桉树人工林土壤草甘膦残留研究

饶妍茜，陆湘云，刘胜元，陈晨，刘森，温建科，罗盼，李辉，吴立潮*，陈利军

桉树人工林土壤草甘膦残留研究

饶妍茜1，陆湘云2，刘胜元1，陈晨1，刘森1，温建科3，罗盼4，李辉5，吴立潮1*，陈利军1

(1. 中南林业科技大学林学院，水土保持与荒漠化防治湖南省高等学校重点实验室，湖南 长沙 410004； 2. 广西国有高峰林场，广西 南宁 530006； 3. 广东省清远市中联农林有限公司，广东 清远 511500； 4. 广西绿拓林业科技有限公司，广西 南宁 530006；5. 广西地源之本肥业有限公司，广西 南宁 530006)

基于长期施用除草剂草甘膦是否会在土壤中富积而造成土壤污染等问题，本文以5年生、8年生、11年生第一代桉树人工林以及清理尚未种植桉树的林地(CK)为研究对象，探究长期施用草甘膦的桉树人工林土壤中草甘膦及其代谢产物氨甲基膦酸(AMPA)残留浓度。结果表明：不同林龄土壤中草甘膦与AMPA残留浓度平均范围均<0.10 mg·kg−1；草甘膦与AMPA在林龄间呈现相同变化趋势，不同林龄间草甘膦残留浓度未发现显著差异(>0.05),但AMPA存在显著差异(<0.05)；土壤pH值在CK土壤中最低，其他林龄间变化表现为先降后升，pH值过低，土壤中草甘膦和AMPA降解速度可能会变慢。研究未发现草甘膦及其代谢产物有随着林龄增加而逐渐富积的趋势。

林龄；草甘膦；AMPA；代谢产物；残留浓度

桉树()原产于澳洲，为全球热带和亚热带地区短周期人工林重要用材树种[1]，近20年来在我国南方大面积种植，是我国三大速生树种之一[2]。国内桉树种植区气候温暖且高温多雨，十分利于植被的生长。人为经营干扰强度较低的桉树林下有着丰富的生物多样性群落，杂草灌木生长十分茂密[3]。从经营角度来看，桉树林下植被生长过度，就会在水分、肥料、光照等方面和桉树产生竞争，进而阻碍桉树正常生长[4]，因此，桉树幼林下杂草控制至关重要。化学除草是目前桉树营林过程中采用较普遍的一种手段，但这也引起业界对生态环境污染的担忧。桉树人工林长期施用除草剂草甘膦是否会在土壤中积累残留？是否对林下土壤产生其他潜在影响？随着桉树林经营面积不断扩大是不是会对区域生态环境造成重大影响？因此，探究长期施用草甘膦在桉树人工林土壤中的残留研究势在必行。

草甘膦作为一种非选择性、内吸传导型有机氯除草剂，在进入土壤环境后会发生吸附、迁移、降解等物理、化学及生物反应[5]。草甘膦在土壤中主要代谢产物为氨甲基膦酸(Aminomethyl Phosphonic Acid，AMPA)[6]。有研究对施用草甘膦两年后的桉树人工林进行残留浓度测定，发现草甘膦及其代谢物AMPA可能会在土壤中残留[7]。目前，长期施用草甘膦在桉树人工林土壤中残留研究鲜见报道。因此，本文对长期施用草甘膦的桉树人工林土壤进行草甘膦及其降解中间产物残留研究，探究除草剂草甘膦及其代谢物AMPA在不同林龄桉树人工林土壤中的残留浓度。基于上述研究，提出如下假设：桉树人工林长期施用草甘膦，在土壤中残留浓度较低，其代谢物AMPA在土壤中残留浓度高于草甘膦。具体研究目标如下：1)明确草甘膦和AMPA在不同林龄桉树人工林表层土壤中的残留浓度；2)对比不同林龄桉树人工林土壤中草甘膦和AMPA残留浓度的差异。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于广东省清远市清新区桉树免炼山试验林(23°50′～ 23°58′ N，112°48′～ 113°2′ E)。该地属亚热带季风气候。四季分明、昼夜温差明显，年平均气温在18.9 ～ 22 ℃之间，无霜冻期300 d以上，雨水资源丰富，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毫米日数)为160 ～ 173 d，雨量充沛。试验地海拔为100 ～ 500 m。林下植被以低矮杂灌为主，主要植被有地菍()、铁芒萁()、凤尾蕨()等。研究区内土壤是由花岗岩风化而成的酸性赤红壤，土层厚度≥60 cm。

1.2 试验设计

在试验地分别选择连续经营5年生、8年生、11年生的桉树人工林以及清理后还未种植桉树的林地(CK)。试验地均为第一代尾巨桉()人工林，施易乐施控释肥基肥，每株施用0.1 kg，当年不再追肥。从次年开始每年进行杂草、病虫害防控工作，采用勤施薄施的施肥策略，每年12月穴施易乐施控释肥0.15 ～ 0.2 kg·株-1，每年6月撒施高钾控施肥0.1 kg·株-1，8月撒施高钾控施肥0.15 kg·株-1，即从第二年起每年使用0.4 ～ 0.45 kg·株-1肥料。5、8、11年生桉树人工林从种植前1年开始施用41%草甘膦异丙胺盐水剂，随后平均每3年的7、8月份施用1 ～ 2次，而CK则是在常绿阔叶林砍伐后进行林地整理，首次施用41%草甘膦异丙胺盐水剂且未施用过化学肥料。

表1 样地基本情况

1.3 土样采集

于2020年12月在不同林龄桉树人工林随机选取6个样地，样地内设置 6个20 m × 20 m的样方，共计24个样方。每个样方去除枯枝落叶后，先用环刀取样，再按照S型采集0 ～ 20 cm 表层土壤混合样500 g，将所有土样带回实验室。鲜土过2 mm筛放入4 ℃冰箱保存用于测定土壤中草甘膦和AMPA的残留量。

1.4 土壤样品分析

用高效液相色谱仪(日本岛津，LC-30A)测定草甘膦和AMPA残留量，采用柱前衍生-固相萃取-高效液相色谱荧光法[8]。采用环刀法[9]测定土壤容重、持水量、孔隙度。采用蒸馏水浸提土壤法[10]测定土壤pH值。

1.5 数据处理

用EXCEL 2019处理数据，采用SPSS 26.0进行单因素方差分析，使用ORIGIN 2019b(64-bit)进行图表绘制，用R(4.1.2) CORRPLOT进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 草甘膦及其代谢物AMPA回收率

通过对土壤样品添加不同浓度草甘膦和AMPA标准液来计算在试验中损耗部分，以确定农药残留检测试验精确度，在0.005 ～ 2.5 mg·kg−1添加水平范围内，草甘膦在土壤中的添加回收率为86.4% ～ 92.56%(表2)；AMPA在土壤中的添加回收率为88.56% ～ 93.56%，由于回收率超过80.00%，符合国家农药残留试验标准[11]，能够用于实际样本残留检测分析，因此未对土壤样品残留数据进行回收率校正。

表2 桉树人工林土壤中草甘膦及其代谢物AMPA的回收率

2.2 草甘膦及代谢物AMPA在不同林龄土壤中残留变化

草甘膦与AMPA在林龄间呈相似的变化趋势(图1)。不同林龄桉树人工林表层土壤中草甘膦残留量差异不显著(0.05)，不同林龄桉树人工林表层土壤中AMPA残留量差异显著(0.05)，不同林龄土壤中草甘膦及其代谢物AMPA残留浓度平均范围均<0.1 mg·kg−1。在同一林分土壤中，AMPA在土壤中残留浓度均高于草甘膦残留浓度。

图1 草甘膦及其代谢物AMPA在不同林龄残留量

2.3 不同林龄土壤性质变化特征

不同林龄桉树人工林土壤中草甘膦及其代谢物AMPA与土壤性质之间相关密切(图2)，不同林龄土壤间土壤密度、非毛管孔隙、pH值均存在显著差异(表3)，CK总孔隙度、最大持水量、最小持水量显著大于其他林龄，而其他林龄间无显著差异，随着经营年份增加持水量有上升的趋势，但差异均达显著水平。CK土壤密度显著小于其他林龄，土壤密度随着林龄增加而降低，降幅分别为24.17%、9.09%。pH值总体呈弱酸性，CK土壤pH值显著低于其他林龄，其他林龄间pH值呈先降后升的变化趋势，其中降幅为11.27%，与草甘膦和AMPA残留量在土壤中表现相反。

表3 不同林龄桉树人工林土壤性质

注：同列数据后不同小写字母表示<0.05。

图2 指标相关性分析

注：*、**分别表示<0.05、<0.01。

3 讨论

3.1 草甘膦与AMPA在不同林龄土壤中残留变化

草甘膦及AMPA在不同林龄桉树人工林表层土壤中残留量均<0.1 mg·kg−1，此浓度对人类和动物而言均属安全标准范围[12]，土壤中草甘膦残留量无显著性差异，这表明草甘膦残留可能未随着林龄增加逐渐富积。在施用过程中，添加农用有机硅溶液使大部分药剂粘附于杂草叶面，被地表剩余物所截留以及草甘膦进入土壤后被土壤微生物快速降解[13]，这些都可能导致草甘膦在土壤中残留降低。土壤中草甘膦含量还会随着时间增加而降低[14]，有研究表明草甘膦半衰期为1 ～ 174 d[15]，此次采集土样是在施用草甘膦150 d后，因此测得草甘膦及其代谢物AMPA残留浓度在土壤中残留较低。

所有林分土壤中AMPA残留量均大于草甘膦残留量，这表明AMPA在土壤中代谢时间可能比草甘膦更长，草甘膦进入土壤时，易被土壤胶体紧密吸附直至其在土壤中降解[6]，降解时则根据草甘膦和AMPA在土壤中的吸附性强弱决定其降解速率，CARRETTA等[16]发现草甘膦在土壤中吸附量高于AMPA，从而阻碍了AMPA降解，导致AMPA在土壤中存在时间长于草甘膦，与本研究结果一致。

3.2 草甘膦与土壤性质的关系特征

随着经营年份越长，土壤密度逐渐降低，CK土壤密度显著低于其他林龄，而林龄间表现为5年生>8年生>11年生。土壤持水量和孔隙度呈上升趋势，但差异并不显著。侯文军等[7]研究表明，对比未施用草甘膦的桉树人工林土壤，施用草甘膦后土壤密度增高，总孔隙度和非毛管孔隙度变低，但差异均未达显著水平。本研究发现草甘膦残留量与土壤密度、持水量相关性显著，但除CK外其他林龄间土壤持水量和孔隙度不存在显著差异，可能与林木自身生长与施肥年限有关，其原因还有待进一步研究。但有研究表明，施用草甘膦会对土壤结构产生影响，而长期施肥则会改善土壤结构，减少草甘膦对土壤结构的影响[17]。

CK土壤pH值显著低于其他处理，具体表现为5年生>11年生>8年生>CK，与草甘膦和AMPA在不同林龄土壤中变化趋势表现相反，这表明pH值可能会影响土壤中草甘膦和AMPA降解速度。

有研究表明pH值过低或过高会影响草甘膦及AMPA在土壤中分解[14]，因此，pH值越低可能土壤中草甘膦和AMPA降解速度会越慢。

4 结论

长期施用草甘膦的桉树人工林中，草甘膦及AMPA在土壤中平均残留量均<0.1 mg·kg−1，并未发现土壤中草甘膦及其代谢产物AMPA残留量随着林龄增加逐渐富积。土壤密度随着经营年份增加逐渐下降，土壤持水量和孔隙度也存在上升趋势，但差异未达显著水平。土壤pH值与草甘膦和AMPA在不同林龄土壤中变化趋势表现相反，土壤pH值可能会影响土壤中草甘膦和AMPA降解速度。

[1] 陈李花,曾炳山,吕成群,等.中国桉树人工林可持续经营的问题与对策[J].广东林业科技,2009,25(2):78-83.

[2] 汤衍荣.桉树营林存在的问题及对策[J].现代农业科技,2022(4):138-139,141.

[3] 凌云天.桉树人工林化学除草效果研究[J].安徽农学通报,2008(15):165-166,241.

[4] 郑友光.微探除草剂在桉树营林生长中的应用[J].农家参谋,2018(10):105-106.

[5] 林静雯,李莹,罗洁文,等.林用除草剂草甘膦的环境行为及生态风险研究进展[J].世界林业研究,2015,28(4):58-63.

[6] 卢信,赵炳梓,张佳宝,等.除草剂草甘膦的性质及环境行为综述[J].土壤通报,2005,36(5):147-152.

[7] 侯文军,邹明,李宝福,等.施用草甘膦对桉树人工林土壤理化性质的影响[J].林业科学,2020,56(8):20-26.

[8] 王运儒,秦玉燕,邓有展,等.柱前衍生-固相萃取-高效液相色谱荧光法测定土壤中草甘膦的残留[J].农业研究与应用,2019,32(Z1):28-33.

[9] 国家林业局.森林土壤水分-物理性质的测定:LY/T 1215-1999[S].北京:中国标准出版社,1999.

[10] 国家林业局.森林土壤PH值的测定:LY/T 1239-1999 [S]. 北京:中国标准出版社,1999.

[11] 中华人民共和国农业部.农药残留试验准则:NY/T 788-2004 [S].北京:中国标准出版社,1999.

[12] 汪立高,杨仁斌,魏凤.土壤中残留草甘膦检测方法及其消解动态研究[J].湖南农业科学,2011(23):85-88.

[13] 赵宝广,闫彩燕,栾凤侠,等.草甘膦的发展与环境安全性评价[J].大豆科技,2019(4):25-33.

[14] ZHANG C P, HU X Q, LUO J Y, et al. Degradation dynamics of Glyphosate in different types oforchard soils in China[J]. Molecules, 2015, 20(1): 1161-1175.

[15] WAUCHOPE R D, BUTTLER T M, HORNSBY A G, et al. The SCS/ARS/CES pesticide properties database for environmental decision-making[J]. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology, 1992,123: 1-155.

[16] CARRETTA L, CARDINALI A, ONOFRI A, et al. Dynamics of Glyphosate and aminomethyl phosphonic acid in soil under conventional and conservation tillage[J]. International Journal of Environmental Research, 2021, 15(6):1037-1055.

[17] 毛美红,俞婷婷,傅柳方,等.草甘膦对毛竹笋用林土壤理化性质的影响分析[J].竹子研究汇刊,2011,30(3):29-32.

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

国家“十三五”重点研发计划项目子课题“桉树高效可持续经营技术”(2016YFD0600505)；湖南省教育厅优秀青年基金“高强度连栽桉树土壤团聚体有机碳库演变特征及微生物机制”(20B605)

饶妍茜(1997— )，女，硕士研究生，主要研究方向为土地资源监测与评价，E-mail:379620138@qq.com

吴立潮(1963— )，男，博士，教授，博士生导师，主要从事林木营养与地力维护研究，E-mail:wulichao@sina.com