侯文軍 鄒 明 李寶福 俞元春

(1.南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心 南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院 南京 210037； 2.福建省林業(yè)科學(xué)研究院 福州 350012)

桉樹(shù)(Eucalyptus)是桃金娘科(Myrtaceae)桉屬樹(shù)種的統(tǒng)稱(chēng)，原產(chǎn)澳大利亞，廣泛分布于熱帶、亞熱帶地區(qū)。因其速生、豐產(chǎn)、抗性好、耐貧瘠、干形好、易繁殖等特點(diǎn)，被世界各國(guó)廣泛種植，是聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織認(rèn)定的三大速生豐產(chǎn)人工林樹(shù)種之一。我國(guó)從1890年開(kāi)始引種桉樹(shù)，到2013年種植面積達(dá)450萬(wàn)hm2(陳少雄等， 2013)，現(xiàn)已成為重要的工業(yè)原料林(侯寧寧等， 2019)。桉樹(shù)是強(qiáng)陽(yáng)性樹(shù)種，其生長(zhǎng)發(fā)育需要充足陽(yáng)光，尤其幼苗階段最怕雜草蔭蔽和爭(zhēng)奪肥料。我國(guó)南方地區(qū)氣候溫暖濕潤(rùn)，適合各種雜草和灌木生長(zhǎng)，會(huì)和桉樹(shù)幼苗競(jìng)爭(zhēng)陽(yáng)光、水分和養(yǎng)分，所以種植桉樹(shù)前應(yīng)清理雜灌草，同時(shí)必須盡早對(duì)桉樹(shù)幼林清除雜灌草以促進(jìn)幼苗早發(fā)早長(zhǎng)。人工撫育除草存在勞力嚴(yán)重短缺、成本高、效果不理想等問(wèn)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(wèn)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(shù)次生林清理(Robertsetal.， 2016； Benbrooketal.， 2016)，成為近年來(lái)施用最普遍、銷(xiāo)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(jī)污染物，可能污染土壤，多項(xiàng)研究證實(shí)其對(duì)生態(tài)環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)(Modestoetal., 2010； 周垂帆等， 2017)，如影響土壤理化性質(zhì)等。毛美紅等(2011)研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期施用草甘膦導(dǎo)致毛竹(Phyllostachysedulis)林土壤密度增加、總孔隙度降低，土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著下降，但對(duì)土壤養(yǎng)分、pH值均未有顯著影響； 姜偉麗等(2015)研究認(rèn) 為，多次施用不同濃度的草甘膦會(huì)不同程度地提高棉(Gossypiumspp.)田土壤的電導(dǎo)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(duì)施用草甘膦對(duì)桉樹(shù)人工林土壤理化性質(zhì)影響的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究以福建漳州桉樹(shù)巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)人工林為對(duì)象，探究施用草甘膦對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響以期為草甘磷的合理施用提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省漳州市龍海林下國(guó)有林場(chǎng)田坑工區(qū)桉樹(shù)纖維材示范林區(qū)(117°30’21″—117°32’13″E，24°27’56″—24°28’34″N)。該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)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(lèi)型為紅壤。桉樹(shù)林齡為4年，樹(shù)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(shù)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(zhǎng)刺楤木(Araliaspinifolia)、鵝掌柴(Scheffleraoctophylla)、大青(Clerodendrumcyrtophyllum)、毛果算盤(pán)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(shè)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(xù)3年每年鋤草撫育2 次并施肥1次，栽植當(dāng)年每株追肥復(fù)合肥100 g，第2、3 年每株施復(fù)合肥500 g。2015年3月設(shè)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(zhì)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(duì)照組樣地不施用草甘膦，采用人工除草。

2017年5月進(jìn)行土壤理化性質(zhì)樣品采集，用對(duì)角線法在每塊樣地內(nèi)取3個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)分別設(shè)置0～10、10～20和20～40 cm土層，用環(huán)刀采集測(cè)定土壤物理性質(zhì)的土樣。因?yàn)椴莞熟娛┰谕寥辣砻?，?duì)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(duì)表層土壤化學(xué)性質(zhì)的影響，每個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)置0～2、2～5、5～20和20～40 cm 4個(gè)土層。將同一樣地內(nèi)同一土層的3個(gè)土壤樣品均勻混合為1個(gè)混合樣，用于測(cè)定草甘膦殘留量及土壤化學(xué)性質(zhì)。

2.2 土壤理化指標(biāo)測(cè)定

土壤密度、孔隙度采用環(huán)刀法測(cè)定。土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)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(cè)定； 有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定； 全氮含量采用半微量凱氏定氮法測(cè)定； 水解性氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定； 全磷含量采用硫酸-高氯酸消煮，鉬銻抗比色法測(cè)定； 有效磷含量采用雙酸浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定； 全鉀含量采用氫氧化鈉熔融，火焰光度法測(cè)定； 速效鉀含量采用乙酸銨浸提，火焰光度計(jì)法測(cè)定。

土壤草甘膦含量的測(cè)定： 稱(chēng)取10.00 g過(guò)60目篩的風(fēng)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(diào)節(jié)上清液pH值至中性，再用0.45 μm濾膜過(guò)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(duì)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(guò)濾后高效液相色譜測(cè)定。流動(dòng)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(cè)波長(zhǎng)235 nm，進(jìn)樣量20 μL(司友斌等， 2009)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS22.0軟件進(jìn)行方差分析，LSD法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析，t檢驗(yàn)比較2種處理的差異顯著性，以P<0.05表示數(shù)據(jù)差異顯著。

3 結(jié)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(duì)土壤物理性質(zhì)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(duì)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(shì)，土壤總孔隙度均呈下降趨勢(shì)，但差異不顯著。

圖1 桉樹(shù)人工林土壤中草甘膦殘留量

表1 施用草甘膦對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響①

3.3 施用草甘膦對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)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(duì)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(duì)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(dǎo)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(duì)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(dǎo)率隨土層加深的變化趨勢(shì)有所不同，對(duì)照組表現(xiàn)為逐漸降低，處理組則先下降后上升。

與對(duì)照組相比，施用草甘膦后各土層的有機(jī)質(zhì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)照組，但差異不顯著。與對(duì)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(duì)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(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響①

4 討論

草甘膦進(jìn)入土壤后會(huì)發(fā)生吸附、遷移、降解等一系列反應(yīng)，一旦草甘膦殘留量超出土壤環(huán)境承載力就會(huì)對(duì)土壤環(huán)境造成損害(林靜雯等， 2015)。本研究發(fā)現(xiàn)，桉樹(shù)人工林施用草甘膦后的殘留量在0～2 cm土層最高，達(dá)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(chǎn)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(guó)并沒(méi)有制定土壤中草甘膦的殘留標(biāo)準(zhǔn)，但歐盟、美國(guó)、日本均制定了嚴(yán)格的草甘膦最大殘留量標(biāo)準(zhǔn)(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(jié)果，絕大多數(shù)草甘膦已經(jīng)降解，半衰期內(nèi)實(shí)際殘留量可能遠(yuǎn)大于4.43 mg·kg-1。

桉樹(shù)人工林施用草甘膦后，各土層土壤密度比對(duì)照組增高，總孔隙度和非毛管孔隙度變低，但差異還均未達(dá)顯著水平，毛美紅等(2011)的研究也證實(shí)了這一結(jié)論。在毛竹筍用林中長(zhǎng)期使用草甘膦且沒(méi)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(duì)土壤物理性質(zhì)不存在顯著影響，可能與草甘膦施用時(shí)間較短及采樣時(shí)間距離施用草甘膦時(shí)間較長(zhǎng)有關(guān)。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(jī)質(zhì)含量減少、土壤微生物種群變化等有關(guān)，其原因還有待進(jìn)一步研究。

桉樹(shù)人工林施用草甘膦后，土壤電導(dǎo)率在0～20 cm內(nèi)的各土層均低于對(duì)照組，在20～40 cm土層二者基本一致，差異均未達(dá)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(dǎo)率低于對(duì)照組，但土壤電導(dǎo)率隨草甘膦使用次數(shù)增加而逐漸上升并高于對(duì)照組(姜偉麗等， 2015； 毛美紅等， 2011)。桉樹(shù)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(fā)現(xiàn)持續(xù)應(yīng)用草甘膦可加速土壤酸化，降低土壤pH值。

土壤有機(jī)質(zhì)可以提供植物所需養(yǎng)分，同時(shí)也可吸附重金屬(Mohamedetal.， 2010)和農(nóng)藥等有機(jī)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(duì)0～2 cm土層有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)可吸附土壤中的草甘膦，在去除土壤有機(jī)質(zhì)后，試驗(yàn)所用的2種土壤的吸附常數(shù)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(duì)照組，但未達(dá)顯著水平。這可能是因?yàn)椴莞熟?duì)土壤固氮微生物活性有抑制作用(鄧曉等， 2005)，F(xiàn)an 等(2017)的研究也證實(shí)了這一點(diǎn)。Stratton等(1991)研究發(fā)現(xiàn)，草甘膦刺激森林凋落物和森林土壤中的氨化，但沒(méi)有刺激土壤中硝化和反硝化反應(yīng)，土壤氮素的氨化會(huì)導(dǎo)致氮損失。

桉樹(shù)人工林施用草甘膦后，土壤全磷含量低于對(duì)照組，但差異不顯著(P<0.05)，而有效磷含量高于對(duì)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(shù)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(guò)程中將磷元素釋放到土壤中(Yuetal.， 2011)，另一方面草甘膦會(huì)與土壤陽(yáng)離子進(jìn)行交換，形成Fe-Glyphosate、Al-Glyphosate和 Ca-Glyphosate的形態(tài)，占據(jù)了磷的吸附位點(diǎn)，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(shù)人工林的草甘膦施用對(duì)土壤全鉀和速效鉀含量沒(méi)有顯著影響，但與對(duì)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(zhuǎn)化為微生物生物量K，也不能固定在黏土層之間轉(zhuǎn)化為非交性換K，大部分添加的鉀會(huì)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(lái)源于草甘膦本身。

此外，桉樹(shù)人工林施用草甘膦使林下雜草、灌木減少或消失，可能會(huì)對(duì)土壤的理化性質(zhì)產(chǎn)生影響，還有待進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

在桉樹(shù)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(zhì)變差，但影響尚未達(dá)顯著水平； 草甘膦殘留量集中在0～2 cm土層，含量達(dá)4.43 mg·kg-1，與對(duì)照組差異顯著(P<0.05)； 對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)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(jī)質(zhì)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(duì)照組差異顯著(P<0.05)。