硫硅及其交互作用下铜对土壤酶活性和微生物的影响

材料与方法

1.1 供试材料

本试验在江西农业大学科技园试验基地网室内进行，供试土壤为东乡铜矿附近孝岗镇张坊乡被污染的水稻土耕层土样，肥力中上，理化性状见表1。

供试品种选用常规稻丰华占，由南昌科富农种业有限公司提供。硫肥采用硫磺；硅肥用分析纯硅酸钠（NaSiO3·9H2O），其中含SiO2 21%。

1.2 试验设计

本试验共有16个处理（见表2），硫磺设4水平，分别为0、30、60、90 kg/hm2，分别表示为S0、S1、S2、S3；硅酸钠设4水平，分别为0.0、0.5、1.0、1.5 g/kg，分别表示为Si0、Si1、Si2、Si3。此试验为完全随机设计，重复8次，共计128盆。试验盆栽土壤供肥（N、P2O5、K2O）水平相同。

试验盆钵为红色塑料桶，盆口直径30 cm，底径20 cm，高25 cm，每桶装风干土14 kg。播种前30 d将底肥（尿素、氯化钾、钙镁磷）、相对应的硅酸钠等按规定用量施入装好土的盆中搅拌均匀，盆钵土面上保持水层，使土壤与肥料平衡。大田育秧，7月28日移栽晚稻，每盆3穴，每穴3粒苗，其中施硫磺的处理用少量土与所需硫磺搅拌均匀，沾秧根移栽到盆中。移栽后全生育期盆钵土面保持3～4 cm水层。氮肥分基肥、分蘖肥和穗肥3次施用（6∶2∶2），钾肥分基肥、分蘖肥2次施用（7∶3）。均以不施硫磺和硅酸钠处理为对照，随机排列，灌溉水用自来水，其他管理措施一致。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 测定指标。分别在水稻分蘖期、齐穗期、成熟期取0～15 cm土样，测定土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶等活性以及土壤中细菌、真菌和放线菌种群数量。

1.3.2 测定项目及方法。土壤质地用机械组成分析测定；有机质采用重铬酸钾外加热法测定；土壤pH用玻璃电极法测定；全氮用半微量开氏法测定；土壤速效磷用0.5 mol/L NaHCO3法（钼锑抗比色法）测定；土壤速效钾用NH4OAc浸提，火焰光度法测定；全铜量用HNO3-HF-HC104消解-AAS法测定；有效铜用0.1mol/LHCl浸提-AAS法测定；有效硫用磷酸盐浸提-硫酸钡比浊法测定。

土壤酶活性的测定参照严昶升方法进行[9]。脲酶活性测定用比色法，酶活性以100 g干土24 h分解尿素产生NH3-N的毫克数表示；过氧化氢酶活性测定用高锰酸钾滴定法，酶活性以1 g干土消耗0.1 mol/L高锰酸钾的毫升数表示；蔗糖酶活性测定用硫代硫酸钠滴定法，酶活性以1 g干土消耗0.1 mol/L硫代硫酸钠的毫升数表示。

土壤微生物种群数量的测定：细菌用牛肉汁蛋白陈琼脂培养基平板混菌法培养测定，真菌用马丁氏琼脂培养基平板混菌法培养测定，放线菌用高氏1号琼脂培养基平板混菌法或淀粉按培养基稀释平板法培养测定。

1.4 数据处理

用DPS（数据处理系统）对数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 硫硅及其交互作用下铜对土壤酶活性的影响

由表3可知，随水稻生育进程的推进，不同处理土壤中脲酶活性总体增加，成熟期达到最大。与对照相比，不同时期各处理表现的规律不同。分蘖期除S0Si2、S0Si3、S2Si2、S2Si3 4个处理脲酶活性低于对照外，其他各处理的酶活性均高于对照，其中以处理S1Si0的脲酶活性最高，比对照增加17.78%，其他硫硅交互比对照增加4.44%～12.59%，其中以处理S3Si2增加幅度最大。齐穗期各处理酶活性均有所增加，但增加幅度不同，其中单硅各处理脲酶活性明显高于对照，而单硫处理中只有S1Si0和S2Si0高于对照，硫硅交互处理仅有S1Si1、S2Si1、S3Si3的脲酶活性高于对照，其他各处理脲酶活性较对照略低，但差异不显著。成熟期除S1Si0、S1Si2、S3Si0的脲酶活性高于对照外，其他各处理脲酶活性均低于对照，降幅为0.66%～28.15%。从水稻整个生育期来看，处理S1Si0、S1Si1和S1Si2有利于提高脲酶活性。

由表3可知，随水稻生育进程的推进，不同处理土壤过氧化氢酶活性的变化从整体来看，先增加后降低的居多，齐穗期的过氧化氢酶活性较大。与对照相比，不同时期各处理表现的规律不同。分蘖期除S1Si0、S2Si0、S2Si3、S3Si0 4个处理过氧化氢酶活性低于对照外，其他各处理的酶活性均高于对照，其中以处理S0Si3过氧化氢酶活性最高，比对照增加28.82%，其他硫硅交互比对照增加5.18%～22.84%，其中以处理S1Si2增加幅度最大。齐穗期除S0Si2、S0Si3、S1Si1、S2Si3、S3Si0、S3Si2和S3Si3 7个处理酶活性高于对照外，其他各处理的酶活性均低于对照，其中以处理S2Si1过氧化氢酶活性最低，比对照降低44.48%，其他硫硅交互比对照降低8.65%～26.56%，其中以处理S1Si2、S1Si3降低幅度最小。成熟期除S2Si0过氧化氢酶活性高于对照，其他各处理酶活性均低于对照，降幅为0.12%～25.74%。从水稻整个生育期来看，处理S0Si2、S0Si3、S1Si1、S3Si2和S3Si3有利于提高过氧化氢酶活性。

由表3可知，在水稻整个生育期期间，不同处理土壤中蔗糖酶活性总体变化不大，其中成熟期蔗糖酶活性较其前期小的居多。与对照相比，不同时期各处理表现的规律不同，其中各处理在分蘖期和齐穗期的蔗糖酶活性相同。在分蘖期和齐穗期，15个处理中蔗糖酶活性低于对照的居多，其中处理S2Si0酶活性最低，比对照降低12.85%，处理S3Si0酶活性最高，比对照增加17.57%，硫硅交互中处理S2Si2、S2Si3和S3Si1比对照增加3.89%～12.85%，其他硫硅交互处理比对照降低0.12%～8.84%。成熟期除S2Si1、S3Si1和S3Si2 3个处理蔗糖酶活性明显低于对照外，其他各处理与对照相差不大，其中S0Si3处理酶活性最高，比对照增加21.93%，S2Si1处理酶活性最低，比对照降低73.94%。从水稻整个生育期来看，处理S0Si2、S0Si3、S2Si3和S3Si0有利于提高蔗糖酶活性。

2.2 硫硅及其交互作用下铜对土壤微生物种群生长的影响

从表4可以看出，细菌是土壤微生物中数量最多的一个类群，其次是放线菌、真菌。随着水稻生育进程的推进，不同处理土壤中细菌数量的变化趋势不一样。与对照相比，不同时期各处理表现的规律不同。分蘗期除S0Si3处理细菌数量高于对照外，其他各处理的细菌数量均低于对照，其中以处理S3Si2细菌数量最少，比对照降低62.22%，其他硫硅交互比对照降低7.22%～59.17%。齐穗期单硅处理中只有S0Si1处理细菌数量高于对照，单硫处理中只有S2Si0处理细菌数量高于对照，硫硅交互处理中只有S1Si1、S2Si3和S3Si3细菌数量低于对照，其他各处理细菌数量较对照高。成熟期单硅各处理细菌数量均明显高于对照，而单硫处理中只有S1Si0处理较对照略高，硫硅交互处理中，S2Si3处理的细菌数量比对照增加的幅度最大，达76.39%。从水稻整个生育期来看，施硅及S1Si3处理有利于增加细菌数量。

随水稻生育进程的推进，不同处理土壤中放线菌数量的变化趋势不一样，但整体来看，成熟期的放线菌数量比分蘖期的较大。与对照相比，不同时期各处理表现的规律不同。分蘖期各处理的放线菌数量均高于对照，其中S2Si2处理的放线菌数量最大，比对照增加166.80%，其他硫硅交互比对照增加17.39%～161.26%，只有处理S0Si2与对照差异不显著。齐穗期单硅处理中仅有S0Si3处理的放线菌数量高于对照，单硫处理中仅有S3Si0处理的放线菌数量高于对照，硫硅交互处理中仅有S2Si1、S2Si2和S3Si2放线菌数量高于对照，其他各处理放线菌数量均低于对照。成熟期单硫各处理放线菌数量均低于对照，而单硅处理中仅有S0Si1和S0Si2两处理低于对照，硫硅交互处理中仅有S3Si1和S3Si3两处理放线菌数量低于对照，其他各处理均高于对照。从水稻整个生育期来看，处理S0Si3、S2Si1、S2Si2和S3Si2有利于增加放线菌数量。

随水稻生育进程的推进，不同处理土壤中真菌数量的变化趋势不一样，但整体来看，分蘖期的真菌数量较成熟期的高。与对照相比，不同时期各处理的表现规律不同。分蘖期除S0Si2、S2Si3、S3Si0和S3Si3处理的真菌数量较对照低，其他处理均较对照高，其中以处理S1Si1的真菌数量最高，比对照增加127.61%，差异显著。齐穗期各处理的真菌数量均高于对照，其中处理S2Si1的真菌数量最高，比对照增加680.51%，其他处理比对照增加48.31%～666.10%，增幅差异很大。成熟期单硅处理中仅有S0Si1处理的真菌数量较对照略高，单硫各处理的真菌数量均比对照低，硫硅交互处理中仅有S1Si1、S1Si2、S1Si3和S2Si3处理的真菌数量较对照高，其中处理S1Si1的真菌数量最高，比对照增加73.99%。从水稻整个生育期来看，处理S0Si1、S1Si1、S1Si2和S2Si3有利于增加真菌数量。

3 结论

①硫或硅单独作用时，铜对土壤中脲酶活性均有激发影响，而且在一定范围内会随着硫或硅浓度的提高而提高。硫硅交互作用下，铜对土壤中脲酶活性的影响在水稻不同生育期表现不一致，整体来看，成熟期脲酶活性普遍高于分蘖期和齐穗期。

②硫单独作用下，铜对土壤中过氧化氢酶和蔗糖酶活性有抑制作用；硅单独作用下，铜对土壤中过氧化氢酶和蔗糖酶活性有促进作用。硫硅交互作用下，铜对土壤中过氧化氢酶和蔗糖酶活性的影响不一，其中处理S1Si1、S3Si2和S3Si3有利于提高过氧化氢酶活性，而处理S2Si3有利于提高蔗糖酶活性。

③单硫处理在水稻整个生育期对土壤细菌种群数量有抑制作用，适量的单硅处理下，在成熟期能增加土壤中细菌种群数量。与对照组相比，硫硅交互作用中的S1Si3处理能增加土壤中细菌种群的数量。

④单硅处理有利于增加土壤放线菌、真菌的数量；而单硫处理在水稻整个生育期对土壤放线菌、真菌种群数量有抑制作用；与对照组相比，低、中硫与低、中硅交互作用有利于增加放线菌、真菌种群的数量。

⑤已有很多研究者注意到土壤污染与土壤微生物种群及酶活性的关系，土壤微生物种群及酶活性是探讨重金属污染生态效应的有效途径之一，在众多的土壤微生物及酶中，Hiroki[10]认为土壤微生物对重金属敏感性的顺序为放线菌>细菌>真菌，而土壤酶则以脲酶等最为敏感[11]。硫硅交互作用下，铜对土壤微生物的影响在水稻不同生育期表现不一样，这可能和重金属与微生物所处环境的物理化学性质有关[12]，也就是说环境因素能影响重金属对生物的毒性以及生物对重金属污染的抗性。而土壤酶活性的降低主要是由于酶合成作用的下降以及由此引起的微生物种群生长受到的抑制造成的。本试验只是针对土壤中重金属铜污染在硫硅及其交互作用下对土壤微生物种群及酶活性的影响进行了初步探讨，有关机理还需进行进一步研究。

参考文献

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[12]龚平，孙铁珩，李培军.重金属对土壤微生物的生态效应[J].应用生态学报，1997（2）：218-224.

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