土壤理化性质的测定指标(土壤理化性质主要包括)

喷施除草剂对橘园土壤及果实品质的影响

基金项目:国家重点研发计划(2020YFD1000102);国家柑橘产业技术体系(CARS-26)

_沈玥等

土壤理化性质的测定指标(土壤理化性质主要包括)

杂草防治是橘园土壤管理的重要环节。尽管人工除草是最环保的举措,但由于农村劳动力短缺、人工成本高、除草效率低等,生产上普遍通过喷施除草剂来除草。然而除草剂是一类有毒性的有机污染物,且所喷施的除草剂仅有一小部分能被植物吸收,绝大部分会流失并进入土壤,造成环境污染,同时威胁人畜安全。生产上常用的除草剂有草甘膦及其衍生物、草铵膦以及精喹禾灵等。草甘膦对1年生及多年生禾本科杂草均有防治作用;草铵膦是一种广谱触杀型有机磷除草剂,其毒性低、活性高、易降解,具有较强的环境相容性和植物广谱性;精喹禾灵是一种主要用于大豆、油菜等作物的除草剂,目前也有部分葡萄园、柑橘园用于防治禾本科杂草。

施用除草剂会影响柑橘等作物的正常生长和抗性。张岳发现施用浓度为20%和30%的草甘膦水剂均会影响柑橘毛细根生长,导致柑橘树易被病原真菌侵染,从而使受药柑橘树更易感砂皮病;马小焕等研究发现叶片喷施草甘膦对柑橘嫩梢有毒副作用,造成嫩梢嫩叶发黄甚至枯死,易形成丛生状芽和扭曲针形叶,导致幼果脱落;钟德志将80倍10%草甘膦水剂液误喷在温州蜜柑上导致全树叶片脱落,且次年春天抽生的新梢短小、新叶成扭曲针状叶。施用除草剂也会影响土壤的理化性质,如导致土壤含水量下降和容重上升、土壤有机质含量降低和土壤肥力下降、土壤碱解氮等氮素下降或流失。土壤微生物对土壤腐殖质形成、有机质分解、土壤肥力保持以及作物生长发育具有重要作用,其中土壤细菌、放线菌和真菌等微生物的数量与土壤养分状况密切相关。研究发现施用除草剂会影响土壤微生物的丰度及多样性。邹亚丽等于苹果园分别施用2种盐剂草甘膦,发现土壤真菌数量显著增加,而放线菌数量显著降低,细菌总量则无明显变化。倪福乐等发现200~500倍不同浓度的草甘膦均能显著降低盆栽砂糖橘的根际真菌、放线菌、细菌的丰度。Druille等发现施用草甘膦导致包括伯克霍尔德菌属、假单胞菌属、丛枝菌根真菌和固氮根瘤菌属等植物有益微生物的丰度及多样性下降。姚斌等发现,土壤微生物的数量及多样性均随喷施阿特拉津除草剂浓度及次数的增加而降低。但也有研究表明草甘膦处理对板栗根际土壤细菌群落多样性无显著影响。

综上,施用除草剂会对土壤理化性质和作物生长发育带来较大负面影响,但在柑橘等果树作物上尚缺乏系统研究,尤其是关于除草剂对土壤微生物的影响还不清晰甚至有一定争议。因此,本研究以柑橘主栽品种温州蜜柑为材料,调查了田间条件下草甘膦异丙胺盐、草铵膦及精喹禾灵等3种常用除草剂的施用对土壤理化性质、土壤微生物及果实品质的影响,旨在为客观认识除草剂的作用、提倡少施除草剂提供依据。

3讨论

本研究发现喷施精喹禾灵和草铵膦导致土壤容重显著增加,而喷施草甘膦异丙胺盐对土壤容重的影响较小(图1)。由于土壤容重增加代表土壤团粒结合得更为紧密,透气性减弱,这意味着喷施精喹禾灵和草铵膦这2种除草剂可能会导致土壤板结。喷施草铵膦和精喹禾灵对土壤pH无明显影响,但喷施草甘膦降低了橘园土壤pH(图1),导致土壤酸化,这与前人研究结果基本一致。这可能是因为,一方面草甘膦异丙胺盐本身呈酸性,其水溶液pH值为1.0~1.9,按照田间指导用量稀释200倍后pH值仍为4.34;另一方面,草甘膦异丙胺盐含有3个可电离的活泼氢,在土壤中极易形成钠盐、铵盐或异丙胺盐,水解后其pH值可进一步降低,从而导致土壤酸化。前人研究发现施用阿特拉津、二氯喹啉酸等除草剂会导致土壤养分供应能力下降,主要表现为有机质、速效磷、碱解氮和速效钾含量的下降,但本研究发现喷施3种除草剂对以上土壤养分均无显著影响(图3),这可能与本研究所用的除草剂类型或试验的土壤性质与前人不同有关。本研究发现喷施3种除草剂对土壤酶活性有不同程度的激活作用,这与前人的研究结果相一致;但也有研究发现氯嘧磺隆等除草剂会抑制土壤脲酶、磷酸酶等土壤酶的活性;这说明除草剂对土壤酶活的影响比较复杂,可能受到多种因素,诸如作物和土壤类型、施药浓度、气候的影响。

前人研究表明,施用除草剂会导致土壤微生物丰度及多样性普遍降低。本研究发现喷施3种除草剂对橘园土壤微生物的α多样性无明显影响(图4A、B),这意味着土壤本身可能具有缓冲效应,能使土壤微生物的总体丰度在一段时间内不发生显著改变。但施用除草剂显著改变了土壤微生物的组成,导致酸杆菌门(Acidobacteria)等菌门的相对丰度显著下降,蓝细菌门(Cyanobacteria)的相对丰度显著上升(表1)。该结果意味着除草剂可能抑制乃至杀死了某些土壤微生物,而另一些耐除草剂强的土壤微生物有所增长。例如,喷施除草剂导致酸杆菌(Acidobacteria)、放线菌(Actinobacteria)等植物生长有益菌和厚壁菌门(Firmicutes)等生防菌的相对丰度显著下降(表1),这可能会影响土壤碳、氮等养分的释放以及植物的正常生长发育和抗逆性等。有意思的是,与土壤微生物相反,根际微生物的α多样性即总丰度普遍下降,而群落组成没有变化(图5)。这可能是因为植物根系倾向于募集对其有益的土壤微生物,因此,根际微生物的组成相对稳定,但是由于土壤有益微生物可能受到了除草剂的抑制,使得其总丰度下降。

本研究中喷施除草剂显著降低了柑橘单果质量,导致果实转色延迟、酸度增加和维生素C含量降低(图6)。这与前人报道的施用除草剂减少了玉米的产量,降低了葡萄的可溶性固形物、维生素C和花青苷含量的结果一致。这可能是因为一方面除草剂影响了土壤理化性质及微生物,从而一定程度上限制了植物根系对土壤养分的吸收;另一方面,除草剂可阻断植物光合作用的电子传递而抑制光合作用,进而影响植株生长和果实产量及品质的形成。

综上,在土壤肥力适中的温州蜜柑园中多次喷施草甘膦异丙胺盐等除草剂影响了橘园土壤容重、pH值及酶活等土壤理化性质,导致土壤有益微生物的多样性与丰度下降,最终导致果实产量和品质的下降。本研究主要调查了温州蜜柑在华中地区黄棕壤背景下除草剂对土壤理化性质和果实品质的影响,对橘园除草剂的科学施用具有一定的指导意义,但除草剂在不同柑橘品种和不同土壤背景下对橘园土壤和果实品质的影响仍需进一步探讨。