施用草甘膦對桉樹人工林土壤理化性質的影響*

侯文軍 鄒 明 李寶福 俞元春

(1.南方現代林業協同創新中心 南京林業大學生物與環境學院 南京 210037； 2.福建省林業科學研究院 福州 350012)

桉樹(Eucalyptus)是桃金娘科(Myrtaceae)桉屬樹種的統稱，原產澳大利亞，廣泛分布于熱帶、亞熱帶地區。因其速生、豐產、抗性好、耐貧瘠、干形好、易繁殖等特點，被世界各國廣泛種植，是聯合國糧農組織認定的三大速生豐產人工林樹種之一。我國從1890年開始引種桉樹，到2013年種植面積達450萬hm2(陳少雄等， 2013)，現已成為重要的工業原料林(侯寧寧等， 2019)。桉樹是強陽性樹種，其生長發育需要充足陽光，尤其幼苗階段最怕雜草蔭蔽和爭奪肥料。我國南方地區氣候溫暖濕潤，適合各種雜草和灌木生長，會和桉樹幼苗競爭陽光、水分和養分，所以種植桉樹前應清理雜灌草，同時必須盡早對桉樹幼林清除雜灌草以促進幼苗早發早長。人工撫育除草存在勞力嚴重短缺、成本高、效果不理想等問題。煉山清理林地雜灌草又易引起水土流失、地力衰退等系列問題，因而許多地方禁用。因此，除草劑草甘膦廣泛用于采伐跡地清理和桉樹次生林清理(Robertsetal.， 2016； Benbrooketal.， 2016)，成為近年來施用最普遍、銷售量最大的除草劑(孫立思等， 2017)。草甘膦的施用雖大幅提高除草效率，但它屬于有毒性、用量大、影響廣的有機污染物，可能污染土壤，多項研究證實其對生態環境的潛在風險(Modestoetal., 2010； 周垂帆等， 2017)，如影響土壤理化性質等。毛美紅等(2011)研究發現，長期施用草甘膦導致毛竹(Phyllostachysedulis)林土壤密度增加、總孔隙度降低，土壤有機質含量顯著下降，但對土壤養分、pH值均未有顯著影響； 姜偉麗等(2015)研究認 為，多次施用不同濃度的草甘膦會不同程度地提高棉(Gossypiumspp.)田土壤的電導率、pH值； 周垂帆等(2016)研究表明，草甘膦顯著提高土壤磷的有效性。目前，對施用草甘膦對桉樹人工林土壤理化性質影響的研究鮮見報道。本研究以福建漳州桉樹巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)人工林為對象，探究施用草甘膦對土壤理化性質的影響以期為草甘磷的合理施用提供參考。

1 研究區概況

研究區位于福建省漳州市龍海林下國有林場田坑工區桉樹纖維材示范林區(117°30’21″—117°32’13″E，24°27’56″—24°28’34″N)。該區域屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年均氣溫21 ℃，最高氣溫38 ℃，最低氣溫0 ℃，霜期短，年均降水量1 440 mm； 土壤類型為紅壤。桉樹林齡為4年，樹種為‘3229巨尾桉’，林分密度為1 650株·hm-2，平均胸徑10 cm，平均樹高13 m。林下植被豐富，灌木主要有白背葉(Mallotusapelta)、粗葉榕(Ficushirta)、毛冬青(Ilexpubescens)、山莓(Rubuscorchorifolius)、長刺楤木(Araliaspinifolia)、鵝掌柴(Scheffleraoctophylla)、大青(Clerodendrumcyrtophyllum)、毛果算盤子(Glochidioneriocarpum)和野牡丹(Melastomacandidum)； 草本植物主要有淡竹葉(Lophatherumgracile)、華南毛蕨(Cyclosorusparasiticus)、烏毛蕨(Blechnumorientale)、藎草(Arthraxonhispidus)、華南鱗蓋蕨(Microlepiahancei)、大葉仙茅(Curculigocapitulata)、假臭草(Praxelisclematidea)、山蒼子(Litseacubeba)、條裂叉蕨(Tectariaphaeocaulis)和鐵線蕨(Adiantumphilippense)等。

2 研究方法

2.1 樣地設置和土樣采集

2013年2月煉山清雜，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，造林后連續3年每年鋤草撫育2 次并施肥1次，栽植當年每株追肥復合肥100 g，第2、3 年每株施復合肥500 g。2015年3月設置6塊20 m×20 m的樣地，其中3塊施用草甘膦： 2015、2016年的5月和9月施用草甘膦(41%草甘膦異丙胺鹽水劑和水按質量1∶50配制而成)清除灌木和雜草，每次施用量1 500 kg·hm-2，3塊對照組樣地不施用草甘膦，采用人工除草。

2017年5月進行土壤理化性質樣品采集，用對角線法在每塊樣地內取3個采樣點，每個采樣點分別設置0～10、10～20和20～40 cm土層，用環刀采集測定土壤物理性質的土樣。因為草甘膦噴施在土壤表面，對表層土壤影響較明顯，為更好地分析草甘膦在土壤表層的殘留情況及其對表層土壤化學性質的影響，每個采樣點設置0～2、2～5、5～20和20～40 cm 4個土層。將同一樣地內同一土層的3個土壤樣品均勻混合為1個混合樣，用于測定草甘膦殘留量及土壤化學性質。

2.2 土壤理化指標測定

土壤密度、孔隙度采用環刀法測定。土壤化學性質測定參考《土壤農業化學分析方法》(魯如坤， 2000)： 土壤pH值采用水土2.5∶1的比例浸提，電位法測定； 有機質含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定； 全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定； 水解性氮含量采用堿解擴散法測定； 全磷含量采用硫酸-高氯酸消煮，鉬銻抗比色法測定； 有效磷含量采用雙酸浸提，鉬銻抗比色法測定； 全鉀含量采用氫氧化鈉熔融，火焰光度法測定； 速效鉀含量采用乙酸銨浸提，火焰光度計法測定。

土壤草甘膦含量的測定： 稱取10.00 g過60目篩的風干土樣，置于50 mL離心管中，加入20 mL 0.6 mol·L-1氫氧化鉀溶液，振蕩2 h后離心，用0.6 mol·L-1鹽酸溶液調節上清液pH值至中性，再用0.45 μm濾膜過濾，定容后備用。吸取2 mL上清液到5 mL容量瓶中，加入0.5 mL磷酸鹽緩沖液(pH11，由0.4 mol·L-1磷酸二氫鈉與0.4 mol·L-1磷酸鈉等量混合而成)，再加入0.5 mL 10 g·L-1對甲基苯磺酰氯溶液(用乙腈溶液配制)，在50 ℃水浴鍋中加熱5 min，取出冷卻后用超純水定容至刻度線，0.45 μm濾膜過濾后高效液相色譜測定。流動相0.05 mol·L-1磷酸氫二鈉緩沖液(pH 值5.5)： 甲醇為65:35(V:V)，柱溫30 ℃，流速1 mL·min-1，檢測波長235 nm，進樣量20 μL(司友斌等， 2009)。

2.3 數據處理

利用Microsoft Excel 2016軟件進行數據處理，采用SPSS22.0軟件進行方差分析，LSD法對數據進行差異顯著性分析，t檢驗比較2種處理的差異顯著性，以P<0.05表示數據差異顯著。

3 結果與分析

3.1 土壤中的草甘膦殘留量

由圖1可知，草甘膦殘留量隨土層加深而降低，0～2 cm土層草甘膦含量最高，為4.43 mg·kg-1，顯著高于其他土層(P<0.05)，2～5、5～20和20～40 cm土層的草甘膦含量分別為2.64、0.63和0.13 mg·kg-1。

3.2 施用草甘膦對土壤物理性質的影響

由表1可知，施用草甘膦后0～10、10～20和 20～40 cm土層土壤密度分別為1.23、1.27和1.34 g·cm-3，較對照組分別增加了0.02、0.02和0.01 g·cm-3，增幅分別為1.65%、1.60%和0.75%； 土壤總孔隙度分別為49.79%、48.23%和46.64%，分別下降了0.49%、0.32%和0.47%，下降幅度分別為0.97%、0.32%和0.66%，但差異均不顯著。隨著土層深度增加，2種處理的土壤密度均呈上升趨勢，土壤總孔隙度均呈下降趨勢，但差異不顯著。

圖1 桉樹人工林土壤中草甘膦殘留量

表1 施用草甘膦對土壤物理性質的影響①

3.3 施用草甘膦對土壤化學性質的影響

從表2可看出，施用草甘膦后，土壤pH值隨土層加深從5.26逐漸降低到4.34，而對照組的土壤pH值則隨土層加深小幅升高。施用草甘膦后的土壤pH值在0～2、2～5和5～20 cm土層分別為5.26、4.63和4.57，比對照組分別增加了0.90、0.24和0.07，增幅分別為20.64%、5.47%和1.56%，但在20～40 cm土層卻由4.53降低到了4.34，降幅為4.19%。兩種處理僅在0～2 cm土層差異顯著(P<0.05)，表明施用草甘膦顯著提高表層土壤pH值。

施用草甘膦后，土壤各土層電導率均有所降低，0～2、2～5、5～20和20～40 cm土層分別為61.83、42.77、34.20和38.17 us·cm-1，較對照組分別降低了6.46%、16.19%、21.20%和2.55%，差異均不顯著。2種處理的土壤電導率隨土層加深的變化趨勢有所不同，對照組表現為逐漸降低，處理組則先下降后上升。

與對照組相比，施用草甘膦后各土層的有機質含量均不同程度地降低。其中0～2 cm土層為40.38 g·kg-1，較對照組降低16.70 g·kg-1，下降幅度為29.26%，且差異顯著(P<0.05)； 2～5 cm、5～20 cm和20～40 cm土層分別為36.62、28.08和18.99 g·kg-1，較對照組分別下降21.38%、3.11%和17.00%，但差異不顯著(P>0.05)。

2種處理的土壤全氮和水解氮含量均隨著土層加深而下降，處理組各土層的全氮和水解氮含量均低于對照組，但差異不顯著。2種處理的土壤全磷含量均隨土層加深而下降，處理組的各土層全磷含量均低于對照組，但差異不顯著。與對照組相比，處理組各土層有效磷含量均有不同程度地提高。其中，0～2 cm土層的有效磷含量由2.90 mg·kg-1顯著(P<0.05)提高到5.29 mg·kg-1，提高幅度為82.41%，2～5、5～20和20～40 cm土層分別為2.89、1.51和0.93 mg·kg-1，較對照組分別提高0.98、0.26 和0.22 mg·kg-1，提高幅度分別為51.31%、20.80%和30.99%。施用草甘膦提高了各土層的全鉀和速效鉀含量，但差異不顯著。

表2 施用草甘膦對土壤化學性質的影響①

4 討論

草甘膦進入土壤后會發生吸附、遷移、降解等一系列反應，一旦草甘膦殘留量超出土壤環境承載力就會對土壤環境造成損害(林靜雯等， 2015)。本研究發現，桉樹人工林施用草甘膦后的殘留量在0～2 cm土層最高，達4.43 mg·kg-1，然后隨土層加深逐漸降低。Yang等(2015)研究也表明，土壤中的草甘膦和降解產物AMPA含量隨土層加深而顯著下降，在0～2、2～5和5～10 cm土層，草甘膦(包括AMPA)殘留量占比分別為72%、2%和3%。目前我國并沒有制定土壤中草甘膦的殘留標準，但歐盟、美國、日本均制定了嚴格的草甘膦最大殘留量標準(0.1～0.5 mg·kg-1)(汪立高等， 2011)。草甘膦的半衰期為1～174天(Wauchopeetal.，1992)，而本研究是施用草甘膦半年后的結果，絕大多數草甘膦已經降解，半衰期內實際殘留量可能遠大于4.43 mg·kg-1。

桉樹人工林施用草甘膦后，各土層土壤密度比對照組增高，總孔隙度和非毛管孔隙度變低，但差異還均未達顯著水平，毛美紅等(2011)的研究也證實了這一結論。在毛竹筍用林中長期使用草甘膦且沒有施肥等撫育措施的情況下，土壤密度增加，總孔隙度降低，且差異顯著(P<0.05)。而本研究表明，施用草甘膦對土壤物理性質不存在顯著影響，可能與草甘膦施用時間較短及采樣時間距離施用草甘膦時間較長有關。土壤密度增加和總孔隙度降低，可能與施用草甘膦后的土壤有機質含量減少、土壤微生物種群變化等有關，其原因還有待進一步研究。

桉樹人工林施用草甘膦后，土壤電導率在0～20 cm內的各土層均低于對照組，在20～40 cm土層二者基本一致，差異均未達顯著水平。前人研究表明，在前1～2次草甘膦添加到土壤后電導率低于對照組，但土壤電導率隨草甘膦使用次數增加而逐漸上升并高于對照組(姜偉麗等， 2015； 毛美紅等， 2011)。桉樹人工林噴施草甘膦后，pH值在0～2和2～5 cm土層升高，但在5～20 cm和20～40 cm土層降低，雖然差異均不顯著； 但García-Pérez等(2016)發現持續應用草甘膦可加速土壤酸化，降低土壤pH值。

土壤有機質可以提供植物所需養分，同時也可吸附重金屬(Mohamedetal.， 2010)和農藥等有機污染物(龔香宜等， 2017)，降低污染物毒害。本研究表明，草甘膦施用對0～2 cm土層有機質含量存在顯著降低作用(P<0.05)，但在其他土層的降低作用不顯著。Yu等(2005)研究表明，土壤有機質可吸附土壤中的草甘膦，在去除土壤有機質后，試驗所用的2種土壤的吸附常數分別減少75.0% 和52.5%。

施用草甘膦后，土壤全氮和水解氮含量均低于對照組，但未達顯著水平。這可能是因為草甘膦對土壤固氮微生物活性有抑制作用(鄧曉等， 2005)，Fan 等(2017)的研究也證實了這一點。Stratton等(1991)研究發現，草甘膦刺激森林凋落物和森林土壤中的氨化，但沒有刺激土壤中硝化和反硝化反應，土壤氮素的氨化會導致氮損失。

桉樹人工林施用草甘膦后，土壤全磷含量低于對照組，但差異不顯著(P<0.05)，而有效磷含量高于對照組，且僅0～2 cm土層差異顯著(P<0.05)。土壤全磷含量降低可能是土壤有效磷增加利于桉樹的磷吸收。土壤有效磷增加一方面可能是因草甘膦中含有磷，其降解過程中將磷元素釋放到土壤中(Yuetal.， 2011)，另一方面草甘膦會與土壤陽離子進行交換，形成Fe-Glyphosate、Al-Glyphosate和 Ca-Glyphosate的形態，占據了磷的吸附位點，從而降低土壤Fe-P、Al-P和Ca-P含量，使土壤有效磷含量增加(周垂帆等， 2016)。

桉樹人工林的草甘膦施用對土壤全鉀和速效鉀含量沒有顯著影響，但與對照組相比有所增加。Lane等(2012)研究表明，草甘膦配方含有鉀鹽，添加到土壤中的鉀素不易轉化為微生物生物量K，也不能固定在黏土層之間轉化為非交性換K，大部分添加的鉀會保持可交換性，為植物可利用形式，這表明土壤全鉀和速效鉀含量增加可能來源于草甘膦本身。

此外，桉樹人工林施用草甘膦使林下雜草、灌木減少或消失，可能會對土壤的理化性質產生影響，還有待進一步研究。

5 結論

在桉樹人工林施用草甘膦2年后：土壤的密度、總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度物理性質變差，但影響尚未達顯著水平； 草甘膦殘留量集中在0～2 cm土層，含量達4.43 mg·kg-1，與對照組差異顯著(P<0.05)； 對土壤化學性質的影響主要集中在表層，0～2 cm土層的pH值提高了0.90，有機質含量下降了16.70 g·kg-1、有效磷含量提高2.39 mg·kg-1，均與對照組差異顯著(P<0.05)。