稻田除草剂水体残留对水生植物大薸的影响

王子臣， 朱普平， 郑建初， 盛 婧， 陈留根

(江苏省农业科学院循环农业研究中心，江苏南京 210014)

王子臣，朱普平，郑建初，等. 稻田除草剂水体残留对水生植物大薸的影响[J]. 杂草科学，2012，30(2)：15-19.

稻田除草剂水体残留对水生植物大薸的影响

王子臣， 朱普平， 郑建初， 盛 婧， 陈留根

(江苏省农业科学院循环农业研究中心，江苏南京 210014)

采用模拟方法研究了稻田3种常用除草剂丁草胺、苄嘧磺隆、2甲4氯钠残留水体对大薸生长的影响。结果显示：(1)3种除草剂水体残留对大薸植株形态影响以苄嘧磺隆处理最为明显，残留浓度大于0.01 mg/L可导致大薸植株大量死亡。4.25 mg/L的丁草胺和3.36 mg/L的2甲4氯钠残留对大薸的生长均有一定的抑制作用，但短期内不能致死。当水体除草剂残留降低至田间常规管理施用浓度的1/8时，即丁草胺0.53 mg/L、苄嘧磺隆0.01 mg/L、2甲4氯钠0.42 mg/L，大薸植株形态的药害影响已经明显减轻。(2)苄嘧磺隆水体残留大于0.01 mg/L时大薸干物质产量显著降低，分株生长受到严重抑制。丁草胺残留浓度为0.53 mg/L时促进大薸干物质积累和分株生长，当残留浓度大于1.06 mg/L时大薸干物质积累和分株生长受到抑制。 2甲4氯钠残留浓度低于3.36 mg/L对大薸的干物质产量、分株数及植株含水率影响一般。

大薸； 除草剂残留； 水生植物； 丁草胺； 苄嘧磺隆； 2甲4氯钠

近年来，无论是国外还是国内除草剂的生产与使用在农药中的比重越来越大，应用的栖境已从20世纪80年代前局部生境扩展到几乎所有生境[1]。大量除草剂投入，极大地降低了劳动强度，直接或间接地提高了生产水平。但除草剂只有部分真正发挥药效，剩余部分通过挥发作用、吸附作用、雨水淋溶以及排灌水和地表径流等途径进入生态圈和自然水体中，其潜在的生态风险日益受到人们的关注[2-5]。丁草胺、苄嘧磺隆和2甲4氯钠3种除草剂具有低毒、高效、杀草谱广等特性，被广泛用于水稻生产，药效外部分除草剂及其残体会通过农田排灌水和地表径流等途径进入农田周边水体，对水生动植物的生存造成影响。贺鸿志等人检测结果为丁草胺农田水体残留浓度低于5 mg/L[3]，Okamoto等检测到水田地带周边水系中的苄嘧磺隆浓度在0.1～2.3 mg/L范围[4]，徐仿敏等检测出鱼塘中2甲4氯苯氧乙酸浓度在0.04～0.133 mg/L范围[5]，已有研究表明这些除草剂对非靶标生物具有显著的毒害作用[6-7]。

大薸(PistiastratiotesL.)又名水浮莲、水葫芦，是一种多年生浮水草本植物，性喜温暖，根系发达，生长、繁殖迅速，可以吸附、转化和降解水体中的大量营养物质，能有效减轻水体富营养化程度，修复水体自净功能[8-12]。因此，在构建循环农业农田净化塘控制农业面源污染及农田流失养分再利用中，大薸成为可供选择的净化塘水生植物配置之一[13]。但农田净化塘水体中会有残留的除草剂，这些残留除草剂对大薸的生长是否产生不良影响，影响大薸在净化塘中的拦截净化功能，有关这方面的研究尚未见报道。本研究通过选择稻田常用的3种除草剂，通过室内模拟试验，研究不同残留浓度水体对大薸生长的影响，为大薸能否适合在农药污染农田净化塘水生植物中配置提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2011年10—12月在江苏省农业科学院水生植物中试基地温室大棚内进行，试验所用大薸取自江苏省农业科学院2号塘，供试3种除草剂见表1。

表1 供试除草剂

1.2 试验方法

(1)采用塑料桶种养模拟法。塑料桶的材质为PVC，大小为80 cm×60 cm×60 cm，装池塘水140 L(池塘水TN 4.42 mg/L、TP 0.35 mg/L、DO 5.10 mg/L、pH值6.9)。(2)3种除草剂的浓度分别设置为：T1，丁草胺4.25 mg/L、苄嘧磺隆0.10 mg/L、2甲4氯 钠3.36 mg/L，相当于此3种除草剂常规用量溶解于农田3 cm水层中的浓度。T2、T3、T4分别为T1浓度的1/2、1/4、1/8。另设空白对照T0，共13个处理，重复3次，共39个小区(塑料桶)；(3)挑选生长健壮的大薸，经冲洗后去除老叶、残叶和腐根后，选取大小、重量相近的植株10株(190±5) g放养在供试水桶内，并予以编号。

1.3 测定内容

试验周期设为28 d，处理后7、14、21、28 d连续观察植株的颜色、形状变化，记录植株的叶片数、分株数，测定最终的生物产量、植株含水率。

1.4 数据处理与统计分析

试验数据采用Excel软件处理，应用SPSS 13.0软件的Duncan法进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 大薸植株形态变化

仅对本研究中最高浓度T1和最低浓度T4处理的大薸植株形态进行了表述(图1、表2)。3种除草剂水体残留对大薸植株形态影响以苄嘧磺隆处理最为明显，可导致大薸植株大量死亡。残留浓度4.25 mg/L 的丁草胺T1处理和残留浓度3.36 mg/L的2甲4氯钠T1处理对大薸的生长均有一定的抑制作用，但短期内都不能致死。当水体除草剂残留浓度降至田间常规管理施用除草剂浓度的1/8时，T4处理(丁草胺0.53 mg/L、苄嘧磺隆0.01 mg/L、2甲4氯 钠0.42 mg/L)，除草剂对大薸植株形态的影响已经明显减轻，除苄嘧磺隆0.01 mg/L(T4)处理外大薸可持续生长。

2.2 水体除草剂残留对大薸干物质产量的影响

水体除草剂残留对生长在其中的大薸干物质产量有一定的影响，除丁草胺T3和T4处理略高于对照T0处理外，其余处理均表现为干物质产量降低，因除草剂种类及水体残留浓度的不同大薸干物质产量降低程度也各有差异(图2)。各处理总体比较显示：丁草胺T4处理干物质产量最高，达29.35 g/株；苄嘧磺隆T1处理干物质产量最低，为13.83 g/株。除丁草胺处理和2甲4氯钠T4处理外，其他处理与对照T0处理间差异均达显著水平。同一处理不同除草剂种类间大薸干物质产量不同，均表现为丁草胺处理干物质产量最高，2甲4氯钠处理次之，苄嘧磺隆处理干物质产量最低，处理间差异达显著水平。

表2 大薸植株形态变化

同一除草剂不同处理间大薸干物质产量均呈T4>T3>T2>T1的趋势，丁草胺T3和T4处理大于空白对照T0处理，其余处理均小于对照T0处理。

可见，水体苄嘧磺隆残留对大薸的抑制作用最大，其次是2甲4氯钠残留，丁草胺水体残留浓度低于1.06 mg/L(T3)时促进大薸的干物质积累，高于1.06 mg/L时抑制大薸的干物质积累。

2.3 水体除草剂残留对大薸分株数量的影响

大薸分株数量受水体除草剂种类及除草剂残留浓度的影响，除丁草胺T4处理外均表现为不同程度的下降(图3)。各处理总体比较显示，丁草胺T4处理分株数量最高，达42.7株；苄嘧磺隆T1处理分株数量最低，为15.7株；除丁草胺T4处理外，其余处理与对照T0处理间差异均达显著水平。同一处理不同除草剂种类间大薸分株数量不同，均表现为丁草胺处理大薸分株数量最高，2甲4氯钠处理次之，苄嘧磺隆处理最低，处理间差异达显著水平。同一除草剂不同处理间大薸分株数量整体上呈T4>T3>T2>T1的趋势，除丁草胺T4处理外，其余各处理均显著低于对照T0处理。

可见，大薸分株的生长明显受到除草剂水体残留的影响，苄嘧磺隆对大薸分株生长抑制作用最强；丁草胺残留浓度低于0.53 mg/L(T4)促进分株生长，当浓度大于0.53 mg/L时抑制分株生长；2甲4氯钠对分株生长的抑制作用随水体残留浓度的增大而增加。

2.4 水体除草剂残留对大薸植株含水率的影响

随除草剂种类及水体残留浓度的不同，大薸植株含水率也各有差异(图4)。各处理总体比较显示，空白对照T0处理大薸植株含水率最高，达94.11%，苄嘧磺隆T4处理最低，为89.91%。同一处理不同除草剂种类间大薸植株含水率不同，T1处理中苄嘧磺隆植株含水率最高，丁草胺、苄嘧磺隆、2甲4氯钠植株含水率分别为93.06%、93.25%、92.49%，T2、T3处理中植株含水率呈现2甲4氯钠>丁草胺>苄嘧磺隆，T4处理中丁草胺和2甲4氯钠显著高于苄嘧磺隆处理。同一除草剂不同处理间大薸植株含水率亦不同，丁草胺处理植株含水率呈T0>T4>T1>T3>T2的趋势，苄嘧磺隆处理植株含水率为T0>T1>T2>T3>T4，2甲4氯钠处理植株含水率呈T0>T2>T3>T4>T1的趋势。

显然，水体苄嘧磺隆残留对大薸植株含水率影响比较大，因生长受胁迫叶片失水后导致含水率下降，但随水体残留浓度的增加，叶片失水后死亡腐烂，植株含水率也明显增加。

3 讨论

农田净化塘可以有效截留、吸附和降解周边地表径流和灌排水中的各种农业污染物(N、P和农药)，从而有效控制农业非点源污染，对维持和改善河流水环境具有重要作用，通过净化塘中水生植物的资源化利用又可实现农田流失养分的循环再利用。有研究表明，3种除草剂水体残留对不同微藻的毒性存在很大差异[1，3，6，15]。除草剂可能对藻类的很多关键代谢活动产生不同的影响，藻类对除草剂的敏感性差异可能与藻的种类、除草剂的类型及化学方式不同有关[14]。王秀红等研究表明，2甲4氯对固氮蓝藻的生长有促进作用，而丁草胺在低浓度(8 mg/L以下)表现为促进，当浓度为16 mg/L时，则显著抑制其生长[15]。岳霞丽等研究表明苄嘧磺隆对水华鱼腥藻的生长有明显抑制作用，且抑制作用随药剂用量增大而明显增强[6]。本研究表明3种除草剂对大薸的生长均有不同程度的抑制作用，整体呈高浓度残留对大薸生长影响大，低浓度残留影响小。而丁草胺残留浓度低于0.53 mg/L时促进大薸干物质积累和分株生长。大薸对低浓度的水体残留除草剂也有一定的净化作用。净化塘水体除草剂残留浓度受农田施用除草剂的量以及农田灌排水的影响比较大，本模拟试验上限浓度仅采用除草剂常规用量溶于农田3cm水层的浓度，与净化塘除草剂残留浓度是否一致还需进一步的研究[3-5]。

4 结论

3种除草剂水体残留对大薸植株形态影响以苄嘧磺隆处理最为明显，残留浓度大于0.01 mg/L可导致大薸植株大量死亡；4.25 mg/L的丁草胺和3.36 mg/L的2甲4氯钠残留对大薸的生长均有一定的抑制作用，但短期内不能致死。当水体除草剂残留降低至田间常规管理施用浓度的1/8时，即丁草胺0.53 mg/L、苄嘧磺隆0.01 mg/L、2甲4氯钠0.42 mg/L，大薸植株形态的药害影响已经明显减轻。

苄嘧磺隆水体残留大于0.01 mg/L时大薸干物质产量显著降低，分株生长受到严重的抑制，丁草胺残留浓度为0.53 mg/L时促进大薸干物质积累和分株生长，当残留浓度大于1.06 mg/L时大薸干物质积累和分株生长受到抑制；2甲4氯钠残留浓度低于3.36 mg/L对大薸的干物质产量、分株数及植株含水率影响一般。

因此，构建农田养分循环体系，农田净化塘水生植物配置中可搭配选用大薸，但需要控制稻田施用除草剂期间的灌排水。

[1]吴晓霞，吴进才，金银根，等. 除草剂对水生植物的生理生态效应[J]. 生态学报，2004，24(9)：2037-2042.

[2]Goldsborough L G，Crumpton W G. Distribution and environmental fate of pesticides in prairie wetlands[J]. Great Plains Research，1998，8(1)：73-95.

[3]贺鸿志，余 景，骆世明，等. 丁草胺和苄嘧磺隆对钝顶螺旋藻的毒性效应研究[J]. 农业环境科学学报，2011，30(6)：1070-1075.

[4]Okamoto Y，Fisher R L，Armbrust K L，et al. Surface water monitoring survey for bensulfuron methyl applied in paddy fields[J]. Journal of Pesticide Science，1998，23(3)：235-240.

[5]徐仿敏，刘凌云，姜兆林. 分子印迹固相萃取技术-液相色谱法测定鱼塘水中2甲4氯苯氧乙酸[J]. 刑事技术，2011(4)：36-37.

[6]岳霞丽，张新萍，胡先文，等. 甲磺隆和苄嘧磺隆对水华鱼腥藻生长的抑制作用研究[J]. 农业工程学报，2006，22(8)：175-178.

[7]Guo H R，Yin L C，Zhang S C，et al. The toxic mechanism of high lethality of herbicide butachlor in marine flatfish flounder，paralichthys olivaceus[J]. Journal of Ocean University of China，2010，9(3)：257-264.

[8]胡绵好，奥岩松，杨肖娥. 水浮莲(PistiastratiotesL.)对NH4+-N和NO3--N吸收动力学研究[J]. 上海交通大学学报：农业科学版，2008，26(2)：142-145.

[9]Srivastava J，Gupta A，Chandra H. Managing water quality with aquatic macrophytes[J]. Rev Environ Sci Biotechnol，2008，7：255-266.

[10]Henty S G G，Camargo A F M，Pezzato M M. Growth of free-floating aquatic macrophytes in different concentrations of nutrients[J]. Hydrobiologia，2008(610)：153-160.

[11]Sinha S，Basant A，Malik A，et al. Multivariate modeling of chromium-induced oxidative stress and biochemical changes in plants of Pistia stratiotes L.[J]. Ecotoxicology，2009，18：555-566.

[12]Odjegba V J，Fasidi I O. Accumulation of trace elements by pistia stratiotes： implications for phytoremediation[J]. Ecotoxicology，2004，13： 637-646.

[13]刘 伟，陈庆锋，马君健，等. 农业面源污染治理中水生植物的应用及其生态工程模式[J]. 安徽农业科学，2009，37(35)：17665-17667.

[14]Singh S，Datta P. Screening and selection of most potent diazotrophic cyanobacterial isolate exhibiting natural tolerance to rice field herbicides for exploitation as biofertilizer[J]. Journal of Basic Microbiology，2006，46(3)：219-225.

[15]王秀红，沈健英，陆贻通.稻田除草剂对固氮蓝藻的毒性研究[J]. 上海交通大学学报：农业科学版，2004，22(4)：400-405.

Effects of Herbicide Residues in Paddy Field Water on Growth of the Aquatic PlantPistiastratiotes

WANG Zi-chen, ZHU Pu-ping, ZHENG Jian-chu, SHENG Jing, CHEN Liu-gen

(Circular Agriculture Research Center, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing 210014,China)

Effects of three herbicide (butachlor, bensulfuron-methyl and MCPA-Na) residues in the paddy field water on growth of the aquatic plantPistiastratioteswere studied by a simulation method. The results showed that: (1)among three herbicides,bensulfuron-methyl residues presented obvious effect on the morphological characters ofPistiastratiotes,and it can lead toPistiastratioteslarge number of death while its concentration reached more than 0.01 mg/L. Both 4.25 mg/L butachlor and 3.36 mg/L MCPA-Na had a certain degree inhibition on the growth ofPistiastratiotes, but can’t lead to death during the short period of time. When the concentration of herbicide residues in water reduced to 1/8 of the conventional concentration level applied in the field i.e. 0.53 mg/L butachlor,0.01 mg/L bensulfuron-methyl,0.42 mg/L MCPA-Na,the influence of herbicide residues on plant morphology ofPistiastratiotesreduced significantly. (2)When the concentration of bensulfuron-methyl residues in water was higher than 0.01 mg/L, the dry matter yield ofPistiastratiotesreduced significantly and the ramets growth was inhibited seriously. Dry matter yield and ramets growth were promoted when butachlor residues concentration was lower than 0.53 mg/L,but were inhibited while butachlor residues concentration was higher than 1.06 mg/L. The influences of lower than 3.36 mg/L MCPA-Na treatments on dry matter yield, the number of ramets and plant moisture content were not serious.

PistiastratiotesL.; herbicide residue; aquatic plant; butachlor; bensulfuron-methyl; MCPA-Na

S143.1

A

1003-935X(2012)02-0015-05

2012-04-27

国家科技支撑计划(编号：2012BAD14B12)。

王子臣(1986—)，男，安徽亳州人，硕士，主要从事农业生态和水环境治理研究。E-mail：wzc20101@sina.com。

郑建初，研究员。E-mail： zjc@jaas.ac.cn。