草甘膦農(nóng)藥在土壤中殘留研究進(jìn)展

徐晶王迎迎蒲國鋒張海霞楊靜曲婷婷

（1.哈爾濱市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)檢測中心黑龍江·哈爾濱1500702.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆所黑龍江·哈爾濱150038）

草甘膦農(nóng)藥在土壤中殘留研究進(jìn)展

徐晶1王迎迎1蒲國鋒2張海霞1楊靜1曲婷婷1

（1.哈爾濱市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)檢測中心黑龍江·哈爾濱1500702.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆所黑龍江·哈爾濱150038）

10.16627 /j.cnki.cn22-1215/s.2017.06.025

草甘膦農(nóng)藥是使用范圍廣、使用量大一種廣譜殺菌劑。本文綜述了草甘膦在土壤中的殘留降解動態(tài)及對土壤酶和微生物的影響。

草甘膦；殘留；土壤酶；微生物

1 草甘膦的理化性質(zhì)

草甘膦（C3H8NO5P），白色、無臭固體，屬弱有機(jī)酸，穩(wěn)定性好，主要存在形態(tài)為酸和以草甘膦異丙胺鹽為主的鹽類，微溶于水，不溶于一般有機(jī)溶劑，其異丙胺鹽完全溶解于水。

廣義的草甘膦是各種草甘膦鹽的總稱，狹義的草甘膦是指草甘膦酸（除草時(shí)真正起作用的部分）[1]。草甘膦商品名農(nóng)達(dá)（Roundup），是一種高效、低毒、廣譜和內(nèi)吸傳導(dǎo)、非選擇性葉面噴施的除草劑[2]，在果園、桑園、茶園、橡膠園以及輪作地塊的化學(xué)除草中得到廣泛應(yīng)用。草甘膦對植物的作用部位和機(jī)理是植物所特有的，除草能力強(qiáng)，能防治其它除草劑難以消滅的多年生惡性雜草，同時(shí)它還有低毒、易分解、無殘留等優(yōu)點(diǎn)，因此草甘膦被認(rèn)為是低風(fēng)險(xiǎn)的除草劑，被譽(yù)為現(xiàn)代農(nóng)藥史上的一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)[3][12]。

草甘膦的大量使用對土壤、水體及生物等造成了較大的污染，同時(shí)對土壤生物化學(xué)過程產(chǎn)生一定影響，給環(huán)境尤其是土壤帶來污染和生態(tài)失衡,從而影響其在土壤中的生物轉(zhuǎn)化[4][5][8]。因此，草甘膦對人類和環(huán)境的毒性仍然受到關(guān)注[6]。本文主要綜述了草甘膦在土壤中的殘留動態(tài)及對土壤中相關(guān)酶和微生物的影響。

2 草甘膦對土壤性質(zhì)的影響及在土壤中降解動態(tài)

我國草甘膦利用率約為30%，其在土壤中的殘留給環(huán)境帶來了巨大的潛在風(fēng)險(xiǎn)［19］。草甘膦是酸性除草劑，長期大量施用，會造成土壤酸化。林得喜等[31]對林場杉木幼林場噴施草甘膦后,土壤容重值下降，有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀和土壤自然含水率都有不同程度的增加，但土壤pH值噴地施地比不噴地微小下降。在毛竹筍用林中長期使用草甘膦且又不進(jìn)行施肥等撫育措施，會對土壤的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，造成容重增加，總孔隙度降低。實(shí)驗(yàn)表明：長期使用草甘膦對土壤有機(jī)質(zhì)有一定的影響，但是對全磷、全氮、水解氮、速效磷、速效鉀、pH值、交換性氫、交換性鋁均未有顯著性影響[8]。秦治中[27]等研究表明施用低含量草甘膦制劑會引起土壤中的各項(xiàng)鹽化和堿化指標(biāo)上升，與姜偉麗[28]研究結(jié)果相一致。

草甘膦在土壤中的降解是一個(gè)復(fù)雜的過程，降解的途徑和速率受到各種因素的影響[9]。草甘膦在土壤中具有中等的持留性，報(bào)道的半衰期在1～174d的范圍內(nèi)變化[10]，其主要的降解產(chǎn)物為氨甲基磷酸（AMPA）。草甘膦在土壤中可能的降解途徑有3條，在轉(zhuǎn)氨酶的作用下降解AMPA，然后在磷酸酯酶的作用下礦化；在磷酸酯乙酰水解酶作用下直接礦化為無機(jī)磷；在C-P鍵斷裂酶作用下轉(zhuǎn)化為磷酸鹽。

Mamy等[11]研究表明草甘膦在土壤中降解主要由于礦化產(chǎn)生的，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)不同土壤中草甘膦的降解速率相差很大，140d后，具有低pH值的砂質(zhì)粘壤土的殘留明顯高于其他兩種土壤的殘留。李水清等[12]比較晴天和人工模擬降雨條件下草甘膦在土壤中的殘留量，發(fā)現(xiàn)2種情況下草甘膦在土壤中均能較快降解，約6d后基本降解完畢，但人工模擬降雨條件下草甘膦在土壤中的降解更快一些，溫度的變化對草甘膦的降解也具有一定的影響。Stenrod等[13]在實(shí)驗(yàn)室模擬寒冷氣候的不同條件下測定草甘膦在土壤中的礦化情況，在持續(xù)冰凍處理下發(fā)生很微弱的礦化變化，但是在溫度反復(fù)上下變化的解凍過程中有明顯的礦化增加。

降解速率與土壤中微生物及有機(jī)碳的含量、土壤的物理性能如吸附作用等有關(guān)。土壤生物對草甘膦在土壤中的降解做出了主要貢獻(xiàn)[41-42]。Araújo等[24]采用土壤呼吸方法測定土壤微生物對草甘膦降解，研究結(jié)果表明土壤中草甘膦的降解主要由于微生物作用導(dǎo)致的。

3 草甘膦對土壤酶的影響

土壤酶是土壤的三大組成部分之一，參與了土壤中絕大多數(shù)生化過程，在營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量代謝、污染物質(zhì)的凈化等方面發(fā)揮著重要的作用[14-15]。姜偉麗等[16]初步明確了在安陽和安慶棉田土壤中施加中低濃度（50mg/kg和250mg/kg）草甘膦對土壤中的脲酶、過氧化氫酶和磷酸酶活性無明顯影響；500mg/kg處理對土壤中的這3種酶均表現(xiàn)出不同程度的顯著影響，但在培養(yǎng)結(jié)束前基本上均恢復(fù)到對照水平；而高濃度（5000mg/kg）施入會顯著影響土壤酶，且在培養(yǎng)結(jié)束前基本上均未恢復(fù)到對照水平，影響時(shí)間較長，對植物的正常生長存在極大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。王玉軍等[17]認(rèn)為草甘膦抑制土壤脲酶活性，當(dāng)濃度為5.0mmol/kg時(shí)，酶活性降幅達(dá)95%；而Sannino F等[18]則發(fā)現(xiàn)草甘膦激活土壤脲酶活性。

呼蕾等[19]采用非緩沖液法，對草甘膦與土壤4種主要酶類（轉(zhuǎn)化酶、脲酶、磷酸酶和脫氫酶）活性的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果表明：草甘膦總體上激活土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶和脫氫酶活性，抑制磷酸酶活性，最大幅度；磷酸酶與草甘膦間為完全抑制作用機(jī)理。陳隆生[23]等研究結(jié)果：草甘膦對土壤脲酶的活性總體上表現(xiàn)為先抑制后激活，對土壤磷酸酶和過氧化氫酶的活性則產(chǎn)生長時(shí)間的抑制作用，尤其對過氧化氫酶在處理150天后，活性仍低于對照39.2%。楊敏[29]研究了草甘膦對土壤過氧化氫酶活性的影響，結(jié)果表明：草甘瞵對土壤中過氧化氫酶的活性有明顯的影響，隨著濃度的升高，對過氧化氫酶活性抑制作用有所增強(qiáng)，高濃度時(shí)對大棚土壤過氧化氫酶活性的抑制作用明顯高于對農(nóng)田土壤的抑制作用。

草甘膦與土壤中的重金屬相互存在對土壤酶活性有影響。王玉軍等[32]研究了兩種土壤中草甘膦與鎘交互作用對土壤三種酶活性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：低濃度鎘略促進(jìn)烏柵土中的脲酶活性,而高濃度鎘則顯著抑制了其脲酶活性，當(dāng)與草甘膦共存時(shí)，草甘膦的存在增強(qiáng)了鎘對脲酶活性的抑制作用；鎘對紅壤中脲酶活性的影響較小，而草甘膦單一或與Cd共存時(shí)均顯著抑制了紅壤中脲酶的活性。鎘抑制了烏柵土中酸性和堿性磷酸酶活性，而草甘膦的存在增加了鎘的毒性，兩者表現(xiàn)為協(xié)同作用；低濃度鎘促進(jìn)了紅壤酸性磷酸酶活性，而高濃度鎘則抑制了土壤酸性磷酸酶活性，草甘膦的存在降低了紅壤中鎘的毒性,兩者表現(xiàn)為頡頏作用．鎘對紅壤中堿性磷酸酶的活性影響較小。

4 草甘膦對土壤微生物的影響

Widenfalk等人研究表明草甘膦在田間推劑量下顯著改變了土壤微生物群落組分[27]。鄧曉等[21]研究表明草甘膦制劑對土壤微生物的種群數(shù)量及土壤中細(xì)菌、放線菌和真菌生長速率均具有一定的抑制作用。3種菌類的抑制作用大小表現(xiàn)為：放線菌＞真菌＞細(xì)菌，并隨藥劑濃度的升高抑制作用逐漸增強(qiáng)。但是隨著加藥時(shí)間的延長，對土壤微生物的抑制作用又逐漸減弱。Roslycky等研究了草甘膦制劑（Roundup）對土壤放線菌，細(xì)菌和真菌的影響，214d的試驗(yàn)表明低濃度的草甘膦對他們幾乎沒有影響，而高濃度的草甘膦增加了放線菌和細(xì)菌數(shù)量[34]。Zabaloy[35]等研究了草甘膦制劑(48%草甘膦異丙胺鹽水劑)對阿根廷潘帕斯草原地區(qū)土壤微生物群落的影響，結(jié)果表明：使用田間正常用量10倍的除草劑量對土壤微生物活性、細(xì)菌密度等影響不大。陳隆生[23]等研究了除草劑草甘膦對油茶土壤中微生物的影響，結(jié)果表明：60天后土壤真菌、細(xì)菌和放線菌數(shù)量均受到明顯抑制，150天后土壤真菌和放線菌的數(shù)量仍然均極顯著少于對照，但土壤細(xì)菌數(shù)量則比對照顯著提高，表明草甘膦可對土壤真菌和放線菌產(chǎn)生長時(shí)間的持續(xù)抑制作用，而對細(xì)菌抑制時(shí)間相對較短，隨著時(shí)間的延長，反而促進(jìn)了細(xì)菌的生長，但從抑制到促進(jìn)的時(shí)間拐點(diǎn)有待進(jìn)一步的研究。陶波等以東北地區(qū)黑土為材料，研究結(jié)果表明：草甘膦對大豆根瘤菌和大豆根腐鐮刀菌有一定影響，對大豆根瘤菌的抑制作用與草甘膦濃度呈正比；低濃度草甘膦對鐮刀菌產(chǎn)生激活作用，高濃度草甘膦對鐮刀菌具有抑制作用；伴隨草甘膦加入時(shí)間的延長，其對大豆根瘤菌和大豆根腐鐮刀菌的抑制作用逐漸減弱[33]。

吳雪楠[22]采用微量量熱法研究了草甘膦對兩類土壤微生物能量代謝的影響。結(jié)果表明，草甘膦對壤質(zhì)潮土微生物的抑制作用更強(qiáng)，黑土微生物對草甘膦的耐受性和代謝活性更強(qiáng)。

為降低草甘膦在土壤中的殘留，張慧芳等[24]對草甘膦降解菌株的篩選的研究表明：從草甘膦農(nóng)藥污染的原生境分離篩選到2株具有高效穩(wěn)定的草甘膦降解能力的菌株B-1和Y-1，分別為越南伯克氏菌（Burkholderia vietmiensis）和硝基還原假單胞菌（Pseudomonas nituoreducens/azelaica）。2種菌株在初始pH6.0、6%接種量和30℃培養(yǎng)溫度條件下對草甘膦農(nóng)藥的降解效率最佳，在以草甘膦農(nóng)藥（400mg/L）為唯一碳源的MSM培養(yǎng)基中對草甘膦農(nóng)藥的降解率分別為92.64%和87.73%，對3種常見抗生素（Amp，Kan，Chl）均有不同程度敏感。高小朋等[30]通過富集培養(yǎng)進(jìn)行初篩,并通過測定菌體在培養(yǎng)基只加草甘膦而缺乏碳、氮源的情況下的OD600nm值變化,復(fù)篩出2株可降解草甘膦的菌株CGL-1、CGL-4,進(jìn)一步證明了草甘膦在土壤中可被微生物降解,間接反映出這2株菌對草甘膦具有較強(qiáng)的降解性能。

5 小結(jié)

草甘膦是一種使用范圍廣且使用量較大的除草劑。目前，對草甘膦在土壤中的降解、吸附以及它對土壤酶和微生物的影響等相關(guān)研究較多，但是草甘膦長期大量使用與土壤中重金屬及其它農(nóng)藥相互作用是否對土壤造成間接傷害等問題還需要進(jìn)一步的研究，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對土壤的修復(fù)和治理的研究，以減少對土壤的危害。

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Research progress of glyphosate pesticide residues in soil

Xujing1Wangyingying1Puguofeng2Zhanghaixia1Yangjing1
（1.Agriculture Produc Qualit and Safety Testing Center of Harbin City,Harbi 150070；2.Heilongjian Academ of Agricultural Sciences，Harbin,150038）

Glyphosate is a broadspectrum germicide with a wide range of use.The residues and decomposition of Glyphosate in soil and its effects on soil enzymes and microorganisms are reviewed in this paper.

Glyphosate；Residues；Soil enzymes；Microorganisms