咪唑乙烟酸土壤处理对紫花苜蓿及其根瘤生长的影响

朱瑞芬,唐凤兰，刘杰淋，韩微波，刘凤歧，陈积山

(黑龙江省农科院草业研究所，黑龙江 哈尔滨 150086)

氮素固定是维系生产力的重要生态反应[1]。目前全球范围内每年输入生态系统的总氮量约为2亿t，其中75%来自生物固氮[2]。紫花苜蓿(Medicagosativa)是世界上分布最广的豆科牧草，其与根瘤菌形成的共生固氮体系是自然界固氮效率较高的一种生物固氮体系，在生产中已被广泛应用。但是豆科植物-根瘤菌共生固氮体系是高等植物与低等原核生物之间形成的一种非常复杂的共生固氮微生态系统，根瘤菌的存活以及根瘤的形成对土壤微生态环境十分敏感。大量使用除草剂不仅影响植物生长、根系发育及豆科植物-根瘤菌共生关系的形成及其活性，也使根瘤菌处于一个较低的群体水平，影响氮素的积累[3]。

咪唑乙烟酸属咪唑啉酮类除草剂，属于中长效除草剂,在土壤中残效期长(1～3 a)，残留量大。其作用机理为咪草烟属咪唑啉酮类内吸传导型除草剂，土壤处理后通过植物根吸收,作用于分生组织，抑制其乙酰乳酸酶的生物合成导致生长受到抑制而死亡[4]。尽管豆科植物乙酰羟基酸合成酶活性较高[5]，能够代谢和降解咪唑啉酮类除草剂，但敏感植物由于代谢速度慢仍受危害[6]。事实上，在除草剂使用历史最久、用量与使用面积最大的黑龙江省，几乎年年都发生药害，只是程度与面积之间有一定差异，其中氯嘧磺隆 (豆磺隆)与咪唑乙烟酸是造成作物药害的主要除草剂品种[7]。据报道，咪唑乙烟酸(5%水剂)在黑龙江省单剂年销量约3 500 t，使用面积为(1.33×106)～(2×106) hm2[8]，是普遍使用的一类咪唑啉酮类除草剂。随着苜蓿产业化的不断扩大，除草剂咪唑乙烟酸在我国苜蓿主要栽培区域使用广泛，已经对寄主植物、土壤微生物及土壤微生物和寄主植物之间的关系造成一些负面影响[9]，尤其是对作物的生长将产生一定的影响[10]。

因此，为充分发挥苜蓿的固氮作用，达到高产目的同时又保持土壤的无污染原则，本研究利用咪唑乙烟酸除草剂的土壤处理来研究其对紫花苜蓿及其根瘤菌共生固氮的影响，以期为黑龙江地区苜蓿高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1供试苜蓿品种 耐寒、耐旱、高产稳产农牧801紫花苜蓿(M.sativaNongmu 801)。

1.2供试药剂 5.0%咪唑乙烟酸水剂(imazethapy，通用名咪草烟，商品名称普施特, 辽宁省丹东市农药总厂生产)。

1.3试验设计与方法 本试验于2009年在国家牧草产业技术体系绥化综合试验站(125°28′24″ E，46°32′17″ N)进行。试验站年降水量469.7 mm，年均气温2.9 ℃，≥10 ℃年积温2 760 ℃·d，年均日照时数2 713 h，无霜期130 d，属大陆性季风气候。试验地为前茬玉米(Zeamays)低产农田，土壤类型以黑钙土和草甸土为主，土壤全盐量0.157%，有机质8.85 g/kg，全氮0.335 g/kg，速效氮103.50 mg/kg，田间持水量平均22.71%， pH值8.12。2009年5月6日采用改装小麦播种机在旋耕后的前茬玉米低产田进行条播农牧801紫花苜蓿品种，播种量15 kg/hm2，播种面积667 m2，播种后镇压处理，再进行小区划方并打桩标界，共15个小区，每小区面积40 m2，区间道1.5 m，3次重复。整个试验期间不灌水不施肥，适时人工除杂，管理等同大田。

试验根据5%咪唑乙烟酸水剂的有效剂量共设4个处理(0.067 5、0.082 5、0.097 5和0.112 5 kg/hm2)，空白对照以清水喷雾处理。试验采用随机区组排列方式，在划定的小区进行咪唑乙烟酸苗前(在播种后第2天施药)土壤处理。喷施咪唑乙烟酸时，为严格控制实验误差，选择型号和性能一致的施药器械，不同处理使用的施药器械不能混用。施药器械为背负式喷雾器(knapsack hydraulic sprayer)，四喷头，喷嘴型号为 TEEJET80015VS，喷施压力为0.25～0.3 MPa，喷液量为 150 L/hm2。每处理兑水500 kg/hm2。喷药时风力1～2级，阵风3级，施药期间土壤墒情良好,无淹水、低温、高温、干旱等现象，喷药后24 h无降水。喷药任务由同一个人进行，施药时用挡板将相邻小区隔开，以免飘移造成误差。田间调查主要杂草有：稗草(Echinochloacrusgalli)、马唐(Digitariasanguinalis)、藜(Chenopodiumalbum)、蒺藜(Tribulusterrestris)、反枝苋(Amaranthusretroflexus)。

1.4测定指标与方法 喷药后5、6、7、8、9和10 d对紫花苜蓿目测进行出苗率及幼苗状况调查。每天09：00―10：00调查紫花苜蓿的出苗数，与对照比较，计算相对出苗率(relative emerging rate,RER，%)；观察紫花苜蓿的长势、颜色进行综合评价(synthetic evaluation values，SEV)，给出植株抑制程度评价得分。评价分数为1～5分，1为长势好、叶色浓绿；2分为叶色黄、但仍能继续正常生长；3分为叶片萎缩、叶色黄、生长畸形；4分为植株严重抑制、不能恢复生长；5分为完全死亡[11], 在施药后第10天不再出苗时结束苗数的统计。

喷药后6、8和10 周取样调查根瘤及生长状况。在小区中间随机挖取具有完整根系的紫花苜蓿 10 株，挖土深度为30 cm，用水仔细冲洗后统计根瘤数，以5分制计分法[11]对根瘤评分。评价分数1～5分，1分为根瘤中空无内容物的死亡根瘤；2分为根瘤切面灰白色的无效根瘤；3分为根瘤切面略呈粉红色、直径小于<0.5 mm；4分为根瘤切面呈粉红色、1 mm>直径≥0.5 mm；5分为根瘤切面呈粉红色、直径≥1 mm。

施药后10 周选择在紫花苜蓿生长均匀一致的1 m2样方进行测产，将地上部分在烘箱中120 ℃杀青40 min后在60 ℃烘干48 h，称干质量(dry weight, DW)。计算干质量抑制率(dry weight inhibitory rate)。计算公式如下：

将烘干的草样粉碎、称量，采用凯氏定氮法测定植株全氮量[12]。

1.5数据分析 采用DPS 3.0专业统计分析软件进行数据分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1不同剂量咪唑乙烟酸对紫花苜蓿出苗情况的影响 供试5.0%咪唑乙烟酸水剂的4个剂量(0.067 5、0.082 5、0.097 5和0.112 5 kg/hm2)在紫花苜蓿播后苗前施用，对紫花苜蓿出苗率和幼苗生长都有一定的影响，其程度随药剂剂量的不同而变化(表1)。施用剂量在0.067 5 kg/hm2对出苗和幼苗生长无明显的抑制作用，平均相对出苗率在95.0%,幼苗长势评价均数为1.48，与清水对照在同一水平差异不显著(P≥0.05)。当剂量提高至0.082 5、0.097 5和0.112 5 kg/hm2时，紫花苜蓿的出苗和生长都明显受到抑制，相对出苗率分别降低至88.9%、80.1%和70.9%,幼苗长势抑制程度评价显著升高(P≤0.05)，依次达到2.24、2.37和2.59。随着剂量升高，高于剂量0.067 5 kg/hm2的处理对紫花苜蓿出苗和幼苗生长的影响程度加重，幼苗生长畸形且枯萎。因此，5.0%咪唑乙烟酸水剂0.067 5 kg/hm2剂量是紫花苜蓿播后苗前土壤处理的临界点，对其出苗和生长安全无害。

表1 不同剂量咪唑乙烟酸播后苗前处理对紫花苜蓿生长的影响

2.2不同剂量咪唑乙烟酸对紫花苜蓿根瘤的影响 分析根瘤数量、质量及等级随剂量增加的变化趋势可知(表2)，5.0%咪唑乙烟酸水剂土壤处理后，在每个试验测定时期，随着施用剂量的增加，紫花苜蓿根瘤数、根瘤干质量、根瘤等级明显降低，差异显著。在6周测得紫花苜蓿根瘤数、干质量和根瘤等级在0.05水平上，对照显著高于剂量0.082 5、0.097 5和0.112 5 kg/hm2，与剂量0.067 5 kg/hm2差异不显著,剂量0.082 5、0.097 5和0.112 5 kg/hm2三者之间在根瘤数和根瘤等级上依次显著降低；在8 周测得紫花苜蓿根瘤数、干质量和根瘤等级在0.05水平上，对照与剂量0.067 5和0.082 5 kg/hm2差异不显著,但三者显著高于剂量0.097 5和0.112 5 kg/hm2，而后二者之间依次显著降低；在10周测得紫花苜蓿的根瘤数、干质量和根瘤等级在0.05水平上，对照与剂量0.067 5、0.082 5和0.097 5 kg/hm2差异不显著，但均显著高于剂量0.112 5 kg/hm2。以上结果表明，咪唑乙烟酸土壤处理后，不同剂量对苜蓿根瘤数目、干质量、根瘤等级的积累增长抑制时间不同，高剂量条件下具有较长时间的抑制作用，甚至导致植株生长受阻至萎蔫。中间剂量条件下随着时间的推移可以解除对根瘤干物质积累的抑制作用；低剂量经过较短时间后，苜蓿根瘤生长状况完全可以得到恢复或改善。虽然施药后天气出现持续干旱，加剧药效的作用，延长了抑制作用时间，但剂量0.067 5 kg/hm2的田间表现的安全性仍为可靠。

表2 不同剂量咪唑乙烟酸对紫花苜蓿根瘤的影响

2.3不同剂量咪唑乙烟酸对紫花苜蓿植株的影响 供试5.0%咪唑乙烟酸水剂的4个剂量在紫花苜蓿播后苗前施用，与对照比，随着5.0%咪唑乙烟酸水剂施用剂量的增加，植株干质量均显著降低(P≤0.05)。与对照干质量(56.3 mg/株)相比，剂量0.082 5、0.097 5和0.112 5 kg/hm2使紫花苜蓿植株干质量的积累量显著降低(表3)。施药10周后，剂量0.067 5 kg/hm2对紫花苜蓿植株干质量没有影响，无显著抑制作用。剂量0.112 5 kg/hm2对紫花苜蓿干质量影响最为严重，其原因可能是咪唑乙烟酸兼有土壤活性[13]，施药10周后，药剂完全被根系吸收,同时剂量0.112 5 kg/hm2已远远大于咪唑乙烟酸的推荐用量，导致该剂量下土壤处理使紫花苜蓿植株生长严重受阻。

表3 不同剂量咪唑乙烟酸对紫花苜蓿植株干质量的影响(药后10周)

根瘤菌与寄主根系组成的共生固氮体可为苜蓿形成最佳产量和蛋白质提供充足的氮源。5.0%咪唑乙烟酸水剂的4个剂量在紫花苜蓿播后苗前施用10周后，植株全氮量(mg/g)随剂量递增而呈现减少趋势，但差异不显著(图 1)。

图1 不同剂量咪唑乙烟酸对紫花苜蓿植株全氮的影响

3 讨论

豆科植物-根瘤菌共生体系是高等植物与低等原核生物之间形成的一种互惠互利共生固氮微生态系统，根瘤菌的存活以及根瘤的形成对土壤微生态环境十分敏感。Rick和Moorman[14]研究指出，咪唑乙烟酸作为理想的苜蓿地常用除草剂，可在苗前或苗后施用，苗前推荐用量为0.052～0.102 kg/hm2。王庆海等[15]认为0.060 kg/hm2剂量对茴麻(Abutilontheophrasti)的出苗和生长有明显的抑制作用。本研究表明,在0.067 5 kg/hm2剂量下，对紫花苜蓿的出苗和生长有明显的抑制作用，这与Rick和Moorman[14]研究的推荐范围有所不同，原因可能是试验条件不同，因此,咪唑乙烟酸用于土壤处理时要慎重。高剂量0.112 5 kg/hm2条件下，紫花苜蓿受到较长时间的抑制作用，中间剂量和低剂量条件下随时间的推移可以解除对根瘤干物质积累的抑制作用，紫花苜蓿根瘤等级状况可以得到恢复或改善。试验进一步表明，5.0%咪唑乙烟酸水剂的4个剂量(0.067 5、0.082 5、0.097 5和0.112 5 kg/hm2)土壤处理后10周，与对照比植株全氮量随剂量递增而呈现减少趋势，这可能与咪唑乙烟酸可以通过直接影响根瘤类菌体或间接影响寄主生理活动、抑制其共生固氮而影响氮代谢有关。试验中不同剂量影响的全氮量差异并不显著，对于除草剂影响紫花苜蓿-根瘤菌的共生固氮机理鲜见报道，其原因仍需要进一步研究。

根瘤质量是反映根瘤数量与大小的指标[16]。由于除草剂本身对植株的作用，植物根际细菌对磺酰脲类和咪唑啉酮类的敏感性与此类除草剂的靶标——支链氨基酸生物合成中的第1个酶即乙酰乳酸合成酶的活性有关[17-18]。除草剂残留打破了紫花苜蓿和根部共生细菌之间的信号传递，影响了紫花苜蓿-根瘤菌的共生关系。本研究表明，除0.067 5 kg/hm2剂量外，其余剂量抑制时间不同，随剂量的递增，紫花苜蓿根瘤数、干质量和根瘤等级与对照差异显著，紫花苜蓿-根瘤的生长恢复程度因此不同，推测与其作用机理有关，其机理仍需深入研究。

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