土壤除草劑脅迫對柑橘的影響研究進展

蔣 惠 林嘉校 陳煜圻 熊綺晴 潘城州 林義鑫 吉前華*

（1肇慶學院果樹研究所，廣東肇慶 526061；2肇慶學院生命科學學院，廣東肇慶 526061）

近年來，我國柑橘種植規(guī)模不斷擴大，總產(chǎn)量穩(wěn)步提升，2008年產(chǎn)量達到2 331萬t，位居世界第一；2020年柑橘種植面積達263萬hm2以上，總產(chǎn)量約4 500萬t[1]。隨著我國柑橘種植面積不斷擴大，勞動力缺乏的問題日益凸顯，勞動力成本攀升，噴施除草劑逐漸成為控制雜草的主流方式。隨著除草劑的大量使用，其潛在危害逐漸顯現(xiàn)，但未引起足夠的重視。本文主要綜述了除草劑在橘園的使用現(xiàn)狀、殘留情況以及對柑橘的影響，結(jié)合其存在的問題和隱患，提出相應的對策。

1 除草劑在柑橘園的使用現(xiàn)狀

柑橘園惡性雜草易與樹爭水、爭肥、爭空間、爭陽光，傳播病蟲害，造成柑橘產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降。草甘膦和草銨膦因具有高效、廣譜等特性而成為近年來全球除草劑市場銷售額最大的2種除草劑，在柑橘產(chǎn)區(qū)使用廣泛。羅義燦等[2]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，草甘膦和草銨膦在惠州、韶關(guān)和梅州等地橘園中的使用率達100%，2016年7月1日被國家列為禁用藥劑的百草枯在部分果園中仍有使用；柑橘園中有些雜草對草甘膦已產(chǎn)生抗藥性，如小飛蓬、牛筋草等。

2 除草劑在土壤中的殘留情況

除草劑在橘園中大量使用后，僅有10%～20%被雜草吸收，在強烈的陽光照射下，一部分蒸發(fā)到大氣中，一部分發(fā)生分解，但大部分呈水溶液、懸濁液或氣態(tài)擴散于土壤中，被土壤粒子吸附。進入水體、空氣以及在土壤中富集的除草劑，隨著食物鏈、飲用水以及呼吸等途徑進入人體，對人類健康造成危害[3-4]。Silva等[5]對歐盟成員國300份土壤樣品實行檢測發(fā)現(xiàn)，45%的樣品中檢出了草甘膦和氨甲基膦酸殘留。國內(nèi)也有很多學者對茶園、果園、良田土壤進行了檢測，均有草甘膦、草銨膦等除草劑的殘留[6-9]。

3 除草劑在土壤中殘留的影響

3.1 對土壤微生物的影響

土壤微生物對植物有許多有利的地方，有助于植物抵抗病原菌入侵，其在參與能量流動和土壤養(yǎng)分循環(huán)中直接或間接影響植物的生長發(fā)育，是農(nóng)業(yè)土壤生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分[10]。除草劑在農(nóng)田使用后，柑橘根系土壤中的放線菌受到的影響最大，其他微生物受到的影響相對較小[11]。除草劑的廣泛使用，降低了土壤微生物種類的多樣性，顯著抑制了土壤中特異性降解菌。例如，Macur等[12]研究發(fā)現(xiàn)，除草劑處理的土壤20 d后才能檢測到很大數(shù)量的降解菌，由此可以看出，除草劑對降解微生物具有一定的毒性作用。Chinalia等[13]發(fā)現(xiàn)，除草劑處理河流沉積物，其微生物降解速度受到影響；農(nóng)田噴施除草劑后，土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)功能容易受到破壞，除草劑濃度越高，對環(huán)境造成的影響越明顯，對特異性降解菌造成的毒性作用越大。上述研究結(jié)果均表明，除草劑嚴重抑制了土壤中微生物的多樣性及其生長繁殖，從而影響了植物的生長發(fā)育。

3.2 對土壤酶的影響

土壤酶主導著土壤中物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化，能反映生物化學反應的動向和強度。因此，土壤酶成為反映環(huán)境污染的敏感指標[14]。可以通過研究污染物對土壤酶的影響判斷土壤的干擾或污染程度，評價其是否對生態(tài)環(huán)境造成影響[15]。鄧曉等[16]研究土壤酶活性受草甘膦、草銨膦除草劑脅迫的影響認為，土壤脲酶、酸性磷酸酶對草銨膦脅迫比較敏感，對草甘膦脅迫敏感度較弱。草甘膦濃度較低時，土壤酶活性可以被激活，若要更容易地激活土壤酶，需用較高的濃度；草銨膦濃度較高時，土壤酶活性均受到抑制[17]。

3.3 對土壤理化性質(zhì)的影響

除草劑在柑橘園使用過程中會產(chǎn)生一定的副作用，最終造成危害。柑橘園噴施除草劑后，柑橘根系會吸收一部分除草劑藥液，剩余不被雜草吸收的除草劑大多殘留于土壤中。目前，農(nóng)田常用除草劑許多是殘留型的，其在土壤中的殘留期較長（大約可達36個月），易對環(huán)境造成破壞。容重、比重、pH值、有機質(zhì)和土壤全量營養(yǎng)元素等是土壤理化性狀的重要組成部分[18]。姜亦文等[19]研究發(fā)現(xiàn)，除草劑殘留對土壤的比重、pH值和土壤全量營養(yǎng)元素的含量沒有顯著性影響，但會降低土壤容量及土壤有機質(zhì)含量。王峰等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在前期（5 d）除草劑會顯著抑制尿素的水解作用，此后尿素水解速度加快，并顯著抑制土壤硝化作用。一般情況下，土壤具有較高的肥力水平時，其有機質(zhì)含量也就越多；除草劑的大量使用可抑制土壤酶的活性，進而降低土壤有機質(zhì)含量，導致土壤肥力嚴重降低，影響土壤物理性質(zhì)，造成土壤的疏松性、通氣性及透水性下降，致使土壤板結(jié)，不利于作物吸收養(yǎng)分。

3.4 對土壤動物的影響

土壤動物在土壤中具有重要作用，是一種重要生物類群。土壤中殘留的化學除草劑會對土壤環(huán)境造成影響，這時土壤動物對土壤環(huán)境的變化能夠做出快速反應[21]。相關(guān)研究表明，一些除草劑的大面積使用會嚴重影響土壤線蟲種群數(shù)量，改變土壤動物群落結(jié)構(gòu)，例如：除草劑的使用降低了昆蟲和蚯蚓在群落中的比例，但蜱螨、馬陸和么蚰在土壤動物群落的比例卻上升[22-23]，這主要是因為噴施除草劑會降低優(yōu)勢類群土壤動物的數(shù)量，導致不同土壤動物類群之間數(shù)量差異縮小，優(yōu)勢現(xiàn)象減弱。還有研究表明，除草劑的使用降低了土壤動物群落特征優(yōu)勢度指數(shù)，但其多樣性指數(shù)及均勻度指數(shù)增加[24]。

3.5 對柑橘根系生長的影響

除草劑對柑橘地下部根系的生長起抑制效果。根系作為植物最先接觸土壤的部位，除草劑經(jīng)土施與柑橘根系接觸后可能會大量聚集在根尖，通過與金屬陽離子絡(luò)合使細胞降低對土壤礦物質(zhì)的利用，從而抑制根系生長。除草劑會阻礙根系必需氨基酸、蛋白質(zhì)的合成，抑制根系的正常生長和構(gòu)型，側(cè)根和須根數(shù)量顯著減少，顏色加深，須根變短，總根長、表面積、體積顯著減低[25]。除草劑能降低有絲分裂指數(shù)和干擾有絲分裂進行，因為除草劑成分能破壞有絲分裂所需的重要物質(zhì)[26]。植物組織吸收除草劑成分后，蛋白質(zhì)合成速度變慢，合成過程受到阻礙，細胞膜結(jié)構(gòu)易被除草劑成分破壞，導致細胞內(nèi)物質(zhì)向外界滲出。在除草劑影響下，增大了植物根尖細胞膜透性，加大了電解質(zhì)滲透率，使植物根系的衰老速度加快[27]。

3.6 對柑橘菌根真菌的影響

叢枝菌根（arbuscular mycorrhiza，AM）真菌是一種土壤微生物，能夠與很多宿主植物共生，也是許多植物系統(tǒng)的重要組成部分。在植物處于脅迫狀態(tài)時，AM真菌作為一種生物改良因子，能緩解植物被破壞程度，使宿主植物對逆境具有很好的抵抗能力[28]。除草劑的連續(xù)使用可能會對AM真菌孢子產(chǎn)生不利影響，Druille等[29-30]研究發(fā)現(xiàn)，草甘膦可降低土壤中AM真菌的孢子活力，當以常用的田間劑量連續(xù)施用后，減少了56%以上活孢子的數(shù)量。除草劑對AM真菌的侵染率也有影響，已有文獻[29，31]表明，草甘膦等除草劑的廣泛使用會導致AM真菌的侵染率下降。除草劑還可通過影響菌絲線粒體內(nèi)呼吸電子傳遞鏈及磷酸鹽代謝、轉(zhuǎn)運等代謝活動，從而在一定程度上降低菌絲酶活性，這些酶是菌根真菌對宿主植物根部侵染的重要條件，最終對菌絲體產(chǎn)生一定的毒性作用[31]。此外，國內(nèi)外學者研究指出，除草劑還可以通過影響AM真菌的結(jié)構(gòu)、功能及多樣性等而改變AM真菌的群落結(jié)構(gòu)，進而影響其功能[30-33]。除草劑的過量使用會對柑橘菌根真菌產(chǎn)生不利的影響，因為有些菌根真菌與柑橘具有共生作用。

3.7 對柑橘生長和品質(zhì)的影響

除草劑處理后，植物光合作用比正常情況低。植物在草甘膦脅迫下，葉片各項光合參數(shù)均顯著降低，且處理后的前期幼葉變黃、翻卷。研究表明，植物可能通過根部吸收草甘膦藥液，然后輸送到枝葉，未成熟的嫩葉受草甘膦的危害最嚴重[34-35]。高濃度草甘膦對植物光合特性的影響程度較大，二者成正相關(guān)關(guān)系；在草甘膦脅迫下，植物葉片發(fā)生了光抑制，PSⅡ被破壞，阻礙了光合電子傳遞[35]。除草劑處理柑橘后，地上部和地下部干物質(zhì)積累均降低，說明在使用除草劑后，植株營養(yǎng)物質(zhì)儲備受到影響，最終導致營養(yǎng)物質(zhì)含量下降。研究發(fā)現(xiàn)，在柑橘嫩梢的葉片上噴施除草劑，葉片逐漸發(fā)黃，甚至出現(xiàn)枯死的現(xiàn)象[26，36]。此外，除草劑會直接影響植物葉片光合作用的光合系統(tǒng)Ⅰ和光合系統(tǒng)Ⅱ，干擾CO2固定量和ATP合成量，同時產(chǎn)生有害物質(zhì)，從而導致植物死亡[37]。

3.8 對水質(zhì)的影響

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，噴施的除草劑被雜草吸收一部分，大氣中存在許多殘留除草劑，在降雨作用下，隨著雨水進入地表水或者地下水；土壤中也有殘留的除草劑，在地表徑流的沖洗下，隨流水進入地表水或地下水，最終造成水體污染。馮玉潔[38]檢測發(fā)現(xiàn)，很多除草劑使用后會殘留在水體和土壤中。飲用被除草劑污染的水，會嚴重影響人體健康，輕者可干擾人體內(nèi)分泌系統(tǒng)，中度者可危害人類的腦組織及肝臟，重者可引起人類軟組織惡性腫瘤，最終危及生命。

4 土壤除草劑污染的綜合治理對策

4.1 提高農(nóng)田除草劑的使用水平

一是對農(nóng)民定期開展相關(guān)培訓，提高農(nóng)民對除草劑危害的認識，增加農(nóng)民環(huán)境保護意識，合理使用除草劑。二是使農(nóng)民了解使用除草劑的注意事項，熟練掌握使用方法，按需施用，保護土壤生態(tài)平衡。

4.2 重視技術(shù)創(chuàng)新

一是我國科技人員應注重研發(fā)新型化學除草劑，這種化學除草劑應具有毒性弱、殘留量低、易降解等特點，以更好地保護土壤生態(tài)環(huán)境。二是殘留的除草劑會破壞土壤結(jié)構(gòu)，減緩土壤修復速度。為此，可以采用有效的科學技術(shù)，利用活性炭、解毒劑等降解土壤中殘留的除草劑，促進受污染土壤的修復。

4.3 生物除草技術(shù)的應用

柑橘、桃、梨等淺根作物受除草劑的影響比較明顯，因為其根系易受損傷，無論噴施何種除草劑，對其根系都會造成損害，影響果樹對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，使果樹缺乏營養(yǎng)，不能正常生長，造成產(chǎn)量和品質(zhì)大幅降低，嚴重時可導致幼齡果樹死亡。果農(nóng)可以采用果園覆草和生草等生物覆蓋技術(shù)代替化學除草劑，以達到除草的目的。