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氟磺胺草醚对土壤微生物多样性的影响

吴小虎  
【摘要】:氟磺胺草醚主要用于防除大豆田阔叶杂草。然而,氟磺胺草醚在土壤中在土壤中半衰期较长,易对后茬作物产生影响。除草剂大量残留易导致土壤质量的下降。土壤微生物的变化可以直接反映土壤生态系统的健康状况。本研究中,通过室内培养和田间调查相结合的方式,采用土壤生态环境评价的微生物指标体系,从微生物呼吸作用、微生物量碳、群落结构和功能多样性等阐述氟磺胺草醚影响土壤生态环境的微生物学机制。主要研究结果如下: 1、利用QuEChERS提取结合超高液相色谱-串联四级杆质谱法(UPLC-MS/MS),检测氟磺胺草醚在土壤中残留量。样品经乙腈(含0.5%甲酸)提取,N-丙基乙二胺(PSA)净化,UPLC-MS/MS检测。在5min内实现氟磺胺草醚的检测。在0.05mg kg-1~5mg kg-1范围内,此方法显示了良好的线性(r=0.9945)。在0.25mg kg-1、10mg kg-1、100mg kg-1三个水平上的平均回收率为91.5~100.3%,变异系数为5.9~11.7%。 2、室内培养实验,选择2种土壤(粉砂质壤土和黑土),添加3种浓度的氟磺胺草醚(推荐剂量、10倍推荐剂量、100推荐剂量),培养箱中恒温培养,样品采集时间7天、15天、30天、60天和90天。实验结果表明,培养过程中,氟磺胺草醚降解呈现出先快后慢的趋势。在2种土壤中,高浓度氟磺胺草醚的施用(375mg kg-1;T100),显著性抑制了土壤微生物总体活性,土壤基础呼吸、诱导呼吸、微生物量碳及土壤总菌PLFA,而且抑制了土壤总细菌,总真菌,革兰氏阴性菌(GN)和革兰氏阳性菌(GP)。同时,氟磺胺草醚显著改变了2种土壤的GN/GP和bacteria/fungi(B/F),显著提高了2种土壤的压力指数。然而,高浓度氟磺胺草醚的处理却增加了土壤表征细菌的氧化代谢的能力。主成分分析(PCA)结果分析表明,氟磺胺草醚尤其是高浓度(375mg kg-1;T100)下,严重改变了土壤微生物的群落结构和功能多样性(Shannon, McIntoshand Simpson),而且整个培养时间内,土壤微生物的群落结构和功能多样性未恢复。而且,高浓度氟磺胺草醚处理(37.5mg kg-1;375mg kg-1),显著抑制2种土壤固氮菌nifH的基因丰度。且375mg kg-1处理下,固氮菌nifH的基因丰度一直被被抑制。 3、田间调查实验,样品采自连续施用氟磺胺草醚的东北大豆连作区。氟磺胺草醚施药年限为3年、5年和10年,推荐使用量是375g a.i. hm-2。随着氟磺胺草醚施药年限的增加,微生物量碳和总PLFA显著下降。施药历史10年的土壤中,GN、GN/GP和真菌显著增加;GP和bacteria/fungi(B/F)显著低于对照。PCA分析结果表明即使氟磺胺草醚推荐剂量下,随着氟磺胺草醚施用年限的增加,同样改变了土壤微生物的群落结构。然而,氟磺胺草醚不同施药历史的土壤中,微生物功能多样性没有改变。


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