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低浓度除草剂对植物及土壤线虫群落的影响

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摘要：

除草剂是全球第一大农药类型[1]。随着单一作物及抗除草剂类作物的种植面积不断增加，除草剂因省力高效、适合机械化操作，其需求量依然在增加[2-3]。然而实际施用时并非全部施用量，甚至仅有40%的施用量能够实现药效，其余随风、水形成低浓度除草剂扩散到农田周边非靶标区域[4]。农田周边的休耕地等半自然生境对农业生态系统中生物多样性保护和农业生产均具有十分重要的价值，如维持生物多样性、为农业传粉者和害虫天敌提供栖息地[5-6]。除草剂，包括低浓度除草剂对农业生态系统中非靶标区域的生物群落的影响已受到关注，但是其生态风险尚未得到充分评估。除草剂生态风险研究将科学地支撑农业生态系统中生物多样性保护和管理决策[7]。

植物是食物网最重要的组成部分，具有生态系统更高营养级维持、水土保持等生态系统服务功能[8-9]。线虫是土壤动物区系中最丰富的无脊椎动物，能驱动和调控土壤养分循环和物质转化，其群落组成和功能群结构可以反映土壤质量及自然和人为扰动状况，被视为环境指示生物[10-13]。针对除草剂包括低浓度除草剂对农业生态系统中非靶标区域（如田埂、休耕地）中植物群落的影响开展了少量研究，不同类型的半自然生境表现出不同的响应特征[14-16]。除草剂对土壤线虫的影响包括直接毒性作用，以及除草剂抑制地表植被生长而造成土壤线虫营养缺乏的间接影响[17]。研究低浓度除草剂对农业生态系统半自然生境中植物和土壤线虫群落的影响，将从地上和地下生物的响应更加全面地揭示低浓度除草剂的生态风险。

近年来，随着我国农村劳动力不断向城市转移，农田转变成休耕地的现象时有发生。因此，本研究选取我国北方一处休耕地为研究对象，基于大田控制试验喷施低于大田推荐剂量的除草剂，对比分析不同低浓度除草剂对植物及土壤线虫群落的影响，以期为评估低剂量除草剂的生态风险提供参考。

1 材料与方法

1.1 样地概况与实验设计

本实验为大田控制实验，位于中国环境科学研究院北京顺义实验基地。该基地位于北京市（39.4～41.6°N、115.7～117.4°E）顺义区赵全营镇，属于典型北温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，全年80%降水集中在6—8 月，年均降水量655 mm，年均温13.4 ℃，全年无霜期180～200 d。实验田占地约1 500 m2，于2011—2013年种植玉米和油菜，未施用农药，2014 年3 月机械匀地使土壤处于匀质状态，未开展农业种植。样地植物群落主要物种为马唐（Digitaria sanguinalis）、反枝苋（Amaranthus retroflexus）、苘麻（Abutilon theophrasti）、藜（Chenopodium album）等。样地土壤为潮土，pH 为7.5，土壤有机质含量为6.93 g·kg-1。

选取我国北方旱地农田广泛使用且除草机理不同的两种除草剂，即莠去津（山东胜邦绿野化学有限公司生产）和苯磺隆（山东侨昌化学有限公司生产）。莠去津是一种用于土壤和叶片处理的三嗪类除草剂，除草机理是与光合作用电子传递系统中的质体醌结合位点结合，抑制光合作用，在环境中具有持久性[18-19]。苯磺隆能快速被植物的叶片吸收，抑制乙酰内酯合酶，该酶是生物合成支链氨基酸的关键酶[20]。两种除草剂浓度设定均依据产品推荐大田施用剂量设定。

2014年4 月采用随机区组设计开展大田实验，共设4 个小区（即4 次重复），每个小区内分别设置7 个处理，分别为未施用除草剂而施用等量清水的空白样地（CK）、大田推荐剂量莠去津（1 200 g·hm-2，以有效成分计）处理样地（A1）、大田推荐剂量50%的莠去津（600 g·hm-2，以有效成分计）处理样地（A2）、大田推荐剂量25%的莠去津（300 g·hm-2，以有效成分计）处理样地（A3）、大田推荐剂量苯磺隆（22.5 g·hm-2，以有效成分计）处理样地（T1）、大田推荐剂量50%的苯磺隆（11.25 g·hm-2，以有效成分计）处理样地（T2）、大田推荐剂量25%的苯磺隆（5.63 g·hm-2，以有效成分计）处理样地（T3），每个小区内不同处理样地随机分布，共计28块处理样地。每个样地为3 m×5 m，样地间距离2～3 m。2014 年6 月20 日进行除草剂的喷施处理，与华北地区夏玉米施用除草剂时间一致。在喷施除草剂时，各处理样地四周搭建高度1.5 m 塑料薄膜隔离带，72 h 后拆除，防止除草剂扩散导致各实验处理间产生相互影响。采用手动农药喷雾器进行喷施（NS-5，Worth生产，上海），喷头压力为2×105Pa。

1.2 样品采集与物种鉴定

实验在除草剂处理30 d 后进行植物样方调查和土壤样品采集[21-22]。每个处理样地内分别随机选取3个50 cm×50 cm 植物样方，样方距离样地边缘＞1 m，记录物种种类、数量，依据《中国植物志》（http：///frps）鉴定物种。每个处理样地内用五点取样法取土样，除去地表凋落物层取0～10 cm 表层土壤，除去植物残体、石块等杂物，土样充分混合后四分法取土。称取100 g 鲜土样，采用改进的Baermann 浅盘法分离提取线虫[23]。在体视显微镜下对线虫计数，并转换为100 g 土样中线虫数量[23]。在不同处理样地提取的线虫中随机取100条（＜100条取全部个体），依据《中国土壤动物检索图鉴》[24]鉴定。

文章来源：《植物保护学报》网址: http://www.zwbhxbzz.cn/qikandaodu/2021/0707/703.html