不同剂量苄·丁和二氯喹啉酸对紫云英生长环境及其养分吸收累积的影响

谢志坚，徐昌旭＊，刘光荣，曹卫东

（1．江西省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所，江西 南昌330200；2．中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081）

众所周知，现代农业已经进入“化学农业”时代，农作物产量因使用化学农药而得到大幅度增加。其中，除草剂因其具有效率高、价格低廉等特点而被广泛应用，是农业生产中使用量最多的农药之一，对粮食安全具有重要作用。据统计，我国每年使用的除草剂有效成分就达到8万t以上。然而，除草剂施入土壤后，除少部分进入生物体或因挥发进入大气外，大部分进入到土壤环境中并被土壤颗粒吸附而残留于土壤中［1－2］，不仅影响土壤中的动物［3］，污染生态环境，而且不同程度地改变了土壤中微生物种群数量和土壤酶活性等生物学性状，进而影响土壤的肥力状况［4－6］。

二氯喹啉酸（C10H5C12NO2）属内吸式激素型喹啉羧酸类，为选择性芽前、芽后除草剂，主要用于防治稻田中稗草（Echinochloacrusgalli）和其他禾本科杂草，是我国稻田常用除草剂之一，虽然其除草性能良好，但残留期较长［7］，而且对后茬作物容易产生危害，尤其是茄科、豆科等敏感型作物。研究表明，稻田施用二氯喹啉酸半年后，仍然有大量残留于土壤中，在309d内除了水稻（Oryzasativa）以外，不适宜种植其他作物，即使是在推荐用量的情况下，也需要经过相当长一段时间才不会对后茬烟草（Nicotianatabacum）的生长发育产生影响［8－9］。

苄·丁是苄嘧磺隆（C16H18N4O7S）和丁草胺（C17H26ClNO）混合制剂。其中，丁草胺是其主要有效成分，属内吸传导型苯乙酰胺类除草剂，是我国使用量最大的除草剂之一［10］。丁草胺在土壤中具有明显的持留性，对水生生物具有较高的毒性［11］，可通过植物幼芽和幼根进入体内抑制植物的呼吸作用或作为电子传递的抑制剂、解偶联剂而抑制植物的光合作用，进而影响植物正常的生长发育［12］。

水稻是我国长江中下游地区主要种植的粮食作物之一，而紫云英（Astragalussinicus）则是该地区最主要种植和利用的冬季绿肥作物，是一种清洁的优质有机肥源，对我国农业生产和粮食安全具有举足轻重的作用。当前农业生产对于耕地质量、生态环境和优质农产品等提出了更高的要求，给恢复和发展绿肥生产与利用带来了空前的机遇。但是，近年来发现，在“稻－稻－肥”轮作体系中，前茬水稻田土壤中残留的除草剂对后茬紫云英作物的生长和产量产生的不利影响，已经成为制约紫云英种植和利用的主要技术瓶颈之一。基于此，本研究旨在探索稻田施用不同剂量二氯喹啉酸和苄·丁后对土壤环境以及后茬作物紫云英生长的影响，以期为推动恢复和发展冬季绿肥作物紫云英，实现其优质栽培和安全生产、高产与稳产提供理论依据。

1 材料与方法

1．1 供试材料

供试土壤为第四纪红壤发育而成的淹育型水稻土（江西省东乡县红壤野外观测站），pH 4．61，有机质16．3 g／kg，全氮1．66g／kg，碱解氮163．0mg／kg，有效磷8．94mg／kg，速效钾66．0mg／kg。供试紫云英为‘萍乡种’（江西省紫云英种质资源圃提供）。供试除草剂分别为50．0%二氯喹啉酸可湿粉剂WP（江苏新沂中凯农用化工有限公司生产）和25．0%苄·丁可湿粉剂WP（江西绿川生物科技实业有限公司生产），其中丁草胺质量分数为24．0%，苄嘧磺隆质量分数为1．0%。

1．2 试验设计

试验为不同类型和不同剂量除草剂二因素盆栽试验，于2010年7月下旬至2011年4月上旬在江西省农业科学院网室内进行。处理分别为：1）不施用除草剂（对照CK），2）施用低剂量二氯喹啉酸（Q－L，450g／hm2），3）施用高剂量二氯喹啉酸（Q－H，900g／hm2），4）施用低剂量苄·丁（DB－L，600g／hm2），5）施用高剂量苄·丁（DB－H，1200g／hm2）。其中，低剂量为大田推荐施用量。每个处理3次重复。除草剂于晚稻秧苗移栽后7d拌土撒施，保持盆中约3cm水层持续1周。

土壤除去杂草、秸秆以及石块等杂物后，充分混匀、风干、过4mm筛。将过筛后的土壤装入20cm×25cm的塑料盆中，每盆装土5kg。

紫云英种子经晒种、浸种和选种后，按照每盆播种100粒的用种量，在晚稻收获后均匀撒播于塑料盆中。待紫云英出苗后，每盆各选留长势相同且生长健壮的幼苗10株定植，每隔5d浇一次水，使土壤含水量维持80%田间持水量（称重法）。紫云英植株生长期间其他日常管理同大田生产。

1．3 取样与测定

晚稻收获后紫云英播种前取土壤样品，测定土壤中有效N、Olsen－P、速效K含量以及微生物种群和土壤酶活性。在紫云英盛花期取植株样品，测定其干物质重以及植株中N、P和K含量。

土壤有机质测定采用重铬酸钾滴定法；全氮测定采用浓H2SO4－H2O2消煮蒸馏滴定法；土壤有效磷测定采用0．5mol／L NaHCO3提取－钼锑钪比色法；土壤碱解氮测定采用扩散吸收法；土壤速效钾采用NH4AC浸提－火焰光度法；土壤pH值按水土比1∶1（V∶V）的比例向土壤中加入已除去CO2的蒸馏水，玻璃棒搅匀后静置30min用pH计测定。植株中全氮测定采用H2SO4－H2O2消煮靛酚蓝比色法；植株全P测定采用钼锑抗吸光光度法；植株全K测定采用浓H2SO4消煮－火焰光度法［13］。土壤中细菌、放线菌和真菌采用平板菌落计数法。其中，细菌培养基为牛肉膏蛋白胨培养基，真菌培养基为马丁培养基，放线菌培养基为高氏1号培养基。过氧化氢酶活性的测定参见文献［14］，蔗糖酶和脲酶活性的测定参见文献［15］。

1．4 数据分析

统计分析采用SAS（v．9．1）统计软件，用MS Excel 2003绘制表格。百分数作反正弦转换后再做ANOVA方差分析，处理平均数比较采用LSD法。

2 结果与分析

2．1 苄·丁和二氯喹啉酸对紫云英植株干物质重和养分累积量的影响

施用苄·丁和二氯喹啉酸均降低了紫云英植株干物质累积，而且施用剂量越多，干物质累积越少（表1）。与不施用除草剂（CK）相比，施用低剂量苄·丁和二氯喹啉酸后，紫云英植株干物质累积量分别降低13．1%和23．7%；施用高剂量时则分别降低44．0%和52．8%，差异均达到显著水平（P＜0．05）。

施用苄·丁和二氯喹啉酸均降低了紫云英植株氮养分的累积，而且其幅度随着施用剂量的增加而加剧（表1）。与不施用除草剂（CK）相比，施用低剂量苄·丁和二氯喹啉酸后，紫云英植株中氮累积量分别降低10．6%和15．0%；施用高剂量时则分别降低37．9%和52．8%，差异均达到显著水平（P＜0．05）。

施用低剂量苄·丁和二氯喹啉酸对紫云英植株中磷累积量影响不显著（P＞0．05），但是施用高剂量时均显著降低紫云英植株中磷累积量（表1）。与不施用除草剂（CK）相比，施用高剂量苄·丁和二氯喹啉酸分别降低紫云英植株中磷累积量32．7%和49．6%。

施用低剂量的苄·丁对紫云英中钾累积量影响不显著（P＞0．05），但是施用高剂量苄·丁或低剂量和高剂量二氯喹啉酸均显著降低了紫云英植株中钾累积量（表1）。与不施用除草剂（CK）相比，施用高剂量苄·丁后，紫云英植株中钾累积量降低34．5%，而施用低剂量和高剂量二氯喹啉酸后，紫云英植株中钾累积量分别降低15．2%和56．6%。

2．2 苄·丁和二氯喹啉酸对土壤养分有效性的影响

稻田土壤中施用苄·丁和二氯喹啉酸后，土壤pH变化不显著（P＞0．05），但是均显著降低土壤中有效氮和速效钾含量，而且降低幅度随着施用剂量的增加而增加（表2）。与不施用除草剂（CK）相比，施用低剂量和高剂量苄·丁后，土壤有效氮含量分别降低9．2%和12．1%，速效钾分别降低25．8%和28．7%；施用低剂量和高剂量二氯喹啉酸后土壤有效氮含量分别降低11．4%和12．8%，速效钾分别降低26．5%和29．6%。

施用低剂量苄·丁和二氯喹啉酸后，土壤中有效磷含量均出现增加的趋势，但变化不显著（P＞0．05），随着施用剂量的增加，有效磷含量显著降低（表2）。与不施用除草剂（CK）相比，施用高剂量苄·丁和二氯喹啉酸后，土壤中有效磷含量分别降低5．4%和6．1%。

表1 不同剂量苄·丁和二氯喹啉酸对紫云英植株干物质重和养分累积量的影响Table 1 Effects of different doses of bensulfuron－methyl·butachlor and quinclorac on dry matter weight and nutrients accumulation of Chinese milk vetch

2．3 苄·丁和二氯喹啉酸对土壤生物学性质的影响

水稻田施用苄·丁增加了土壤中细菌数量，施用二氯喹啉酸则正好相反（表3）。与不施用除草剂（CK）相比，施用低剂量和高剂量苄·丁后，土壤中细菌数量分别增加85．1%和77．8%；施用低剂量和高剂量二氯喹啉酸，土壤中细菌数量分别减少16．0%和30．6%。

施用苄·丁和二氯喹啉酸（低剂量和高剂量）均降低土壤中放线菌数量（表3）。与不施用除草剂（CK）相比，施用低剂量和高剂量苄·丁后，土壤放线菌数量分别降低31．5%和50．9%；施用低剂量和高剂量二氯喹啉酸后，土壤放线菌数量分别降低49．6%和51．7%。另外，无论是施用低剂量还是高剂量苄·丁和二氯喹啉酸，土壤中真菌数量均无显著变化（P＞0．05）。

由表4可以看出，施用低剂量二氯喹啉酸显著抑制了土壤中过氧化氢酶活性，而施用高剂量苄·丁和二氯喹啉酸均显著抑制了土壤中过氧化氢酶和尿酶活性（P＜0．05）。如与不施用除草剂（CK）相比，施用高剂量苄·丁和二氯喹啉酸后，土壤中过氧化氢酶活性分别降低15．0%和18．7%，尿酶活性分别降低32．8%和50．6%。此外，无论施用何种剂量的苄·丁和二氯喹啉酸，土壤中蔗糖酶活性变化均不显著（P＞0．05）。

3 讨论

研究表明，覆盖作物直播时，施用除草剂影响了农业生态系统中养分（如氮素等）的有效性，减少了植物对养分的利用率［16］，尤其是抑制了豆科作物共生固氮菌的活性，显著降低其结瘤率［17］。这可能是施用低剂量苄·丁后显著降低紫云英植株中氮的累积量，施用二氯喹啉酸后则降低紫云英植株中氮和钾累积量的原因之一。此外，施用二氯喹啉酸后，由于促进了植株体内乙烯的生物合成以及脱落酸的累积，导致气孔缩小和CO2吸收减少等，干扰了植株的光合作用及其产物的形成，特别是施用高剂量二氯喹啉酸后可能抑制了植株分生组织的分化，堵塞根系等的疏导组织，减少了供给地下部光合产物的数量，进而影响了植株根系的生长发育和活性及其对养分的吸收利用；而丁草胺则通过植株幼苗和幼根进入体内后抑制其呼吸和光合作用，从而不利于植株对养分的吸收累积以及生长发育，而且施用苄·丁和二氯喹啉酸后还可能杀死或者抑制了土壤中某种微生物种群的活动，限制了土壤酶的分泌及其活性，降低植株根际有效养分含量，这些均可能是施用高剂量苄·丁和二氯喹啉酸后降低紫云英植株中养分（氮、磷和钾）累积量的原因之一，尤其是豆科作物对二氯喹啉酸的表现更为敏感。由此可见，稻田施用低剂量苄·丁或二氯喹啉酸后主要限制了后茬作物紫云英对氮素或者氮和钾素营养的吸收利用，而高剂量苄·丁和二氯喹啉酸则对3种必需的大量营养元素（氮、磷和钾）均有限制作用，进而影响了紫云英植株体内干物质的累积。

表3 不同剂量苄·丁和二氯喹啉酸对土壤微生物种群数量的影响Table 3 Effects of different doses of bensulfuron－methyl·butachlor and quinclorac on the quantities of soil microorganisms

表4 不同剂量苄·丁和二氯喹啉酸对土壤酶活性的影响Table 4 Effects of different doses of bensulfuron－methyl·butachlor and quinclorac on the activities of soil enzymes

土壤中有效氮主要来源于有机氮素的矿化。施入除草剂减少了土壤中总矿化氮量，而且随着施用量的增加而减少越多［18］，这可能是施用除草剂苄·丁和二氯喹啉酸显著降低了土壤中氮素养分有效性的原因之一。施用低剂量二氯喹啉酸后，土壤中有效磷含量有所增加，但是随着施用量的增加，土壤中有效磷含量出现减少。这可能是因为施用低剂量的除草剂刺激了土壤中溶磷微生物的活性［19］，但是高剂量时却又抑制了土壤中磷酸酶活性的缘故［20］。

土壤微生物种群及其数量和土壤酶活性等重要的生物学特征，对土壤养分的有效性具有至关重要的作用。除草剂施入土壤后容易被土壤胶体粒子吸附而残留于土壤中［21］，对土壤微生物生物量和酶活性的影响及其程度因除草剂种类和施用剂量的不同而有所差异［22－23］。除草剂苄·丁的有效成分主要为丁草胺，土壤对其有较强的吸附能力，而且移动性小［2，24］，因此，其在土壤中表现出明显的持留性，而且其与土壤微生物之间相互作用，相互影响。本研究结果表明，施用低剂量苄·丁增加了土壤中细菌数量。有研究表明，除草剂能增加土壤中硝化细菌数量，而施用低浓度丁草胺时刺激了土壤中反硝化细菌的生长［25－26］，加大了土壤氮素养分因NH3挥发和反硝化脱氮损失的风险，降低了土壤中有效氮含量，从而不利于后茬作物紫云英吸收利用氮素养分。此外，施用低剂量苄·丁对土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶和尿酶活性的影响均不显著，施用高剂量苄·丁抑制了过氧化氢酶和尿酶活性，这与前人研究结果有所差异［27］，可能是因为土壤本身性质、除草剂施用剂量和环境因素等不同所致。

一方面，稻田使用的除草剂大部分进入土壤后直接影响了土壤微生物的生长及其代谢［28］，另一方面，微生物或其分泌的酶类物质通过降解除草剂而改变了土壤自身的生理生化组成，从而最终影响了土壤微生物活性。另有研究表明，土壤中细菌（如产甲烷细菌）数量随着二氯喹啉酸施用浓度的增加显著减少，而且施用高浓度二氯喹啉酸时也抑制了土壤中放线菌数量，但是土壤中真菌数量对二氯喹啉酸并不敏感［23，29］。本研究结果表明，无论是施用低剂量还是高剂量的二氯喹啉酸均降低了土壤中细菌和放线菌数量。这可能是因为施用除草剂（如二氯喹啉酸）后减少了土壤中有效养分（N、P和K）的含量，降低土壤肥力，不仅影响了根系数量和活力以及植株生长发育，从而改变了土壤系统中的有机碳源，而且还不同程度地破坏了土壤微生物的生存环境，继而间接影响了土壤微生物数量和活性［30－31］。另外，施用低剂量二氯喹啉酸显著抑制了土壤中过氧化氢酶活性，而施用高剂量时抑制了土壤中尿酶活性，这与张昀等［20］的研究结果类似。

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