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不同質地土壤中煙嘧磺隆降解特征與煙草致害閾值研究

2024-01-30 01:12楊金印彭梁睿李彩斌陳建國戴衍晨肖志鵬母婷婷郜軍藝張繼光
中國煙草科學 2023年6期
關鍵詞:煙嘧磺壤土藥害

楊金印,彭梁睿,李彩斌,陳建國,戴衍晨,肖志鵬,母婷婷,郜軍藝*,張繼光*

不同質地土壤中煙嘧磺隆降解特征與煙草致害閾值研究

楊金印1,2,彭梁睿2,李彩斌3,陳建國3,戴衍晨4,肖志鵬5,母婷婷5,郜軍藝3*,張繼光2*

(1.青島農業大學,青島 266109;2.中國農業科學院煙草研究所,青島 266101;3.貴州省煙草公司畢節市公司,貴州 畢節 551700;4.湘西州煙草公司古丈縣分公司,湖南 古丈 416300;5.湖南省煙草公司衡陽市公司,湖南 衡陽 421001)

為明確不同質地土壤中煙嘧磺隆殘留對煙草致害閾值及安全間隔期,從而為煙草前茬除草劑合理使用提供理論依據,在畢節砂壤土與黏壤土煙田開展除草劑藥害田間試驗,研究煙嘧磺隆在2種質地土壤中的降解特征、煙草藥害閾值與安全間隔期及對土壤理化性質的影響。結果表明,煙嘧磺隆在砂壤土中降解半衰期為9.5~14.7 d,在黏壤土中降解半衰期為9.0~17.3 d;在砂壤土中致害閾值和田間安全間隔期分別為1.50 μg/kg和70.6 d,在黏壤土中分別為2.47 μg/kg和52.4 d;在施藥后80 d,隨煙嘧磺隆施用劑量(0到1倍)增加,土壤有機質含量變化不大,堿解氮含量呈先增加后降低趨勢,土壤有效磷和速效鉀含量則呈降低趨勢,砂壤土和黏壤土的理化性狀變化趨勢一致但變化幅度不同,這與不同質地土壤中煙嘧磺隆的降解及與煙草間的互作影響有關。研究結果可為不同質地煙田土壤中煙嘧磺隆除草劑的合理使用及其殘留降解防控提供重要參考。

煙田土壤;煙嘧磺??;降解特征;致害閾值

煙草是對除草劑敏感的作物。在煙草輪作種植體系中,前茬作物除草劑殘留積累會對后茬煙草種植產生除草劑藥害,導致煙草產量下降、品質降低,嚴重影響煙草產地環境和煙農種煙積極性[1-2]。

煙嘧磺隆屬于磺酰脲類的選擇性內吸除草劑,通常用作禾本科作物的苗后除草劑,能有效防除田間闊葉雜草和禾本科雜草[3]。然而,煙嘧磺隆揮發性低、殘留時間長,易污染土壤和地下水,對后茬敏感作物產生藥害,而且其殘留疊加效應也會對整個生態環境造成潛在威脅[4-5]。已有研究表明土壤有機質、水分及pH等土壤環境條件與磺酰脲類除草劑降解密切相關[6-8],不同土壤質地會影響煙嘧磺隆除草劑的半衰期以及在土壤中的環境行為[9]。目前在不同質地煙田土壤上煙嘧磺隆的降解和對煙草的致害閾值缺少系統研究。因此選擇貴州畢節典型煙田砂壤土與黏壤土上開展試驗,解析煙嘧磺隆在不同質地煙田土壤中的殘留降解規律,明確其對煙草致害閾值及田間安全間隔期,為煙嘧磺隆的安全使用及對煙草藥害的風險防控提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試煙草品種為云煙105,供試煙嘧磺隆除草劑為75%煙嘧磺隆水分散粒劑(江蘇瑞邦農化股份有限公司)。

1.2 試驗設計

田間試驗于2021年在貴州省畢節市金沙縣禹謨鎮茶林堡和金谷組進行,土壤類型均為黃壤,土壤質地分別為砂壤土與黏壤土,其中砂壤土的理化指標為pH 6.08,有機質含量22.69 mg/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;黏壤土理化指標為pH 5.90、有機質含量26.42 mg/kg、堿解氮含量169.0 mg/kg、有效磷含量70.7 mg/kg、速效鉀含量87.4 mg/kg。為確保試驗結果的準確性,選擇前茬未施用過除草劑的農田為試驗田。根據75%煙嘧磺隆水分散粒劑的田間推薦施用量(有效成分)79.5 g/hm2,在每種試驗點土壤中均設置3個劑量處理(推薦劑量的1倍、0.5倍和0.2倍)及1個對照(詳見表1),其中SN為砂壤土處理,CN為黏壤土處理,每個處理3次重復,每個小區100株煙,煙嘧磺隆除草劑進行土壤表面噴施處理,對照噴施等量自來水,試驗處理完成后進行施肥起壟,隨后移栽煙苗,其他煙葉田間管理措施均按照當地優質煙葉生產技術規程進行。

表1 煙嘧磺隆施藥劑量設計

1.3 測定項目及方法

1.3.1 煙草藥害觀測、致害閾值及安全間隔期測定 于施藥后第3天和第40天,參照YC/T 526—2015《煙草除草劑藥害分級及調查方法》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,根據藥害嚴重程度分為6級,賦值分別為0、1、3、5、7、9。

以煙草株高抑制率及葉面積抑制率為10%~15%時的施藥濃度,和株高抑制率作為主要參考標準,作為除草劑的致害臨界閾值[10]。進一步根據煙嘧磺隆對煙株致害時間及藥害程度,并結合其在土壤中降解情況,得出致害臨界劑量[11],代入田間降解試驗動態方程,確定田間施藥安全間隔期。

1.3.2 土壤理化性質測定 于施藥后第1、3、10、20、40、60和80天,分別取各處理耕層土壤樣品,帶回實驗室自然風干后,采用常規方法測定pH、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀等指標[12]。

1.3.3 煙嘧磺隆殘留量測定 于施藥后第1、3、10、20、40、60和80天進行土壤取樣,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,4000 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-質譜聯用(HPLC-MS,美國Waters公司)測定。

儀器條件:ACQUITY UPLC BEH C18(1.7 μm,2.1×50 mm)色譜柱(Waters,USA)。流動相:A,乙腈;B,0.1%甲酸水。梯度洗脫程序:0 min,10% 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 數據分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 21軟件進行相關數據的處理與分析。

2 結 果

2.1 煙嘧磺隆的煙草藥害分析

表2示出,煙嘧磺隆處理導致2種土壤中煙草出現不同程度藥害,主要表現為株高和葉面積受到抑制,新葉明顯黃化,且隨著施藥劑量增加,藥害等級程度升高。在施藥后3 d,2種土壤上各劑量處理已表現出輕微藥害特征,其中砂壤土上煙嘧磺隆1倍劑量處理的株高抑制率、葉面積抑制率及藥害等級均為最高,分別為5.88%、18.64%和0.2;黏壤土上各劑量處理的煙葉株高抑制率差異不大,1倍劑量處理的葉面積抑制率及藥害等級最高,分別17.72%和0.3。

藥后40 d,各處理均表現出不同程度的煙草藥害特征,且株高抑制率、葉面積抑制率及藥害等級均隨施藥劑量增加而增高。砂壤土上1倍劑量處理的煙草株高抑制率、葉面積抑制率和藥害等級均最高,分別為61.10%、46.23%和6.8;黏壤土上同樣是1倍劑量處理的株高抑制率、葉面積抑制率及藥害等級最高,分別是28.13%、46.79%和3.2;相比較而言,砂壤土煙嘧磺隆對煙草的生長抑制作用及藥害等級明顯高于黏壤土。

表2 煙嘧磺隆處理后2種土壤中煙草藥害特征變化

進一步分析煙嘧磺隆施用劑量與煙草株高及葉面積抑制率的相關性(表3),可見,2種土壤上煙嘧磺隆施用劑量與煙草株高抑制率和葉面積抑制率均極顯著正相關,且在砂壤土上的相關性稍高于黏壤土。

表3 煙嘧磺隆劑量與煙草株高抑制率、葉面積抑制率的相關性

注:**,≤0.01。①h,株高抑制率;②a,葉面積抑制率。

Note: **,≤0.01. ①h, plant height inhibition rate;②a, leaf area inhibition rate.

2.2 2種土壤中煙嘧磺隆的殘留降解動態

煙嘧磺隆在2種土壤中的降解動態及其降解動力學方程如圖1和表4所示,在砂壤土中,煙嘧磺隆1倍劑量下土壤中初始殘留量為185.9 μg/kg,施藥80 d后終殘留量為0.5 μg/kg,理論半衰期為9.5 d;0.5倍劑量下土壤中初始殘留量為77.3 μg/kg,終殘留量為2.8 μg/kg,理論半衰期為14.7 d;0.2倍劑量下土壤中初始殘留量為51.6 μg/kg,終殘留量為0.7 μg/kg,理論半衰期為11.6 d。

在黏壤土中,煙嘧磺隆1倍劑量下土壤中初始殘留量為93.1 μg/kg,施藥80 d后終殘留量為0.3 μg/kg,理論半衰期為9.0 d;0.5倍劑量下土壤中初始殘留量為28.5 μg/kg,終殘留量為0.2 μg/kg,理論半衰期為15.4 d;0.2倍劑量下土壤中初始殘留量為22.6 μg/kg,終殘留量為0.7 μg/kg,理論半衰期為17.3 d。

圖1 煙嘧磺隆在2種類型土壤中的降解動態

表4 煙嘧磺隆在2種土壤中的降解動力學參數

2.3 煙嘧磺隆對煙株的藥害閾值及大田安全間隔期

由表2可知,0.2倍劑量處理在藥后40 d,砂壤和黏壤土上煙株株高及葉面積抑制率分別為23.75%、15.36%和19.95%、10.05%,其株高抑制率均已達到15%的臨界參考值[10],而0.5倍及1倍劑量處理在藥后40 d砂壤上株高抑制率分別為34.60%和61.10%,在黏壤土上株高抑制率分別為32.43%和46.23%,遠高于抑制率15%的臨界參考值,因此可以0.2倍劑量作為煙嘧磺隆對煙草的致害臨界閾值。藥后40 d砂壤土中煙嘧磺隆殘留量為1.50 μg/kg,將其帶入表4中1倍推薦劑量田間消解動態方程=260.34e?0.073x,得出煙嘧磺隆在砂壤土的安全間隔期為70.6 d;藥后40 d黏壤土中的煙嘧磺隆殘留量為2.47 μg/kg,將其帶入1倍推薦劑量田間消解動態方程=139.53e?0.077x,得出煙嘧磺隆在黏壤土的安全間隔期為52.4 d。

2.4 煙嘧磺隆處理下2種土壤理化性質的變化

2.4.1 土壤pH的變化 由圖2可知,2種土壤上施用煙嘧磺隆后,不同劑量處理土壤pH較對照均有不同程度下降,并隨施藥劑量增加下降程度增大,0.2倍劑量對pH影響最小。施藥后1 d,0.2倍劑量下的砂壤和黏壤土pH均與對照差異較小,但1倍劑量處理下較對照分別下降了6.5%和15.2%;而施藥后80 d,0.2倍劑量下砂壤土和黏壤土pH均較對照差異不大,但1倍劑量處理下較對照分別降低了16%和14.8%。

圖2 煙嘧磺隆處理下2種土壤pH變化

Fig 2 Changes of pH in two soils treated with nicosulfuron

2.4.2 土壤有機質和堿解氮的變化 由表5可知,2種土壤上施用煙嘧磺隆后對土壤有機質影響不大,而對土壤堿解氮的影響較大,土壤堿解氮含量與對照相比表現出隨施藥劑量呈先增加后降低趨勢。在施藥后1 d,除砂壤土0.2倍劑量下有機質含量較對照明顯下降外,其他劑量下有機質含量均與對照無顯著差異;而堿解氮含量砂壤土0.2倍劑量及黏壤土0.2及0.5倍劑量下較對照顯著增加,其他處理與對照差異不顯著。在施藥后80 d,除0.5倍劑量下砂壤土有機質較對照顯著增加外,其他處理均與對照差異不顯著;0.2倍及0.5倍劑量下砂壤和黏壤土堿解氮均較對照不同程度增加,1倍劑量下砂壤和黏壤土堿解氮較對照分別減少18.1%和14.3%。

表5 煙嘧磺隆處理下2種土壤上有機質和堿解氮變化

注:每列中不同小寫字母者表示處理間差異有統計學意義(≤0.05)。

Note: Value within each column not marked by the same lower case letters signifies significant difference(≤0.05).

2.4.3 土壤有效磷和速效鉀的變化 由表6可知,施藥后80 d,各處理土壤有效磷與速效鉀含量均較藥后1 d不同程度下降,且黏壤土的降幅更大。在砂壤土施用煙嘧磺隆對有效磷和速效鉀含量均無顯著影響。而在黏壤土上,施藥后1 d,不同劑量下土壤有效磷及速效鉀含量較對照顯著增加或不變;而施藥后80 d,不同劑量下的土壤有效磷和速效鉀含量均較對照顯著降低,其中1倍劑量下的降低幅度最大,速效磷含量較對照降低32.9%,速效鉀含量降低16.5%。

表6 煙嘧磺隆處理下2種土壤有效磷和速效鉀變化

注:每列中不同小寫字母者表示處理間差異有統計學意義(≤0.05)。

Note: Value within each column not marked by the same lower case letters signifies significant difference (≤0.05).

3 討 論

前茬作物除草劑的不合理施用導致后茬煙草出現藥害,已成為制約現代煙草農業可持續發展的重要因素之一[13]。本研究發現,除草劑煙嘧磺隆的殘留可造成煙草田間生長發育受阻,植株矮小黃化,葉片生長受抑制等,這與張倩等[14]研究結論一致。通過田間觀測發現,0.5倍及1倍施用劑量在藥后40 d,煙草的藥害現象已十分嚴重,且煙草的株高抑制率、葉面積抑制率與煙嘧磺隆施用量極顯著正相關(表3),劉修園[15]的研究結果也表明煙草株高抑制率、葉面積抑制率隨除草劑施藥劑量的增加而升高??梢?,煙嘧磺隆對煙草的藥害特征與其施用劑量間存在明顯的劑量效應關系。

從除草劑煙嘧磺隆在煙田土壤的降解動態及動力學方程可以看出,煙嘧磺隆在2種質地土壤上的降解均符合一級動力學方程?;锹☆惓輨┰谕寥乐械慕到獬c自身結構性質有關外,還受土壤理化性質的影響[16]。一般認為土壤酸性越強,磺酰脲類除草劑的降解速率越慢,降解半衰期越長[17]。但也有研究認為,土壤pH越高甲磺隆及芐嘧磺隆在士壤中消失得越慢,半衰期越長[18-19],不同的研究結果可能與除草劑分子結構、土壤類型、理化性質及微生物群落等有關。而且土壤有機質含量越高,對除草劑的吸附性越強,導致除草劑降解速率越低[20]。Rada等[21]研究發現,土壤有機質含量與除草劑的降解半衰期呈顯著正相關。本研究中黏壤土有機質含量高于砂壤土,煙嘧磺隆在黏壤土中的降解半衰期亦高于砂壤土,這與前述研究結果一致。此外,土壤黏粒含量、孔隙度及微生物組成等也與磺隆類除草劑降解有密切關系,這些土壤特性不僅直接影響磺隆類除草劑的吸附及降解,而且能通過影響作物營養吸收、抗逆性及土壤微生物活性等間接影響其降解進程[16]。此外,煙嘧磺隆等除草劑殘留也會影響土壤理化性質,例如會造成土壤含水量下降及容重增加[22]、氮素減少及肥力下降[23-24]、脲酶及磷酸酶活性降低等[25]。同時這些土壤理化性質變化反過來又會對除草劑殘留降解產生影響,兩者實際上是一個相互作用、相互影響的過程[19-20]。

根據煙嘧磺隆對煙草藥害情況及其在土壤中的殘留降解特征,可知煙嘧磺隆在黏壤土中對煙草的致害閾值高于砂壤土,這可能是由于黏壤土有機質含量及質地中黏粒含量較高,對除草劑的吸附作用較強,從而降低了除草劑的藥效[17, 26]。因此要進一步針對土壤的質地及有機質含量等狀況,科學合理施用煙嘧磺隆等除草劑。同時,由于煙嘧磺隆的藥害癥狀一般出現在煙草中后期[27],一旦出現煙株藥害,將會對煙草產量和質量造成嚴重損失。因此,在煙草農業生產中,必須深入了解所用除草劑的降解速率、降解半衰期及致害閾值,并根據不同土壤類型、理化性質及茬口特性等,科學合理確定除草劑種類及用量,對煙嘧磺隆等長殘效且煙草敏感型的除草劑,應限制其在煙田施用。同時在煙草除草劑藥害的高發區,建議在每年煙田規劃期對土壤中除草劑殘留量進行篩查與評估,對存在問題的田塊采取源頭治理、輪作換茬、強化降解等綜合調控措施,以防范煙草藥害發生,確保煙葉安全生產。

4 結 論

(1)2種煙田土壤上的煙嘧磺隆藥害試驗表明,煙嘧磺隆施用劑量與煙草藥害存在明顯劑量效應關系,煙草株高抑制率、葉面積抑制率及藥害等級隨煙嘧磺隆施用劑量增加而增加,且砂壤土上煙嘧磺隆對煙草的生長抑制及藥害等級高于黏壤土。

(2)煙嘧磺隆在2種煙田土壤中的降解均符合一級動力學方程,其在砂壤土中理論半衰期為9.5~14.7 d,致害閾值和安全間隔期分別為1.50 μg/kg和70.6 d;在黏壤土中半衰期9.0~17.3 d,致害閾值和田間安全間隔期分別為2.47 μg/kg和52.4 d。

(3)受不同土壤中煙嘧磺隆降解與煙草間的互作影響,2種質地土壤理化性質的變化趨勢一致但變化幅度不同。后續應進一步考慮煙田土壤類型、理化性質及茬口作物特性等綜合情況,加強煙嘧磺隆的科學與合理施用。

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Degradation Characteristics of Nicosulfuron and Its Damage Threshold of Tobacco in Different Texture Soils

YANG Jinyin1,2, PENG Liangrui2, LI Caibin3, CHEN Jianguo3, DAI Yanchen4, XIAO Zhipeng5, MU Tingting5, GAO Junyi3*, ZHANG Jiguang2*

(1. Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China; 2. Tobacco Research Institute of CAAS, Qingdao 266101, China; 3. Bijie Tobacco Branch Company, Bijie, Guizhou 551700, China; 4. Guzhang Branch of Xiangxi Autonomous Prefecture Tobacco Company, Guzhang, Hunan 416300, China; 5. Hunan Hengyang Tobacco Branch Company, Hengyang, Hunan 421001, China)

To clarify the damage threshold of tobacco and safety interval of nicosulfuron in different texture soils, and to provide a theoretical basis for the reasonable and safe use of herbicides in the previous crop of tobacco, field experiments were conducted on typical sandy loam soil and clay loam soil to study the degradation characteristics of nicosulfuron, pesticide damage threshold of tobacco, safety interval and the effects on soil properties in Bijie tobacco-planting areas. The results showed that the half-life of nicosulfuron degradation in sandy loam was 9.5-14.7 d, and in clay loam was 9.0-17.3 d. In this study, the damage threshold of nicosulfuron and the safe isolation period were determined to be 1.50 μg/kg and 70.6 d in sandy loam, 2.47 μg/kg and 52.4 d in clay loam, respectively. After 80 days of application, with the increase of the application dose of nicosulfuron (0 to 1-fold), the soil organic matter content did not change much. The alkaline nitrogen content showed a trend of first increasing and then decreasing, while the soil available phosphorus and available potassium content showed a trend of decreasing. The change trend of the physic-chemical properties in sandy loam and clay loam after application was consistent, but the change magnitude was different, which might be related to the interactions between the degradation of nicosulfuron and tobacco in two texture soils. So, the results of this study can provide important guidance for the rational and safe use of nicosulfuron herbicides and the degradation and control of residual in different texture soils of tobacco-planting areas.

tobacco-planting soils; nicosulfuron; degradation characteristics; damage threshold

S572.01

A

1007-5119(2023)06-0029-07

貴州省煙草公司畢節市公司科技項目(2020520500240072、2023520500240162、2021520500240048);湖南省煙草公司衡陽市公司科技項目(2020430400240090);湖南省煙草公司郴州市公司科技項目(郴煙運2019-45);中國農業科學院科技創新工程(ASTIP-TRIC06)

楊金?。?995-),男,碩士研究生,主要從事煙田土壤保育及環境效應研究。E-mail:2409719328@qq.com*通信作者。E-mail:郜軍藝,942718350@qq.com;張繼光,zhangjiguang@caas.cn

2023-01-30

2023-09-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2023.06.005

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CONTENTS
作物遭受藥害的補救措施
如何辨別肥害和藥害
一株煙嘧磺隆降解菌的分離鑒定及其降解特性與途徑
域外藥害事件及其監管的幾點思考
第四講 棉花藥害診斷及其防治
玉米田合理使用煙嘧磺隆
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