不同质地土壤中烟嘧磺隆降解特征与烟草致害阈值研究

杨金印，彭梁睿，李彩斌，陈建国，戴衍晨，肖志鹏，母婷婷，郜军艺*，张继光*

不同质地土壤中烟嘧磺隆降解特征与烟草致害阈值研究

杨金印1,2，彭梁睿2，李彩斌3，陈建国3，戴衍晨4，肖志鹏5，母婷婷5，郜军艺3*，张继光2*

（1.青岛农业大学，青岛 266109；2.中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；3.贵州省烟草公司毕节市公司，贵州 毕节 551700；4.湘西州烟草公司古丈县分公司，湖南 古丈 416300；5.湖南省烟草公司衡阳市公司，湖南 衡阳 421001）

为明确不同质地土壤中烟嘧磺隆残留对烟草致害阈值及安全间隔期，从而为烟草前茬除草剂合理使用提供理论依据，在毕节砂壤土与黏壤土烟田开展除草剂药害田间试验，研究烟嘧磺隆在2种质地土壤中的降解特征、烟草药害阈值与安全间隔期及对土壤理化性质的影响。结果表明，烟嘧磺隆在砂壤土中降解半衰期为9.5～14.7 d，在黏壤土中降解半衰期为9.0～17.3 d；在砂壤土中致害阈值和田间安全间隔期分别为1.50 μg/kg和70.6 d，在黏壤土中分别为2.47 μg/kg和52.4 d；在施药后80 d，随烟嘧磺隆施用剂量（0到1倍）增加，土壤有机质含量变化不大，碱解氮含量呈先增加后降低趋势，土壤有效磷和速效钾含量则呈降低趋势，砂壤土和黏壤土的理化性状变化趋势一致但变化幅度不同，这与不同质地土壤中烟嘧磺隆的降解及与烟草间的互作影响有关。研究结果可为不同质地烟田土壤中烟嘧磺隆除草剂的合理使用及其残留降解防控提供重要参考。

烟田土壤；烟嘧磺隆；降解特征；致害阈值

烟草是对除草剂敏感的作物。在烟草轮作种植体系中，前茬作物除草剂残留积累会对后茬烟草种植产生除草剂药害，导致烟草产量下降、品质降低，严重影响烟草产地环境和烟农种烟积极性[1-2]。

烟嘧磺隆属于磺酰脲类的选择性内吸除草剂，通常用作禾本科作物的苗后除草剂，能有效防除田间阔叶杂草和禾本科杂草[3]。然而，烟嘧磺隆挥发性低、残留时间长，易污染土壤和地下水，对后茬敏感作物产生药害，而且其残留叠加效应也会对整个生态环境造成潜在威胁[4-5]。已有研究表明土壤有机质、水分及pH等土壤环境条件与磺酰脲类除草剂降解密切相关[6-8]，不同土壤质地会影响烟嘧磺隆除草剂的半衰期以及在土壤中的环境行为[9]。目前在不同质地烟田土壤上烟嘧磺隆的降解和对烟草的致害阈值缺少系统研究。因此选择贵州毕节典型烟田砂壤土与黏壤土上开展试验，解析烟嘧磺隆在不同质地烟田土壤中的残留降解规律，明确其对烟草致害阈值及田间安全间隔期，为烟嘧磺隆的安全使用及对烟草药害的风险防控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试烟草品种为云烟105，供试烟嘧磺隆除草剂为75%烟嘧磺隆水分散粒剂（江苏瑞邦农化股份有限公司）。

1.2 试验设计

田间试验于2021年在贵州省毕节市金沙县禹谟镇茶林堡和金谷组进行，土壤类型均为黄壤，土壤质地分别为砂壤土与黏壤土，其中砂壤土的理化指标为pH 6.08，有机质含量22.69 mg/kg、碱解氮含量125.3 mg/kg、有效磷含量34.5 mg/kg、速效钾含量412.3 mg/kg；黏壤土理化指标为pH 5.90、有机质含量26.42 mg/kg、碱解氮含量169.0 mg/kg、有效磷含量70.7 mg/kg、速效钾含量87.4 mg/kg。为确保试验结果的准确性，选择前茬未施用过除草剂的农田为试验田。根据75%烟嘧磺隆水分散粒剂的田间推荐施用量（有效成分）79.5 g/hm2，在每种试验点土壤中均设置3个剂量处理（推荐剂量的1倍、0.5倍和0.2倍）及1个对照（详见表1），其中SN为砂壤土处理，CN为黏壤土处理，每个处理3次重复，每个小区100株烟，烟嘧磺隆除草剂进行土壤表面喷施处理，对照喷施等量自来水，试验处理完成后进行施肥起垄，随后移栽烟苗，其他烟叶田间管理措施均按照当地优质烟叶生产技术规程进行。

表1 烟嘧磺隆施药剂量设计

1.3 测定项目及方法

1.3.1 烟草药害观测、致害阈值及安全间隔期测定 于施药后第3天和第40天，参照YC/T 526—2015《烟草除草剂药害分级及调查方法》对试验田的烟株药害情况进行观测，描述药害症状并进行赋值，根据药害严重程度分为6级，赋值分别为0、1、3、5、7、9。

以烟草株高抑制率及叶面积抑制率为10%～15%时的施药浓度，和株高抑制率作为主要参考标准，作为除草剂的致害临界阈值[10]。进一步根据烟嘧磺隆对烟株致害时间及药害程度，并结合其在土壤中降解情况，得出致害临界剂量[11]，代入田间降解试验动态方程，确定田间施药安全间隔期。

1.3.2 土壤理化性质测定 于施药后第1、3、10、20、40、60和80天，分别取各处理耕层土壤样品，带回实验室自然风干后，采用常规方法测定pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾等指标[12]。

1.3.3 烟嘧磺隆残留量测定 于施药后第1、3、10、20、40、60和80天进行土壤取样，风干过20目筛后，取10 g待测土样，加10 mL 0.05%甲酸水，超声10 min，加入10 mL乙腈，涡旋10 min，4000 r/min离心10 min，上清液过0.22 μm有机相滤膜后，采用高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS，美国Waters公司）测定。

仪器条件：ACQUITY UPLC BEH C18（1.7 μm，2.1×50 mm）色谱柱（Waters，USA）。流动相：A，乙腈；B，0.1%甲酸水。梯度洗脱程序：0 min，10% A+90% B；1 min，10% A+90% B；4.5 min，90% A+10% B；5.5 min，90% A+10% B；5.6 min，10% A+90% B；6.5 min，10% A+90% B。柱温30 ℃，流速0.15 mL/min，进样量3 μL。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 21软件进行相关数据的处理与分析。

2 结 果

2.1 烟嘧磺隆的烟草药害分析

表2示出，烟嘧磺隆处理导致2种土壤中烟草出现不同程度药害，主要表现为株高和叶面积受到抑制，新叶明显黄化，且随着施药剂量增加，药害等级程度升高。在施药后3 d，2种土壤上各剂量处理已表现出轻微药害特征，其中砂壤土上烟嘧磺隆1倍剂量处理的株高抑制率、叶面积抑制率及药害等级均为最高，分别为5.88%、18.64%和0.2；黏壤土上各剂量处理的烟叶株高抑制率差异不大，1倍剂量处理的叶面积抑制率及药害等级最高，分别17.72%和0.3。

药后40 d，各处理均表现出不同程度的烟草药害特征，且株高抑制率、叶面积抑制率及药害等级均随施药剂量增加而增高。砂壤土上1倍剂量处理的烟草株高抑制率、叶面积抑制率和药害等级均最高，分别为61.10%、46.23%和6.8；黏壤土上同样是1倍剂量处理的株高抑制率、叶面积抑制率及药害等级最高，分别是28.13%、46.79%和3.2；相比较而言，砂壤土烟嘧磺隆对烟草的生长抑制作用及药害等级明显高于黏壤土。

表2 烟嘧磺隆处理后2种土壤中烟草药害特征变化

进一步分析烟嘧磺隆施用剂量与烟草株高及叶面积抑制率的相关性（表3），可见，2种土壤上烟嘧磺隆施用剂量与烟草株高抑制率和叶面积抑制率均极显著正相关，且在砂壤土上的相关性稍高于黏壤土。

表3 烟嘧磺隆剂量与烟草株高抑制率、叶面积抑制率的相关性

注：**，≤0.01。①h，株高抑制率；②a，叶面积抑制率。

Note: **,≤0.01. ①h, plant height inhibition rate；②a, leaf area inhibition rate.

2.2 2种土壤中烟嘧磺隆的残留降解动态

烟嘧磺隆在2种土壤中的降解动态及其降解动力学方程如图1和表4所示，在砂壤土中，烟嘧磺隆1倍剂量下土壤中初始残留量为185.9 μg/kg，施药80 d后终残留量为0.5 μg/kg，理论半衰期为9.5 d；0.5倍剂量下土壤中初始残留量为77.3 μg/kg，终残留量为2.8 μg/kg，理论半衰期为14.7 d；0.2倍剂量下土壤中初始残留量为51.6 μg/kg，终残留量为0.7 μg/kg，理论半衰期为11.6 d。

在黏壤土中，烟嘧磺隆1倍剂量下土壤中初始残留量为93.1 μg/kg，施药80 d后终残留量为0.3 μg/kg，理论半衰期为9.0 d；0.5倍剂量下土壤中初始残留量为28.5 μg/kg，终残留量为0.2 μg/kg，理论半衰期为15.4 d；0.2倍剂量下土壤中初始残留量为22.6 μg/kg，终残留量为0.7 μg/kg，理论半衰期为17.3 d。

图1 烟嘧磺隆在2种类型土壤中的降解动态

表4 烟嘧磺隆在2种土壤中的降解动力学参数

2.3 烟嘧磺隆对烟株的药害阈值及大田安全间隔期

由表2可知，0.2倍剂量处理在药后40 d，砂壤和黏壤土上烟株株高及叶面积抑制率分别为23.75%、15.36%和19.95%、10.05%，其株高抑制率均已达到15%的临界参考值[10]，而0.5倍及1倍剂量处理在药后40 d砂壤上株高抑制率分别为34.60%和61.10%，在黏壤土上株高抑制率分别为32.43%和46.23%，远高于抑制率15%的临界参考值，因此可以0.2倍剂量作为烟嘧磺隆对烟草的致害临界阈值。药后40 d砂壤土中烟嘧磺隆残留量为1.50 μg/kg，将其带入表4中1倍推荐剂量田间消解动态方程=260.34e−0.073x，得出烟嘧磺隆在砂壤土的安全间隔期为70.6 d；药后40 d黏壤土中的烟嘧磺隆残留量为2.47 μg/kg，将其带入1倍推荐剂量田间消解动态方程=139.53e−0.077x，得出烟嘧磺隆在黏壤土的安全间隔期为52.4 d。

2.4 烟嘧磺隆处理下2种土壤理化性质的变化

2.4.1 土壤pH的变化 由图2可知，2种土壤上施用烟嘧磺隆后，不同剂量处理土壤pH较对照均有不同程度下降，并随施药剂量增加下降程度增大，0.2倍剂量对pH影响最小。施药后1 d，0.2倍剂量下的砂壤和黏壤土pH均与对照差异较小，但1倍剂量处理下较对照分别下降了6.5%和15.2%；而施药后80 d，0.2倍剂量下砂壤土和黏壤土pH均较对照差异不大，但1倍剂量处理下较对照分别降低了16%和14.8%。

图2 烟嘧磺隆处理下2种土壤pH变化

Fig 2 Changes of pH in two soils treated with nicosulfuron

2.4.2 土壤有机质和碱解氮的变化 由表5可知，2种土壤上施用烟嘧磺隆后对土壤有机质影响不大，而对土壤碱解氮的影响较大，土壤碱解氮含量与对照相比表现出随施药剂量呈先增加后降低趋势。在施药后1 d，除砂壤土0.2倍剂量下有机质含量较对照明显下降外，其他剂量下有机质含量均与对照无显著差异；而碱解氮含量砂壤土0.2倍剂量及黏壤土0.2及0.5倍剂量下较对照显著增加，其他处理与对照差异不显著。在施药后80 d，除0.5倍剂量下砂壤土有机质较对照显著增加外，其他处理均与对照差异不显著；0.2倍及0.5倍剂量下砂壤和黏壤土碱解氮均较对照不同程度增加，1倍剂量下砂壤和黏壤土碱解氮较对照分别减少18.1%和14.3%。

表5 烟嘧磺隆处理下2种土壤上有机质和碱解氮变化

注：每列中不同小写字母者表示处理间差异有统计学意义（≤0.05）。

Note: Value within each column not marked by the same lower case letters signifies significant difference(≤0.05).

2.4.3 土壤有效磷和速效钾的变化 由表6可知，施药后80 d，各处理土壤有效磷与速效钾含量均较药后1 d不同程度下降，且黏壤土的降幅更大。在砂壤土施用烟嘧磺隆对有效磷和速效钾含量均无显著影响。而在黏壤土上，施药后1 d，不同剂量下土壤有效磷及速效钾含量较对照显著增加或不变；而施药后80 d，不同剂量下的土壤有效磷和速效钾含量均较对照显著降低，其中1倍剂量下的降低幅度最大，速效磷含量较对照降低32.9%，速效钾含量降低16.5%。

表6 烟嘧磺隆处理下2种土壤有效磷和速效钾变化

注：每列中不同小写字母者表示处理间差异有统计学意义（≤0.05）。

Note: Value within each column not marked by the same lower case letters signifies significant difference (≤0.05).

3 讨 论

前茬作物除草剂的不合理施用导致后茬烟草出现药害，已成为制约现代烟草农业可持续发展的重要因素之一[13]。本研究发现，除草剂烟嘧磺隆的残留可造成烟草田间生长发育受阻，植株矮小黄化，叶片生长受抑制等，这与张倩等[14]研究结论一致。通过田间观测发现，0.5倍及1倍施用剂量在药后40 d，烟草的药害现象已十分严重，且烟草的株高抑制率、叶面积抑制率与烟嘧磺隆施用量极显著正相关（表3），刘修园[15]的研究结果也表明烟草株高抑制率、叶面积抑制率随除草剂施药剂量的增加而升高。可见，烟嘧磺隆对烟草的药害特征与其施用剂量间存在明显的剂量效应关系。

从除草剂烟嘧磺隆在烟田土壤的降解动态及动力学方程可以看出，烟嘧磺隆在2种质地土壤上的降解均符合一级动力学方程。磺隆类除草剂在土壤中的降解除与自身结构性质有关外，还受土壤理化性质的影响[16]。一般认为土壤酸性越强，磺酰脲类除草剂的降解速率越慢，降解半衰期越长[17]。但也有研究认为，土壤pH越高甲磺隆及苄嘧磺隆在士壤中消失得越慢，半衰期越长[18-19]，不同的研究结果可能与除草剂分子结构、土壤类型、理化性质及微生物群落等有关。而且土壤有机质含量越高，对除草剂的吸附性越强，导致除草剂降解速率越低[20]。Rada等[21]研究发现，土壤有机质含量与除草剂的降解半衰期呈显著正相关。本研究中黏壤土有机质含量高于砂壤土，烟嘧磺隆在黏壤土中的降解半衰期亦高于砂壤土，这与前述研究结果一致。此外，土壤黏粒含量、孔隙度及微生物组成等也与磺隆类除草剂降解有密切关系，这些土壤特性不仅直接影响磺隆类除草剂的吸附及降解，而且能通过影响作物营养吸收、抗逆性及土壤微生物活性等间接影响其降解进程[16]。此外，烟嘧磺隆等除草剂残留也会影响土壤理化性质，例如会造成土壤含水量下降及容重增加[22]、氮素减少及肥力下降[23-24]、脲酶及磷酸酶活性降低等[25]。同时这些土壤理化性质变化反过来又会对除草剂残留降解产生影响，两者实际上是一个相互作用、相互影响的过程[19-20]。

根据烟嘧磺隆对烟草药害情况及其在土壤中的残留降解特征，可知烟嘧磺隆在黏壤土中对烟草的致害阈值高于砂壤土，这可能是由于黏壤土有机质含量及质地中黏粒含量较高，对除草剂的吸附作用较强，从而降低了除草剂的药效[17, 26]。因此要进一步针对土壤的质地及有机质含量等状况，科学合理施用烟嘧磺隆等除草剂。同时，由于烟嘧磺隆的药害症状一般出现在烟草中后期[27]，一旦出现烟株药害，将会对烟草产量和质量造成严重损失。因此，在烟草农业生产中，必须深入了解所用除草剂的降解速率、降解半衰期及致害阈值，并根据不同土壤类型、理化性质及茬口特性等，科学合理确定除草剂种类及用量，对烟嘧磺隆等长残效且烟草敏感型的除草剂，应限制其在烟田施用。同时在烟草除草剂药害的高发区，建议在每年烟田规划期对土壤中除草剂残留量进行筛查与评估，对存在问题的田块采取源头治理、轮作换茬、强化降解等综合调控措施，以防范烟草药害发生，确保烟叶安全生产。

4 结 论

（1）2种烟田土壤上的烟嘧磺隆药害试验表明，烟嘧磺隆施用剂量与烟草药害存在明显剂量效应关系，烟草株高抑制率、叶面积抑制率及药害等级随烟嘧磺隆施用剂量增加而增加，且砂壤土上烟嘧磺隆对烟草的生长抑制及药害等级高于黏壤土。

（2）烟嘧磺隆在2种烟田土壤中的降解均符合一级动力学方程，其在砂壤土中理论半衰期为9.5～14.7 d，致害阈值和安全间隔期分别为1.50 μg/kg和70.6 d；在黏壤土中半衰期9.0～17.3 d，致害阈值和田间安全间隔期分别为2.47 μg/kg和52.4 d。

（3）受不同土壤中烟嘧磺隆降解与烟草间的互作影响，2种质地土壤理化性质的变化趋势一致但变化幅度不同。后续应进一步考虑烟田土壤类型、理化性质及茬口作物特性等综合情况，加强烟嘧磺隆的科学与合理施用。

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Degradation Characteristics of Nicosulfuron and Its Damage Threshold of Tobacco in Different Texture Soils

YANG Jinyin1,2, PENG Liangrui2, LI Caibin3, CHEN Jianguo3, DAI Yanchen4, XIAO Zhipeng5, MU Tingting5, GAO Junyi3*, ZHANG Jiguang2*

(1. Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China; 2. Tobacco Research Institute of CAAS, Qingdao 266101, China; 3. Bijie Tobacco Branch Company, Bijie, Guizhou 551700, China; 4. Guzhang Branch of Xiangxi Autonomous Prefecture Tobacco Company, Guzhang, Hunan 416300, China; 5. Hunan Hengyang Tobacco Branch Company, Hengyang, Hunan 421001, China)

To clarify the damage threshold of tobacco and safety interval of nicosulfuron in different texture soils, and to provide a theoretical basis for the reasonable and safe use of herbicides in the previous crop of tobacco, field experiments were conducted on typical sandy loam soil and clay loam soil to study the degradation characteristics of nicosulfuron, pesticide damage threshold of tobacco, safety interval and the effects on soil properties in Bijie tobacco-planting areas. The results showed that the half-life of nicosulfuron degradation in sandy loam was 9.5-14.7 d, and in clay loam was 9.0-17.3 d. In this study, the damage threshold of nicosulfuron and the safe isolation period were determined to be 1.50 μg/kg and 70.6 d in sandy loam, 2.47 μg/kg and 52.4 d in clay loam, respectively. After 80 days of application, with the increase of the application dose of nicosulfuron (0 to 1-fold), the soil organic matter content did not change much. The alkaline nitrogen content showed a trend of first increasing and then decreasing, while the soil available phosphorus and available potassium content showed a trend of decreasing. The change trend of the physic-chemical properties in sandy loam and clay loam after application was consistent, but the change magnitude was different, which might be related to the interactions between the degradation of nicosulfuron and tobacco in two texture soils. So, the results of this study can provide important guidance for the rational and safe use of nicosulfuron herbicides and the degradation and control of residual in different texture soils of tobacco-planting areas.

tobacco-planting soils; nicosulfuron; degradation characteristics; damage threshold

S572.01

A

1007-5119(2023)06-0029-07

贵州省烟草公司毕节市公司科技项目（2020520500240072、2023520500240162、2021520500240048）；湖南省烟草公司衡阳市公司科技项目（2020430400240090）；湖南省烟草公司郴州市公司科技项目（郴烟运2019-45）；中国农业科学院科技创新工程（ASTIP-TRIC06）

杨金印（1995-），男，硕士研究生，主要从事烟田土壤保育及环境效应研究。E-mail：2409719328@qq.com*通信作者。E-mail：郜军艺，942718350@qq.com；张继光，zhangjiguang@caas.cn

2023-01-30

2023-09-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2023.06.005