全 文 ：中国生态农业学报 2014年 2月 第 22卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Feb. 2014, 22(2): 159−164


* 现代农业产业技术体系北京市创新团队资助
** 通讯作者: 曹坳程, 主要研究方向为土壤消毒使用技术与外来入侵植物的防控。E-mail: caoac@vip.sina.com
马涛涛, 主要从事土壤消毒技术方面的研究。E-mail: majiansdau@163.com
收稿日期: 2013-08-13 接受日期: 2013-12-03
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2014.30784
4种熏蒸剂处理对土壤可溶性有机氮和
微生物量碳氮的影响*
马涛涛 1,2 颜冬冬 1,2 毛连纲 1,2 王秋霞 1,2 李 园 1,2
欧阳灿斌 1,2 郭美霞 1,2 曹坳程 1,2,3**
(1. 中国农业科学院植物保护研究所 北京 100193; 2. 农业部农药化学与应用重点开放实验室 北京 100193;
3. 现代农业产业技术体系北京市创新团队 北京 100029)
摘 要 采用室内恒温通气培养法, 以北京大棚蔬菜地土壤为研究对象, 以未使用熏蒸剂土壤为对照, 研究 4
种熏蒸剂[氯化苦(Pic)、1,3-二氯丙烯(1,3-D)、二甲基二硫(DMDS)和威百亩(MS)]对土壤可溶性氮素和微生物
量碳、氮的影响。结果表明, 4种熏蒸剂处理均能增加土壤中可溶性有机氮的含量, 熏蒸处理后敞气 0 d时, Pic、
MS、DMDS和 1,3-D处理的土壤可溶性有机氮累积量分别为 47.55 mg·kg−1、42.15 mg·kg−1、40.34 mg·kg−1和
32.02 mg·kg−1, 较对照(29.97 mg·kg−1)分别增加 58.67%、40.65%、34.61%和 6.87%。敞气后 14~84 d, Pic、DMDS
和 MS处理 DON含量仍持续上升, 1,3-D 和对照变化不大, 各处理之间 DON 含量差异显著。4 种熏蒸剂处理
后短时间内, 土壤中可溶性氨基酸(DAA)与对照相比大幅上升, 在熏蒸后 7 d达到最大值, 其中 Pic处理的上升
幅度最大, 为 12.87 mg·kg−1, 对照 DAA含量最低, 为 5.74 mg·kg−1。4种熏蒸剂处理之后, 土壤中微生物量碳
和氮均呈现急剧下降的趋势, 其中 Pic处理对微生物的杀灭作用最强, 敞气后 0 d, Pic处理的微生物量碳和微
生物量氮含量分别比对照下降 69.39%和 70.95%, MS和 DMDS次之, 1,3-D的杀灭作用最弱。
关键词 土壤熏蒸 氯化苦 1,3-二氯丙烯 二甲基二硫 威百亩 可溶性有机氮 微生物量碳 微生物量氮
中图分类号: S154.3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)02-0159-06
Effects of four fumigants on dissolved soil nitrogen transformation
and microbial biomass
MA Taotao1,2, YAN Dongdong1,2, MAO Liangang1,2, WANG Qiuxia1,2, LI Yuan1,2,
OU-YANG Canbin1,2, GUO Meixia1,2, CAO Aocheng1,2,3
(1. Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China; 2. Key Laboratory of Pesticide
Chemistry and Application Technology, Ministry of Agriculture, Beijing 100193, China; 3. Team-Innovation of Beijing Modern
Agriculture and Industrial Technology Innovation System, Beijing 100029, China)
Abstract In a laboratory incubation under constant temperature and aerated conditions, the effects of 4 fumigants — chloropicrin
(Pic), 1,3-dichloropropene (1,3-D), methyl disulfide (DMDS) and metham-sodium (MS) — on soil dissolved organic nitrogen (DON)
transformation and microbial biomass under vegetable greenhouse conditions in Beijing area were investigated. The results revealed
that DON concentration increased significantly after fumigant treatment. In 0 day after fumigation (DAF), cumulative DON under
Pic, MS, DMDS and 1,3-D treatments were 47.55 mg·kg−1, 42.15 mg·kg−1, 40.34 mg·kg−1 and 32.02 mg·kg−1, respectively. This
represented a corresponding increase of 58.67%, 40.65%, 34.61% and 6.87% compared with 29.97 mg·kg−1 of untreated soils. In the
14−84 DAF, the content of DON in Pic, DMDS and MS groups increased. A significant difference was noted in DON content in
different groups. Fumigation also strongly increased the proportion of dissolved amino acid (DAA) in DON, which was important in
the transformation process of soil N. DAA content increased greatly after fumigation, compared with CK, and peaked in 7 DAF. The
highest DAA content (12.87 mg·kg−1) was found under Pic treatment, while the lowest (5.74 mg·kg−1) under CK. After fumigation,
160 中国生态农业学报 2014 第 22卷


the content of soil microorganisms decreased sharply. Pic exhibited the strongest killing effect. Soil microbial biomass carbon and
soil microbial biomass nitrogen contents decreased by 69.39% and 70.95%, respectively, under Pic treatment, followed by DMDS
and MS treatments. Then 1,3-D had the least effect on microorganisms. While nitrification was inhibited for at least 2 weeks after
treatment with Pic, 1,3-D and MS; it was inhibited for at least 1 week after DMDC treatment. Nitrification and mineralization
gradually recovered under long-term incubation.
Keywords Soil fumigation; Chloropicrin; 1,3-dichloropropene; Methyl disulfide; Metham-sodium; Dissolved organic
nitrogen; Microbial biomass carbon; Microbial biomass nitrogen
(Received Aug. 13, 2013; accepted Dec. 3, 2013)
土壤氮是植物生长和发育所需的大量营养元素
之一, 也是植物从土壤中吸收量最大的矿质元素。
土壤氮库中的氮主要以有机氮的形式存在, 无机氮
仅占土壤总氮的1%, 而植物所吸收的氮几乎都是
无机形态, 所以, 土壤氮库中的有机氮必须不断地
通过微生物的矿化作用转化为植物可吸收的有效
态氮 [1]。可溶性有机态氮在土壤中的行为既不同于
矿质氮, 也不同于不溶性有机氮[2]。土柱模拟试验发
现, 可溶性有机态氮和悬浮态氮是淋出液中氮素的
主要形态[3]。土壤熏蒸消毒是用于控制保护地土传
病虫害最有效的方法 [4], 熏蒸在杀死大部分病原微
生物的同时, 也会对土壤中的非目标微生物组成及
活性产生影响[5−9]。土壤微生物数量在土壤有机质总
量中所占比例很小, 但却是土壤有机质及养分转化
和循环的原动力, 其组成和活性在很大程度上影响
着土壤生态系统的稳定性和肥力[10−11], 参与土壤结
构的形成, 并在土壤生物化学循环中发挥着重要作
用[12]。熏蒸处理显著影响土壤微生物数量、群落结
构及活性, 对土壤氮素循环也必然产生巨大影响。
熏蒸显著影响土壤氮的矿化[13], 抑制氨的氧化[13−14],
改变土壤中硫、磷的矿化[15]。目前, 国际上关于熏
蒸剂处理对土壤无机氮影响的相关报道较多, 但对
有机氮的关注较少。土壤氮素转化过程中有机氮和
无机氮之间的转化息息相关。本试验主要研究了4
种熏蒸剂处理对土壤可溶性有机氮和微生物量碳、
氮的影响, 以期更深入探究熏蒸剂处理后土壤有机
氮和无机氮转化的相关关系, 希望能为科学指导农
民使用熏蒸剂提供参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试土壤为北京市顺义区黄瓜/番茄轮作3年以
上的保护地土壤, 取自于温室大棚5~20 cm的耕作
层。土壤化学性质为: pH 6.43, 有机质 20.67 g·kg−1,
铵态氮 38.31 mg·kg−1, 硝态氮 112.99 mg·kg−1, 速
效钾 197.35 mg·kg−1, 速效磷 305.73 mg·kg−1, 阳离
子交换量 184.44 mmol·kg−1。土壤采回后, 剔除杂物
及残留根系, 过2 mm 筛后加入2%葡萄糖预培养2
周, 恢复土壤的生物学活性。
供试熏蒸剂为99%氯化苦(Pic), 大连染料化工
有限公司生产; 95% 1,3-二氯丙烯(1,3-D), 湖南省岳
阳市云溪区道仁矶溶剂化工厂生产; 99%二甲基二
硫原药(DMDS), 上海元吉化工有限公司生产; 42%
威百亩水剂(MS), 沈阳丰收农药有限公司生产。
1.2 试验方法
称取500 g土壤放入2.5 L干燥器中, 各处理土壤
中均加入(NH4)2SO4 0.25 g, 并且充分混匀。按照药剂与
土壤质量比分别加入Pic 53 mg·kg−1、1,3-D 39 mg·kg−1、
DMDS 68 mg·kg−1、MS 54 mg·kg−1[16], 同时设置1个
未添加熏蒸剂的对照, 每处理设3个重复。密封后放
置于25 ℃恒温箱中, 熏蒸7 d, 于通风橱下敞气5 min,
使气体散净。敞气后, 将干燥器阀门打开, 使空气能
够自由进入干燥器内, 有氧环境条件下恒温继续培
养。从敞气时起定义为0 d, 分别于敞气后0 d、7 d、
14 d、21 d、28 d、42 d、56 d和84 d取样测定土壤中
铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3−-N)、可溶性总氮(TSN)、
可溶性氨基酸(DAA)、微生物量碳(SMBC)、微生物
量氮(SMBN)、硝化势等指标。每次取样前采用测重
法调节土壤含水量, 使之恒定。
土壤矿质氮含量(MinN)定义为NH4+-N和NO3−-N
含量之和 ; 土壤可溶性有机氮 (DON)=TSN−MinN;
DAA由茚三酮显色法测定; SMBC和SMBN由氯仿熏
蒸浸提法测定 ; NH4+ -N、NO3−-N利用法国Alliance
Futura流动分析仪测定; 土壤亚硝化细菌测定利用稀
释培养测数法(MPN); 土壤硝化势测定参考文献[17],
其测定原理是以硫酸铵为底物, 通过加入适量氯酸
钾抑制NO2−的氧化来检测单位时间内由NH4+-N氧化
为NO3−-N的量; 有机质用重铬酸钾容量法−外加热法
测定; 土壤速效磷用碳酸氢钠−钼锑抗比色法测定;
土壤速效钾用醋酸铵−火焰光度法测定; 阳离子交
换量用乙酸钠−火焰光度法测定。
硝化势[ng(N)·g−1·24h−1]= 1
2
( ) 1 000
%
S C V
V M DW
− × ×
× × (1)
式中, S为试验土壤测定单位时间内通过硝化作用产生
NO2−离子中含有N素的量(mg), C为对照土壤测定单位
时间内通过硝化作用产生 NO2−离子中含有 N 素的量
(mg), V1为浸提液总体积(mL), 1 000为转化系数(1 mg =
第 2期 马涛涛等: 4种熏蒸剂处理对土壤可溶性有机氮和微生物量碳氮的影响 161


1 000 ng), V2为吸取滤液体积(mL), M为初始土壤重
量(g), DW%为烘干后土壤重量占初始土壤重量百分比。
1.3 统计分析
试验数据利用SPSS 19.0统计分析, 文章作图应
用Origin 8.0。
2 结果与分析
2.1 不同熏蒸剂处理对土壤可溶性有机氮的影响
2.1.1 土壤可溶性有机氮(DON)含量
由图 1可知, 敞气后 0 d, 各处理中DON含量都
明显高于对照。其中, 对照敞气后 0 d的 DON含量为
29.97 mg·kg−1, Pic处理组含量最高, 为 47.55 mg·kg−1。
0~14 d时, 除对照 DON含量基本没变化外, 其余 4
个处理的含量均出现短暂下降, 这主要是由于幸存
或者再生的微生物分解可溶性有机物质所致[18]。在敞
气后 84 d, Pic、1,3-D、DMDS、MS和对照 DON含量
分别为 76.29 mg·kg−1、45.61 mg·kg−1、63.41 mg·kg−1、
63.62 mg·kg−1和 40.77 mg·kg−1, Pic、1,3-D、DMDS
和 MS处理分别较对照高 87.12%、11.87%、55.53%
和 56.05%。

图 1 不同熏蒸剂处理(敞气后)对土壤可溶性有机氮和可溶性氨基酸的影响
Fig.1 Dynamics of soil dissolved organic N and amino acid content under different fumigants treatments
竖线为不同处理之间的 LSD值(P=0.05), 图 3同。Vertical bars represent LSD values at 0.05 level. The same as Fig. 3.

2.1.2 土壤可溶性氨基酸(DAA)含量
经熏蒸处理后的7 d, 各处理土壤DAA含量达到最
大值, 4 种处理 DAA 含量明显高于对照。Pic 处理的
DAA含量最高, 为 12.87 mg·kg−1, 其次为MS、DMDS
和 1,3-D处理, 分别达到 10.56 mg·kg−1、10.35 mg·kg−1
和 9.54 mg·kg−1, 明显高于对照(5.74 mg·kg−1)。培养期
敞气后 7~28 d, 4个处理的土壤 DAA含量开始急剧
下降 , 然后恢复 , Pic 和 DMDS 处理恢复速度比
1,3-D和 MS相对慢一些。直到敞气后 48 d, 药剂熏
蒸土壤的 DAA含量才恢复到对照水平(图 1)。
2.1.3 土壤中 DON占可溶性总氮(TSN)的比例
由图 2 可知, 不同熏蒸剂处理后 0 d 各处理中
DON在 TSN中所占比例明显高于对照, 而且各处理
之间差异明显。4种处理中, DON所占 TSN比例最
高和最低的分别是 Pic和 1,3-D处理, 分别为 29.5%
和 23.8%, DMDS和 MS处理之间差异不大, 分别为
26.8%和 27.3%。敞气后 84 d各处理之间的差异更加
明显, DON占 TSN比例从高到低分别为 42.3%(Pic)、
31.2%(MS)、29.3%(DMDS)、23.6%(1,3-D)和 23.1%
(对照)。由此可见, 熏蒸对土壤 DON 含量的影响非
常明显, 能够大幅度提高土壤中 DON 占 TSN 的比
例。这有利于土壤中 DON 向其他种类氮素的转化,
从而提高植物对氮素的利用率, 同时, 也加剧了土
壤中 DON被淋溶, 导致水体污染、富营养化等威胁,
应当引起重视[19]。

图 2 不同熏蒸剂处理(敞气后)土壤中可溶性有机氮占可
溶性总氮比例(P=0.05)
Fig. 2 Changes of the percentage of dissolved organic N
(DON) in total N (TSN) in soil under different fumigants
treatments (P=0.05)
2.2 不同熏蒸剂处理对土壤微生物量的影响
2.2.1 土壤微生物量碳(SMBC)含量
图3表明, 敞气后0 d, Pic、DMDS和MS处理的
SMBC含量均出现明显下降 , 其中Pic处理的SMBC
162 中国生态农业学报 2014 第 22卷


含量下降幅度最大, 与对照相比下降了69.34%, 其
次是DMDS和MS处理, 分别下降42.23%和28.43%。
1,3-D处理SMBC含量基本与对照一致, 没有明显下
降 , 之后的14 d内出现明显下降 , 并接近DMDS和
MS处理水平 , 说明1,3-D处理对土壤微生物的熏蒸
杀灭作用发挥较慢。在整个过程中, Pic处理的土壤
SMBC含量一直处于非常低的水平, 直到敞气后84 d
才恢复到其他3种处理的水平 , 并逐步接近对照微
生物含量。说明随着时间推移, 药效逐步减弱, 药物
对微生物的抑制作用会逐步减弱。
2.2.2 土壤微生物量氮(SMBN)含量
不同熏蒸剂处理后 , 土壤中SMBN的含量变化
情况与SMBC的变化趋势相似, 在敞气后的0 d, 4种
药剂处理的SMBN含量均出现不同程度的下降。Pic
处理的下降幅度最大 , 与对照比下降了 70.95%,
1,3-D、DMDS和MS处理的下降水平基本相同, 分别为
12.11%、11.43%和13.32%。0~21 d内 , Pic处理的
SMBN含量一直处于非常低的水平, 1,3-D、DMDS和
MS处理也在逐步下降, 直到42 d时, 4种药剂处理
SMBN含量基本接近到对照水平(图3)。

图 3 不同熏蒸剂处理(敞气后)对土壤微生物量碳和微生物量氮的影响
Fig. 3 Dynamics of soil microbial biomass C and N contents under different fumigants treatments
2.3 不同熏蒸剂处理对土壤亚硝化细菌数量和硝
化势的影响
如表 1 所示, 土壤熏蒸对土壤亚硝化细菌的抑
制效应非常明显, 敞气后 7 d, Pic、1,3-D、DMDS和
MS 4种处理的土壤中亚硝化细菌数量都明显下降。
与对照相比, 亚硝化细菌下降幅度最大的是 Pic, 下
降了 70.93%; 其次是 MS, 下降 62.66%; 之后分别
是 DMDS和 1,3-D, 下降 56.62%和 30.01%。与之对
应的土壤硝化势也相应地受到抑制, 但是土壤亚硝
化细菌数目增加和土壤硝化势恢复不完全同步。对
硝化作用抑制最强的是 Pic, 比对照土壤硝化势下降
94.57%; 抑制作用最小的是 DMDS, 抑制率为
72.55%; 1,3-D 和 MS 处理的硝化抑制率基本相同,
分别为 82%和 85.01%。21 d时, DMDS处理的土壤
硝化势与对照之间无显著差异, 说明 DMDS 比其他
3种熏蒸剂对土壤氮素硝化作用的抑制力相对较弱。
在敞气后 81 d, 4种处理土壤中的亚硝化细菌数量比
第 1周都有了大幅度增加, 基本恢复到对照水平。
表 1 不同熏蒸剂处理对土壤亚硝化细菌和硝化势的影响
Table 1 Influence of different fumigants treatments on the number of soil nitrite bacteria and nitrification potential
对照 CK 氯化苦 Pic 1,3-二氯丙烯 1,3-D 二甲基二硫 DMDS 威百亩 MS 敞气后
天数
Days after
opening air
(d)
亚硝化细菌
Nitrite
bacteria
(104·g−1)
硝化势
Nitrification
potential
[ng(N)·g−1·24h−1]
亚硝化细菌
Nitrite
bacteria
(104·g−1)
硝化势
Nitrification
potential
[ng(N)·g−1·24h−1]
亚硝化细菌
Nitrite
bacteria
(104·g−1)
硝化势
Nitrification
potential
[ng(N)·g−1·24h−1]
亚硝化细菌
Nitrite
bacteria
(104·g−1)
硝化势
Nitrification
potential
[ng(N)·g−1·24h−1]
亚硝化细菌
Nitrite
bacteria
(104·g−1)
硝化势
Nitrification
potential
[ng(N)·g−1·24h−1]
7 13.90a 28.56a 4.04e 1.55e 9.45b 5.14c 6.03c 7.84b 5.19d 4.28d
21 7.56b 23.30a 2.97e 3.86d 8.53a 7.35b 6.13c 20.03a 5.34d 6.21c
35 8.82a 17.65a 4.62c 4.10d 9.03a 8.55c 4.84c 16.40a 7.02b 11.34b
49 10.24a 18.19a 5.38d 6.31e 9.52b 8.73c 6.64c 12.37b 6.65c 7.62d
63 9.10b 14.83a 7.10d 11.32b 10.48a 6.10d 7.80c 9.11c 8.83b 9.17c
表内同行同一指标数据后不同字母表示 0.05水平差异显著。Different letters in the same index data in the table represent significant difference
at 0.05 level.

第 2期 马涛涛等: 4种熏蒸剂处理对土壤可溶性有机氮和微生物量碳氮的影响 163


3 讨论与结论
土壤微生物量碳、氮经Pic、1,3-D、DMDS和
MS处理后均大幅下降, 而与之对应的是土壤可溶性
有机氮大幅度增加, 这表明熏蒸过后土壤中被杀死
的微生物细胞从微生物体内释放出来成为可溶性的
有机物[20−22]。近十余年来的一些研究使人们开始认
识到, 土壤微生物量作为土壤有机质中最活跃的一
部分 , 是土壤养分转化过程中一个重要的源和库 ,
在调节土壤养分供应方面具有不可忽视的作用。因
此, 土壤微生物量氮含量已被越来越多的研究者用
于评价耕作栽培、施肥等措施对土壤性质影响的有
效指标之一[23]。因此熏蒸之后土壤微生物氮变化情
况应当引起注意, 合理调整氮肥施用, 提高氮肥利
用率。可溶性有机氮在Pic熏蒸处理土壤中上升最为
明显, 表明Pic熏蒸剂对土壤微生物有更高的杀灭效
率, 而1,3-D熏蒸处理的土壤中可溶性有机氮变化幅
度最小, 这与1,3-D是专门杀线虫剂, 对土壤其他微
生物群落影响作用较小有关[24]。近年来, 随着植物
营养机理研究的深入, 以及对生态环境问题的关注,
可溶性有机氮在不同生态系统氮素循环中的作用引
起很多学者的重视[25]。有学者提出, 土壤中的可溶
性有机氮能反映土壤有机氮矿化的难易程度, 可以
作为反映土壤氮素矿化能力的一个指标[25−28]。因此
研究熏蒸后土壤中可溶性有机氮素的转化这项工作
非常有意义, 熏蒸后可溶性有机氮含量的大幅上升
意味着有机氮矿化为无机氮的过程增强, 有助于植
物对氮素的吸收利用。
可溶性氨基酸被认为是可溶性有机氮中最不稳
定的部分, 与铵态氮的变化一致, 可溶性氨基酸在
Pic、1,3-D、DMDS和MS熏蒸之后含量大幅增加, 这
主要是由被杀死微生物体内蛋白质的大量分解引起
的[29]。但从处理 7 d 开始可溶性氨基酸含量急剧下
降, 这可能与土壤幸存的和新生成的微生物利用这
些氨基酸有关[30]。敞气后的前 14 d, 土壤中可溶性
氨基酸占可溶性有机氮的比例为 7%~61%, 远高于
自然状态下的土壤生态系统, 比如草地生态系统中
氨基酸占可溶性有机氮的比例<3%[31], 表明土壤熏
蒸扰动对土壤可溶性有机氮组分构成的影响非常
大。窦华亭等[32]在德国的研究发现, 土壤中的 DON
含量与小麦产量之间呈极显著正相关 , 即土壤中
DON 含量越高, 后续的供 N 能力越强。Chen 等[33]
报道, 土壤 DON与土壤全氮、有机质、可溶性有机
碳、微生物氮、无机氮之间均存在显著相关性。DAA
是 DON 的重要组成部分, 由此可见, 熏蒸短期内大
幅提高 DAA 含量对作物的生长发育势必会起到一
定促进作用。
熏蒸处理大幅度提高了土壤矿质氮和铵态氮含
量(数据未列出), 短时间内促进了土壤的矿化作用,
强烈抑制土壤硝化作用, 4种熏蒸剂处理均对土壤亚
硝化细菌呈现出强烈的抑制作用。Neve 等 [13]、
MacNish[34]、Yamamoto等[35]和 Ibekwe[9]均有相同结
论的报道。这对于指导有效施用氮肥, 提高氮肥利
用率有一定意义。
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