二甲基二硫熏蒸对保护地连作土壤微生物群落的影响

中国生态农业学报2011年7月第19卷第4期ChineseJournalofEco-Agriculture,Jul.2011,19(4):890−896*国家自然科学基金项目(40871131)和现代农业产业技术体系北京市创新团队基金项目资助**通讯作者:曹坳程(1963~),男,博士,研究员,主要从事土壤消毒使用技术和外来入侵植物控制方面的研究。E-mail:[e-mail]王方艳(1984~),女,硕士研究生,主要从事土壤消毒技术方面的研究。E-mail:[e-mail]收稿日期:2010-12-07接受日期:2011-02-28DOI:10.3724/SP.J.1011.2011.00890二甲基二硫熏蒸对保护地连作土壤微生物群落的影响*王方艳王秋霞颜冬冬毛连纲郭美霞燕平梅曹坳程**(中国农业科学院植物保护研究所北京100193)摘要随着保护地高附加值经济作物的连年栽培,土传病害问题愈发突出,熏蒸剂也因此得以更广泛的应用。但鉴于熏蒸剂的广谱性,在杀死有害生物的同时,不可避免地对非靶标生物产生一定的影响。为明确溴甲烷替代药剂二甲基二硫(dimethyldisulfide,简称DMDS)熏蒸对土壤微生物群落的影响,本研究在室内条件下采用BIOLOG方法,测定不同浓度DMDS熏蒸对保护地连作土壤微生物群落的影响。研究结果表明:不同浓度DMDS(170.00mg·kg−1、85.20mg·kg−1、42.50mg·kg−1、21.30mg·kg−1和10.62mg·kg−1)熏蒸处理对镰孢菌属(Fusariumspp.)和疫霉菌属(Phytophthoraspp.)的LC50(抑制中浓度)分别为42.08mg·kg−1和115.15mg·kg−1。DMDS熏蒸后恢复培养0d取样,温育120h时,170.00mg·kg−1、42.50mg·kg−1和10.62mg·kg−1的DMDS处理土壤的AWCD值(平均每孔颜色变化率,averagewell-colordevelopment,AWCD)分别比空白对照升高8.46%、6.02%、19.31%,表明DMDS促进了土壤微生物的生长。恢复培养14d后,各处理土壤微生物的AWCD值恢复至对照水平。多样性指数分析显示,DMDS熏蒸后恢复培养0d时,土壤微生物群落的Shannon指数、Simpson指数均高于空白对照,McIntosh指数与对照无显著性差异;恢复培养7d后,Shannon指数与Simpson指数恢复至对照水平。主成分分析结果显示,DMDS熏蒸后恢复培养0d时,各处理间微生物对碳源的利用方式差异显著,恢复培养14d后,DMDS对微生物碳源利用方式的影响逐渐减弱,恢复至对照水平。结果表明,DMDS熏蒸处理对土壤微生物的生长具有促进作用,影响了微生物对碳源的利用方式,但在恢复培养14d后,被干扰的土壤微生物逐渐恢复至对照水平。DMDS熏蒸处理在有效防控土传病原真菌的同时,不会对土壤微生物群落产生明显的扰动影响,对环境较安全。关键词二甲基二硫土壤微生物群落镰孢菌属疫霉菌属BIOLOG方法Shannon指数Simpson指数McIntosh指数AWCD值中图分类号:S154.3文献标识码:A文章编号:1671-3990(2011)04-0890-07EffectsofdimethyldisulfideonmicrobialcommunitiesinprotectoratesoilsundercontinuouscroppingWANGFang-Yan,WANGQiu-Xia,YANDong-Dong,MAOLian-Gang,GUOMei-Xia,YANPing-Mei,CAOAo-Cheng(InstituteofPlantProtection,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,China)AbstractSoilfumigantsarewidelyusedtoprotectagriculturalandhigh-valuecashcropsfromsoil-bornediseases.Asbroad-spectrumagents,however,fumigantsalsohavesideeffectsonnon-targetorganisms.Dimethyldisulfide(DMDS)isanewalternativetomethylbromide(MeBr)thatreducesplantfungalpathogensandnematodes.DMDSisthereforerecommendedbytheMethylBromideTechnicalOptionsCommitteeoftheUnitedNationsEnvironmentProgram(UNEP).ThisstudywasanattempttoidentifytheeffectsofDMDSonmicrobialcommunitiesinprotectoratesoilsundercontinuouscropping.TheefficacyofDMDSwasevaluatedbybio-assayinthelaboratory.TheefficacyofDMDSontheFusariumspp.andPhytophthoraspp.wasobservedafterfumigations.TheLC50ofDMDSwithdifferentconcentrations(170.00mg·kg−1,85.20mg·kg−1,42.50mg·kg−1,21.30mg·kg−1and10.62mg·kg−1)was42.08mg·kg−1and115.15mg·kg−1,respectivelytoFusariumspp.andPhytophthoraspp.MicrobialcommunitystructuresafterDMDSfumigationwereevaluatedusingBIOLOGEcoplatesunderlaboratoryconditions.Comparedwiththeun-第4期王方艳等:二甲基二硫熏蒸对保护地连作土壤微生物群落的影响891treated/controlplants,theaveragewellcolordevelopment(AWCD)oftheDMDS10.62mg·kg−1,42.50mg·kg−1and170.00mg·kg−1respectivelyincreasedby8.46%,6.02%and19.31%,0dayafterfumigationand120haftersampleincubation.AWCDincreasedby1.87%,3.47%and8.01%,respectively,240hafterincubation;whichindicatedthatDMDSpromotedthegrowthofmicrobes.AWCDoftreatedsampleswereclosetothecontrolat14daysafterfumigation.TheindicesofShannonandSimpsonat0dayafterfumigationwerehigherthanthatofthecontrol,recoveringtothelevelsofthecontrol7daysafterfumigation.BasedonMcIntoshindex,therewasnosignificantdifferencebetweenthefumigationtreatmentsandthecontrol.Principalcomponentanalysisofsub-stratereactionreflectedthattheuseofcarbonsourcesbymicrobialcommunitywasobviouslydifferentinthetreatmentsimmediatelyafterfumigation.Itwas,however,closetothecontrol14daysafterfumigation.ThestudyshowedthatDMDSfumigationpromotedmicrobialactivity,andaffectedthecarbonsourcesconsumptionofmicrobe.However,effectsbecameveryweakandtheindicatorsrecoveredtothelevelsofthecontroltreatmentat14daysafterfumigation.ItindicatedthatDMDSfumigationnotonlyeffectivelycontrolledsoil-bornepathogenspread,butwasalsoenvironmentallysafe.Thestudylaidthebasisforascientifically-guideduseoffumigants.KeywordsDimethyldisulfide,Soilmicrobialcommunity,Fusariumspp.,Phytophthoraspp.,BIOLOGmethod,Shannonindex,Simpsonindex,McIntoshindex,AWCDvalue(ReceivedDec.7,2010;acceptedFeb.28,2011)土壤熏蒸是一种保护地农业生产中防治土传病害行之有效的技术措施,可有效控制土壤中的连茬病虫害。随着传统熏蒸剂溴甲烷(methylbromide,简称MB)的逐步淘汰,迫切需要寻找其替代品。二甲基二硫(dimethyldisulfide,简称DMDS)[1]是联合国溴甲烷技术选择委员会提出的一种新型替代品。DMDS分子式为CH3SSCH3,分子量为94.20,淡黄色透明液体,沸点109.6,℃比重1.0625(20),℃折射率1.5259,可溶于醇、醚,不溶于水,有恶臭[2]。法国和意大利试验表明,DMDS浓度为600~800kg·hm−2时,防治土壤病原真菌和根结线虫的效果与溴甲烷相当[3−6]。由于熏蒸剂的广谱性,在杀死有害生物的同时,也会对非靶标土壤微生物产生影响。土壤微生物是土壤的重要组成部分,包括原核微生物如细菌、蓝细菌、放线菌和超显微结构微生物,以及真核生物如真菌、藻类(蓝藻除外)、地衣等[7]。它们是土壤有机质(C)和养分(N、P等)转化与循环的主要推动力,并参与腐殖质形成等生化过程,在土壤生态系统中有着非常重要的作用。鉴于此,对于一种新型溴甲烷替代熏蒸药剂,在关注其熏蒸效果的同时,更应重视该药剂对土壤微生物群落多样性的影响。目前,用于研究土壤微生物多样性的方法包括[8]:(1)传统的微生物平板纯培养方法;(2)BIOLOG微平板分析方法;(3)脂肪酸分析方法;(4)分子生物学方法等。BIOLOG微平板分析方法由美国BIOLOG公司于1989年开发成功,昀初应用于纯种微生物鉴定,至今已能够鉴定包括细菌、酵母菌和霉菌在内的2000多种病原微生物和环境微生物[9]。1991年,Garland和Mill[10]首次将此方法应用于土壤微生物群落的研究。BIOLOGECO微平板方法的测定原理是以氧化还原显色反应为基础,根据微生物利用碳源过程中产生的自由电子与四唑盐染料发生的还原显色反应,定量描述土壤微生物群落碳源利用能力。由于不同微生物对单一碳源的利用程度不同,使得每个孔的溶液呈现不同的颜色变化,因此,AWCD值的变化能够准确反映土壤微生物群落结构的整体活性。此方法具有灵敏度高,无需分离培养纯种微生物,可昀大限度保留微生物群落的原有代谢特征,且操作简便,因此得到广泛应用。本试验采用BI