土壤中煙嘧磺隆和莠去津殘留對甘薯的藥害評價

王容燕, 馬 娟, 高 波, 李秀花, 李焦生, 陳書龍

(河北省農(nóng)林科學院 植物保護研究所，河北省農(nóng)業(yè)有害生物綜合防治工程技術(shù)研究中心，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華北北部作物有害生物綜合治理重點實驗室，河北 保定 071000)

煙嘧磺隆 (圖式1) 屬磺酰脲類除草劑，通過抑制乙酰乳酸合成酶影響植物的分生組織，造成植物生長停止，組織褪綠壞死，并在3～4 周后死亡[1-2]。莠去津 (圖式1) 屬三嗪類除草劑，通過抑制光合作用中的希爾反應(yīng)，降低植物中CO2的固定速率，導(dǎo)致植物失綠，最后干枯死亡[3]。目前，煙嘧磺隆、莠去津及其復(fù)配制劑作為玉米田苗期莖葉處理劑在生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用[4]。但煙嘧磺隆和莠去津難以降解，在土壤中的消解半衰期較長[5-6]，近年，由于玉米田除草劑過量使用，煙嘧磺隆和莠去津的殘留藥害日趨加重，嚴重影響后茬作物的安全生產(chǎn)。

2015—2016 年筆者在河北省雄縣甘薯生長前期調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，玉米茬甘薯栽植20 d 后相繼發(fā)生了薯苗生長不良，根系生長受阻，植株黃化或者死亡的現(xiàn)象 (未發(fā)表資料)。通過對根部進行病原菌分離，未能分離出相關(guān)病原物。2017—2019 年這種情況在河北薯區(qū)的雄縣、霸州、固安、文安、晉州、保定等地大面積發(fā)生，造成黃苗和死苗，農(nóng)民損失慘重，初步確定此類情況可能與前茬玉米田農(nóng)藥殘留相關(guān) (未發(fā)表資料)。進一步調(diào)研證實，在出現(xiàn)甘薯藥害田塊中，農(nóng)民在前茬玉米田均使用煙嘧磺隆和莠去津進行了化學除草。鑒于此，本研究分別在不同藥害程度玉米茬口甘薯田采集土樣，檢測土壤中煙嘧磺隆和莠去津的殘留量并通過盆栽試驗，分析土壤中煙嘧磺隆和莠去津含量與甘薯藥害的關(guān)系，旨在為指導(dǎo)甘薯安全生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料、藥劑及儀器

97.5%煙嘧磺隆 (nicosulfuron) 原藥 (安徽豐樂農(nóng)化有限責任公司)，97.5%莠去津 (atrazine) 原藥(山東德浩化學有限公司)。將上述藥劑用色譜純乙腈配制成10 g/L 母液，于4 ℃保存。殘留量測定時用色譜純乙腈稀釋成系列濃度標準工作溶液，盆栽試驗時用體積分數(shù)0.01%吐溫-80 進行梯度稀釋。

乙腈為分析純和色譜純，甲酸及甲醇為色譜純，色譜分析用水為超純水。

超高效液相色譜-TQD 質(zhì)譜聯(lián)用儀及Acquity UPLC? BEH C18色譜柱 (2.1 mm × 50 mm，1.7 μm)(美國Waters 公司)；Thermo Sorvall Micro 17 微量臺式離心機 (德國Thermo 公司)；Vortex Mixery旋渦混合儀 (美國Labnet 公司)。

盆栽土壤：從河北省保定市清苑區(qū)采集未施用過除草劑的沙壤土，過20 目 (830 μm) 孔徑篩網(wǎng)，備用。土壤pH 7.5，有機質(zhì)含量13 g/kg，全氮含量1 g/kg，磷含量40 mg/kg，鉀含量150 mg/kg。

甘薯薯苗：供試甘薯Ipomoea batatas品種為龍薯9 號。采集自未噴施過農(nóng)藥的河北省農(nóng)林科學院植物保護研究所試驗地。剪取長勢一致的龍薯9 號薯蔓，每個剪蔓5 個節(jié)間。

1.2 田間甘薯藥害調(diào)查和土壤采集

田間調(diào)查試驗于2017 年5 月底—6 月初分別在河北省文安縣、保定市滿城區(qū)、霸州市、石家莊市藁城區(qū)進行。調(diào)查甘薯藥害發(fā)生情況，對藥害癥狀進行描述，并對地上部藥害程度進行分級。無藥害 (-)：沒有藥害癥狀；有藥害 (+)：植株有藥害癥狀，矮化不長；嚴重藥害 (++)：植株死亡。分別采集有藥害癥狀與無藥害癥狀的玉米茬甘薯田土壤，有藥害田塊的土壤采集地點位于文安縣 (3 個樣品)、保定市滿城區(qū) (10 個樣品)、霸州市 (3 個樣品)，無藥害田塊的土壤采集地點位于石家莊市藁城區(qū) (4 個樣品)。

土壤采集方法：去掉表層1 cm 厚的土壤，圍繞甘薯根系四周挖取2～15 cm 深度根系附近的土壤1 kg，混勻，過20 目 (830 μm)篩，采用四分法取200 g 土樣，于 -20 ℃保存待測。

1.3 土壤前處理和超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測

參照郭立群等的方法[7]略作調(diào)整：土壤前處理采用QuEChERS 方法，凈化劑為25 mg PSA 和150 mg 無水硫酸鎂。煙嘧磺隆和莠去津殘留量采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜方法 (UPLC-MS/MS)檢測，柱溫40 ℃，流動相梯度洗脫時長為5 min，進樣量1 μL。在此條件下，煙嘧磺隆、莠去津的出峰時間分別為2.27 和2.50 min 左右。

1.4 煙嘧磺隆和莠去津混用對盆栽甘薯的影響

盆栽試驗于2020 年8 月份在河北省農(nóng)林科學院植物保護研究所日光溫室進行。通過初篩試驗確定煙嘧磺隆的試驗劑量為1、2、4、6、8、10、20、30 和40 μg/(kg 土)，莠去津的試驗劑量為2、5、10、20 和40 μg/(kg 土)，煙嘧磺隆與莠去津混劑分別按質(zhì)量比10 : 1、5 : 1、5 : 2 和5 : 5 混合，施藥劑量為1、2、4、8 和12 μg/(kg 土)。將各處理藥劑與沙壤土混勻，放入口徑11 cm × 高10.5 cm ×底徑9 cm 的花盆中，栽入龍薯9 號剪蔓，土壤中放入3 個節(jié)間，地上部留2 個節(jié)間，適量澆水，置于日光溫室中培養(yǎng)，采用加濕水簾和通風設(shè)備進行降溫，日最高溫度38 ℃，最低溫度22 ℃。另設(shè)不施藥為空白對照。于栽后20 d 觀察地上部藥害癥狀后，將植株輕輕從土中取出，抖凈土壤，觀察根系的藥害癥狀，然后再用清水洗凈根系，用吸水紙吸干水分，將根系剪下，稱量甘薯根系鮮重，根據(jù)公式 (1) 計算根系鮮重抑制率。每個處理重復(fù)3 次，每盆種植3 棵植株作為1 個重復(fù)。

式中：I指根系鮮重抑制率，%；mck指對照根系鮮重，g；mt指處理根系鮮重，g。

1.5 數(shù)據(jù)處理

將UPLC-MS/MS 測定的各樣品峰面積值代入相關(guān)方程中[7]，計算出每克濕土樣品的藥劑含量。稱取10 g 土壤樣品，于105 ℃烘干6 h 后稱重。每個樣品重復(fù)3 次，計算土壤含水量。然后計算出每克干土中的藥劑含量。

利用DPS7.05 軟件，對盆栽試驗中甘薯根系鮮重抑制率進行相關(guān)性分析，計算抑制濃度 (IC)IC50值和IC10值。根據(jù)Sun 的方法[8]計算理論毒力和共毒系數(shù) (CTC) CTC50和CTC10。采用Tukey’s法檢驗不同處理的差異顯著性 (P＜ 0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中煙嘧磺隆和莠去津殘留量測定

在0.000 5～0.5 mg/L 范圍內(nèi)，煙嘧磺隆質(zhì)量濃度 (x) 與色譜峰面積 (y) 的線性方程為y=100 938x-682.25，相關(guān)系數(shù) (r) 為0.997 0，檢出限(LOD) 為0.000 9 mg/L，定量限 (LOQ) 為0.003 1 mg/L；莠去津質(zhì)量濃度 (x) 與色譜峰面積 (y) 的線性方程為y= 467 437x+ 122.08，r為0.999 9，LOD為0.000 1 mg/L，LOQ 為0.000 3 mg/L。在 0.1、0.05、0.01 mg/kg 添加水平下，煙嘧磺隆的平均回收率為104%～110%，相對標準偏差 (RSD) 為2%～6%；莠去津的平均回收率為85%～107%，RSD 為2%～7%。表明該方法適合檢測土壤中煙嘧磺隆、莠去津的殘留量。

2.2 甘薯藥害田土壤中煙嘧磺隆和莠去津殘留分析

結(jié)果 (圖1、表1) 表明，保定市滿城區(qū)土壤中煙嘧磺隆的含量為11.80～87.97 μg/(kg 土)，莠去津的含量為2.71～8.40 μg/(kg 土)；文安土壤中煙嘧磺隆的含量為15.00～22.05 μg/(kg 土)，莠去津的含量為3.75～4.37 μg/(kg 土)；霸州土壤中煙嘧磺隆的含量為18.89～32.08 μg/(kg 土)，莠去津的含量為3.31～4.39 μg/(kg 土)。在上茬是玉米但甘薯地上部沒有可見藥害癥狀的河北石家莊市藁城區(qū)土壤中，莠去津的含量為3.43～4.42 μg/(kg 土)，沒有檢測到煙嘧磺隆。

表1 不同程度藥害甘薯田土壤中煙嘧磺隆和莠去津殘留量Table 1 The residues of nicosulfuron and atrazine in the soil for growing sweetpotato with different degree of phytotoxicity

2.3 田間甘薯藥害癥狀

結(jié)果 (圖2) 表明：甘薯種植15～25 d 即顯示藥害癥狀，主要表現(xiàn)為整株不長，矮??；整株或心葉黃化；根系發(fā)育受阻、短粗；藥害嚴重的植株死亡。

2.4 盆栽甘薯藥害癥狀

在盆栽試驗中，隨著土壤施用煙嘧磺隆劑量的增大，對甘薯的藥害程度呈加重趨勢 (圖3)。龍薯9 號甘薯經(jīng)4μg/(kg 土) 煙嘧磺隆處理后10 d，即長出新葉后，葉片即表現(xiàn)出發(fā)黃的藥害癥狀，且隨著時間延長，發(fā)黃癥狀明顯。20 d 時藥害植株地上部不發(fā)育，整株矮小，葉片小、薄，心葉黃化嚴重；地下部根系發(fā)育受阻，側(cè)根短 (圖3 g～n)。

而經(jīng)2～40 μg/(kg 土) 莠去津處理后20 d，甘薯地上和地下部均沒有產(chǎn)生可見藥害癥狀，與對照處理的植株長勢一致。煙嘧磺隆和莠去津混用后的甘薯癥狀與煙嘧磺隆單獨施用時的癥狀相同。通過田間癥狀與盆栽癥狀對比可以確定，田間甘薯苗期藥害癥狀與煙嘧磺隆產(chǎn)生的藥害癥狀相似。

2.5 煙嘧磺隆和莠去津?qū)Ω适砀档囊种谱饔?/h3>

在煙嘧磺隆不同劑量處理中，于甘薯栽植20 d后調(diào)查 (表2) 發(fā)現(xiàn)，隨著處理藥劑濃度的增加，對甘薯根部的抑制作用逐漸增加。在1 μg/(kg 土)處理中甘薯根系鮮重與對照相比有所減輕，但二者之間差異不顯著。2 μg/(kg 土) 處理的根系即呈現(xiàn)明顯的藥害癥狀。4 μg/(kg 土) 處理的根系鮮重與對照相比下降了49.57%，兩者之間差異顯著。8 μg/(kg 土) 以上處理的根系鮮重減退率達到80%以上，甘薯地上部長勢弱。

表2 不同濃度煙嘧磺隆、莠去津?qū)ε柙札埵? 號甘薯根系鮮重的影響Table 2 The effects of nicosulfuron and atrazine on the fresh weight of potted sweetpotato cv. Longshu9 roots

在莠去津不同劑量處理中，隨著處理藥劑濃度的增加，甘薯根系鮮重呈下降趨勢，說明莠去津?qū)Ω适砀瞪L有一定抑制作用 (表2)，但各處理與對照之間差異不顯著。

由表3 可知：將煙嘧磺隆與莠去津混合使用，在根系鮮重抑制50% (IC50) 和10% (IC10) 的藥劑濃度時，其共毒系數(shù)均在35～80 之間，說明莠去津?qū)熰谆锹〉乃幒]有增效作用，而是有一定的拮抗作用。

表3 盆栽龍薯9 號甘薯根系對煙嘧磺隆、莠去津的敏感性Table 3 Sensitivity of potted sweetpotato cv. Longshu9 root to nicosulfuron, atrazine

3 結(jié)論與討論

煙嘧磺隆、莠去津是玉米苗后常用除草劑[1,9-10]，對后茬作物的藥害已有很多報道。如Greenland[11]研究表明，上茬土壤中殘存的煙嘧磺隆可影響后茬的甘藍和洋蔥，并導(dǎo)致洋蔥減產(chǎn)。郝文波等[12]發(fā)現(xiàn)，煙嘧磺隆可致使煙草植株矮小、葉片小、須根少、新葉濃綠畸形，藥害表現(xiàn)緩慢，持續(xù)時間長，而莠去津的藥害癥狀主要是葉片黃化，植株矮小，嚴重時導(dǎo)致整株萎蔫死亡，且表現(xiàn)迅速，輕者可恢復(fù)。王錦等[13]研究表明，前茬超量施用莠去津可導(dǎo)致后茬大豆的出苗率顯著降低。本項研究證實，甘薯生產(chǎn)上藥害誘因主要是由于前茬施用的煙嘧磺隆殘留造成的，煙嘧磺隆在第二年土壤中的殘留量在10 μg/(kg 土) 以上，最高可達87.97 μg/(kg 土)，給甘薯生產(chǎn)造成嚴重損失。本研究通過盆栽試驗確定了煙嘧磺隆對甘薯的藥害閾值為1 μg/(kg 土)，即土壤中煙嘧磺隆含量高于此值時即可造成甘薯藥害，影響甘薯正常生長。

在玉米除草劑對甘薯藥害的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，河北省石家莊市藁城區(qū)甘薯田的前茬也是玉米，采集該田土樣進行除草劑殘留測定，發(fā)現(xiàn)莠去津含量為3.43～4.42 μg/(kg 土)，沒有檢測到煙嘧磺隆，通過對苗情的調(diào)查，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的地上部和地下根部的藥害癥狀。室內(nèi)盆栽試驗結(jié)果表明，莠去津?qū)Ω适淼厣喜繘]有可見的藥害癥狀，但是對根系的生長有微弱的抑制作用，說明莠去津殘留對甘薯生長影響不大。對藥害甘薯田的后續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)，較輕藥害甘薯植株形成的薯塊多表現(xiàn)為畸形膨大、開裂，基本上沒有商品價值。這種情況是否是由煙嘧磺隆、莠去津或者二者共同作用造成的尚需進一步試驗驗證。

煙嘧磺隆等磺酰脲類除草劑是一類弱酸性化合物，其pKa值在3～5 之間，在農(nóng)田土壤中以陰離子形式存在，其水解速度受pH 值影響較大，在酸性環(huán)境中，其水解能力強，在中性和堿性環(huán)境中，其水解能力則大大降低[5]。我國北方土壤多為中性或偏堿性，因此不利于煙嘧磺隆的降解[14]。此外，煙嘧磺隆和其他磺酰脲類除草劑不同，其在土壤中的吸附受土壤中有機碳含量以及黏土礦物含量的影響較大，土壤中有機碳含量越高，其吸附能力越強，通過與黏土礦物質(zhì)的結(jié)合使其淋溶性降低。因此在一般土壤中，殘留的煙嘧磺隆因遷移能力較差，淋溶至地下水中的風險較低[15-16]。在實際生產(chǎn)中，煙嘧磺隆的施用劑量遠超推薦劑量，導(dǎo)致其在土壤中的殘留量高。因此，煙嘧磺隆殘留對后茬甘薯造成的藥害十分嚴重。

鑒于生產(chǎn)中對甘薯等下茬作物產(chǎn)生嚴重藥害的問題，需要加強煙嘧磺隆規(guī)范使用技術(shù)的推廣，嚴格控制施用劑量，建議在甘薯種植區(qū)嚴格監(jiān)管限制煙嘧磺隆的使用，開發(fā)推廣應(yīng)用新型的易降解、無殘留的玉米田除草劑，開發(fā)可降解磺酰脲類除草劑的微生物制劑[17]，建立土壤中殘留除草劑的快速檢測技術(shù)，避免藥害的發(fā)生。