用减弱，基本恢复至对照水平；20和50 mg/kg残留浓度除在第1 d时抑制细菌生长以外，其余时间均表现出明显促进细菌生长的作用(图1，B)。不同浓度丁硫克百威残留在1~3 d时对放线菌有促进作用，7~14 d时表现为明显的抑制放线菌数量的增长，且随浓度增加抑制作用增大，从低浓度到高浓度平均抑制率分别为11.21%、21.64%、24.28%和29.91%，第30 d时恢复至对照水平(图1，C)。 图1

注：图中误差线表示平均数的标准误SE

Note:the vertical bars are SE of mean

图1不同浓度丁硫克百威处理真菌、细菌和放线菌数量变化
Fig.1Effect of carbosulfan on the amount of fungi, bacteria and actinomycetes

2.3　丁硫克百威对微生物功能多样性的影响

2.3.1 丁硫克百威对土壤微生物碳源利用的影响

选取了7和14 d两个培养时间段的三个丁硫克百威残留浓度(2、20、50 mg/kg)土壤样品来进行测定，同时设置对照。丁硫克百威不同残留浓度对土壤不同培养时间下AWCD值的影响情况显示，第7 d时2 mg/kg残留处理的土壤微生物AWCD值在108 h之前均低于对照水平，之后逐渐恢复至对照水平；20和50 mg/kg残留处理的AWCD值在整个培养时间内均低于对照水平，表明这两个浓度对土壤微生物整体活性表现为抑制作用，且抑制率随残留浓度的增加而增大。施药后第14 d，2 mg/kg处理的土壤微生物AWCD值的变化趋势与第7 d相比基本一致，均是先低于对照水平后恢复；20 和50 mg/kg残留处理的土壤微生物AWCD值在整个培养时间内均高于对照。图2

2.3.2土壤微生物多样性指数

选取温育72 h的吸光值进行计算Shannon、Simpson和McIntosh三种多样性指数来评价计算土壤微生物碳源利用多样性，分别评估土壤微生物群落中物种的丰富度、最常见物种的优势度以及物种的均一性。不同浓度丁硫克百威残留对土壤微生物Shannon、Simpson和McIntosh指数的影响，在第7 d时，2和50 mg/kg残留处理的Shannon指数与对照相比，土壤微生物群落的丰富度指数分别降低了0.069和0.037，差异性显著， 20 mg/kg残留处理在第7 d时测得的土壤微生物群落的丰富度指数较对照高了0.037，第14 d时这三个浓度的Shannon指数均恢复至对照水平，差异性不显著；第7和14 d的各浓度处理组的Simpson指数基本与对照一致，对土壤微生物种群的Simpson指数影响较小；对于McIntosh指数来说，第7 d时3个浓度残留处理的McIntosh指数均低于对照水平，土壤微生物群落的物种均一性分别降低了0.986、0.424和0.685，第14 d时20和50 mg/kg处理的McIntosh指数较对照分别高了0.839和0.090。表2

图 2土壤微生物群落温育过程中AWCD值变化
Fig.2 Variation ofAWCDwith the incubation of soil microbial community表 2 土壤微生物功能多样性指数
Table 2 Functional diversity of soil microbial community

处理Treatments天数Times(d)Atrazine(mg/kg)Shannon指数Shannon'IndexSimpson指数Simpson'IndexMcintosh指数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：以上数据均为3个重复的平均值±标准误差，同列数据后字母不同表示处理间差异显著(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讨 论

化学农药对作物的影响表现出既有促进也有抑制作用的双重效应[20]。研究表明丁硫克百威残留对棉花幼苗生物量的影响较小，这与苏前富等[6]的研究结果相一致。低浓度丁硫克百威处理对棉花叶绿素、脯氨酸和丙二醛的影响较小，但高浓度处理下棉花幼苗的叶绿素含量下降且脯氨酸和丙二醛含量增加，说明高浓度丁硫克百威对棉花植株造成了一定胁迫，因而导致棉花与抗逆相关的脯氨酸和丙二醛含量增加，与董国政等[20]研究吡虫啉和多菌灵单施及同时施用对番茄生长的影响的结果相一致。农药残留在土壤中会对土壤微生物群落结构产生这样两个效应：一是难适应的微生物的数量减少或消失，二是适应性微生物数量的增加和积累，这两种效应均可导致土壤微生物多样性发生改变[21]。赵琦等[22]研究了除蜗灵对植物根际土壤微生物的影响，结果显示对细菌和放线菌产生了明显的促进作用，而对霉菌产生了显著的抑制作用。范昆等[23]研究发现1,3-二氯丙烯对土壤中的细菌开始时表现为抑制作用，后抑制作用减弱逐渐表现出一定的激活作用。Ros等[24]研究发现高浓度阿特拉津可刺激土壤中细菌的生长。研究结果为丁硫克百威各残留浓度对真菌表现出“抑制-促进-抑制”的变化趋势，对土壤细菌种群数量的影响表现为低浓度抑制而高浓度促进细菌数量的增长，这与前人的研究结果有相似之处，可能与细菌种类繁多、代谢类型多样以及遗传易变异等特点有关。丁硫克百威对土壤放线菌的影响表现为“促进—抑制—恢复”的变化趋势。

微生物群落结构决定了其生态功能，群落结构的高稳定性是实现生态功能的重要因素，同时群落结构变化是标志环境变化的重要方面[25]。研究结果显示第7 d时丁硫克百威各浓度残留抑制了土壤微生物对碳源的利用能力；14 d时，高浓度残留促进了土壤微生物对碳源的利用能力。20 mg/kg处理在第7和14 d测得对Shannon指数均表现为促进作用，这与对细菌数量的影响结果相一致；各处理组的Simpson指数基本处于对照水平，说明丁硫克百威在这两个时间段对土壤微生物最常见物种的优势度影响较弱；随着时间的延长高浓度残留促进了McIntosh指数的增加，这与平均吸光值的结果基本一致。

4结 论

不同丁硫克百威浓度处理对棉花幼苗生物量影响不明显，但高浓度处理会减少棉花幼苗叶绿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浓度达到20和 50 mg/kg时对棉花会造成一定胁迫。丁硫克百威不同残留浓度对棉花根际土壤中微生物种群数量和功能多样性有一定影响，但可以在较短时间内恢复到对照水平。因此采用丁硫克百威拌种对棉花生长会造成一定影响，但对棉田土壤微生态相对安全。

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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

通讯作者:赵思峰(1975-)，男，四川巴中人，教授，博士，研究方向为生物农药,(E-mail)Zhsf_agr@shzu.edu.cn

作者简介:赵静(1989-)，女，山东东明人，硕士生，研究方向为农药毒理学,(E-mail)181117506@qq.com

基金项目:国家科技支撑计划(2014BAD11B02);新疆生产建设兵团重大产学研专项(2010ZX03-1)

收稿日期：2015-07-10

中图分类号：S154.8

文献标识码：A

文章编号：1001-4330(2016)02-0324-08

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.02.019