稻田除草劑水體殘留對水生植物大薸的影響

王子臣， 朱普平， 鄭建初， 盛 婧， 陳留根

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院循環(huán)農(nóng)業(yè)研究中心，江蘇南京 210014)

王子臣，朱普平，鄭建初，等. 稻田除草劑水體殘留對水生植物大薸的影響[J]. 雜草科學(xué)，2012，30(2)：15-19.

稻田除草劑水體殘留對水生植物大薸的影響

王子臣， 朱普平， 鄭建初， 盛 婧， 陳留根

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院循環(huán)農(nóng)業(yè)研究中心，江蘇南京 210014)

采用模擬方法研究了稻田3種常用除草劑丁草胺、芐嘧磺隆、2甲4氯鈉殘留水體對大薸生長的影響。結(jié)果顯示：(1)3種除草劑水體殘留對大薸植株形態(tài)影響以芐嘧磺隆處理最為明顯，殘留濃度大于0.01 mg/L可導(dǎo)致大薸植株大量死亡。4.25 mg/L的丁草胺和3.36 mg/L的2甲4氯鈉殘留對大薸的生長均有一定的抑制作用，但短期內(nèi)不能致死。當(dāng)水體除草劑殘留降低至田間常規(guī)管理施用濃度的1/8時，即丁草胺0.53 mg/L、芐嘧磺隆0.01 mg/L、2甲4氯鈉0.42 mg/L，大薸植株形態(tài)的藥害影響已經(jīng)明顯減輕。(2)芐嘧磺隆水體殘留大于0.01 mg/L時大薸干物質(zhì)產(chǎn)量顯著降低，分株生長受到嚴(yán)重抑制。丁草胺殘留濃度為0.53 mg/L時促進(jìn)大薸干物質(zhì)積累和分株生長，當(dāng)殘留濃度大于1.06 mg/L時大薸干物質(zhì)積累和分株生長受到抑制。 2甲4氯鈉殘留濃度低于3.36 mg/L對大薸的干物質(zhì)產(chǎn)量、分株數(shù)及植株含水率影響一般。

大薸； 除草劑殘留； 水生植物； 丁草胺； 芐嘧磺隆； 2甲4氯鈉

近年來，無論是國外還是國內(nèi)除草劑的生產(chǎn)與使用在農(nóng)藥中的比重越來越大，應(yīng)用的棲境已從20世紀(jì)80年代前局部生境擴(kuò)展到幾乎所有生境[1]。大量除草劑投入，極大地降低了勞動強(qiáng)度，直接或間接地提高了生產(chǎn)水平。但除草劑只有部分真正發(fā)揮藥效，剩余部分通過揮發(fā)作用、吸附作用、雨水淋溶以及排灌水和地表徑流等途徑進(jìn)入生態(tài)圈和自然水體中，其潛在的生態(tài)風(fēng)險日益受到人們的關(guān)注[2-5]。丁草胺、芐嘧磺隆和2甲4氯鈉3種除草劑具有低毒、高效、殺草譜廣等特性，被廣泛用于水稻生產(chǎn)，藥效外部分除草劑及其殘體會通過農(nóng)田排灌水和地表徑流等途徑進(jìn)入農(nóng)田周邊水體，對水生動植物的生存造成影響。賀鴻志等人檢測結(jié)果為丁草胺農(nóng)田水體殘留濃度低于5 mg/L[3]，Okamoto等檢測到水田地帶周邊水系中的芐嘧磺隆濃度在0.1～2.3 mg/L范圍[4]，徐仿敏等檢測出魚塘中2甲4氯苯氧乙酸濃度在0.04～0.133 mg/L范圍[5]，已有研究表明這些除草劑對非靶標(biāo)生物具有顯著的毒害作用[6-7]。

大薸(PistiastratiotesL.)又名水浮蓮、水葫蘆，是一種多年生浮水草本植物，性喜溫暖，根系發(fā)達(dá)，生長、繁殖迅速，可以吸附、轉(zhuǎn)化和降解水體中的大量營養(yǎng)物質(zhì)，能有效減輕水體富營養(yǎng)化程度，修復(fù)水體自凈功能[8-12]。因此，在構(gòu)建循環(huán)農(nóng)業(yè)農(nóng)田凈化塘控制農(nóng)業(yè)面源污染及農(nóng)田流失養(yǎng)分再利用中，大薸成為可供選擇的凈化塘水生植物配置之一[13]。但農(nóng)田凈化塘水體中會有殘留的除草劑，這些殘留除草劑對大薸的生長是否產(chǎn)生不良影響，影響大薸在凈化塘中的攔截凈化功能，有關(guān)這方面的研究尚未見報道。本研究通過選擇稻田常用的3種除草劑，通過室內(nèi)模擬試驗，研究不同殘留濃度水體對大薸生長的影響，為大薸能否適合在農(nóng)藥污染農(nóng)田凈化塘水生植物中配置提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2011年10—12月在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水生植物中試基地溫室大棚內(nèi)進(jìn)行，試驗所用大薸取自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院2號塘，供試3種除草劑見表1。

表1 供試除草劑

1.2 試驗方法

(1)采用塑料桶種養(yǎng)模擬法。塑料桶的材質(zhì)為PVC，大小為80 cm×60 cm×60 cm，裝池塘水140 L(池塘水TN 4.42 mg/L、TP 0.35 mg/L、DO 5.10 mg/L、pH值6.9)。(2)3種除草劑的濃度分別設(shè)置為：T1，丁草胺4.25 mg/L、芐嘧磺隆0.10 mg/L、2甲4氯 鈉3.36 mg/L，相當(dāng)于此3種除草劑常規(guī)用量溶解于農(nóng)田3 cm水層中的濃度。T2、T3、T4分別為T1濃度的1/2、1/4、1/8。另設(shè)空白對照T0，共13個處理，重復(fù)3次，共39個小區(qū)(塑料桶)；(3)挑選生長健壯的大薸，經(jīng)沖洗后去除老葉、殘葉和腐根后，選取大小、重量相近的植株10株(190±5) g放養(yǎng)在供試水桶內(nèi)，并予以編號。

1.3 測定內(nèi)容

試驗周期設(shè)為28 d，處理后7、14、21、28 d連續(xù)觀察植株的顏色、形狀變化，記錄植株的葉片數(shù)、分株數(shù)，測定最終的生物產(chǎn)量、植株含水率。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件處理，應(yīng)用SPSS 13.0軟件的Duncan法進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大薸植株形態(tài)變化

僅對本研究中最高濃度T1和最低濃度T4處理的大薸植株形態(tài)進(jìn)行了表述(圖1、表2)。3種除草劑水體殘留對大薸植株形態(tài)影響以芐嘧磺隆處理最為明顯，可導(dǎo)致大薸植株大量死亡。殘留濃度4.25 mg/L 的丁草胺T1處理和殘留濃度3.36 mg/L的2甲4氯鈉T1處理對大薸的生長均有一定的抑制作用，但短期內(nèi)都不能致死。當(dāng)水體除草劑殘留濃度降至田間常規(guī)管理施用除草劑濃度的1/8時，T4處理(丁草胺0.53 mg/L、芐嘧磺隆0.01 mg/L、2甲4氯 鈉0.42 mg/L)，除草劑對大薸植株形態(tài)的影響已經(jīng)明顯減輕，除芐嘧磺隆0.01 mg/L(T4)處理外大薸可持續(xù)生長。

2.2 水體除草劑殘留對大薸干物質(zhì)產(chǎn)量的影響

水體除草劑殘留對生長在其中的大薸干物質(zhì)產(chǎn)量有一定的影響，除丁草胺T3和T4處理略高于對照T0處理外，其余處理均表現(xiàn)為干物質(zhì)產(chǎn)量降低，因除草劑種類及水體殘留濃度的不同大薸干物質(zhì)產(chǎn)量降低程度也各有差異(圖2)。各處理總體比較顯示：丁草胺T4處理干物質(zhì)產(chǎn)量最高，達(dá)29.35 g/株；芐嘧磺隆T1處理干物質(zhì)產(chǎn)量最低，為13.83 g/株。除丁草胺處理和2甲4氯鈉T4處理外，其他處理與對照T0處理間差異均達(dá)顯著水平。同一處理不同除草劑種類間大薸干物質(zhì)產(chǎn)量不同，均表現(xiàn)為丁草胺處理干物質(zhì)產(chǎn)量最高，2甲4氯鈉處理次之，芐嘧磺隆處理干物質(zhì)產(chǎn)量最低，處理間差異達(dá)顯著水平。

表2 大薸植株形態(tài)變化

同一除草劑不同處理間大薸干物質(zhì)產(chǎn)量均呈T4>T3>T2>T1的趨勢，丁草胺T3和T4處理大于空白對照T0處理，其余處理均小于對照T0處理。

可見，水體芐嘧磺隆殘留對大薸的抑制作用最大，其次是2甲4氯鈉殘留，丁草胺水體殘留濃度低于1.06 mg/L(T3)時促進(jìn)大薸的干物質(zhì)積累，高于1.06 mg/L時抑制大薸的干物質(zhì)積累。

2.3 水體除草劑殘留對大薸分株數(shù)量的影響

大薸分株數(shù)量受水體除草劑種類及除草劑殘留濃度的影響，除丁草胺T4處理外均表現(xiàn)為不同程度的下降(圖3)。各處理總體比較顯示，丁草胺T4處理分株數(shù)量最高，達(dá)42.7株；芐嘧磺隆T1處理分株數(shù)量最低，為15.7株；除丁草胺T4處理外，其余處理與對照T0處理間差異均達(dá)顯著水平。同一處理不同除草劑種類間大薸分株數(shù)量不同，均表現(xiàn)為丁草胺處理大薸分株數(shù)量最高，2甲4氯鈉處理次之，芐嘧磺隆處理最低，處理間差異達(dá)顯著水平。同一除草劑不同處理間大薸分株數(shù)量整體上呈T4>T3>T2>T1的趨勢，除丁草胺T4處理外，其余各處理均顯著低于對照T0處理。

可見，大薸分株的生長明顯受到除草劑水體殘留的影響，芐嘧磺隆對大薸分株生長抑制作用最強(qiáng)；丁草胺殘留濃度低于0.53 mg/L(T4)促進(jìn)分株生長，當(dāng)濃度大于0.53 mg/L時抑制分株生長；2甲4氯鈉對分株生長的抑制作用隨水體殘留濃度的增大而增加。

2.4 水體除草劑殘留對大薸植株含水率的影響

隨除草劑種類及水體殘留濃度的不同，大薸植株含水率也各有差異(圖4)。各處理總體比較顯示，空白對照T0處理大薸植株含水率最高，達(dá)94.11%，芐嘧磺隆T4處理最低，為89.91%。同一處理不同除草劑種類間大薸植株含水率不同，T1處理中芐嘧磺隆植株含水率最高，丁草胺、芐嘧磺隆、2甲4氯鈉植株含水率分別為93.06%、93.25%、92.49%，T2、T3處理中植株含水率呈現(xiàn)2甲4氯鈉>丁草胺>芐嘧磺隆，T4處理中丁草胺和2甲4氯鈉顯著高于芐嘧磺隆處理。同一除草劑不同處理間大薸植株含水率亦不同，丁草胺處理植株含水率呈T0>T4>T1>T3>T2的趨勢，芐嘧磺隆處理植株含水率為T0>T1>T2>T3>T4，2甲4氯鈉處理植株含水率呈T0>T2>T3>T4>T1的趨勢。

顯然，水體芐嘧磺隆殘留對大薸植株含水率影響比較大，因生長受脅迫葉片失水后導(dǎo)致含水率下降，但隨水體殘留濃度的增加，葉片失水后死亡腐爛，植株含水率也明顯增加。

3 討論

農(nóng)田凈化塘可以有效截留、吸附和降解周邊地表徑流和灌排水中的各種農(nóng)業(yè)污染物(N、P和農(nóng)藥)，從而有效控制農(nóng)業(yè)非點源污染，對維持和改善河流水環(huán)境具有重要作用，通過凈化塘中水生植物的資源化利用又可實現(xiàn)農(nóng)田流失養(yǎng)分的循環(huán)再利用。有研究表明，3種除草劑水體殘留對不同微藻的毒性存在很大差異[1，3，6，15]。除草劑可能對藻類的很多關(guān)鍵代謝活動產(chǎn)生不同的影響，藻類對除草劑的敏感性差異可能與藻的種類、除草劑的類型及化學(xué)方式不同有關(guān)[14]。王秀紅等研究表明，2甲4氯對固氮藍(lán)藻的生長有促進(jìn)作用，而丁草胺在低濃度(8 mg/L以下)表現(xiàn)為促進(jìn)，當(dāng)濃度為16 mg/L時，則顯著抑制其生長[15]。岳霞麗等研究表明芐嘧磺隆對水華魚腥藻的生長有明顯抑制作用，且抑制作用隨藥劑用量增大而明顯增強(qiáng)[6]。本研究表明3種除草劑對大薸的生長均有不同程度的抑制作用，整體呈高濃度殘留對大薸生長影響大，低濃度殘留影響小。而丁草胺殘留濃度低于0.53 mg/L時促進(jìn)大薸干物質(zhì)積累和分株生長。大薸對低濃度的水體殘留除草劑也有一定的凈化作用。凈化塘水體除草劑殘留濃度受農(nóng)田施用除草劑的量以及農(nóng)田灌排水的影響比較大，本模擬試驗上限濃度僅采用除草劑常規(guī)用量溶于農(nóng)田3cm水層的濃度，與凈化塘除草劑殘留濃度是否一致還需進(jìn)一步的研究[3-5]。

4 結(jié)論

3種除草劑水體殘留對大薸植株形態(tài)影響以芐嘧磺隆處理最為明顯，殘留濃度大于0.01 mg/L可導(dǎo)致大薸植株大量死亡；4.25 mg/L的丁草胺和3.36 mg/L的2甲4氯鈉殘留對大薸的生長均有一定的抑制作用，但短期內(nèi)不能致死。當(dāng)水體除草劑殘留降低至田間常規(guī)管理施用濃度的1/8時，即丁草胺0.53 mg/L、芐嘧磺隆0.01 mg/L、2甲4氯鈉0.42 mg/L，大薸植株形態(tài)的藥害影響已經(jīng)明顯減輕。

芐嘧磺隆水體殘留大于0.01 mg/L時大薸干物質(zhì)產(chǎn)量顯著降低，分株生長受到嚴(yán)重的抑制，丁草胺殘留濃度為0.53 mg/L時促進(jìn)大薸干物質(zhì)積累和分株生長，當(dāng)殘留濃度大于1.06 mg/L時大薸干物質(zhì)積累和分株生長受到抑制；2甲4氯鈉殘留濃度低于3.36 mg/L對大薸的干物質(zhì)產(chǎn)量、分株數(shù)及植株含水率影響一般。

因此，構(gòu)建農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)體系，農(nóng)田凈化塘水生植物配置中可搭配選用大薸，但需要控制稻田施用除草劑期間的灌排水。

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Effects of Herbicide Residues in Paddy Field Water on Growth of the Aquatic PlantPistiastratiotes

WANG Zi-chen, ZHU Pu-ping, ZHENG Jian-chu, SHENG Jing, CHEN Liu-gen

(Circular Agriculture Research Center, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing 210014,China)

Effects of three herbicide (butachlor, bensulfuron-methyl and MCPA-Na) residues in the paddy field water on growth of the aquatic plantPistiastratioteswere studied by a simulation method. The results showed that: (1)among three herbicides,bensulfuron-methyl residues presented obvious effect on the morphological characters ofPistiastratiotes,and it can lead toPistiastratioteslarge number of death while its concentration reached more than 0.01 mg/L. Both 4.25 mg/L butachlor and 3.36 mg/L MCPA-Na had a certain degree inhibition on the growth ofPistiastratiotes, but can’t lead to death during the short period of time. When the concentration of herbicide residues in water reduced to 1/8 of the conventional concentration level applied in the field i.e. 0.53 mg/L butachlor,0.01 mg/L bensulfuron-methyl,0.42 mg/L MCPA-Na,the influence of herbicide residues on plant morphology ofPistiastratiotesreduced significantly. (2)When the concentration of bensulfuron-methyl residues in water was higher than 0.01 mg/L, the dry matter yield ofPistiastratiotesreduced significantly and the ramets growth was inhibited seriously. Dry matter yield and ramets growth were promoted when butachlor residues concentration was lower than 0.53 mg/L,but were inhibited while butachlor residues concentration was higher than 1.06 mg/L. The influences of lower than 3.36 mg/L MCPA-Na treatments on dry matter yield, the number of ramets and plant moisture content were not serious.

PistiastratiotesL.; herbicide residue; aquatic plant; butachlor; bensulfuron-methyl; MCPA-Na

S143.1

A

1003-935X(2012)02-0015-05

2012-04-27

國家科技支撐計劃(編號：2012BAD14B12)。

王子臣(1986—)，男，安徽亳州人，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)和水環(huán)境治理研究。E-mail：wzc20101@sina.com。

鄭建初，研究員。E-mail： zjc@jaas.ac.cn。