《Applied Soil Ecology》：Plant-based biofungicides: A balance between protection and soil health preservation
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植物源生物防治处理对土壤微生物功能的影响有限。制剂化产品与粗植物提取物相比，未表现出更大的影响。杀菌剂引起酶活性和代谢谱的短暂变化。多酶指数显示施用杀菌剂后土壤肥力下降。杀菌剂在早期培养阶段表现出碳矿化率升高的趋势。植物源生物防治处理对土壤微生物功能影响有限。
植物源生物防治处理对土壤微生物功能的影响有限。制剂化产品与粗植物提取物相比，未表现出更大的影响。杀菌剂引起酶活性和代谢谱的短暂变化。多酶指数显示施用杀菌剂后土壤肥力下降。杀菌剂在早期培养阶段表现出碳矿化率升高的趋势。植物源生物防治处理对土壤微生物功能影响有限。制剂化产品与粗植物提取物相比未表现出更大影响。杀菌剂引起酶活性和代谢谱的短暂变化。多酶指数显示施用杀菌剂后土壤肥力下降。杀菌剂在早期培养阶段表现出碳矿化率升高的趋势。
一、研究背景与问题
土壤是微生物的重要栖息地，细菌和真菌是其中数量最丰富的类群。这些微生物在土壤肥力维持中发挥着关键作用，尤其在养分循环、碳（C）储存以及通过影响团聚体形成来改善土壤结构方面。作为陆地生态系统生产力的关键驱动因素，土壤微生物群落深刻影响着整体生态系统功能。
然而，化肥和农药等合成化合物的施用会改变土壤微生物的多样性和活性。在欧洲，杀菌剂和杀细菌剂仍是使用最广泛的农药类别之一，2022年占农药总销售额的43%。尽管杀菌剂对于保护作物免受病原真菌侵害至关重要，但其在环境中的持久性和迁移性引发了广泛关注。欧洲土壤中杀菌剂残留的高检出率尤其令人担忧，部分分子可在土壤中存留数年。长期暴露于这些残留物可能增加微生物毒性，其对土壤微生物群落的非靶标效应凸显了加强监测的必要性。
近年来，为减少对合成杀菌剂的依赖，植物保护替代策略如生物防治产品应运而生。尽管这些产品通常被认为是低风险的，但其对非靶标生物的潜在生态毒理效应仍令人担忧，且关于其环境行为和土壤生态毒性的信息仍然有限。此前针对生物农药（包括生物除草剂、生物杀虫剂和生物杀线虫剂）非靶标效应的研究报道了因产品和施用剂量不同而异的响应。然而，植物源生物杀菌剂对土壤微生物功能的影响仍缺乏充分记录，研究主要集中于其对靶标病原体的防治效果和作用机制。部分植物提取物在体外表现出的抗微生物活性进一步凸显了评估其施用后对土壤微生物群落潜在影响的必要性。
与化学农药类似，生物防治产品通常经过制剂化处理以增强活性成分的稳定性和有效性。然而，制剂化可能因佐剂和共制剂的存在而增加毒性。尽管如此，制剂化是否影响植物源生物防治产品对土壤微生物功能的非靶标效应仍鲜有记录，特别是粗植物提取物与其制剂化产品之间的比较研究尤为稀缺。
在此背景下，已有研究证明了基于植物提取物的生物防治产品的抗真菌活性和植物保护功效。然而，该产品施用后对土壤微生物功能的潜在非靶标效应仍知之甚少。本研究旨在探讨该植物源生物防治产品能否通过限制对土壤微生物功能的非靶标效应，成为传统杀菌剂更具环境兼容性的替代方案。研究人员提出以下假设：（i）植物源生物防治产品对土壤微生物功能的改变少于合成杀菌剂；（ii）由于共制剂的存在，制剂化可能改变微生物响应；（iii）施用剂量增加会放大处理效应。
二、研究设计与技术方法
研究人员从法国西北部伊沃托地区一处维持超过30年的永久性草地采集土壤样品（0-20厘米深度），该土壤为粉砂质，未施用农药的历史确保了无残留污染。研究设置了对照组（蒸馏水）、杀菌剂（Fung，含活性成分mefentrifluconazole）以及生物防治产品的制剂化版本（Form）和植物提取物（Ext）共7个处理组，分别以推荐剂量（×1）和十倍剂量（×10）施用。在0、7、14和63天进行采样，共140个微宇宙。
研究采用的主要技术方法包括：酶活性测定（涵盖碳、氮、磷、硫循环相关酶及脱氢酶）、Biolog EcoPlate?系统进行群落水平生理 profiling（CLPP）、土壤有机碳矿化测定、以及多变量统计分析（包括PERMANOVA、PLS-DA和PCA）。
三、研究结果
3.1 植物保护处理对土壤酶活性的影响
3.1.1 推荐剂量（×1）下的效应
在推荐剂量下，酶响应因酶类型和处理方式而异。β-葡萄糖苷酶（bGLU）方面，Ext ×1和Form ×1的活性与对照相当，而Fung ×1在第7天和第14天显示显著较低值。漆酶（LAC）活性在Fung ×1处理下第0天和第7天显著降低，随后在后期时间点趋于稳定。脲酶（URE）活性在整个培养期间各处理间保持相似。碱性磷酸酶（AKP）方面，Ext ×1和Form ×1接近对照值，而Fung ×1在第63天显著降低。芳基硫酸酯酶（ARYLS）在Fung ×1处理下第7天和第14天显著降低。脱氢酶（DES）活性随时间变化，Fung ×1在第14天低于Ext和Form处理。总体而言，Fung ×1在bGLU、LAC和ARYLS方面普遍低于生物防治处理，Form ×1常显示介于Ext ×1和Fung ×1之间的中间值，而Ext ×1在多种酶活性上更接近对照。
3.1.2 高剂量（×10）下的效应
在十倍剂量下，bGLU活性相对稳定，除Fung ×10在第14天显著降低外，均与对照无差异。LAC活性除Fung ×10在第0天显著降低外，无显著处理相关差异。URE活性在Fung ×10处理下第14天显著降低。AKP活性在Fung ×10处理下第7天和第63天显著降低，而第14天显示最高活性。ARYLS活性在Fung ×10处理下第0天和第7天显著降低。DES活性在Ext ×10和Form ×10下表现出对比性响应，第7天显著低于对照，第63天显著高于对照。在×10剂量下，最显著的变化出现在AKP、ARYLS和LAC，Fung ×10在特定采样时间点与其他处理显著不同。
3.1.3 酶指数（mMw和AI3）
研究计算了两个多酶指数：改良土壤肥力指数（mMw）和改变指数3（AI3）。mMw值初始在各处理间相似，但Fung ×10在第7天较对照显著降低。第14天，Fung ×10的mMw较Ext和Form处理显著升高。第63天，所有Fung处理的mMw值显著低于生物防治处理。AI3方面，各处理值在第7天前保持相似。第14天，Fung ×1和Fung ×10下AI3显著降低。第63天，这些处理的AI3值较其他处理显著升高。总体而言，酶指数揭示了各处理间土壤酶功能的差异，杀菌剂处理下的变化大于生物防治处理，Ext和Form在整个培养期间表现出更接近对照的响应。
3.2 土壤细菌群落代谢 profiling（CLPP）
通过Biolog EcoPlate?系统评估了土壤细菌群落的群落水平生理特征。可培养细菌数量在各处理间无显著差异，表明CLPP模式的处理相关差异与可培养细菌丰度差异无关。PLS-DA分析用于可视化碳底物利用模式，VIP评分≥0.5的底物被视为对观察到的分离模式有贡献的变量。
3.3 土壤碳矿化
通过测定CO2释放评估了土壤有机碳矿化。在170天的培养期间，Fung处理在早期培养阶段表现出碳矿化率升高的趋势。Spearman相关分析用于检验各产品引入的碳和氮输入与微宇宙中观察到的碳矿化率之间的关系。
四、讨论与结论
研究表明，植物源生物防治产品（Ext和Form）对土壤微生物功能的影响有限，其响应通常接近对照组。相比之下，合成杀菌剂（Fung）引起酶活性和代谢谱的短暂变化，多酶指数显示施用杀菌剂后土壤肥力下降。制剂化产品（Form）与粗植物提取物（Ext）相比未表现出更大影响，表明制剂化过程未显著增加非靶标效应。杀菌剂在早期培养阶段表现出碳矿化率升高的趋势。
这些发现表明，植物源生物防治产品可能是比传统杀菌剂更具环境兼容性的替代方案，通过限制对土壤微生物功能的非靶标效应来支持更可持续的农业实践。研究结果为理解生物防治产品和新上市杀菌剂的环境影响提供了重要依据，有助于制定更可持续的农业管理策略。
