土壤除草剂胁迫对柑橘的影响研究进展

蒋 惠 林嘉校 陈煜圻 熊绮晴 潘城州 林义鑫 吉前华*

（1肇庆学院果树研究所，广东肇庆 526061；2肇庆学院生命科学学院，广东肇庆 526061）

近年来，我国柑橘种植规模不断扩大，总产量稳步提升，2008年产量达到2 331万t，位居世界第一；2020年柑橘种植面积达263万hm2以上，总产量约4 500万t[1]。随着我国柑橘种植面积不断扩大，劳动力缺乏的问题日益凸显，劳动力成本攀升，喷施除草剂逐渐成为控制杂草的主流方式。随着除草剂的大量使用，其潜在危害逐渐显现，但未引起足够的重视。本文主要综述了除草剂在橘园的使用现状、残留情况以及对柑橘的影响，结合其存在的问题和隐患，提出相应的对策。

1 除草剂在柑橘园的使用现状

柑橘园恶性杂草易与树争水、争肥、争空间、争阳光，传播病虫害，造成柑橘产量降低、品质下降。草甘膦和草铵膦因具有高效、广谱等特性而成为近年来全球除草剂市场销售额最大的2种除草剂，在柑橘产区使用广泛。罗义灿等[2]调查发现，草甘膦和草铵膦在惠州、韶关和梅州等地橘园中的使用率达100%，2016年7月1日被国家列为禁用药剂的百草枯在部分果园中仍有使用；柑橘园中有些杂草对草甘膦已产生抗药性，如小飞蓬、牛筋草等。

2 除草剂在土壤中的残留情况

除草剂在橘园中大量使用后，仅有10%～20%被杂草吸收，在强烈的阳光照射下，一部分蒸发到大气中，一部分发生分解，但大部分呈水溶液、悬浊液或气态扩散于土壤中，被土壤粒子吸附。进入水体、空气以及在土壤中富集的除草剂，随着食物链、饮用水以及呼吸等途径进入人体，对人类健康造成危害[3-4]。Silva等[5]对欧盟成员国300份土壤样品实行检测发现，45%的样品中检出了草甘膦和氨甲基膦酸残留。国内也有很多学者对茶园、果园、良田土壤进行了检测，均有草甘膦、草铵膦等除草剂的残留[6-9]。

3 除草剂在土壤中残留的影响

3.1 对土壤微生物的影响

土壤微生物对植物有许多有利的地方，有助于植物抵抗病原菌入侵，其在参与能量流动和土壤养分循环中直接或间接影响植物的生长发育，是农业土壤生态系统中的重要组成部分[10]。除草剂在农田使用后，柑橘根系土壤中的放线菌受到的影响最大，其他微生物受到的影响相对较小[11]。除草剂的广泛使用，降低了土壤微生物种类的多样性，显著抑制了土壤中特异性降解菌。例如，Macur等[12]研究发现，除草剂处理的土壤20 d后才能检测到很大数量的降解菌，由此可以看出，除草剂对降解微生物具有一定的毒性作用。Chinalia等[13]发现，除草剂处理河流沉积物，其微生物降解速度受到影响；农田喷施除草剂后，土壤微生物生态系统功能容易受到破坏，除草剂浓度越高，对环境造成的影响越明显，对特异性降解菌造成的毒性作用越大。上述研究结果均表明，除草剂严重抑制了土壤中微生物的多样性及其生长繁殖，从而影响了植物的生长发育。

3.2 对土壤酶的影响

土壤酶主导着土壤中物质和能量的转化，能反映生物化学反应的动向和强度。因此，土壤酶成为反映环境污染的敏感指标[14]。可以通过研究污染物对土壤酶的影响判断土壤的干扰或污染程度，评价其是否对生态环境造成影响[15]。邓晓等[16]研究土壤酶活性受草甘膦、草铵膦除草剂胁迫的影响认为，土壤脲酶、酸性磷酸酶对草铵膦胁迫比较敏感，对草甘膦胁迫敏感度较弱。草甘膦浓度较低时，土壤酶活性可以被激活，若要更容易地激活土壤酶，需用较高的浓度；草铵膦浓度较高时，土壤酶活性均受到抑制[17]。

3.3 对土壤理化性质的影响

除草剂在柑橘园使用过程中会产生一定的副作用，最终造成危害。柑橘园喷施除草剂后，柑橘根系会吸收一部分除草剂药液，剩余不被杂草吸收的除草剂大多残留于土壤中。目前，农田常用除草剂许多是残留型的，其在土壤中的残留期较长（大约可达36个月），易对环境造成破坏。容重、比重、pH值、有机质和土壤全量营养元素等是土壤理化性状的重要组成部分[18]。姜亦文等[19]研究发现，除草剂残留对土壤的比重、pH值和土壤全量营养元素的含量没有显著性影响，但会降低土壤容量及土壤有机质含量。王峰等[20]研究发现，在前期（5 d）除草剂会显著抑制尿素的水解作用，此后尿素水解速度加快，并显著抑制土壤硝化作用。一般情况下，土壤具有较高的肥力水平时，其有机质含量也就越多；除草剂的大量使用可抑制土壤酶的活性，进而降低土壤有机质含量，导致土壤肥力严重降低，影响土壤物理性质，造成土壤的疏松性、通气性及透水性下降，致使土壤板结，不利于作物吸收养分。

3.4 对土壤动物的影响

土壤动物在土壤中具有重要作用，是一种重要生物类群。土壤中残留的化学除草剂会对土壤环境造成影响，这时土壤动物对土壤环境的变化能够做出快速反应[21]。相关研究表明，一些除草剂的大面积使用会严重影响土壤线虫种群数量，改变土壤动物群落结构，例如：除草剂的使用降低了昆虫和蚯蚓在群落中的比例，但蜱螨、马陆和么蚰在土壤动物群落的比例却上升[22-23]，这主要是因为喷施除草剂会降低优势类群土壤动物的数量，导致不同土壤动物类群之间数量差异缩小，优势现象减弱。还有研究表明，除草剂的使用降低了土壤动物群落特征优势度指数，但其多样性指数及均匀度指数增加[24]。

3.5 对柑橘根系生长的影响

除草剂对柑橘地下部根系的生长起抑制效果。根系作为植物最先接触土壤的部位，除草剂经土施与柑橘根系接触后可能会大量聚集在根尖，通过与金属阳离子络合使细胞降低对土壤矿物质的利用，从而抑制根系生长。除草剂会阻碍根系必需氨基酸、蛋白质的合成，抑制根系的正常生长和构型，侧根和须根数量显著减少，颜色加深，须根变短，总根长、表面积、体积显著减低[25]。除草剂能降低有丝分裂指数和干扰有丝分裂进行，因为除草剂成分能破坏有丝分裂所需的重要物质[26]。植物组织吸收除草剂成分后，蛋白质合成速度变慢，合成过程受到阻碍，细胞膜结构易被除草剂成分破坏，导致细胞内物质向外界渗出。在除草剂影响下，增大了植物根尖细胞膜透性，加大了电解质渗透率，使植物根系的衰老速度加快[27]。

3.6 对柑橘菌根真菌的影响

丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza，AM）真菌是一种土壤微生物，能够与很多宿主植物共生，也是许多植物系统的重要组成部分。在植物处于胁迫状态时，AM真菌作为一种生物改良因子，能缓解植物被破坏程度，使宿主植物对逆境具有很好的抵抗能力[28]。除草剂的连续使用可能会对AM真菌孢子产生不利影响，Druille等[29-30]研究发现，草甘膦可降低土壤中AM真菌的孢子活力，当以常用的田间剂量连续施用后，减少了56%以上活孢子的数量。除草剂对AM真菌的侵染率也有影响，已有文献[29，31]表明，草甘膦等除草剂的广泛使用会导致AM真菌的侵染率下降。除草剂还可通过影响菌丝线粒体内呼吸电子传递链及磷酸盐代谢、转运等代谢活动，从而在一定程度上降低菌丝酶活性，这些酶是菌根真菌对宿主植物根部侵染的重要条件，最终对菌丝体产生一定的毒性作用[31]。此外，国内外学者研究指出，除草剂还可以通过影响AM真菌的结构、功能及多样性等而改变AM真菌的群落结构，进而影响其功能[30-33]。除草剂的过量使用会对柑橘菌根真菌产生不利的影响，因为有些菌根真菌与柑橘具有共生作用。

3.7 对柑橘生长和品质的影响

除草剂处理后，植物光合作用比正常情况低。植物在草甘膦胁迫下，叶片各项光合参数均显著降低，且处理后的前期幼叶变黄、翻卷。研究表明，植物可能通过根部吸收草甘膦药液，然后输送到枝叶，未成熟的嫩叶受草甘膦的危害最严重[34-35]。高浓度草甘膦对植物光合特性的影响程度较大，二者成正相关关系；在草甘膦胁迫下，植物叶片发生了光抑制，PSⅡ被破坏，阻碍了光合电子传递[35]。除草剂处理柑橘后，地上部和地下部干物质积累均降低，说明在使用除草剂后，植株营养物质储备受到影响，最终导致营养物质含量下降。研究发现，在柑橘嫩梢的叶片上喷施除草剂，叶片逐渐发黄，甚至出现枯死的现象[26，36]。此外，除草剂会直接影响植物叶片光合作用的光合系统Ⅰ和光合系统Ⅱ，干扰CO2固定量和ATP合成量，同时产生有害物质，从而导致植物死亡[37]。

3.8 对水质的影响

农业生产过程中，喷施的除草剂被杂草吸收一部分，大气中存在许多残留除草剂，在降雨作用下，随着雨水进入地表水或者地下水；土壤中也有残留的除草剂，在地表径流的冲洗下，随流水进入地表水或地下水，最终造成水体污染。冯玉洁[38]检测发现，很多除草剂使用后会残留在水体和土壤中。饮用被除草剂污染的水，会严重影响人体健康，轻者可干扰人体内分泌系统，中度者可危害人类的脑组织及肝脏，重者可引起人类软组织恶性肿瘤，最终危及生命。

4 土壤除草剂污染的综合治理对策

4.1 提高农田除草剂的使用水平

一是对农民定期开展相关培训，提高农民对除草剂危害的认识，增加农民环境保护意识，合理使用除草剂。二是使农民了解使用除草剂的注意事项，熟练掌握使用方法，按需施用，保护土壤生态平衡。

4.2 重视技术创新

一是我国科技人员应注重研发新型化学除草剂，这种化学除草剂应具有毒性弱、残留量低、易降解等特点，以更好地保护土壤生态环境。二是残留的除草剂会破坏土壤结构，减缓土壤修复速度。为此，可以采用有效的科学技术，利用活性炭、解毒剂等降解土壤中残留的除草剂，促进受污染土壤的修复。

4.3 生物除草技术的应用

柑橘、桃、梨等浅根作物受除草剂的影响比较明显，因为其根系易受损伤，无论喷施何种除草剂，对其根系都会造成损害，影响果树对营养物质的吸收，使果树缺乏营养，不能正常生长，造成产量和品质大幅降低，严重时可导致幼龄果树死亡。果农可以采用果园覆草和生草等生物覆盖技术代替化学除草剂，以达到除草的目的。