草甘膦對(duì)檳榔園土壤微生物及檳榔生長(zhǎng)發(fā)育的影響

余鳳玉 楊德潔 祝安傳 閻偉 唐慶華 覃偉權(quán)

摘要 [目的]研究除草劑草甘膦對(duì)檳榔園土壤微生物、檳榔幼苗生長(zhǎng)及葉綠素的影響。[方法]在土壤中分別施入田間使用劑量的0倍、1倍、2倍和5倍的草甘膦，觀察其對(duì)盆栽檳榔幼苗生長(zhǎng)和檳榔園土壤微生物的影響。[結(jié)果]草甘膦對(duì)檳榔土壤微生物有顯著影響，低濃度和高濃度對(duì)細(xì)菌有極顯著的抑制作用，中濃度卻有極顯著的促進(jìn)作用;不同濃度對(duì)真菌和放線菌均具有極顯著抑制作用。低濃度草甘膦對(duì)檳榔幼苗生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，5倍濃度的草甘膦對(duì)檳榔幼苗有抑制作用;對(duì)檳榔葉片葉綠素含量無(wú)顯著影響，未引起葉片黃化。[結(jié)論]除草劑草甘膦田間正常使用劑量能促進(jìn)檳榔幼苗生長(zhǎng)，對(duì)葉片葉綠素?zé)o明顯影響，不引起葉片黃化，但對(duì)土壤微生物有顯著抑制作用，應(yīng)注意與其他藥劑輪換施用，避免對(duì)檳榔園土壤微生物多樣性造成不利影響。

關(guān)鍵詞 草甘膦;檳榔;土壤微生物;葉綠素

中圖分類號(hào) S482.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2021）02-0120-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.02.032

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effects of Glyphosate on Soil Microorganisms and Arecanut Growth

YU Fengyu1， YANG Dejie1， ZHU Anchuan2et al

（1. Coconut Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Hainan Innovation Center of Academician Team， Wenchang， Hainan 571339;2. Hainan Institute of Tropical Oceanography， Sanya， Hainan 572000）

Abstract [Objective] To study the effect of glyphosate on soil microorganism， seedling growth and chlorophyll in areca orchards. [Method] Glyphosate 0 times， 1 times， 2 times and 5 times of the field dosage was applied to the soil respectively， and the effects of glyphosate on the growth of areca seedling in pot and soil microorganism in areca plantation were observed. [Result] Glyphosate had a significant effect on areca soil microorganisms， low and high concentrations had a significant inhibition on bacteria， while medium concentrations had a significant promotion;different concentrations had a significant inhibition on fungi and actinomycetes. Glyphosate of low concentration could promote the growth of areca seedlings， 5 times of the dosage of glyphosate used in the field could inhibit the growth of areca seedlings， and had no significant effect on the chlorophyll content of areca leaves， and did not cause the yellow leaves. [Conclusion] The normal dosage of glyphosate in the field can promote the growth of Areca catechu seedlings， has no obvious effect on the chlorophyll of leaves， does not cause the leaves to turn yellow， but has a significant inhibitory effect on the soil microorganisms. It should be paid attention to the application of glyphosate in rotation with other chemicals to avoid adverse effects on the soil micro biodiversity of areca plantation.

Key words Glyphosate;Arecanut;Soil microorganisms;Chlorophyll

檳榔（Areca catechu L.）是重要的中藥材，居四大南藥之首，在我國(guó)主要分布在海南，產(chǎn)量約占全國(guó)產(chǎn)量的95%以上，是海南人民的主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源之一[1]。隨著檳榔效益的提高，檳榔種植面積不斷擴(kuò)大，病蟲(chóng)害也日趨嚴(yán)重，危害最為嚴(yán)重的是黃化病，成為制約檳榔產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸問(wèn)題。黃化病最早在海南省屯昌縣藥材場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，此后在海南東部、中部和南部山區(qū)相繼出現(xiàn)并不斷蔓延[1-2]。檳榔黃化有病理性黃化和生理性黃化2種，病理性黃化由植原體引起，生理性黃化由缺素、管理不善等原因引起。由于種植戶為減少勞動(dòng)力成本，常常使用草甘膦等除草劑除草。草甘膦對(duì)鐵還原酶有抑制作用，長(zhǎng)期頻繁使用會(huì)造成植物缺鐵性黃化[3]。因此，有人認(rèn)為草甘膦也是引起檳榔黃化的原因之一，但并沒(méi)有明確的證據(jù)證明草甘膦的施用與檳榔黃化有直接關(guān)系[4]。作為檳榔園常用除草劑之一的草甘膦，是一種內(nèi)吸傳導(dǎo)型除草劑，通過(guò)莖葉吸收后傳導(dǎo)至植物各部位，對(duì)多年生雜草非常有效，是一種非選擇性、無(wú)殘留的滅生性除草劑，抗草甘膦作物的推廣應(yīng)用，使得草甘膦的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，是目前世界上使用量最大、應(yīng)用范圍最廣的除草劑[5-10]，140多個(gè)國(guó)

家使用，總用量從1974年的3 200 t/年增加到2014年的825 000 t/年，預(yù)計(jì)未來(lái)還會(huì)繼續(xù)增加[10]。

草甘膦的大量使用，使得人們對(duì)其安全性產(chǎn)生了擔(dān)憂，并由此開(kāi)展了大量研究。研究發(fā)現(xiàn)，小劑量的草甘膦可作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑[10]，被認(rèn)為是一種較為環(huán)保的除草劑，但也有研究發(fā)現(xiàn)草甘膦或其代謝產(chǎn)物氨甲基膦酸（AMPA）會(huì)降低作物葉片葉綠素含量，影響光合作用[11-16]。另外有研究認(rèn)為土壤中殘留的草甘膦對(duì)土壤微生物有影響[17-22]。以上研究主要集中在短期作物或木本植物，而對(duì)檳榔等棕櫚科植物葉綠素含量及土壤微生物的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。 為了明確草甘膦對(duì)檳榔園土壤微生物、檳榔生長(zhǎng)及葉綠素含量的影響，筆者采用檳榔園常用除草劑草甘膦作為研究對(duì)象，研究了其對(duì)檳榔根部微生物、檳榔生長(zhǎng)及檳榔葉綠素的影響，旨在為進(jìn)一步評(píng)估草甘膦對(duì)檳榔園生態(tài)系統(tǒng)及對(duì)檳榔黃化是否有影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 除草劑

30%草甘膦銨鹽水劑（海利爾藥業(yè)集團(tuán)股份有限公司）。

1.2 藥劑處理及土樣采集

試驗(yàn)地選擇在中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所科研試驗(yàn)基地，試驗(yàn)時(shí)間為2019年6月21日至8月23日，檳榔樹(shù)為3年大小。藥劑濃度為田間推薦使用劑量最高劑量的0倍（CK）、1倍（處理①）、2倍（處理②）和5倍（處理③），共4個(gè)處理。每個(gè)處理5株檳榔樹(shù)。藥劑處理60 d后取樣，每個(gè)樣品均選取5株檳榔根部土壤進(jìn)行混合，充分混勻后作為土壤樣品。

1.3 除草劑對(duì)土壤微生物的影響

制備土壤稀釋液，稱取采集的土樣10.0 g，置于裝有90 mL無(wú)菌水的三角瓶中，在280 r/min 的搖床上，振蕩30 min，然后按不同梯度稀釋上清液，細(xì)菌分離采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)2 d計(jì)數(shù);真菌分離選用孟加拉紅培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)3 d計(jì)數(shù);放線菌分離采用高氏一號(hào)培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)10 d計(jì)數(shù)。

土壤微生物量的計(jì)算：采用涂抹平板計(jì)數(shù)法，記數(shù)時(shí)選取每皿20～200個(gè)菌落的平板計(jì)數(shù)，并按照下列公式計(jì)算出土壤中的含菌量[23]。

菌數(shù)=菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)×10×鮮土重/干土重，單位CFU/g

1.4 除草劑對(duì)檳榔苗期生長(zhǎng)的影響

采用盆栽法。在檳榔苗2～4片葉時(shí)進(jìn)行根部噴藥。藥劑使用濃度同“1.2”。每處理重復(fù)5盆。每盆種植1株檳榔苗，每株檳榔苗都選取長(zhǎng)勢(shì)大致均勻的幼苗。

噴藥后7、14、21 d觀察藥害癥狀，主要記錄藥劑處理區(qū)檳榔是否出現(xiàn)退綠、枯黃、斑點(diǎn)、卷曲、畸形、矮小、死苗等現(xiàn)象及其嚴(yán)重程度。62 d調(diào)查所有檳榔植株，測(cè)量株高、葉長(zhǎng)。計(jì)算公式：

抑制率=（對(duì)照測(cè)定平均值-處理測(cè)定平均值）/對(duì)照測(cè)定平均值×100%

1.5 除草劑對(duì)檳榔葉綠素的影響

噴藥60 d進(jìn)行葉綠素含量測(cè)定。葉綠素含量采用丙酮乙醇混合液提取法提取，分光光度法測(cè)定。08：30左右進(jìn)行樣品采集，每個(gè)處理選取5株生長(zhǎng)正常的檳榔，剪取+2葉相同部位的葉片各裝自封袋中，放冰盒中帶回實(shí)驗(yàn)室，剪碎后，各稱取0.2 g放入離心管中，加乙醇∶丙酮=1∶1的混合提取液9 mL，在黑暗條件下，靜置提取24 h，搖勻，取上清液用紫外分光光度計(jì)分別測(cè)定在663和645 nm波長(zhǎng)下的吸光值（OD值），根據(jù)公式計(jì)算：

葉綠素總含量（mg/g）=（20.2OD645+8.02OD663）×V（L）W（g）

式中，V為浸提液最終體積，W為葉片鮮重。

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel和SAS（Statistical Analysis System）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 草甘膦對(duì)檳榔土壤微生物的影響

從表1可以看出，草甘膦1倍濃度和5倍濃度均極顯著抑制了細(xì)菌的生長(zhǎng)，2倍濃度對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)有極顯著的促進(jìn)作用。草甘膦對(duì)真菌和放線菌的抑制作用隨著濃度的增加而變強(qiáng)，5倍濃度真菌數(shù)量極顯著少于對(duì)照，各處理濃度放線菌的數(shù)量均極顯著小于對(duì)照，各濃度間差異不顯著。

2.2 草甘膦對(duì)檳榔幼苗生長(zhǎng)的影響

噴藥后7、14、21 d觀察檳榔苗生長(zhǎng)情況，發(fā)現(xiàn)草甘膦對(duì)檳榔幼苗未產(chǎn)生藥害。從表2可以看出，1倍和2倍濃度的草甘膦對(duì)檳榔幼苗有一定的促進(jìn)作用，促進(jìn)作用隨著濃度增加而減少，5倍濃度的草甘膦對(duì)檳榔幼苗生長(zhǎng)有抑制作用。

2.3 除草劑對(duì)檳榔葉綠素的影響

從表3可以看出，草甘膦對(duì)檳榔苗期葉綠素的抑制作用隨著濃度的增加而變大，對(duì)低齡檳榔樹(shù)葉片葉綠素的抑制作用則先降再升后降。噴施草甘膦后，檳榔苗期和低齡樹(shù)的葉片葉綠素都有所降低，但與對(duì)照差異不顯著。

3 結(jié)論與討論

土壤微生物是土壤生物群落中重要的組成部分，在生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用，是評(píng)價(jià)農(nóng)藥對(duì)生態(tài)環(huán)境安全性的一個(gè)重要指標(biāo)[7]。草甘膦由于能夠被土壤中的有機(jī)和無(wú)機(jī)顆粒快速降解，一直被認(rèn)為對(duì)土壤微生物是安全的。但研究表明，草甘膦對(duì)土壤微生物有明顯的抑制作用。該研究發(fā)現(xiàn)檳榔苗期和低齡期根部使用草甘膦60 d后，土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均受到明顯抑制，但施用2倍濃度的土壤細(xì)菌數(shù)量明顯高于對(duì)照，這表明土壤細(xì)菌對(duì)草甘膦具有較強(qiáng)的耐受性或降解能力;各處理濃度的放線菌數(shù)量均極顯著少于對(duì)照，說(shuō)明放線菌對(duì)草甘膦比較敏感，真菌數(shù)量隨著草甘膦濃度增加而減少，5倍濃度時(shí)，極顯著少于對(duì)照，因此，檳榔根部土壤三大類群微生物對(duì)草甘膦敏感性為放線菌>真菌>細(xì)菌。這與多人研究結(jié)果相符[7，17，20]。但Zabaloy等[24]研究草甘膦對(duì)阿根廷潘帕斯草原地區(qū)土壤微生物群落的影響，結(jié)果表明，使用田間正常用量10 倍的除草劑對(duì)土壤微生物活性、細(xì)菌密度等影響不大。Roslycky[25]214 d的試驗(yàn)結(jié)果表明，低濃度的草甘膦對(duì)細(xì)菌、真菌、放線菌幾乎沒(méi)有影響，而高濃度的草甘膦放線菌和細(xì)菌數(shù)量反而增加。研究結(jié)果的差異，可能與藥劑劑型、作物、土壤類型、生境條件及處理方法等的不同有關(guān)。

該試驗(yàn)結(jié)果顯示，低濃度草甘膦對(duì)檳榔幼苗生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，隨著濃度增高，促進(jìn)作用逐漸降低，5倍濃度的草甘膦對(duì)檳榔幼苗有抑制作用。周垂帆等[26]室內(nèi)研究草甘膦對(duì)杉木幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響也發(fā)現(xiàn)，低濃度草甘膦對(duì)杉木幼苗生長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用，而高濃度草甘膦則顯著抑制幼苗生長(zhǎng)。這可能是由于低濃度的草甘膦抑制了木質(zhì)素等細(xì)胞壁物質(zhì)合成或是誘導(dǎo)產(chǎn)生的活性氧促進(jìn)了細(xì)胞的伸展，而高濃度又造成了活性氧的過(guò)度積累對(duì)細(xì)胞造成損傷而抑制了植株生長(zhǎng)[27-28]。隨著草甘膦濃度增加，葉綠素含量先升后降，引起杉木葉片黃化[26]，而在該試驗(yàn)中，草甘膦對(duì)檳榔苗期及低齡期檳榔的葉綠素含量雖然有所抑制，但影響不大，沒(méi)有引起黃化現(xiàn)象。Ozturk等[3]認(rèn)為長(zhǎng)期頻繁使用草甘膦會(huì)造成植物缺鐵性黃化，由于該試驗(yàn)是在新種檳榔園開(kāi)展的，不存在長(zhǎng)期頻繁使用草甘膦除草劑的情況，所以在檳榔園長(zhǎng)期頻繁使用草甘膦是否會(huì)造成檳榔黃化有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 張中潤(rùn)，高燕，黃偉堅(jiān)，等.海南檳榔病蟲(chóng)害種類及其防控[J].熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，39（7）：62-67.

[2] 董志國(guó)，劉立云，王萍，等.檳榔寒害調(diào)查研究[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，14（14）：98-99.

[3] OZTURK L，YAZICI A，EKER S，et al.Glyphosate inhibition of ferric reductase activity in iron deficient sunflower roots[J].The new phytologist，2008，177（4）：899-906.

[4] 吳童童，車海彥，曹學(xué)仁，等.海南檳榔黃化現(xiàn)象與除草劑殘留關(guān)系初探[J].熱帶農(nóng)業(yè)工程，2018，42（1）：14-18.

[5] 曹智，張晶晶，張志恒，等.草甘膦抗性和磷高效吸收復(fù)合基因轉(zhuǎn)化玉米的研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，54（1）：42-50.

[6] 賈芳，崔海蘭，李香菊，等.耐草甘膦雜草的研究現(xiàn)狀[J].雜草學(xué)報(bào)，2019，37（1）：1-9.

[7] 趙寶廣，閆彩燕，欒鳳俠，等.草甘膦的發(fā)展與環(huán)境安全性評(píng)價(jià)[J].大豆科技，2019（4）：25-33.

[8] PEZ M R，OCHOAMUOZ Y，RODRIGUEZPEZ J E.Efficient removal of a glyphosatebased herbicide from water using ZnO nanoparticles （ZnONPs）[J/OL].Biocatalysis and agricultural biotechnology，2019，22[2020-03-05].https：//doi.org/10.1016/j.bcab.2019.101434.

[9] SUN M J，LI H，JAISI D P.Degradation of glyphosate and bioavailability of phosphorus derived from glyphosate in a soilwater system[J/OL].Water research，2019，163[2020-03-05].https：∥doi.org/10.1016/j.watres.2019.07.007.

[10] AGOSTINI L P，DETTOGNI R S，DOS REIS R S，et al.Effects of glyphosate exposure on human health：Insights from epidemiological and in vitro studies[J/OL].The science of the total environment，2020，705[2020-03-05].https：∥doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135808.

[11] SERVAITES J C，TUCCI M A，GEIGER D R.Glyphosate effects on carbon assimilation，ribulose bisphophate carboxylase activity，and metabolite levels in sugar beet leaves[J].Plant physiology，1987，85（2）：370-374.

[12] 原向陽(yáng)，畢耀宇，王鑫，等.除草劑對(duì)抗草甘膦大豆光合作用和蒸騰作用的影響[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2006，27（4）：311-313.

[13] VIVANCOS P D，DRISCOLL S P，BULMAN C A，et al.Perturbations of amino acid metabolism associated with glyphosatedependent inhibition of shikimic acid metabolism affect cellular redox homeostasis and alter the abundance of proteins involved in photosynthesis and photorespiration[J].Plant Physiology，2011，157（1）：256-268.

[14] GOMES M P，SMEDBOL E，CHALIFOUR A，et al.Alteration of plant physiology by glyphosate and its byproduct aminomethylphosphonic acid：An overview[J].Journal of experimental botany，2014，65（17）：4691-4703.