微生物肥料修复重金属污染土壤研究进展

杨娇娇 柴冠群 刘桂华 范成五 秦松

摘要：微生物肥料是以微生物的生命活动导致作物得到特定肥料效应的一种肥料制品，是农业生产中使用的一种肥料，对于修复土壤中重金属具有效果好、无污染等优势。本文首先简述了微生物肥料的概念、分类，综述了近几年关于微生物肥料修复土壤重金属污染的相关研究，对微生物肥料应用中存在的问题进行了描述和建议。

关键词：微生物肥料;生物菌剂;土壤重金属

中图分类号：X53

文献标识码：A

文章编号：1008-0457（2019）06-0037-06国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.06.006

Research Progress on Microbial Fertilizer for Remediation of Heavy Metal Contaminated Soil

YANG Jiao-jiao1，CHAI Guan -qun2，LIU Gui-hua，FAN Cheng-wu2，QIN Song2*

（1College of Agriculture，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China; 2 Institute of Soil and Fertilizer，Guizhou Academy of Agricultural Sciences，Guiyang，Guizhou 550006，China）

Abstract：Microbial fertilizer is a product that causes the crop to obtain a specific fertilizer effect by the life activities of microorganisms It is a kind of fertilizer used in agricultural production，and this fertilizer has the advantages of good effect and no pollution for repairing heavy metals in soil This paper briefly described the concept and classification of microbial fertilizers，and reviewed microbial fertilizers for soil heavy metal pollution in recent years This study described and suggested problems in the application of microbial fertilizers

Key words：microbial fertilizer;biological agent;soil heavy metal

1引言

據有关调查数据显示，中国约1/5的土壤已经遭受重金属的污染，造成每年近1200万吨的粮食污染，每年因粮食安全问题的经济损失约合人民币200亿元[1]。近几年，农作物中重金属含量超标等问题频繁出现，直接威胁到人类的生命健康，而土壤是作物吸收重金属的主要来源之一。因此，开展土壤重金属污染修复是农作物安全生产的必要环节。

土壤重金属污染具有隐蔽性、潜伏性、滞后性、积累性[2]，土壤一旦受到重金属污染就难以治理。因此，土壤重金属污染已成为当今的研究热点，受到越来越多的关注。目前，重金属污染土壤的修复方法主要包括物理修复技术、化学修复技术、植物修复技术，利用作物修复重金属污染土壤不仅可以阻止 As、Cu、Zn、Cd、Pb 等重金属进入食物链，消除对人体健康的影响，而且能大规模修复污染土壤并且能带来一定的经济效益，是一项具有很好应用前景的修复技术[3]。这些修复方法大多存在去除效率较低、耗能较高、操作复杂、处理成本高以及产生副作用等缺陷。微生物修复技术是通过使用功能性微生物群，增强微生物的代谢功能，将有毒污染物降解为无毒物质，或降低其活性，具有成本低、产出高、效益高和对环境无污染的特点。近年来，微生物肥料在土壤重金属修复方面的研究越来越多，已经成为土壤重金属污染修复的热点方向之一。据相关的研究表明，合理使用微生物肥料可以改变土壤中重金属的存在形态、降低重金属生物有效性[4]。在土壤重金属修复领域具有很好的应用前景。

2微生物肥料

21基本概念

微生物肥料是指应用于农业生产中，以微生物活动为核心，获得特定肥料效应的一种绿色环保、高产高效、多功能的生物活性肥料，微生物肥料与化学肥料、有机肥料等的不同之处在于它是通过微生物的生命活动，改良土质、增进土壤肥力，为农作物生长发育提供充足的养分，促进其生长，并达到显著的增产效果[5]。有学者认为微生物肥料可以将难溶解的磷转化为可被植物利用的磷，可分解部分植物无法吸收利用的物质，进而转换成植物能够吸收利用的营养物质，直接影响土壤质量功能如植物生长[6]。当今，微生物肥料的应用范围逐渐扩大，不仅应用在粮食作物，许多经济作物生产上也在使用，有研究表明混合施用复混肥、有机肥和微生物菌剂，可以延长烟株大田生育期;降低烟草青枯病、黑胫病的发病率;提高烟草产量[7]，微生物肥料的应用取得了良好的经济效益，得到广大农民的青睐。

22种类

微生物肥料的种类很多，微生物肥料可分为三大类：微生物扩繁后直接使用或者添加其他载体制成的微生物菌剂，如根瘤菌接种剂、光合细菌菌剂;微生物和其他必需营养元素如氮、磷、钾等混合制成的复合微生物肥料;微生物和有机肥如动植物残体、秸秆等混合制成的生物有机肥[8]。研究表明，微生物对重金属有修复作用，常见微生物对重金属的修复及机理如表1。

1材料和方法

11供试昆虫

在贵州大学附近玉米地里灯诱采集亚洲玉米螟成虫（采集时间：2018年7月），在人工气候箱内进行饲喂，将雌雄配对后置于100 mL的塑料杯中，并以吸附有10%蜂蜜水和复合维生素的脱脂棉作为营养源，杯子用纱布封口。待产卵后剪下卵块，卵孵化后用人工饲料饲喂幼虫。饲料配方参考乔利等的配方优化得来[12]。进行多代繁殖饲养后，取3龄幼虫以供试验。室内饲养条件为：温度（T）（26±1） ℃，相对湿度（RH）（70±10）%，光周期L14∶D10。

12供试药剂及来源

40%辛硫磷乳油（EC），黑龙江企达农药开发有限公司;5%氯氰菊酯乳油（EC），青岛东生药业有限公司;45%毒死蜱乳油（EC），湖南创力农化有限公司;15%阿维·三唑磷乳油（EC），华北制药集团爱诺有限公司。

13试验方法

根據供试药剂使用说明，通过实验确定有效浓度范围。把4种供试杀虫剂按等比配制，分别用去离子水溶解稀释1 000、2 000、4 000、8 000和16 000倍，包括有效浓度在内的5个浓度梯度，最终浓度如表1所示。另外以清水处理作为空白对照组。

挑选大小整齐的亚洲玉米螟3龄幼虫，放入配制好的待测液中，浸泡5 s后立即取出，在吸水纸上晾干，然后将浸泡过的幼虫移至透明养虫盒内（长15 cm、宽12 cm、高7 cm），养虫盒内装入人工饲料，用带纱布的盖子将盒子封住，以防止幼虫逃逸。将处理组及对照组放到人工培养箱内（T：（26±1） ℃;RH：（70±10）%）;光周期L14∶D10），药后24、48、72 h 检查幼虫的存活情况，用毛笔轻触虫体，以虫体不能正常爬行记为死亡。每种浓度为1个处理，每个处理做3次重复，每次浸泡10头幼虫，每种浓度的1个重复分3次浸泡完成。

14数据处理

计算虫体死亡率和校正死亡率。采用Excel 2016对数据进行处理，比较各药剂之间对玉米螟的速效性;用SPSS 210软件进行回归分析，求得各药剂的毒力回归方程、致死中浓度（LC50）及95%置信区间，并比较各药剂的毒力大小[13]。相对毒力指数：把具有最小LC50值药剂的相对毒力设为1，其他药剂的相对毒力用最小LC50值除以该药剂的LC50值。

死亡率（%）=死虫数/试虫数×100%

校正死亡率（%） =（处理组死亡率-对照组死亡率）/（1-对照组死亡率）×100%

2结果与分析

21杀虫剂对亚洲玉米螟速效性测定

从图1和表2可以看出，4种杀虫剂对亚洲玉米螟3龄幼虫表现出的药效各有特性，或速效性好，或毒力强。45%毒死蜱EC和40%辛硫磷EC的速效性较好，在药后24 h时，在处理2下校正死亡率均达到70%，两药剂间敏感性差异不显著;在药后48 h时，在处理2下校正死亡率分别是9667%和7889%，两药剂间敏感性差异显著。5%氯氰菊酯EC在处理2下，药后48 h时表现出一定活性，在药后72 h时，对亚洲玉米螟3龄幼虫的校正死亡率是6778%;15%阿维·三唑磷EC对亚洲玉米螟3龄幼虫的速效性较差，在药后24 h和48 h时，其药剂在各处理下的校正死亡率均低于50%，且在药后72 h时，15%阿维·三唑磷EC在处理2下对亚洲玉米螟3龄幼虫的校正死亡率是5444%。

22亚洲玉米螟对杀虫剂的敏感性

采用浸虫法测定了4种杀虫剂对亚洲玉米螟3龄幼虫的毒力。结果表明：杀虫剂浓度提高和处理时间延长，杀虫剂毒力会随之增强。杀虫剂处理后24 h（表3），毒死蜱对亚洲玉米螟3龄幼虫毒力最高，阿维·三唑磷的毒力最低，LC50值分别是42729和933447 mg/L。杀虫剂处理后48 h（表4），也是毒死蜱毒力最高，阿维·三唑磷的毒力最低，LC50值分别是20536和202144 mg/L。4种杀虫剂在药后24 h和48 h时毒力指数大小顺序一致，均为毒死蜱>辛硫磷>氯氰菊酯>阿维·三唑磷。杀虫剂处理后72 h（表5），氯氰菊酯对亚洲玉米螟三龄幼虫的毒力最高，阿维·三唑磷的毒力最低，LC50值分别是10072和39568 mg/L，毒力指数大小顺序为氯氰菊酯>毒死蜱>辛硫磷>阿维·三唑磷。若不同药剂之间毒力差异显著的判断以LC50值其不重叠的95%置信区间作为标准[14-15]，阿维·三唑磷与其他3种杀虫剂之间对亚洲玉米螟3龄幼虫的毒力差异显著，而其他3种杀虫剂之间毒力差异不显著。

3结论与讨论

亚洲玉米螟是我国玉米等旱粮作物的优势害虫，导致玉米的产量和质量严重受损[16]，尤其在大爆发年份。化学防控是最直接、最有效的防治措施[17-18]。化学农药主要是一些有机磷类和菊酯类杀虫剂，且菊酯类药剂对鳞翅目昆虫的持续效果好[19]。为筛选出新型高效、低毒、低残留、持效期长的化学药剂，近年来，在山东、辽宁及陕西省，相关研究人员对常用种类农药防治玉米螟的效果进行了比较[20-21]，表明毒死蜱比氯氰菊酯在田间防效要好;朱文君等[22]测定了甲维盐、虫酰肼、毒死蜱及氯氰菊酯等几种杀虫剂对豆荚螟3龄幼虫的室内毒力，其结果表明氯氰菊酯的毒力比毒死蜱的毒力高。本实验测定了4种杀虫剂对亚洲玉米螟3龄幼虫的毒力，结果在药后72 h时氯氰菊酯的毒力最高，其次是毒死蜱，这与上述他人的研究结果相似。

本研究在采用浸虫法处理之后，测定了 4种低毒杀虫剂稀释相同倍数后对亚洲玉米螟3龄幼虫的致死速效性。结果表明：40%辛硫磷EC和45%毒死蜱EC对亚洲玉米螟幼虫具有较好的速效性，这与王利霞等[23]研究结果一致。而毒力最高的5%氯氰菊酯EC的速效性次之，15%阿维·三唑磷EC的速效性最差，在药后72 h幼虫才表现大量死亡，校正死亡率达到50%。

化学防治虽然高效简便，但是筛选和使用不当会给环境和农产品安全带来潜在威胁。在农业生产和运用时，应优先选用高效低毒、低残留、低成本、持效期长的化学药剂，并交互使用，避免敏感性降低和产生抗性，以有效控制玉米螟害虫的同时，减少环境污染，保证农产品安全，保护天敌类生物安全。本试验测定了4种常用杀虫剂对亚洲玉米螟的敏感性，其中45%毒死蜱EC对农产品的安全更具有保证，毒性又较低，5%氯氰菊酯EC在处理72 h之后活性高。因此，将进一步研究45%毒死蜱EC和5%氯氰菊酯EC在玉米地的防治效果，为田间有效防控亚洲玉米螟提供参考。

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