桉樹人工林土壤草甘膦殘留研究

饒妍茜，陸湘云，劉勝元，陳晨，劉森，溫建科，羅盼，李輝，吳立潮*，陳利軍

桉樹人工林土壤草甘膦殘留研究

饒妍茜1，陸湘云2，劉勝元1，陳晨1，劉森1，溫建科3，羅盼4，李輝5，吳立潮1*，陳利軍1

(1. 中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，水土保持與荒漠化防治湖南省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗室，湖南 長沙 410004； 2. 廣西國有高峰林場，廣西 南寧 530006； 3. 廣東省清遠(yuǎn)市中聯(lián)農(nóng)林有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511500； 4. 廣西綠拓林業(yè)科技有限公司，廣西 南寧 530006；5. 廣西地源之本肥業(yè)有限公司，廣西 南寧 530006)

基于長期施用除草劑草甘膦是否會在土壤中富積而造成土壤污染等問題，本文以5年生、8年生、11年生第一代桉樹人工林以及清理尚未種植桉樹的林地(CK)為研究對象，探究長期施用草甘膦的桉樹人工林土壤中草甘膦及其代謝產(chǎn)物氨甲基膦酸(AMPA)殘留濃度。結(jié)果表明：不同林齡土壤中草甘膦與AMPA殘留濃度平均范圍均<0.10 mg·kg?1；草甘膦與AMPA在林齡間呈現(xiàn)相同變化趨勢，不同林齡間草甘膦殘留濃度未發(fā)現(xiàn)顯著差異(>0.05),但AMPA存在顯著差異(<0.05)；土壤pH值在CK土壤中最低，其他林齡間變化表現(xiàn)為先降后升，pH值過低，土壤中草甘膦和AMPA降解速度可能會變慢。研究未發(fā)現(xiàn)草甘膦及其代謝產(chǎn)物有隨著林齡增加而逐漸富積的趨勢。

林齡；草甘膦；AMPA；代謝產(chǎn)物；殘留濃度

桉樹()原產(chǎn)于澳洲，為全球熱帶和亞熱帶地區(qū)短周期人工林重要用材樹種[1]，近20年來在我國南方大面積種植，是我國三大速生樹種之一[2]。國內(nèi)桉樹種植區(qū)氣候溫暖且高溫多雨，十分利于植被的生長。人為經(jīng)營干擾強(qiáng)度較低的桉樹林下有著豐富的生物多樣性群落，雜草灌木生長十分茂密[3]。從經(jīng)營角度來看，桉樹林下植被生長過度，就會在水分、肥料、光照等方面和桉樹產(chǎn)生競爭，進(jìn)而阻礙桉樹正常生長[4]，因此，桉樹幼林下雜草控制至關(guān)重要?；瘜W(xué)除草是目前桉樹營林過程中采用較普遍的一種手段，但這也引起業(yè)界對生態(tài)環(huán)境污染的擔(dān)憂。桉樹人工林長期施用除草劑草甘膦是否會在土壤中積累殘留？是否對林下土壤產(chǎn)生其他潛在影響？隨著桉樹林經(jīng)營面積不斷擴(kuò)大是不是會對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成重大影響？因此，探究長期施用草甘膦在桉樹人工林土壤中的殘留研究勢在必行。

草甘膦作為一種非選擇性、內(nèi)吸傳導(dǎo)型有機(jī)氯除草劑，在進(jìn)入土壤環(huán)境后會發(fā)生吸附、遷移、降解等物理、化學(xué)及生物反應(yīng)[5]。草甘膦在土壤中主要代謝產(chǎn)物為氨甲基膦酸(Aminomethyl Phosphonic Acid，AMPA)[6]。有研究對施用草甘膦兩年后的桉樹人工林進(jìn)行殘留濃度測定，發(fā)現(xiàn)草甘膦及其代謝物AMPA可能會在土壤中殘留[7]。目前，長期施用草甘膦在桉樹人工林土壤中殘留研究鮮見報道。因此，本文對長期施用草甘膦的桉樹人工林土壤進(jìn)行草甘膦及其降解中間產(chǎn)物殘留研究，探究除草劑草甘膦及其代謝物AMPA在不同林齡桉樹人工林土壤中的殘留濃度。基于上述研究，提出如下假設(shè)：桉樹人工林長期施用草甘膦，在土壤中殘留濃度較低，其代謝物AMPA在土壤中殘留濃度高于草甘膦。具體研究目標(biāo)如下：1)明確草甘膦和AMPA在不同林齡桉樹人工林表層土壤中的殘留濃度；2)對比不同林齡桉樹人工林土壤中草甘膦和AMPA殘留濃度的差異。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于廣東省清遠(yuǎn)市清新區(qū)桉樹免煉山試驗林(23°50′～ 23°58′ N，112°48′～ 113°2′ E)。該地屬亞熱帶季風(fēng)氣候。四季分明、晝夜溫差明顯，年平均氣溫在18.9 ～ 22 ℃之間，無霜凍期300 d以上，雨水資源豐富，平均年降水量在1 631.4 ～ 2 149.3 mm，年平均降水日(日降水量≥0.1毫米日數(shù))為160 ～ 173 d，雨量充沛。試驗地海拔為100 ～ 500 m。林下植被以低矮雜灌為主，主要植被有地菍()、鐵芒萁()、鳳尾蕨()等。研究區(qū)內(nèi)土壤是由花崗巖風(fēng)化而成的酸性赤紅壤，土層厚度≥60 cm。

1.2 試驗設(shè)計

在試驗地分別選擇連續(xù)經(jīng)營5年生、8年生、11年生的桉樹人工林以及清理后還未種植桉樹的林地(CK)。試驗地均為第一代尾巨桉()人工林，施易樂施控釋肥基肥，每株施用0.1 kg，當(dāng)年不再追肥。從次年開始每年進(jìn)行雜草、病蟲害防控工作，采用勤施薄施的施肥策略，每年12月穴施易樂施控釋肥0.15 ～ 0.2 kg·株-1，每年6月撒施高鉀控施肥0.1 kg·株-1，8月撒施高鉀控施肥0.15 kg·株-1，即從第二年起每年使用0.4 ～ 0.45 kg·株-1肥料。5、8、11年生桉樹人工林從種植前1年開始施用41%草甘膦異丙胺鹽水劑，隨后平均每3年的7、8月份施用1 ～ 2次，而CK則是在常綠闊葉林砍伐后進(jìn)行林地整理，首次施用41%草甘膦異丙胺鹽水劑且未施用過化學(xué)肥料。

表1 樣地基本情況

1.3 土樣采集

于2020年12月在不同林齡桉樹人工林隨機(jī)選取6個樣地，樣地內(nèi)設(shè)置 6個20 m × 20 m的樣方，共計24個樣方。每個樣方去除枯枝落葉后，先用環(huán)刀取樣，再按照S型采集0 ～ 20 cm 表層土壤混合樣500 g，將所有土樣帶回實(shí)驗室。鮮土過2 mm篩放入4 ℃冰箱保存用于測定土壤中草甘膦和AMPA的殘留量。

1.4 土壤樣品分析

用高效液相色譜儀(日本島津，LC-30A)測定草甘膦和AMPA殘留量，采用柱前衍生-固相萃取-高效液相色譜熒光法[8]。采用環(huán)刀法[9]測定土壤容重、持水量、孔隙度。采用蒸餾水浸提土壤法[10]測定土壤pH值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用EXCEL 2019處理數(shù)據(jù)，采用SPSS 26.0進(jìn)行單因素方差分析，使用ORIGIN 2019b(64-bit)進(jìn)行圖表繪制，用R(4.1.2) CORRPLOT進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 草甘膦及其代謝物AMPA回收率

通過對土壤樣品添加不同濃度草甘膦和AMPA標(biāo)準(zhǔn)液來計算在試驗中損耗部分，以確定農(nóng)藥殘留檢測試驗精確度，在0.005 ～ 2.5 mg·kg?1添加水平范圍內(nèi)，草甘膦在土壤中的添加回收率為86.4% ～ 92.56%(表2)；AMPA在土壤中的添加回收率為88.56% ～ 93.56%，由于回收率超過80.00%，符合國家農(nóng)藥殘留試驗標(biāo)準(zhǔn)[11]，能夠用于實(shí)際樣本殘留檢測分析，因此未對土壤樣品殘留數(shù)據(jù)進(jìn)行回收率校正。

表2 桉樹人工林土壤中草甘膦及其代謝物AMPA的回收率

2.2 草甘膦及代謝物AMPA在不同林齡土壤中殘留變化

草甘膦與AMPA在林齡間呈相似的變化趨勢(圖1)。不同林齡桉樹人工林表層土壤中草甘膦殘留量差異不顯著(0.05)，不同林齡桉樹人工林表層土壤中AMPA殘留量差異顯著(0.05)，不同林齡土壤中草甘膦及其代謝物AMPA殘留濃度平均范圍均<0.1 mg·kg?1。在同一林分土壤中，AMPA在土壤中殘留濃度均高于草甘膦殘留濃度。

圖1 草甘膦及其代謝物AMPA在不同林齡殘留量

2.3 不同林齡土壤性質(zhì)變化特征

不同林齡桉樹人工林土壤中草甘膦及其代謝物AMPA與土壤性質(zhì)之間相關(guān)密切(圖2)，不同林齡土壤間土壤密度、非毛管孔隙、pH值均存在顯著差異(表3)，CK總孔隙度、最大持水量、最小持水量顯著大于其他林齡，而其他林齡間無顯著差異，隨著經(jīng)營年份增加持水量有上升的趨勢，但差異均達(dá)顯著水平。CK土壤密度顯著小于其他林齡，土壤密度隨著林齡增加而降低，降幅分別為24.17%、9.09%。pH值總體呈弱酸性，CK土壤pH值顯著低于其他林齡，其他林齡間pH值呈先降后升的變化趨勢，其中降幅為11.27%，與草甘膦和AMPA殘留量在土壤中表現(xiàn)相反。

表3 不同林齡桉樹人工林土壤性質(zhì)

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示<0.05。

圖2 指標(biāo)相關(guān)性分析

注：*、**分別表示<0.05、<0.01。

3 討論

3.1 草甘膦與AMPA在不同林齡土壤中殘留變化

草甘膦及AMPA在不同林齡桉樹人工林表層土壤中殘留量均<0.1 mg·kg?1，此濃度對人類和動物而言均屬安全標(biāo)準(zhǔn)范圍[12]，土壤中草甘膦殘留量無顯著性差異，這表明草甘膦殘留可能未隨著林齡增加逐漸富積。在施用過程中，添加農(nóng)用有機(jī)硅溶液使大部分藥劑粘附于雜草葉面，被地表剩余物所截留以及草甘膦進(jìn)入土壤后被土壤微生物快速降解[13]，這些都可能導(dǎo)致草甘膦在土壤中殘留降低。土壤中草甘膦含量還會隨著時間增加而降低[14]，有研究表明草甘膦半衰期為1 ～ 174 d[15]，此次采集土樣是在施用草甘膦150 d后，因此測得草甘膦及其代謝物AMPA殘留濃度在土壤中殘留較低。

所有林分土壤中AMPA殘留量均大于草甘膦殘留量，這表明AMPA在土壤中代謝時間可能比草甘膦更長，草甘膦進(jìn)入土壤時，易被土壤膠體緊密吸附直至其在土壤中降解[6]，降解時則根據(jù)草甘膦和AMPA在土壤中的吸附性強(qiáng)弱決定其降解速率，CARRETTA等[16]發(fā)現(xiàn)草甘膦在土壤中吸附量高于AMPA，從而阻礙了AMPA降解，導(dǎo)致AMPA在土壤中存在時間長于草甘膦，與本研究結(jié)果一致。

3.2 草甘膦與土壤性質(zhì)的關(guān)系特征

隨著經(jīng)營年份越長，土壤密度逐漸降低，CK土壤密度顯著低于其他林齡，而林齡間表現(xiàn)為5年生>8年生>11年生。土壤持水量和孔隙度呈上升趨勢，但差異并不顯著。侯文軍等[7]研究表明，對比未施用草甘膦的桉樹人工林土壤，施用草甘膦后土壤密度增高，總孔隙度和非毛管孔隙度變低，但差異均未達(dá)顯著水平。本研究發(fā)現(xiàn)草甘膦殘留量與土壤密度、持水量相關(guān)性顯著，但除CK外其他林齡間土壤持水量和孔隙度不存在顯著差異，可能與林木自身生長與施肥年限有關(guān)，其原因還有待進(jìn)一步研究。但有研究表明，施用草甘膦會對土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，而長期施肥則會改善土壤結(jié)構(gòu)，減少草甘膦對土壤結(jié)構(gòu)的影響[17]。

CK土壤pH值顯著低于其他處理，具體表現(xiàn)為5年生>11年生>8年生>CK，與草甘膦和AMPA在不同林齡土壤中變化趨勢表現(xiàn)相反，這表明pH值可能會影響土壤中草甘膦和AMPA降解速度。

有研究表明pH值過低或過高會影響草甘膦及AMPA在土壤中分解[14]，因此，pH值越低可能土壤中草甘膦和AMPA降解速度會越慢。

4 結(jié)論

長期施用草甘膦的桉樹人工林中，草甘膦及AMPA在土壤中平均殘留量均<0.1 mg·kg?1，并未發(fā)現(xiàn)土壤中草甘膦及其代謝產(chǎn)物AMPA殘留量隨著林齡增加逐漸富積。土壤密度隨著經(jīng)營年份增加逐漸下降，土壤持水量和孔隙度也存在上升趨勢，但差異未達(dá)顯著水平。土壤pH值與草甘膦和AMPA在不同林齡土壤中變化趨勢表現(xiàn)相反，土壤pH值可能會影響土壤中草甘膦和AMPA降解速度。

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Preliminary Research of Glyphosate Residues inPlantation Soils

RAO Yanxi1, LU Xiangyun2, LIU Shengyuan1, CHEN Chen1, LIU Sen1,WEN Jianke3, LUO Pan4, LI Hui5, WU Lichao1, CHEN Lijun1

()

Based on the question of whether long-term application of the herbicide Glyphosate will accumulate in soil and cause soil pollution, this paper examined 5-year-old, 8-year-old, and 11-year-old first-generationplantations and cleared forest land that had not been planted with(CK) to investigate the residues of Glyphosate and its metabolite Aminomethyl phosphonic acid (AMPA) in soils treated with Glyphosate over long periods. The results showed that the average range of residual concentrations of Glyphosate and AMPA in soils of the different forest ages was <0.10 mg·kg?1and trends in the change of Glyphosate and AMPA among forest ages was similar. There were no significant differences in the concentration of Glyphosate residues among the different forest ages (>0.05), but there was a significant difference in AMPA (<0.05). The soil pH was the lowest in CK soil, and the changes in soil pH among other forest ages showed this first decreased and then increased with increasing tree age; too low a soil pH may affect the degradation rate of Glyphosate and AMPA in soil. In this study it was found that Glyphosate and its metabolites did not accumulate gradually with the increasing stand age inplantations.

stand age; Glyphosate; aminomethyl phosphonic acid; metabolite; residual concentration

10.13987/j.cnki.askj.2022.02.003

S767.5

A

國家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計劃項目子課題“桉樹高效可持續(xù)經(jīng)營技術(shù)”(2016YFD0600505)；湖南省教育廳優(yōu)秀青年基金“高強(qiáng)度連栽桉樹土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳庫演變特征及微生物機(jī)制”(20B605)

饒妍茜(1997— )，女，碩士研究生，主要研究方向為土地資源監(jiān)測與評價，E-mail:379620138@qq.com

吳立潮(1963— )，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事林木營養(yǎng)與地力維護(hù)研究，E-mail:wulichao@sina.com