施用草甘膦对桉树人工林土壤理化性质的影响*

侯文军 邹 明 李宝福 俞元春

(1.南方现代林业协同创新中心 南京林业大学生物与环境学院 南京 210037； 2.福建省林业科学研究院 福州 350012)

桉树(Eucalyptus)是桃金娘科(Myrtaceae)桉属树种的统称，原产澳大利亚，广泛分布于热带、亚热带地区。因其速生、丰产、抗性好、耐贫瘠、干形好、易繁殖等特点，被世界各国广泛种植，是联合国粮农组织认定的三大速生丰产人工林树种之一。我国从1890年开始引种桉树，到2013年种植面积达450万hm2(陈少雄等， 2013)，现已成为重要的工业原料林(侯宁宁等， 2019)。桉树是强阳性树种，其生长发育需要充足阳光，尤其幼苗阶段最怕杂草荫蔽和争夺肥料。我国南方地区气候温暖湿润，适合各种杂草和灌木生长，会和桉树幼苗竞争阳光、水分和养分，所以种植桉树前应清理杂灌草，同时必须尽早对桉树幼林清除杂灌草以促进幼苗早发早长。人工抚育除草存在劳力严重短缺、成本高、效果不理想等问题。炼山清理林地杂灌草又易引起水土流失、地力衰退等系列问题，因而许多地方禁用。因此，除草剂草甘膦广泛用于采伐迹地清理和桉树次生林清理(Robertsetal.， 2016； Benbrooketal.， 2016)，成为近年来施用最普遍、销售量最大的除草剂(孙立思等， 2017)。草甘膦的施用虽大幅提高除草效率，但它属于有毒性、用量大、影响广的有机污染物，可能污染土壤，多项研究证实其对生态环境的潜在风险(Modestoetal., 2010； 周垂帆等， 2017)，如影响土壤理化性质等。毛美红等(2011)研究发现，长期施用草甘膦导致毛竹(Phyllostachysedulis)林土壤密度增加、总孔隙度降低，土壤有机质含量显著下降，但对土壤养分、pH值均未有显著影响； 姜伟丽等(2015)研究认 为，多次施用不同浓度的草甘膦会不同程度地提高棉(Gossypiumspp.)田土壤的电导率、pH值； 周垂帆等(2016)研究表明，草甘膦显著提高土壤磷的有效性。目前，对施用草甘膦对桉树人工林土壤理化性质影响的研究鲜见报道。本研究以福建漳州桉树巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)人工林为对象，探究施用草甘膦对土壤理化性质的影响以期为草甘磷的合理施用提供参考。

1 研究区概况

研究区位于福建省漳州市龙海林下国有林场田坑工区桉树纤维材示范林区(117°30’21″—117°32’13″E，24°27’56″—24°28’34″N)。该区域属亚热带季风性湿润气候，年均气温21 ℃，最高气温38 ℃，最低气温0 ℃，霜期短，年均降水量1 440 mm； 土壤类型为红壤。桉树林龄为4年，树种为‘3229巨尾桉’，林分密度为1 650株·hm-2，平均胸径10 cm，平均树高13 m。林下植被丰富，灌木主要有白背叶(Mallotusapelta)、粗叶榕(Ficushirta)、毛冬青(Ilexpubescens)、山莓(Rubuscorchorifolius)、长刺楤木(Araliaspinifolia)、鹅掌柴(Scheffleraoctophylla)、大青(Clerodendrumcyrtophyllum)、毛果算盘子(Glochidioneriocarpum)和野牡丹(Melastomacandidum)； 草本植物主要有淡竹叶(Lophatherumgracile)、华南毛蕨(Cyclosorusparasiticus)、乌毛蕨(Blechnumorientale)、荩草(Arthraxonhispidus)、华南鳞盖蕨(Microlepiahancei)、大叶仙茅(Curculigocapitulata)、假臭草(Praxelisclematidea)、山苍子(Litseacubeba)、条裂叉蕨(Tectariaphaeocaulis)和铁线蕨(Adiantumphilippense)等。

2 研究方法

2.1 样地设置和土样采集

2013年2月炼山清杂，3月按定植株行距2 m×3 m挖明穴、施放基肥、回表土后栽植，造林后连续3年每年锄草抚育2 次并施肥1次，栽植当年每株追肥复合肥100 g，第2、3 年每株施复合肥500 g。2015年3月设置6块20 m×20 m的样地，其中3块施用草甘膦： 2015、2016年的5月和9月施用草甘膦(41%草甘膦异丙胺盐水剂和水按质量1∶50配制而成)清除灌木和杂草，每次施用量1 500 kg·hm-2，3块对照组样地不施用草甘膦，采用人工除草。

2017年5月进行土壤理化性质样品采集，用对角线法在每块样地内取3个采样点，每个采样点分别设置0～10、10～20和20～40 cm土层，用环刀采集测定土壤物理性质的土样。因为草甘膦喷施在土壤表面，对表层土壤影响较明显，为更好地分析草甘膦在土壤表层的残留情况及其对表层土壤化学性质的影响，每个采样点设置0～2、2～5、5～20和20～40 cm 4个土层。将同一样地内同一土层的3个土壤样品均匀混合为1个混合样，用于测定草甘膦残留量及土壤化学性质。

2.2 土壤理化指标测定

土壤密度、孔隙度采用环刀法测定。土壤化学性质测定参考《土壤农业化学分析方法》(鲁如坤， 2000)： 土壤pH值采用水土2.5∶1的比例浸提，电位法测定； 有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定； 全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定； 水解性氮含量采用碱解扩散法测定； 全磷含量采用硫酸-高氯酸消煮，钼锑抗比色法测定； 有效磷含量采用双酸浸提，钼锑抗比色法测定； 全钾含量采用氢氧化钠熔融，火焰光度法测定； 速效钾含量采用乙酸铵浸提，火焰光度计法测定。

土壤草甘膦含量的测定： 称取10.00 g过60目筛的风干土样，置于50 mL离心管中，加入20 mL 0.6 mol·L-1氢氧化钾溶液，振荡2 h后离心，用0.6 mol·L-1盐酸溶液调节上清液pH值至中性，再用0.45 μm滤膜过滤，定容后备用。吸取2 mL上清液到5 mL容量瓶中，加入0.5 mL磷酸盐缓冲液(pH11，由0.4 mol·L-1磷酸二氢钠与0.4 mol·L-1磷酸钠等量混合而成)，再加入0.5 mL 10 g·L-1对甲基苯磺酰氯溶液(用乙腈溶液配制)，在50 ℃水浴锅中加热5 min，取出冷却后用超纯水定容至刻度线，0.45 μm滤膜过滤后高效液相色谱测定。流动相0.05 mol·L-1磷酸氢二钠缓冲液(pH 值5.5)： 甲醇为65:35(V:V)，柱温30 ℃，流速1 mL·min-1，检测波长235 nm，进样量20 μL(司友斌等， 2009)。

2.3 数据处理

利用Microsoft Excel 2016软件进行数据处理，采用SPSS22.0软件进行方差分析，LSD法对数据进行差异显著性分析，t检验比较2种处理的差异显著性，以P<0.05表示数据差异显著。

3 结果与分析

3.1 土壤中的草甘膦残留量

由图1可知，草甘膦残留量随土层加深而降低，0～2 cm土层草甘膦含量最高，为4.43 mg·kg-1，显著高于其他土层(P<0.05)，2～5、5～20和20～40 cm土层的草甘膦含量分别为2.64、0.63和0.13 mg·kg-1。

3.2 施用草甘膦对土壤物理性质的影响

由表1可知，施用草甘膦后0～10、10～20和 20～40 cm土层土壤密度分别为1.23、1.27和1.34 g·cm-3，较对照组分别增加了0.02、0.02和0.01 g·cm-3，增幅分别为1.65%、1.60%和0.75%； 土壤总孔隙度分别为49.79%、48.23%和46.64%，分别下降了0.49%、0.32%和0.47%，下降幅度分别为0.97%、0.32%和0.66%，但差异均不显著。随着土层深度增加，2种处理的土壤密度均呈上升趋势，土壤总孔隙度均呈下降趋势，但差异不显著。

图1 桉树人工林土壤中草甘膦残留量

表1 施用草甘膦对土壤物理性质的影响①

3.3 施用草甘膦对土壤化学性质的影响

从表2可看出，施用草甘膦后，土壤pH值随土层加深从5.26逐渐降低到4.34，而对照组的土壤pH值则随土层加深小幅升高。施用草甘膦后的土壤pH值在0～2、2～5和5～20 cm土层分别为5.26、4.63和4.57，比对照组分别增加了0.90、0.24和0.07，增幅分别为20.64%、5.47%和1.56%，但在20～40 cm土层却由4.53降低到了4.34，降幅为4.19%。两种处理仅在0～2 cm土层差异显著(P<0.05)，表明施用草甘膦显著提高表层土壤pH值。

施用草甘膦后，土壤各土层电导率均有所降低，0～2、2～5、5～20和20～40 cm土层分别为61.83、42.77、34.20和38.17 us·cm-1，较对照组分别降低了6.46%、16.19%、21.20%和2.55%，差异均不显著。2种处理的土壤电导率随土层加深的变化趋势有所不同，对照组表现为逐渐降低，处理组则先下降后上升。

与对照组相比，施用草甘膦后各土层的有机质含量均不同程度地降低。其中0～2 cm土层为40.38 g·kg-1，较对照组降低16.70 g·kg-1，下降幅度为29.26%，且差异显著(P<0.05)； 2～5 cm、5～20 cm和20～40 cm土层分别为36.62、28.08和18.99 g·kg-1，较对照组分别下降21.38%、3.11%和17.00%，但差异不显著(P>0.05)。

2种处理的土壤全氮和水解氮含量均随着土层加深而下降，处理组各土层的全氮和水解氮含量均低于对照组，但差异不显著。2种处理的土壤全磷含量均随土层加深而下降，处理组的各土层全磷含量均低于对照组，但差异不显著。与对照组相比，处理组各土层有效磷含量均有不同程度地提高。其中，0～2 cm土层的有效磷含量由2.90 mg·kg-1显著(P<0.05)提高到5.29 mg·kg-1，提高幅度为82.41%，2～5、5～20和20～40 cm土层分别为2.89、1.51和0.93 mg·kg-1，较对照组分别提高0.98、0.26 和0.22 mg·kg-1，提高幅度分别为51.31%、20.80%和30.99%。施用草甘膦提高了各土层的全钾和速效钾含量，但差异不显著。

表2 施用草甘膦对土壤化学性质的影响①

4 讨论

草甘膦进入土壤后会发生吸附、迁移、降解等一系列反应，一旦草甘膦残留量超出土壤环境承载力就会对土壤环境造成损害(林静雯等， 2015)。本研究发现，桉树人工林施用草甘膦后的残留量在0～2 cm土层最高，达4.43 mg·kg-1，然后随土层加深逐渐降低。Yang等(2015)研究也表明，土壤中的草甘膦和降解产物AMPA含量随土层加深而显著下降，在0～2、2～5和5～10 cm土层，草甘膦(包括AMPA)残留量占比分别为72%、2%和3%。目前我国并没有制定土壤中草甘膦的残留标准，但欧盟、美国、日本均制定了严格的草甘膦最大残留量标准(0.1～0.5 mg·kg-1)(汪立高等， 2011)。草甘膦的半衰期为1～174天(Wauchopeetal.，1992)，而本研究是施用草甘膦半年后的结果，绝大多数草甘膦已经降解，半衰期内实际残留量可能远大于4.43 mg·kg-1。

桉树人工林施用草甘膦后，各土层土壤密度比对照组增高，总孔隙度和非毛管孔隙度变低，但差异还均未达显著水平，毛美红等(2011)的研究也证实了这一结论。在毛竹笋用林中长期使用草甘膦且没有施肥等抚育措施的情况下，土壤密度增加，总孔隙度降低，且差异显著(P<0.05)。而本研究表明，施用草甘膦对土壤物理性质不存在显著影响，可能与草甘膦施用时间较短及采样时间距离施用草甘膦时间较长有关。土壤密度增加和总孔隙度降低，可能与施用草甘膦后的土壤有机质含量减少、土壤微生物种群变化等有关，其原因还有待进一步研究。

桉树人工林施用草甘膦后，土壤电导率在0～20 cm内的各土层均低于对照组，在20～40 cm土层二者基本一致，差异均未达显著水平。前人研究表明，在前1～2次草甘膦添加到土壤后电导率低于对照组，但土壤电导率随草甘膦使用次数增加而逐渐上升并高于对照组(姜伟丽等， 2015； 毛美红等， 2011)。桉树人工林喷施草甘膦后，pH值在0～2和2～5 cm土层升高，但在5～20 cm和20～40 cm土层降低，虽然差异均不显著； 但García-Pérez等(2016)发现持续应用草甘膦可加速土壤酸化，降低土壤pH值。

土壤有机质可以提供植物所需养分，同时也可吸附重金属(Mohamedetal.， 2010)和农药等有机污染物(龚香宜等， 2017)，降低污染物毒害。本研究表明，草甘膦施用对0～2 cm土层有机质含量存在显著降低作用(P<0.05)，但在其他土层的降低作用不显著。Yu等(2005)研究表明，土壤有机质可吸附土壤中的草甘膦，在去除土壤有机质后，试验所用的2种土壤的吸附常数分别减少75.0% 和52.5%。

施用草甘膦后，土壤全氮和水解氮含量均低于对照组，但未达显著水平。这可能是因为草甘膦对土壤固氮微生物活性有抑制作用(邓晓等， 2005)，Fan 等(2017)的研究也证实了这一点。Stratton等(1991)研究发现，草甘膦刺激森林凋落物和森林土壤中的氨化，但没有刺激土壤中硝化和反硝化反应，土壤氮素的氨化会导致氮损失。

桉树人工林施用草甘膦后，土壤全磷含量低于对照组，但差异不显著(P<0.05)，而有效磷含量高于对照组，且仅0～2 cm土层差异显著(P<0.05)。土壤全磷含量降低可能是土壤有效磷增加利于桉树的磷吸收。土壤有效磷增加一方面可能是因草甘膦中含有磷，其降解过程中将磷元素释放到土壤中(Yuetal.， 2011)，另一方面草甘膦会与土壤阳离子进行交换，形成Fe-Glyphosate、Al-Glyphosate和 Ca-Glyphosate的形态，占据了磷的吸附位点，从而降低土壤Fe-P、Al-P和Ca-P含量，使土壤有效磷含量增加(周垂帆等， 2016)。

桉树人工林的草甘膦施用对土壤全钾和速效钾含量没有显著影响，但与对照组相比有所增加。Lane等(2012)研究表明，草甘膦配方含有钾盐，添加到土壤中的钾素不易转化为微生物生物量K，也不能固定在黏土层之间转化为非交性换K，大部分添加的钾会保持可交换性，为植物可利用形式，这表明土壤全钾和速效钾含量增加可能来源于草甘膦本身。

此外，桉树人工林施用草甘膦使林下杂草、灌木减少或消失，可能会对土壤的理化性质产生影响，还有待进一步研究。

5 结论

在桉树人工林施用草甘膦2年后：土壤的密度、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度物理性质变差，但影响尚未达显著水平； 草甘膦残留量集中在0～2 cm土层，含量达4.43 mg·kg-1，与对照组差异显著(P<0.05)； 对土壤化学性质的影响主要集中在表层，0～2 cm土层的pH值提高了0.90，有机质含量下降了16.70 g·kg-1、有效磷含量提高2.39 mg·kg-1，均与对照组差异显著(P<0.05)。