陳未，李江葉，劉麗珠，童非，戴群，高巖*

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南京 210014；2.江蘇第二師范學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)化工學(xué)院，南京 210013）

氟磺胺草醚（Fomesafen）是一種二苯醚類除草劑，因其效率高、選擇性好而廣泛應(yīng)用于大豆、花生等豆科作物田間闊葉雜草的防治。氟磺胺草醚在不同類型土壤中的半衰期達(dá)45 d 至12 個月不等，即使在作物收獲后，依然能夠在土壤中保持活性[1?3]。自20世紀(jì)90 年代以來，由于雜草抗性的增加，氟磺胺草醚的施用量逐漸增加，尤其在中國北方大豆產(chǎn)區(qū)，部分豆農(nóng)用藥量為登記用量的3~4倍，這導(dǎo)致了種植豆科作物的農(nóng)田中藥害殘留問題日益嚴(yán)重[4?5]。

氟磺胺草醚的作用機理是通過抑制靶標(biāo)植物原卟啉原氧化酶的活性，造成植物體內(nèi)過氧化物的積累，因此使植物細(xì)胞膜不飽和脂肪酸氧化，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)生膜滲透、色素被破壞、葉片快速脫水萎蔫。但原卟啉原氧化酶抑制劑對植物無專一性，具有廣譜性的特點，因此在防除多種雜草的同時，對田間作物也會產(chǎn)生一定的影響[6?7]。有研究表明，田間施用氟磺胺草醚對綠豆、蠶豆等豆科作物的生長與產(chǎn)量存在顯著影響，而隨灌溉與降雨進(jìn)入土壤中的氟磺胺草醚由于殘效期長，還會對多種后茬作物（如玉米、高粱、輪作蔬菜等）的生長造成顯著影響[8?9]。此外，土壤中殘留的氟磺胺草醚會對土壤微生物群落產(chǎn)生顯著的影響，使土壤中細(xì)菌與真菌數(shù)量顯著下降，破壞土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，影響土壤功能[1，8，10]。

目前，關(guān)于除草劑施用對豆科作物生長影響的研究較多，主要針對氟磺胺草醚在雜草控制方面的功效及其對單一豆科作物地上部生物量與產(chǎn)量的影響，而對于氟磺胺草醚影響豆科作物根系生長及根際固氮微生物相關(guān)規(guī)律的研究較少[11?15]。此外，氟磺胺草醚施用后對不同作物品種與季節(jié)的影響規(guī)律及特征的綜合分析研究鮮見報道。明確氟磺胺草醚對作物生長及根際固氮微生物的影響，對闡明不同豆科作物對氟磺胺草醚的敏感程度與響應(yīng)機制具有重要意義。細(xì)菌固氮酶由鉬鐵蛋白與鐵蛋白組成，nifH是鐵蛋白的編碼基因，由于其序列保守性而被用作分子標(biāo)記來研究固氮菌的豐度與分布[16]。本研究采用田間試驗系統(tǒng)分析比較氟磺胺草醚對不同季節(jié)的6 種豆科作物（春大豆、四季豆、夏大豆、綠豆、蠶豆、豌豆）生長及根際固氮菌的影響，闡明氟磺胺草醚對不同豆科作物的影響規(guī)律，并探討氟磺胺草醚對不同豆科作物藥害的可能機制，為豆科作物農(nóng)田中除草劑的安全施用提供實踐基礎(chǔ)與理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選取江蘇省本地豆科作物品種。春大豆：蘇C1008；四季豆：蘇菜豆3號；夏大豆：蘇18；綠豆：蘇綠2；蠶豆：蘇蠶3號；豌豆：蘇豌8號。

供試除草劑為氟磺胺草醚水劑，有效成分含量250 g·L?1，購自山東天潤化工有限公司。

1.2 試驗設(shè)計

田間試驗于2019—2020 年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院溧水植物科學(xué)基地（119°11′ E，31°36′ N）開展。供試土壤為江蘇省代表性黃棕壤。試驗地共有18 個大區(qū)（水泥池），每個大區(qū)長9 m、寬6 m，又分為4 個小區(qū)，每個小區(qū)面積為3.5 m×2.5 m，設(shè)置裂區(qū)試驗。共設(shè)置3個種植季節(jié)，每個季節(jié)2種豆科作物，春季種植春大豆和四季豆，夏季種植夏大豆和綠豆，冬季種植蠶豆和豌豆。由于雜草抗性的增加，農(nóng)民采用化學(xué)除草的措施時普遍存在過量施用的情況，因此設(shè)置3 種除草劑處理：人工除草（處理0）、田間常規(guī)施用量（225 g·hm?2，處理1）和2 倍田間常規(guī)施用量（450 g·hm?2，處理2），每個處理4次重復(fù)。在田間雜草3葉期時施用氟磺胺草醚，將有效成分為250 g·L?1的氟磺胺草醚水劑加入清水中攪拌均勻（每20 g水劑加入16 L清水中），配制除草劑工作液，按照900 g·hm?2與1 800 g·hm?2的水劑施用量在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行均勻噴灑，對雜草進(jìn)行莖葉處理。每個季節(jié)共24（2×3×4）個小區(qū)，合6個大區(qū)，每2 個大區(qū)選用同一種除草劑用量處理，每個季節(jié)同種除草劑處理的2種作物隨機排列種植。

分別于 2019 年 4 月 12 日、7 月 2 日、10 月 21 日進(jìn)行春、夏、秋3季作物的播種。播種前按照3.75 t·hm?2及600 kg·hm?2施用有機肥與無機復(fù)合肥作為基肥。豆科作物播種行距為58 cm，每小區(qū)種植7行，株距為40 cm，進(jìn)行穴播，每穴播種2~3 粒豆種，出苗后進(jìn)行間苗，每行種植7 株。待豆科作物2~3 片復(fù)葉期，進(jìn)行除草劑處理，田間試驗期間進(jìn)行噴灌、除蟲等田間管理。

1.3 樣品采集及植物性狀測定

分別于 2019 年 6 月 24 日、7 月 12 日、9 月 3 日、9月 18 日和 2020 年 4 月 21 日、5 月 3 日進(jìn)行四季豆、春大豆、夏大豆、綠豆、蠶豆及豌豆的采收與測產(chǎn)工作。分別測定豆科作物的株高、單株莢數(shù)、豆莢鮮質(zhì)量、小區(qū)株數(shù)并計算小區(qū)產(chǎn)量。由于豆科植物盛花期是根瘤固氮活性最強的時期，因此，在每種豆科作物盛花期采集植物根樣品，測定根鮮質(zhì)量、根瘤數(shù)量與根瘤鮮質(zhì)量。采樣方法為：每個小區(qū)選取4 株長勢相同的植物樣品，挖取植株根周10 cm 左右，每個處理共16株植物樣品。

采用抖根法采集盛花期植物根際土壤：采集植物根并抖落根系周圍土塊，采用無菌水洗滌植物根系，離心收集植物根周2~3 mm 區(qū)域土壤，同時于不同季節(jié)采集田間未種植植物的土體土壤作為對照處理[17]。每個小區(qū)隨機采集4 株植物根系，收集根際土壤后合并為一個樣品，每個處理共4 個根際土壤樣品，每季共24 個根際土壤樣品（2 種豆科作物，每種作物3 個除草劑處理，4 個重復(fù)）、4 個土體土壤樣品，3 季試驗共采集84個土壤樣品。

1.4 熒光定量PCR

采用FastDNA?Spin Kit for Soil（MP Bio，USA）試劑盒提取土壤總DNA。稱取0.5 g 土樣，按照說明書的提取步驟進(jìn)行。核酸質(zhì)量和純度以及DNA 的完整性分別采用Nanodrop?ND?1000 紫外分光光度計（NanoDrop Technologies，Wilmington，DE）及 0.8% 的瓊脂糖凝膠電泳檢測。

熒光定量PCR 采用ABI 7500 實時熒光定量PCR儀（Applied Biosystems，Thermo Fisher Scientific，USA）進(jìn)行分析。選用nifH基因通用引物[16]：polF（5′?TGC?GAYCCSAARGCBGACTC?3′）、polR（5′?ATSGCCAT?CATYTCRCCGGA?3′）對根際土壤nifH基因進(jìn)行擴增，采用SYBR green probe（2×SYBR Premix EX Taq?II，Takara）進(jìn)行反應(yīng)，體系為：10 μL 2×SYBR Premix，1.0 μL 10 μmol·L?1上游引物，1.0 μL 10 μmol·L?1下游引物，1.0 μL DNA 模板，無菌超純水補足 20 μL。反應(yīng)循環(huán)參數(shù)：95 ℃預(yù)變性90 s，1個循環(huán)；95 ℃ 30 s，55 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，40 個循環(huán)；72 ℃總延伸 10 min。試驗設(shè)置3 個重復(fù)。標(biāo)準(zhǔn)曲線構(gòu)建方法如下：對土壤DNA 中的nifH基因進(jìn)行 PCR 擴增，將 PCR 產(chǎn)物連接到pEASY?T3 克隆載體上，轉(zhuǎn)化到宿主大腸桿菌中，于氨芐青霉素平板上篩選重組子，以M13引物擴增并驗證重組子nifH基因序列。PCR 反應(yīng)的條件：95 ℃預(yù)變性 90 s，1 個循環(huán)；95 ℃ 30 s，55 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，35個循環(huán)；72 ℃總延伸10 min。對驗證后的單菌落進(jìn)行擴大培養(yǎng)并提取質(zhì)粒，用NanoDrop?ND?1000 測定質(zhì)粒濃度，并換算成拷貝數(shù)。通過梯度稀釋獲得質(zhì)粒的標(biāo)準(zhǔn)曲線。梯度稀釋質(zhì)粒和待測樣品同時進(jìn)行熒光定量PCR擴增，方法同上。

1.5 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)采用SPSS Statistics 23 進(jìn)行統(tǒng)計分析。處理間差異顯著性采用單因素ANOVA 分析，Duncan 檢驗；采用一般線性模型進(jìn)行氟磺胺草醚對不同季節(jié)大豆影響的方差分析，根據(jù)方差齊性，分別采用LSD 與Tamhane′s T2 檢驗；采用 Pearson 相關(guān)系數(shù)表征豆科植物產(chǎn)量、地上部及根部性狀的相關(guān)性，通過雙尾檢驗確定其顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 對不同季節(jié)豆科作物生長與產(chǎn)量的影響

氟磺胺草醚對不同季節(jié)豆科作物株高、單株莢數(shù)、豆莢鮮質(zhì)量及產(chǎn)量的影響存在一定差異。由表1可知，不同季節(jié)豆科作物的株高受氟磺胺草醚影響較小，氟磺胺草醚的施用對春大豆、四季豆、夏大豆的株高沒有顯著影響；2 倍施用濃度使綠豆的株高顯著下降11.6%；施用氟磺胺草醚使蠶豆株高顯著下降11.3%~12.1%，1 倍與2 倍濃度間無顯著差異；而氟磺胺草醚對豌豆株高的影響與其他豆科作物相反，除草劑的施用能夠使豌豆株高增加6.0%~8.3%。不同季節(jié)豆科作物的單株莢數(shù)受氟磺胺草醚影響也存在顯著差異，氟磺胺草醚對春大豆與豌豆的單株莢數(shù)沒有顯著影響；1 倍濃度的氟磺胺草醚使夏大豆單株莢數(shù)顯著增加32.3%，使蠶豆單株莢數(shù)顯著增加16.3%；2倍濃度的氟磺胺草醚分別使四季豆、綠豆、蠶豆單株莢數(shù)顯著降低24.1%、23.1%、21.4%。氟磺胺草醚對夏大豆豆莢鮮質(zhì)量的影響不顯著；1 倍濃度氟磺胺草醚能夠提高春大豆豆莢鮮質(zhì)量，但影響未達(dá)顯著水平，2 倍濃度氟磺胺草醚的施用使豆莢鮮質(zhì)量顯著降低12.2%；不同濃度氟磺胺草醚對四季豆與蠶豆的影響趨勢相同，1 倍濃度氟磺胺草醚可分別使這兩種作物豆莢鮮質(zhì)量顯著降低61.5%、23.0%，2 倍濃度氟磺胺草醚可進(jìn)一步使兩者的豆莢鮮質(zhì)量分別顯著降低35.5%、29.0%；綠豆與豌豆的豆莢鮮質(zhì)量對氟磺胺草醚的響應(yīng)模式相同，即1 倍濃度氟磺胺草醚可分別使兩者豆莢鮮質(zhì)量增加17.5%、17.4%，而2 倍濃度氟磺胺草醚會使其顯著降低19.6%、18.4%。豆莢鮮質(zhì)量與理論產(chǎn)量受氟磺胺草醚的影響模式相似。

由此可知，夏大豆對氟磺胺草醚不敏感，施用不同濃度氟磺胺草醚對夏大豆的株高、豆莢鮮質(zhì)量及理論產(chǎn)量均無顯著影響；春大豆對1 倍濃度氟磺胺草醚不敏感，但2 倍濃度會使其減產(chǎn)；氟磺胺草醚對四季豆與蠶豆產(chǎn)量的影響趨勢相同，1 倍濃度氟磺胺草醚即可使這兩種豆科作物顯著減產(chǎn)，2 倍濃度氟磺胺草醚會進(jìn)一步顯著降低其產(chǎn)量；1 倍濃度氟磺胺草醚會促進(jìn)綠豆與豌豆生長，并顯著提高產(chǎn)量，而2 倍濃度的氟磺胺草醚會使其產(chǎn)量顯著降低，且低于人工除草處理。綜上，不同豆科作物對不同濃度的氟磺胺草醚的響應(yīng)存在顯著差異，敏感程度為四季豆≈蠶豆>綠豆≈豌豆>春大豆>夏大豆。

2.2 對不同季節(jié)豆科作物根與根瘤的影響

氟磺胺草醚對豆科作物根部也會產(chǎn)生顯著影響，如圖1 所示，不同季節(jié)豆科作物的響應(yīng)模式存在顯著差異。氟磺胺草醚的施用對春大豆、蠶豆的根鮮質(zhì)量、根瘤數(shù)量及鮮質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響：1 倍濃度氟磺胺草醚可使這兩種豆科作物根鮮質(zhì)量分別降低23.7%（P<0.05）和19.7%（P<0.05），根瘤數(shù)量分別降低43.0%（P<0.01）和36.7%（P<0.01），根瘤鮮質(zhì)量也顯著降低12.9%和38.1%不等；2 倍濃度的氟磺胺草醚會使春大豆、蠶豆的根鮮質(zhì)量、根瘤數(shù)量與鮮質(zhì)量進(jìn)一步降低，降幅達(dá)28.2%~57.3%。對于夏大豆及四季豆，1 倍濃度氟磺胺草醚的施用對其根鮮質(zhì)量的影響不顯著，2 倍濃度除草劑的施用使根鮮質(zhì)量分別降低38.0%（P<0.05）、20.2%（P<0.05），而根瘤數(shù)量及鮮質(zhì)量受不同濃度氟磺胺草醚的影響顯著，1 倍與2 倍施用濃度的氟磺胺草醚均可使夏大豆及四季豆的根瘤數(shù)量及鮮質(zhì)量顯著下降（P<0.05），且隨施用濃度增加，影響加劇（2 倍濃度下差異均達(dá)P<0.01 顯著水平）。綠豆與豌豆的根部性狀受氟磺胺草醚影響趨勢相似，1 倍濃度氟磺胺草醚對根鮮質(zhì)量影響不顯著，但會顯著增加根瘤數(shù)量與根瘤鮮質(zhì)量，根瘤數(shù)量增幅分別為22.0%（P<0.05）和36.6%（P<0.05），根瘤鮮質(zhì)量分別增加10.6%（P<0.05）和6.3%（P>0.05）；而2 倍濃度氟磺胺草醚會顯著降低這兩種作物的根鮮質(zhì)量（46.4%、14.7%，P<0.05），極顯著降低根瘤數(shù)量與鮮質(zhì)量，降幅達(dá)52.1%~64.4%（P<0.01）。

基于以上結(jié)果可知，不同濃度氟磺胺草醚對豆科作物根部的影響尤其是植物根瘤的數(shù)量與鮮質(zhì)量較為顯著，2 倍濃度除草劑的施用會使植物根瘤數(shù)量大幅度下降，最高降幅達(dá)64.4%。1 倍濃度氟磺胺草醚對6種不同季節(jié)豆科作物的影響程度為春大豆≈蠶豆>四季豆≈夏大豆>豌豆≈綠豆，而2倍濃度氟磺胺草醚會使6 種豆科作物根鮮質(zhì)量、根瘤數(shù)量、根瘤鮮質(zhì)量均呈顯著降低趨勢。

2.3 對不同季節(jié)豆科作物根際土壤nifH 基因豐度的影響

由于根瘤是土壤中根瘤菌入侵植物根部形成的固氮共生體，根瘤的大幅減少可能是由于土壤中的固氮根瘤菌對氟磺胺草醚敏感，因此，我們進(jìn)一步分析了根際土壤中固氮基因（nifH）的豐度變化，以此研究豆科作物根際固氮細(xì)菌的變化趨勢。如圖2 所示，氟磺胺草醚對不同季節(jié)豆科作物根際土壤（以干土計）中nifH基因豐度的影響也存在一定差異。首先，6 種豆科作物不施用氟磺胺草醚處理的根際nifH基因豐度均顯著高于非根際土壤（P<0.01）。其次，每克干土中四季豆根際nifH基因豐度最高，達(dá)2.37×108copies·g?1；夏大豆、綠豆、豌豆根際nifH基因的豐度均處于107copies·g?1數(shù)量級；而春大豆、蠶豆根際nifH基因豐度較低，春大豆根際土壤nifH基因豐度為3.6×106~8.0×106copies·g?1，蠶豆未施用除草劑的根際土壤nifH基因豐度約為1.06×107copies·g?1，施用氟磺胺草醚后，豐度下降至2.8×106~4.7×106copies·g?1。

不同濃度氟磺胺草醚對豆科作物的影響趨勢也存在一定差異，施用1 倍濃度氟磺胺草醚會使春大豆、四季豆及蠶豆根際nifH基因豐度顯著下降，其中蠶豆根際nifH基因豐度下降至與非根際土同一水平（P>0.05），而豌豆根際的nifH基因豐度出現(xiàn)小幅增加，但并未達(dá)顯著水平。2 倍濃度氟磺胺草醚使春大豆、夏大豆、綠豆、豌豆根際nifH基因降低至與非根際土同一水平，而蠶豆根際nifH基因豐度在2 倍氟磺胺草醚作用下顯著低于非根際土壤。由此可見，春大豆、四季豆及蠶豆根際固氮細(xì)菌對氟磺胺草醚較敏感，1 倍濃度氟磺胺草醚即可使nifH基因豐度顯著下降；夏大豆、綠豆與豌豆根際固氮細(xì)菌對1 倍濃度氟磺胺草醚不敏感，1 倍濃度氟磺胺草醚使豌豆根際nifH基因豐度小幅上升，但未達(dá)顯著水平，而2 倍濃度氟磺胺草醚會使這3 種作物根際土壤中nifH基因豐度顯著下降。

2.4 對不同季節(jié)大豆地上部與根部性狀的影響規(guī)律

氟磺胺草醚是大豆田間最為常用的除草劑，為了研究氟磺胺草醚對不同季節(jié)種植的大豆產(chǎn)生的影響，采用一般線性模型對大豆性狀進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表2 所示。除草劑氟磺胺草醚的施用水平，對大豆豆莢鮮質(zhì)量、單株莢數(shù)、根鮮質(zhì)量、根瘤數(shù)量及根瘤鮮質(zhì)量均產(chǎn)生極顯著的影響（P<0.01），而對大豆株高的影響不顯著；而季節(jié)因素對大豆的不同性狀指標(biāo)均產(chǎn)生顯著影響，其中對根瘤鮮質(zhì)量的影響達(dá)顯著水平（P<0.05），而對其他性狀的影響均達(dá)極顯著水平（P<0.01）；除草劑施用與季節(jié)交互作用對大豆根鮮質(zhì)量與根瘤數(shù)量產(chǎn)生極顯著影響（P<0.01），對株高與單株莢數(shù)的影響達(dá)顯著水平（P<0.05），而對豆莢鮮質(zhì)量與根瘤鮮質(zhì)量并無顯著影響。

表2 氟磺胺草醚對不同季節(jié)大豆影響的方差分析（F值）Table 2 Analysis of factors on soybeans of different seasons by fomesafen using general linear model（F value）

結(jié)合表1 所示，不同季節(jié)的大豆在農(nóng)藝性狀方面存在顯著差異，夏大豆地上部與根部生物量顯著高于春大豆，產(chǎn)量也顯著增加。氟磺胺草醚對春、夏大豆地上部性狀的影響存在一定差異：施用1 倍濃度氟磺胺草醚對春、夏大豆地上部生物量與產(chǎn)量影響較小，除夏大豆的單株莢數(shù)顯著增加外，其他性狀均無顯著變化；而施用2 倍濃度氟磺胺草醚會使春大豆豆莢鮮質(zhì)量及產(chǎn)量出現(xiàn)顯著下降，而夏大豆的豆莢鮮質(zhì)量及產(chǎn)量雖有所下降，但未達(dá)顯著水平。對于根部，氟磺胺草醚對春大豆根部的影響較為顯著，且隨施用濃度增加影響加?。欢? 倍濃度氟磺胺草醚對夏大豆根部生長及根瘤鮮質(zhì)量的影響不顯著，但根瘤數(shù)量顯著下降，2 倍濃度氟磺胺草醚使夏大豆根鮮質(zhì)量及根瘤鮮質(zhì)量顯著降低，根瘤數(shù)量也進(jìn)一步減少。據(jù)此，氟磺胺草醚對春大豆地上部及根部的影響均強于夏大豆。

3 討論

3.1 氟磺胺草醚對不同豆科作物的抑制作用及其施用量的選擇

氟磺胺草醚是一類二苯醚類選擇性除草劑，其作用機理是通過抑制靶標(biāo)植物原卟啉原氧化酶（PPO）活性達(dá)到抑制雜草生長的目的。PPO 催化原卟啉原Ⅸ氧化成原卟啉Ⅸ的反應(yīng)是亞鐵血紅素和葉綠素生物合成的最后一步，PPO 抑制劑阻斷該反應(yīng)的發(fā)生，致使原卟啉Ⅸ積累。原卟啉Ⅸ對光敏感，在光下易形成單線態(tài)氧或其他過氧化物，因此導(dǎo)致細(xì)胞膜不飽和脂肪酸氧化，進(jìn)而使植物細(xì)胞膜滲透、色素被破壞，植物葉片快速脫水萎蔫，從而達(dá)到防治田間雜草的效果[6，18]。

前期已有一些研究分析了氟磺胺草醚對大豆田間雜草的防治效果及其對大豆生長的影響，結(jié)果表明，氟磺胺草醚對大豆田間闊葉雜草有較好的防治效果，且在一定劑量內(nèi)，對大豆生長與產(chǎn)量無顯著影響，是一種對大豆較為安全的高效除草劑[11]。朱海榮等[19]對大豆田間除草劑種類及用量效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明，低濃度混合制劑5%精喹禾靈乳油1 200 mL·hm?2+25%氟磺胺草醚水劑1 875 mL·hm?2的除草效果最好且對大豆影響最小，加大劑量后對大豆藥害明顯。薛仁風(fēng)等[20]選取不同除草劑組合研究其對綠豆田間雜草防效，發(fā)現(xiàn)氟磺胺草醚分別與氟吡甲禾靈、拿撲凈及精喹禾靈的組合對雜草防效較好，且對綠豆存在一定的增產(chǎn)效果；而SOLTANI 等[21]的研究發(fā)現(xiàn)，氟磺胺草醚對綠豆生長產(chǎn)生顯著抑制作用，不利于綠豆的安全生產(chǎn)。此外，有研究者分析了不同除草劑對蠶豆田間雜草及蠶豆生長的影響，結(jié)果表明氟磺胺草醚單施或與精喹禾靈等除草劑復(fù)施均能使雜草顯著減少，且草害級別顯著降低，但會對蠶豆產(chǎn)生藥害，使其顯著減產(chǎn)[22?23]。25%氟磺胺草醚水劑莖葉處理對紅小豆有輕微藥害，但后期可恢復(fù)生長，且產(chǎn)量大幅度提高[24?25]。而本研究共探討了氟磺胺草醚對春大豆、四季豆、夏大豆、綠豆、蠶豆及豌豆這6 種不同豆科作物的影響，結(jié)果表明，氟磺胺草醚對夏大豆影響較小，在450 g·hm?2劑量內(nèi)對作物生長及產(chǎn)量無顯著影響，該研究結(jié)果與孔祥清等[11]和朱海榮等[19]一致；但氟磺胺草醚對春大豆的抑制作用強于夏大豆，1 倍濃度氟磺胺草醚（225 g·hm?2）對春大豆不產(chǎn)生藥害作用，但2 倍濃度會使春大豆顯著減產(chǎn)；與此同時，研究結(jié)果表明1倍濃度氟磺胺草醚對綠豆與豌豆不產(chǎn)生藥害，且能夠使其增產(chǎn)，但2倍濃度會使這兩種作物產(chǎn)量顯著降低，因此推薦施用劑量應(yīng)控制在225 g·hm?2；此外，研究發(fā)現(xiàn)氟磺胺草醚對四季豆和蠶豆的藥害嚴(yán)重，使其產(chǎn)量顯著下降，因此不適宜施用于這兩種豆科作物農(nóng)田。

3.2 氟磺胺草醚對豆科植物影響的可能機制

由研究結(jié)果可知，氟磺胺草醚對不同季節(jié)豆科作物生長與產(chǎn)量的影響為四季豆≈蠶豆>綠豆≈豌豆>春大豆>夏大豆，而對豆科作物根與根瘤的影響為春大豆≈蠶豆>四季豆≈夏大豆>豌豆≈綠豆。氟磺胺草醚對豆科作物地上部與根部的影響的不一致性可能是由于該除草劑對植物地上部與根部的作用機理不同。氟磺胺草醚通過抑制植物原卟啉原氧化酶的活性，阻斷了亞鐵血紅素與葉綠素的生物合成，導(dǎo)致植物細(xì)胞膜不飽和脂肪酸氧化，影響作物地上部的生長[6，18]。而對于根部的作用可能存在兩方面：（1）氟磺胺草醚作用于地上部影響作物生長，從而影響植物根部對水分及營養(yǎng)的吸收，抑制根生長；（2）氟磺胺草醚通過影響豆科作物根際微生物，尤其是固氮微生物的豐度，使根瘤數(shù)量下降，導(dǎo)致固氮作用減弱，共生體為植物生長提供的有效氮素降低，影響植物根系的生長[1，9]。

因此，為了研究不同豆科作物對兩種濃度的氟磺胺草醚的響應(yīng)規(guī)律與可能的機制，采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)研究豆科作物地上部、根部性狀與除草劑施用濃度及產(chǎn)量之間的相關(guān)性，結(jié)果如表3 所示。豆科作物產(chǎn)量、根鮮質(zhì)量與除草劑施用濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），根瘤數(shù)量、根瘤鮮質(zhì)量與除草劑施用濃度呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），即隨著氟磺胺草醚施用量的增加，作物產(chǎn)量、根鮮質(zhì)量、根瘤數(shù)量與根瘤鮮質(zhì)量呈下降趨勢。作物產(chǎn)量與根鮮質(zhì)量、根瘤數(shù)量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與根瘤鮮質(zhì)量呈顯著正相關(guān)（P<0.05），該結(jié)果表明，豆科作物產(chǎn)量與根部性狀存在顯著聯(lián)系。

根系是植物從土壤中吸收水分和養(yǎng)分的器官，作物產(chǎn)量在很大程度上取決于根系發(fā)育狀況[26]。有研究表明，大豆盛花期根系硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性增加，從而能夠提高根系對氮素同化利用的效率，使大豆增產(chǎn)[27]。此外，植物根際微生物組是植物功能發(fā)揮不可或缺的組成部分，大量研究表明，植物根際微生物組及菌群互作關(guān)系在促進(jìn)植物生長、適應(yīng)逆境、維持植物健康以及幫助植物高效獲取養(yǎng)分方面具有關(guān)鍵作用[28]。在植物根際環(huán)境中，植物將光合產(chǎn)物輸送到地下，一部分用于支撐根系生長及其生理活動，另一部分以根分泌物的形式釋放到根際環(huán)境中，極大地改變了根際土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，招募和供養(yǎng)微生物，使根際成為植物?微生物、微生物?微生物互作最活躍的熱點區(qū)域，成倍提升植物對土壤養(yǎng)分的活化與利用效率，從而促進(jìn)植物的生長并有效增加產(chǎn)量[28?29]。

氟磺胺草醚是一種長殘效的除草劑，隨著雜草抗藥性的產(chǎn)生，豆農(nóng)通過增加施用量的方法防治雜草，因此氟磺胺草醚殘留問題日益嚴(yán)重。土壤中殘留的氟磺胺草醚不僅會對作物的生長造成嚴(yán)重影響，還會破壞土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，影響土壤功能。周世雄等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，氟磺胺草醚施用會使大豆根際細(xì)菌數(shù)量降低，同時對根際土壤磷酸酶、脲酶及蔗糖酶活性產(chǎn)生一定影響；WU 等[1]發(fā)現(xiàn)氟磺胺草醚會降低土壤細(xì)菌與真菌數(shù)量，但卻顯著提高土壤微生物對碳源的利用能力，并提高土壤微生物的功能多樣性，同時發(fā)現(xiàn)氟磺胺草醚對土壤微生物的影響具有持續(xù)性。根瘤菌是一種重要的根際微生物，能夠通過入侵豆科植物根而形成根瘤類菌體，其在固氮酶的作用下可以將空氣中的N2轉(zhuǎn)化為NH3并吸收利用，進(jìn)而完成蛋白質(zhì)合成，豆科植物根瘤的共生固氮作用是植物生長重要的氮素來源[30]。而土壤中殘留的氟磺胺草醚不僅會減少土壤中固氮微生物的數(shù)量，同時會抑制根瘤中固氮酶的活性[1，31]。本研究發(fā)現(xiàn)，氟磺胺草醚的施用會顯著影響豆科作物根瘤數(shù)量與鮮質(zhì)量。對豆科植物根際固氮酶nifH基因的豐度變化的研究發(fā)現(xiàn)，根際固氮細(xì)菌豐度受氟磺胺草醚影響顯著，這可能是導(dǎo)致根瘤數(shù)量及鮮質(zhì)量顯著下降的主要原因。根瘤數(shù)量與鮮質(zhì)量的下降造成固氮作用減弱，共生體為植物生長提供的有效氮素顯著降低，從而影響植物根系及地上部的生長。而對于綠豆和豌豆，在1 倍濃度氟磺胺草醚處理后，根際nifH基因豐度未出現(xiàn)下降，豌豆根際nifH基因還出現(xiàn)小幅增加，可能是由于這兩種作物在受到除草劑脅迫后通過根系分泌物等信號物質(zhì)招募了更多的固氮細(xì)菌，形成更多的根瘤，從而促進(jìn)植物根系對有效氮素的吸收，使產(chǎn)量有所增加。

4 結(jié)論

（1）豆田常用除草劑氟磺胺草醚對不同豆科作物的影響規(guī)律不同，氟磺胺草醚的施用量建議為：春大豆、綠豆、豌豆控制在 225 g·hm?2，夏大豆可放寬至450 g·hm?2，四季豆和蠶豆不適宜施用氟磺胺草醚。

（2）豆科作物的產(chǎn)量與其根部性狀顯著相關(guān)，高濃度（450 g·hm?2）氟磺胺草醚會使6 種豆科作物根鮮質(zhì)量、根瘤數(shù)量、根瘤鮮質(zhì)量顯著降低。

（3）氟磺胺草醚的施用使作物根際固氮細(xì)菌的豐度顯著下降，固氮菌豐度變化與豆科作物根部性狀對不同濃度氟磺胺草醚的響應(yīng)具有相似趨勢。作物根際固氮細(xì)菌豐度的變化可能是導(dǎo)致結(jié)瘤能力改變的原因之一。