典型黃壤煙田莠去津殘留降解及煙草致害閾值研究

摘要" 通過田間試驗研究貴州典型黃壤煙田莠去津的殘留和消解動態(tài)，闡明煙草的藥害發(fā)生及煙草的致害閾值與安全間隔期，并分析土壤環(huán)境因素對莠去津半衰期的影響。結果表明：莠去津對煙草生長發(fā)育的抑制作用十分明顯，顯示為葉片瘦小、嚴重者畸形，老葉葉尖脈黃化。煙草株高抑制率、葉面積抑制率與莠去津施藥劑量均呈極顯著正相關，隨莠去津施用劑量的增加，株高和葉面積的抑制率增加。莠去津在典型黃壤中降解半衰期為8.45～11.95 d，田間安全隔離期應長于48.6 d，莠去津降解半衰期與土壤有機質含量呈顯著正相關，與pH和速效鉀呈顯著負相關，與堿解氮和有效磷含量相關性不顯著。研究結果對黃壤高粱/玉米-煙草輪作系統(tǒng)除草劑合理施用及煙葉安全性具有重要指導價值。

關鍵詞" 黃壤煙田；莠去津；殘留降解；致害閾值；安全間隔期

中圖分類號" X171" 文獻標識碼" A" 文章編號" 0517-6611（2024）05-0085-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.020

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on the Residual Degradation of Atrazine and Damage Threshold of Tobacco in Typical Yellow Soil Tobacco Fields

ZHAO Xu-ying1， PENG Liang-rui1， LI Cai-bin2 et al

（1. Tobacco Research Institute of CAAS， Qingdao，Shandong 266101;2. Bijie Tobacco Branch Company， Bijie， Guizhou 563000）

Abstract" Field experiments were conducted to study the residue and degradation dynamics of atrazine in typical yellow soil tobacco fields in Guizhou Province，the occurrence of tobacco pesticide damage and the threshold and safety interval of tobacco damage was elucidated.The effects of soil environmental factors on the half-life of atrazine was analyzed. The results showed that atrazine inhibited the growth of tobacco significantly， which showed that the leaves were small， serious deformity， the old leaf tip vein began to yellow. The inhibition rates of plant height and leaf area were significantly positively correlated with atrazine dosage. The inhibition rates of plant height and leaf area increased with the increase of atrazine dosage. The degradation half-life of atrazine in typical yellow soil was 8.45-11.95 d， and the safe isolation period in the field should be longer than 48.6 d. The degradation half-life of atrazine was significantly positively correlated with the content of soil organic matter， there was significant negative correlation with pH and available potassium， but no significant correlation with available phosphorus and available nitrogen. The results had great significance to the scientific application of herbicides and tobacco safety in the sorghum/maize-tobacco rotation area of yellow soil.

Key words" Yellow soil tobacco field;Atrazine;Residual degradation;Hazard threshold;Safety interval

基金項目" 貴州省煙草公司畢節(jié)市公司科技項目（2020520500240072，2023520500240162）；湖南省煙草公司衡陽市公司科技項目（2020430400240090）；中國農業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程項目（ASTIP-TRIC06）。

作者簡介" 趙旭影（1997—），女，河北滄州人，碩士研究生，研究方向：產地環(huán)境質量安全防控技術。

*通信作者，農藝師，從事煙田生物炭及煙葉種植技術研究。

收稿日期" 2023-03-29

莠去津（atrazine，ATZ），化學名稱為2-氯-4-二乙胺基-6-異丙胺基-1，3，5-二嗪，是一種人工合成的選擇性內吸傳導型三嗪類除草劑，主要用于防除一年生禾本科雜草和闊葉雜草［1］，具有除草效率高、價格低廉等優(yōu)點。因其對玉米及高粱具有較好的選擇性，被廣泛應用于玉米和高粱的種植過程中。然而，殘留的莠去津在土壤中不易降解，容易對生態(tài)環(huán)境及后茬敏感作物生長發(fā)育造成嚴重影響［2］。

除草劑在土壤中的降解主要依靠化學水解和微生物降解，其降解特征受到有機質、pH、氮、磷、鉀等各土壤環(huán)境因素的影響［3-4］，因而在不同土壤中的降解半衰期不同。莠去津在沈陽地區(qū)黑土中的消解半衰期為15.61～16.27 d ［5］，三唑酰草胺在吉林黑土、江西紅土和安徽水稻土中的降解半衰期分別為86.5、106.0和91.4 d ［6］，這為不同地區(qū)土壤中作物的除草劑科學施用與管理提供依據(jù)。

高粱或玉米與煙草的輪作是我國西南煙區(qū)重要的煙草栽培方式之一，莠去津是高粱、玉米田推薦施用的苗后選擇性除草劑，近年來，過量及不合理施用導致后茬煙草的藥害現(xiàn)象頻發(fā)。莠去津對煙草的藥害癥狀主要體現(xiàn)在抑制煙株株高和葉寬發(fā)育方面，不僅對煙葉的產量和質量產生負面影響，還嚴重制約了煙農的種煙積極性。因此該研究將聚焦西南高粱或玉米與煙草的輪作煙田的除草劑藥害問題，解析莠去津在典型黃壤煙田中的殘留降解規(guī)律，明確其在土壤降解中的降解半衰期以及對煙株致害閾值，為莠去津殘留對煙草藥害風險防控提供重要理論和實踐指導。

1" 材料與方法

1.1" 供試材料

供試煙草品種為云煙105，供試莠去津除草劑為90%莠去津水分散粒劑（湖南省迅超農化有限公司）。

1.2" 試驗設計

田間試驗于2021年在貴州省畢節(jié)市金沙縣禹謨鎮(zhèn)茶林堡（106.22°E、27.47°N）進行，試驗地的土壤類型為黃壤，質地為砂壤土，其中土壤pH 6.08，有機質含量22.69 g/kg、堿解氮含量125.3 mg/kg、有效磷含量34.5 mg/kg、速效鉀含量412.3 mg/kg。前茬作物為烤煙，未施用過莠去津等高風險除草劑。根據(jù)90%莠去津水分散粒劑的田間推薦施用量1 950 g/hm2，在煙田土壤中均設置3個劑量處理（1.00、0.50和0.05倍）及1個對照，分別對應處理①、②、③和CK，詳見表1，每個處理3次重復，每個小區(qū)100株煙，莠去津進行土壤表面噴施處理，對照噴施等量自來水，其他煙葉田間管理措施均按照當?shù)貎?yōu)質煙葉生產技術規(guī)程進行。

1.3" 測定項目及方法

1.3.1" 煙草藥害觀測。

于施藥后3和40 d，參照 YC/T 526—2015《煙草除草劑藥害分級及調查方法》［7］，對試驗田的煙株藥害情況進行觀測，描述藥害癥狀并進行賦值，根據(jù)藥害嚴重程度分為6級，賦值分別為0、1、3、5、7、9。

1.3.2

致害閾值確定。根據(jù)農藝性狀結果計算葉面積抑制率和株高抑制率，具體公式參照文獻［8］。以煙草株高抑制率和葉面積抑制率為10%～15%時的施藥濃度作為除草劑的致害臨界閾值［9-10］，最終確定煙株的致害閾值。

1.3.3

安全間隔期確定。按照公式T1/2=ln2/k計算出除草劑在土壤中降解半衰期，根據(jù)煙株致害時間以及藥害程度，并結合其在土壤中的消解狀況，計算出致害臨界劑量，代入田間消解試驗動態(tài)方程，確定田間施藥安全間隔期［11］。

1.3.4" 土壤理化性質測定。

于施藥后1、3、10、20、40、60和80 d，分別取各處理耕層土壤樣品，帶回實驗室自然風干后，采用鮑士旦［12］的方法測定pH、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀等指標。

1.3.5" 莠去津殘留量測定。

于施藥后1、3、10、20、40、60和80 d進行土壤取樣，風干過20目篩后，取10 g待測土樣，加10 mL 0.05%甲酸水，超聲10 min，加入10 mL乙腈，渦旋10 min，4 000 r/min離心10 min，上清液過0.22 μm有機相濾膜后，采用高效液相色譜-質譜聯(lián)用法（HPLC-MS）測定。

1.3.6

儀器條件。色譜柱為ACQUITY UPLC BEH C18（1.7 μm，2.1" mm×50 mm）；流動相為乙腈（A）/0.1%甲酸水（B），梯度洗脫：0 min，0%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。柱溫30 ℃；流速0.15 mL/min；進樣量3 μL。

1.4" 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 21軟件進行相關數(shù)據(jù)的處理與分析。

2" 結果與分析

2.1" 莠去津對煙草的藥害分析

通過莠去津的藥害分析發(fā)現(xiàn)，莠去津對煙草株高、葉面積抑制作用十分明顯，

葉片瘦小、嚴重者畸形，老葉葉尖脈開始黃化。從煙葉藥害情況（表2）可以看出，施藥后3 d莠去津各處理煙葉藥害現(xiàn)象已十分明顯，在各施藥處理的煙田土壤中，煙株株高抑制率最高為8.82%，最低為8.09%，葉面積抑制率最高為18.40%，最低為10.91%，藥害等級為2.4～3.3。在施藥40 d后，該煙田中莠去津1.00和0.50倍劑量處理的煙株已死亡，在莠去津0.05倍劑量（處理③）的煙株株高抑制率為48.09%，葉面積抑制率為49.72%，藥害等級為5.2。此外，煙草株高抑制率和葉面積抑制率與莠去津施藥劑量均呈極顯著正相關（Plt;0.01），相關系數(shù)分別為0.723、0.857，表明隨著莠去津施用劑量的增加，株高抑制率和葉面積抑制率也呈線性增加。

2.2" 莠去津的殘留降解動態(tài)

莠去津降解動態(tài)采用一級動力學方程擬合，莠去津在典型黃壤的降解動態(tài)及其降解動力學方程如圖1和表3所示，在1.00倍推薦劑量（處理①）下土壤中初始殘留量為169.70 μg/kg，施藥處理80 d后最終殘留量為0.34 μg/kg，理論半衰期為8.45 d；0.50倍推薦劑量（處理②）下土壤中初始殘留量為92.30 μg/kg，施藥處理80 d后最終殘留量為0.23 μg/kg，理論半衰期為9.36 d；0.05倍推薦劑量（處理③）下土壤中初始殘留量為21.50 μg/kg，施藥處理80 d后最終殘留量為0.30 μg/kg，理論半衰期為11.95 d。

2.3" 莠去津對煙株的藥害閾值及大田安全間隔期

根據(jù)莠去津各處理對煙株的致害時間及其藥害癥狀（表2），并與其在煙田土壤中的降解情況（表3）相結合分析，以煙草株高抑制率及葉面積抑制率為10%～15%時的施藥濃度作為除草劑的致害臨界閾值，最終確定煙株的藥害閾值及安全隔離期。研究發(fā)現(xiàn)土壤中莠去津最低濃度處理的各項抑制率均遠遠超出10%～15%，考慮到該試驗中低劑量（0.50和0.05倍劑量）莠去津也表現(xiàn)出較高的藥害特征，在0.05倍推薦劑量（處理③）施藥40 d后，煙株株高抑制率和葉面積抑制率分別達48.09%和49.72%，土壤中的殘留量為4.76 μg/kg，將其代入1.00倍推薦劑量田間消解動態(tài)方程y=255.050e-0.082x，得出在黃壤土的安全間隔期應長于48.6 d。

2.4" 莠去津降解半衰期與土壤理化性質相關性

將莠去津在典型土壤中的降解半衰期與土壤理化指標進行相關性分析，結果發(fā)現(xiàn)，土壤pH和速效鉀含量與莠去津在煙田土壤中降解半衰期均呈顯著負相關（r=-0.405、-0.474），即土壤pH越高，土壤速效鉀含量越高，莠去津降解半衰期越短；土壤有機質含量與莠去津降解半衰期呈顯著正相關（r=0.425），即有機質含量越高，降解半衰期越長；土壤堿解氮和有效磷含量與莠去津降解半衰期相關性均不顯著（r=0.110、0.355）。

3" 討論

大量研究表明，莠去津在土壤中的殘留會嚴重影響后茬作物的生長發(fā)育，楊彩宏等［13］研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的莠去津殘留量超過0.1 mg/kg時，明顯抑制了菜薹的生長、削弱了其光合能力，當土壤中莠去津殘留量為0.2 mg/kg時，會對黃瓜和辣椒的光合能力與生長產生影響。黃瀟等［14］研究發(fā)現(xiàn)，莠去津殘留可以降低土壤微生物的豐富度和群落的多樣性，而土壤微生物可以調控土壤碳截獲能力和有機碳礦化過程，影響生態(tài)系統(tǒng)生產力，在一定程度上可以直接反映土壤肥力的高低。高粱或玉米田除草劑的不合理施用從而導致后茬煙草出現(xiàn)藥害，已成為影響煙草輪作發(fā)展的重要制約因素之一［15］。但是莠去津在土壤中的殘留對煙草藥害研究相對較少。該研究發(fā)現(xiàn)，莠去津對煙草株高、葉面積抑制作用十分明顯，葉片瘦小、嚴重者畸形，老葉葉尖脈黃化。推薦劑量1.00、0.50倍處理組在施藥40 d后觀測均已死亡，莠去津的藥害表現(xiàn)較快，且煙草株高抑制率、葉面積抑制率與莠去津施用量呈極顯著正相關，劉修園［16］的研究也發(fā)現(xiàn)煙草株高抑制率、葉面積抑制率隨除草劑施藥劑量的增加而升高。王鋼等［17］在研究玉米田中2，4-滴丁酯和氯氟吡氧乙酸2種農藥殘留對烤煙藥害癥狀時同樣出現(xiàn)了暴露施藥時間越長、濃度越大，藥害程度越深的情況。沈會芳等［18］在芐嘧磺隆對煙草的藥害研究中同樣發(fā)現(xiàn)，隨著芐嘧磺隆施用濃度的增加，煙草株高、葉長、葉寬的抑制率也會升高，煙株明顯矮化，葉面積明顯減少，單株煙葉產量下降。可見，莠去津對煙草的藥害情況與其施用劑量間存在明顯的劑量效應關系。

通過莠去津在土壤中的降解動態(tài)及動力學方程可以看出，莠去津在西南地區(qū)典型黃壤上的降解符合一級動力學方程，降解半衰期為8.45～11.95 d，這與方麗萍等［19］關于莠去津在土壤中的降解半衰期結果一致。李慧冬［20］在山東濟南、黑龍江哈爾濱兩地進行了玉米大田試驗，結果表明，在濟南地區(qū)供試土壤中的莠去津降解半衰期為11.7 d，而在哈爾濱供試土壤中的莠去津降解半衰期為9.0 d。可見，莠去津在土壤中的降解半衰期受到土壤環(huán)境因素的影響。該研究中，莠去津在黃壤土中藥害臨界閾值應低于4.76 μg/kg，郝文波等［15］研究結果顯示，當莠去津的施用量在臨界濃度下時，其對煙株生長抑制情況不明顯，而當施用量增加到0.67 mg/kg時，株高、葉長、葉寬的抑制率分別為48.77%、42.65%、34.10%，莠去津致煙株藥害的臨界值為3.35×10-3 mg/kg。土壤除草劑的降解速率除了與自身結構性質相關外，還受各項土壤理化性質的影響。通過對pH、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀與莠去津在典型土壤中的半衰期進行相關性分析，結果發(fā)現(xiàn)，土壤pH和速效鉀含量與莠去津在煙田土壤中降解半衰期均呈顯著負相關，而土壤有機質含量與莠去津降解半衰期呈顯著正相關。由于pH升高破壞了離子型農藥通過氫鍵與沉積物的結合，因此pH升高將抑制沉積物吸附莠去津，導致莠去津的降解加快，當pH較低時，農藥的各官能團無法離解，高分子卷縮成團使其溶解性降低，使得沉積物易于吸附［21］。有研究表明，土壤有機質含量越高，對除草劑的吸附性越強，進而導致其降解速率降低，同時有機質含量較高的土壤透氣性差，從而影響微生物活動［22］。土壤速效鉀含量與除草劑半衰期呈顯著負相關，即土壤速效鉀含量越高，除草劑半衰期越短，降解速率越快，推測可能與土壤微生物活性和土壤酶活性有關［23］。

4" 結論

（1）通過西南煙區(qū)典型黃壤上莠去津田間試驗發(fā)現(xiàn)，莠去津施用劑量與其煙草藥害存在明顯的劑量效應關系，煙草株高抑制率、葉面積抑制率均隨莠去津施用劑量增加而提升。

（2）莠去津在黃壤煙田中的降解符合一級動力學方程，降解半衰期為8.45～11.95 d。中低劑量莠去津表現(xiàn)出較高的藥害特征，其在黃壤土中藥害臨界閾值應低于4.76 μg/kg，安全間隔期應長于48.6 d。

（3）莠去津降解半衰期與土壤理化指標的相關性分析發(fā)現(xiàn)，土壤pH和速效鉀含量與莠去津在煙田土壤中降解半衰期均呈顯著負相關，而土壤有機質含量與莠去津降解半衰期呈顯著正相關，土壤堿解氮和有效磷含量與莠去津降解半衰期相關性不顯著。

參考文獻

［1］ 楊志富，歐曉明，梁驥，等.超高效液相色譜串聯(lián)質譜法測定玉米中莠去津及其代謝物的殘留量和風險評估［J］.農藥科學與管理，2021，42（6）：26-34，53.

［2］ 范潤珍，盧向陽，錢傳范.土壤中莠去津對幾種蔬菜作物的安全濃度的測定［J］.農藥，1999，38（12）：33-34.

［3］ 李德平.磺酰脲類除草劑在土壤中的物理化學行為［J］.土壤，1996，28（3）：128-133.

［4］ 張佳，陳小員，潘強，等.室內條件下土壤含水量對煙嘧磺隆消解的影響［J］.農藥學學報，2014，16（4）：472-476.

［5］ 王素娜，高增貴，孫艷秋，等.莠去津在沈陽地區(qū)土壤中的殘留動態(tài)分析［J］.現(xiàn)代農藥，2014，13（2）：40-43，51.

［6］ 朱玉杰，董旭，王梅，等.三唑酰草胺在不同類型土壤中的降解特性［J］.農藥學學報，2019，21（1）：112-118.

［7］ 國家煙草專賣局.煙草除草劑藥害分級及調查方法：YC/T 526—2015［S］.北京：中國標準出版社，2015.

［8］ 易勇，唐旭，林錫煌，等.超高效液相色譜串聯(lián)質譜法同時測定馬尾藻中4種內源性植物激素［J］.分析化學，2016，44（1）：124-130.

［9］" 張倩，宋超，相振波，等.四種典型稻田除草劑對煙草生長的影響［J］.中國煙草學報，2013，19（5）：82-88.

［10］ 張仁闊，尹顯慧，黃化剛，等.砜嘧磺隆土壤殘留致煙草藥害癥狀及其致害臨界值［J］.山地農業(yè)生物學報，2015，34（5）：89-91.

［11］ 房寬，徐茜，劉建陽，等.兩種稻田用除草劑殘留對煙草危害的閾值研究［J］.中國煙草科學，2021，42（4）：36-43.

［12］ 鮑士旦.土壤農化分析［M］.北京：中國農業(yè)出版社，2005.

［13］ 楊彩宏，馮莉，田興山.莠去津土壤殘留對4種蔬菜生長及葉綠素熒光參數(shù)的影響［J］.中國蔬菜，2016（3）：53-59.

［14］ 黃瀟，蔡穎慧，趙小珍.莠去津對谷子農田土壤微生物群落結構的影響［J］.江蘇農業(yè)科學，2021，49（16）：210-214.

［15］ 郝文波，李麗春，韓云，等.6種長效除草劑土壤殘留致煙草藥害癥狀及其致害臨界值［J］.廣東農業(yè)科學，2013，40（9）：80-82，89.

［16］ 劉修園.九種稻田常用除草劑對煙草生長的影響及其殘留降解規(guī)律研究［D］.泰安：山東農業(yè)大學，2018.

［17］ 王鋼，時焦，葛川，等.玉米田除草劑對烤煙的藥害作用［J］.煙草科技，2019，52（1）：15-21.

［18］ 沈會芳，蒲小明，張景欣，等.兩種稻田除草劑引起的煙草藥害及替代除草劑篩選試驗［J］.廣東農業(yè)科學，2019，46（1）：84-90，173.

［19］ 方麗萍，李慧冬，丁蕊艷，等.莠去津在玉米和土壤中的殘留及安全使用評價［J］.現(xiàn)代農藥，2012，11（5）：33-36.

［20］ 李慧冬.莠去津等多種農藥殘留風險評估及莠去津在水/沉積物體系中降解研究［D］.武漢：華中農業(yè)大學，2020.

［21］ 李魚，王志增，王檬，等.多種環(huán)境因子交互作用對沉積物吸附阿特拉津的影響［J］.吉林大學學報（理學版），2013，51（2）：334-339.

［22］ 葉鳳嬌，孔德洋，單正軍，等.苯氧羧酸類除草劑土壤降解特性研究［J］.環(huán)境化學，2010，29（6）：1147-1151.

［23］ 張超蘭，徐建明.氮磷無機營養(yǎng)物質對莠去津在土壤中消解的影響研究［J］.農業(yè)環(huán)境科學學報，2007，26（5）：1694-1697.