2023, Vol. 44
2. 东北师范大学国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室, 长春 130024;
3. 中国科学院东北地理与农业生态研究所, 长春 130102
2. State Environmental Protection Key Laboratory of Wetland Ecology and Vegetation Restoration, Northeast Normal University, Changchun 130024, China;
3. Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130102, China
我国是一个农业大国, 玉米作为我国第一大粮食作物, 占我国粮食储备的40%.位于黄金玉米带上的吉林省是玉米产出大省, 2020年吉林省的玉米总产量为2 973.4万t, 占全国玉米总产的11.4%, 因此吉林省的玉米产量对我国粮食安全的保证具有重大意义.为了确保玉米产量, 农药在田间大量使用, 2010~2015年, 吉林省农药的使用量逐年增加, 从42 784 t增加至62 285 t.吉林省自2016年起实施《到2020年农药使用量零增长行动方案》以来, 农田农药用量逐渐降低, 但依然处于高位.其中除草剂作为一种既能除杂草, 又不影响农作物生长的化学药剂, 因具有高效、方便和经济等特点, 成为了玉米种植过程中使用量最大的一类农药[1, 2].然而, 长期过量的使用除草剂会使其残留在土壤中, 导致土壤质量下降, 并降低作物产量[3, 4], 同时易溶于水的除草剂也会随地表径流迁移至河流中或者向下垂直迁移至地下水中, 造成水体污染[5~8].此外, 土壤中的除草剂还能通过粮食进入人体, 破坏神经系统的正常功能, 降低人体免疫力, 增加致癌风险[9~11].
吉林省的玉米种植多采取传统的耕作方法, 即利用机械、畜力和人工在一定深度上营造出松软的耕层, 但由于长期翻耕和焚烧秸秆会使表层土壤暴露, 破坏土壤结构, 从而造成土壤侵蚀[12, 13], 因此吉林省近年来逐渐在玉米种植中推广保护性耕作.保护性耕作是一种通过免耕或少耕的方式, 使土壤受到最小的干扰, 同时使作物秸秆覆盖地面, 降低土壤的风蚀和水蚀, 从而增强土壤的肥力和耐旱性的一种耕作技术[14, 15], 既能改善土壤结构, 提高土壤有机质含量, 提高土壤肥力, 又能避免焚烧农作物秸秆造成的大气污染[16].截至2020年, 吉林省已实现总体达到100万hm2保护性耕作面积的目标, 并计划在各个县区每年建设5个保护性耕作示范区[17].
由于土壤中除草剂的环境行为受到土壤性质的极大影响, 因此保护性耕作能够通过改变土壤环境和土壤性质, 影响土壤农药的归趋[18~20].然而, 目前对保护性耕作如何影响土壤中除草剂的环境行为仍存在争议.有研究认为秸秆还田下秸秆覆盖会拦截部分新施加的除草剂进入土壤, 增大其光解速率, 但同时也由于秸秆覆盖遮挡阳光, 对进入土壤和土壤中原有除草剂的光解速率产生抑制作用, 使得除草剂残留于土壤中[18]; 也有研究认为秸秆覆盖能够增加土壤中的微生物量, 从而增强除草剂的降解速率, 降低土壤除草剂的残留量; 然而秸秆覆盖地表导致的较低的温度和较高的酸度也可能降低微生物的活性[19, 21], 同时秸秆还田带来的丰富的碳也会推迟除草剂作为碳源的使用[19], 从而降低了微生物对除草剂的分解速率, 增加除草剂在土壤中的残留时间.此外, 保护性耕作也能够增加土壤有机质[22], 加强土壤对除草剂的吸附作用, 进一步增加土壤中除草剂的残留时间.因此本研究选择了吉林省主要玉米种植区内的7个地点, 进行保护性耕作和传统耕作的对比研究, 目的是探讨保护性耕作对土壤除草剂残留的影响及其可能的原因, 以期为后续指导农业生产提供参考.
1 材料与方法 1.1 研究区概况本研究的采样点位于吉林省玉米主要种植区内, 玉米主要种植区位于40°~46°N, 125°~128°E之间, 是世界三大黄金玉米带之一[4].种植区内的土壤大多都是黑土和黑钙土, 年日照充足, 将近3 000 h, 降水丰沛, 年均降水400~800 mm, 无霜期130~150 d, 大于10℃积温为2 850~3 150℃, 无论是土壤条件还是气候条件都对玉米生长有利.玉米主要种植区内的耕地面积占吉林省耕地面积的75.1%, 玉米年产量占吉林省玉米年产量的82%[4].
在吉林省大力推进保护性耕作的背景下, 中国农业大学、中国科学院、市县农技农机推广部门和农民合作社等成立了国家黑土地保护与利用科技创新联盟.依托吉林梨树试验站, 吉林省一些农民合作社在梨树站相关技术人员的指导下, 开展了保护性耕作生产模式的探索.为了让农民更愿意推广保护性耕作方式, 在技术人员的指导下, 很多合作社在同一地块进行了保护性耕作和传统耕作两种耕作方式的对比.在试验地块, 保护性耕作采取秸秆全量还田覆盖归行免耕播种, 即秋季秸秆覆盖地表-深松(秋季)-归行(春季)-免耕播种(春季).保护性耕作和传统耕作采用相同的农药使用量和喷洒方式, 以阿特拉津(atrazine)、乙草胺(acetochlor)和二甲四氯钠(MCPA-Na)混合使用为主, 一年两次, 分别在5月10日前后和6月10日前后喷洒施用.传统耕作的地块在播种时一次性施肥, 使用量约为氮肥280 kg·hm-2、磷肥125 kg·hm-2和钾肥115 kg·hm-2.保护性耕作地块在播种时施基肥, 化肥使用量约为氮肥150 kg·hm-2、磷肥70 kg·hm-2和钾肥65 kg·hm-2, 在6月施用除草剂前再进行一次追肥, 化肥使用量约为氮肥80 kg·hm-2、磷肥35 kg·hm-2和钾肥30 kg·hm-2.尽管未调查保护性耕作开始前土壤中的除草剂残留, 但是考虑到保护性耕作地块和传统耕作地块之前同处一个地块, 其耕作方式和施药施肥方式相同, 因此两者土壤中的除草剂残留应大致相当.
1.2 样品采集与处理本研究于2020年9月17日和20日, 在吉林省的长岭、德惠、农安、梨树、榆树、东丰和九台这7个地点与当地农村合作社的试验地块合作, 分别采集了传统耕作方式和保护性耕作方式下的表层(0~10 cm)土壤样品, 每种耕作方式随机采集3~6个平行样, 样点分布如图 1所示.其中长岭、东丰和九台地区实施保护性耕作年限为5 a, 梨树、德惠、农安和榆树地区实施保护性耕作年限为3 a, 采样期间无明显降水, 属于玉米生长末期.土壤样品采回后置于冰箱4℃保存.取适量新鲜土样放在干净且不吸水的玻璃板上, 去除石块和树枝等杂质, 测土壤含水率.剩余土壤样品冷冻干燥, 研磨过筛(60目)待测.
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图 1 吉林省玉米田土壤采样点分布 Fig. 1 Soil sampling sites in maize field of Jilin Province |
(1) 土壤含水率(W-H2O)测定先对带盖容器的质量(m0)进行称量, 得到结果后取新鲜土壤样品放入容器中, 盖好盖子, 继续称得总质量m1, 然后去掉盖子, 将其放置于烘箱, 温度105℃下烘干直到质量不发生变化, 将容器盖也烘至干燥, 放到干燥器里进行冷却, 然后将其取出, 称得带上盖子的容器和已经干燥的土壤的总质量为m2, 从而计算得到土壤含水率, 计算公式如下：
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(1) |
(2) 土壤总有机碳含量(TOC)和土壤总氮含量(TN)测定向冷冻干燥研磨后的土壤样品中加入适量1 mol·L-1的盐酸溶液进行去除无机碳, 重复2~3次, 直至无气泡反应产生.将处理后的土壤样品用超纯水洗至中性后烘干, 取2~3 mg土壤样品进行包样, 利用EA3000元素分析仪(Euro Vector, 意大利)进行土壤总有机碳含量(TOC)和土壤总氮含量(TN)的测定.
(3) 土壤团聚体粒径分析取1 g左右待测样品用20 mL蒸馏水浸润24 h后, 加入六偏磷酸钠分散, 然后置于S3500激光粒度分析仪(Microtrac, 美国)中测定土壤团聚体粒径组成.
1.3.2 除草剂提取与测定利用气相色谱-质谱法测定3种除草剂, 使用的仪器为ISQ-QD300气相色谱质谱联用仪(美国Thermofisher公司), 其中二甲四氯钠由于其自身性质特殊, 与阿特拉津和乙草胺的处理存在一定差异.
(1) 二甲四氯钠残留量的提取与测定首先, 称取2 g处理后的土壤样品以及2 g无水的硫酸钠, 放到50 mL锥形瓶里, 向其中放入10 mL体积比为1 ∶1的正己烷-丙酮溶液, 进行10 min超声提取, 并以4 000 r·min-1的转速离心, 然后将得到的上清液倒入另外一个相同体积的锥形瓶中, 重复上述操作3次, 合并上清液, 氮吹至干.加入1 mL甲醇(HPLC级)和100 μL三氟化硼乙醚溶液, 于40℃水浴回流30 min进行衍生.将回流后的溶液从锥形瓶分别移至分液漏斗中, 加入10 mL二氯甲烷分层萃取, 将二氯甲烷相过无水硫酸钠柱进行脱水, 收集二氯甲烷相浓缩定容至1 mL, 待测.
气质分析条件：选择离子模式, 进样口的温度设置为250℃, 离子源的温度设置为280℃, 不分流进样; 柱箱的最初温度是50℃, 并在此条件下保持2 min, 用10℃·min-1的速度将温度升高到280℃, 并再次保持5 min, 进样量为1 μL.采用外标法, 测定样品中二甲四氯钠的含量, 检出限0.012 mg·kg-1, 回收率87%~96%.
(2) 阿特拉津和乙草胺残留量的测定称10 g处理后的土样和2 g无水硫酸钠, 进行索式提取, 提取结束之后, 把提取液通过旋转蒸发浓缩到1 mL, 过硅酸镁层析柱进行净化, 再次旋转蒸发浓缩定容到1.0 mL待测.
分析条件：选择离子扫描模式, 离子源温度和接口温度设置为250℃; 初始柱温100℃并保持1 min, 然后以10℃·min-1的速度升温到250℃并继续保持3 min; 进样时前1 min不进行分流, 1 min后, 分流率为10 ∶1, 进样口温度为230℃, 进样流量为1 μL.阿特拉津和乙草胺的检出限分别为0.38 μg·kg-1和0.02 mg·kg-1.阿特拉津和乙草胺的回收率分别为82%~94%和84%~101%.
2 结果与分析 2.1 保护性耕作与传统耕作的土壤性质本研究发现, 传统耕作土壤中总有机碳含量、总氮含量、含水率和团聚体平均粒径分别为(2.1±0.1)%、(0.2±0.0)%、(19.1±1.2)%和(82.2±3.0)μm, 而保护性耕作则分别为(2.9±0.3)%、(0.3±0.0)%、(22.3±1.5)%和(97.2±4.2)μm.虽然各采样点传统耕作和保护性耕作之间的土壤性质不总存在显著差异, 但是将7个样点当作一个总体, 其土壤性质在统计学上有显著差异, 总体上保护性耕作的土壤含水率、土壤总有机碳含量、总氮含量和团聚体平均粒径均显著大于传统耕作(P < 0.05, 表 1).
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表 1 不同样点在两种耕作方式下的土壤性质1) Table 1 Soil properties of different sites under two tillage methods |
根据前人研究, 可将土壤团聚体分成大团聚体A1(>0.25 mm)、微团聚体M1(0.25~0.062 mm)和粉黏团聚体M2(< 0.062 mm)这3类[23].
总体上保护性耕作方式下的A1占比显著大于传统耕作方式(P < 0.05).而对于M1和M2而言, 在不同地点趋势不一致, 例如在德惠, 保护性耕作下的M1占比显著大于传统耕作(P < 0.001), 在农安, 保护性耕作方式下的M1占比显著小于传统耕作(P < 0.05), 而M2占比显著大于传统耕作(P < 0.05).总体上保护性耕作与传统耕作方式相比, 土壤微团聚体和粉黏团聚体均无显著差异(表 1).
虽然没有在各个地点均发现两种耕作方式下土壤性质的差异, 但是有差异的点的土壤性质大体上符合保护性耕作研究的结果, 即增加了土壤含水率、土壤总有机碳含量、总氮含量和大团聚体占比.
2.2 保护性耕作与传统耕作两种耕作方式下的土壤除草剂的残留特征传统耕作方式下阿特拉津、乙草胺和二甲四氯钠的残留量变化范围分别为0.1~30.2、0.5~86.2和16.4~271.0 ng·g-1; 保护性耕作方式下阿特拉津、乙草胺和二甲四氯钠的残留量变化范围分别为0.0~27.7、0.0~52.2和47.6~176.3 ng·g-1, 由于各个采样点之间的不同种除草剂残留量差异较大, 整体上未能观察到传统耕作和保护性耕作之间土壤中除草剂残留量的差异.尽管如此, 当两种耕作方式存在显著性差异时, 同种除草剂在保护性耕作和传统耕作之间所展示的差异性大体上一致.例如, 对阿特拉津来说, 保护性耕作方式下土壤中残留量显著大于传统耕作方式[如东丰和农安, P < 0.05, 图 2(a)]; 对乙草胺而言, 保护性耕作方式下土壤中残留量显著低于传统耕作方式[如德惠、农安和榆树, P < 0.05, 图 2(b)]; 对二甲四氯钠来说, 仅在德惠观察到保护性耕作方式下土壤中残留量显著大于传统耕作方式[P < 0.05, 图 2(c)].
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图中去除了标准误差较大的样点; 小写字母表示同一地点在不同耕作方式下的除草剂残留量的显著性差异, 同一个地点相同字母表示无显著差异, 同一个地点不同字母表示存在显著差异 图 2 不同耕作方式下不同地点的土壤中阿特拉津、乙草胺和二甲四氯钠残留量 Fig. 2 Residues of atrazine, acetochlor, and MCPA-Na in soil at different locations under different tillage methods |
由于3种除草剂的性质不同, 本文并没有发现总除草剂的残留量与土壤性质的关系, 但是对于不同类型的除草剂, 土壤性质显著影响其在土壤中的含量(图 3).例如, 土壤总有机碳含量、土壤含水率和土壤粉黏团聚体占比与阿特拉津含量显著正相关, 而乙草胺含量与土壤微团聚体占比显著负相关, 与土壤含水率和土壤大团聚体占比显著正相关, 二甲四氯钠仅与土壤微团聚体占比显著正相关.
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1.土壤大团聚体占比, 2.土壤微团聚体占比, 3.土壤粉黏团聚体占比, 4.土壤含水率, 5.土壤总氮含量, 6.土壤总有机碳含量, 7.土壤团聚体平均粒径, 8.阿特拉津残留量, 9.乙草胺残留量, 10.二甲四氯钠残留量; *表示P≤0.05, **表示P≤0.01, ***表示P≤0.001; 色柱表示相关性大小, 蓝色表示负相关关系, 红色表示正相关关系, 白色表示无相关关系, 颜色越深相关性越强 图 3 除草剂残留量与土壤性质相关性热图 Fig. 3 Heat map of correlation between herbicide residues and soil properties |
本研究发现, 总体上保护性耕作显著增加了土壤总有机碳含量(表 1).一方面, 秸秆分解所形成的小分子可以和土壤矿物结合, 形成矿物结合态有机碳, 增加土壤中稳定性碳的含量.另一方面, 秸秆还田过程中大约有十分之一的秸秆碳会转化成为土壤慢性有机碳, 并在土壤团聚体中进行分配, 从而实现碳的固持[24, 25].本研究还发现保护性耕作增加了土壤大团聚体占比, 表明秸秆的输入带来的有机碳具有强烈的胶结作用, 可以促进土壤微团聚体聚集成为大团聚体[26].此外, 保护性耕作方式降低了对土壤的扰动, 为土壤大团聚体的形成提供有利的条件[27~29], 同时也使得形成的大团聚体更加稳定, 不易被外力破坏.这也暗示着随着大团聚体的形成, 进入到土壤中的有机碳与大团聚体结合而被固定下来.保护性耕作过程中的秸秆覆盖又会降低土壤表层的温度, 从而降低了微生物对有机质的分解作用[19], 进一步增强了土壤有机碳的累积.此外, 本研究发现保护性耕作增强了土壤总氮含量, 这是由于秸秆生长过程中吸收土壤氮素, 秸秆还田后随着秸秆分解会释放氮素, 使得氮素被保留在土壤中, 增加土壤营养元素[30].本研究还发现保护性耕作增大了土壤含水率, 这是因为秸秆的覆盖还可以降低太阳辐射, 降低温度, 使得土壤水分不易挥发, 被留在土壤中, 从而提高土壤的含水量, 保障土壤的水分条件[31].基于土壤理化性质的主成分分析将保护性耕作土壤和传统耕作土壤分成两部分(图 4), 进一步表明保护性耕作对吉林省玉米田土壤性质具有显著影响, 有助于改善土壤的理化性质, 提高土壤肥力.
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图 4 两种耕作方式下不同地点土壤性质主成分分析 Fig. 4 PCA of soil properties in different locations under two tillage methods |
无论是施加在植物上还是施加在土壤中, 除草剂最终都会进入土壤, 在土壤中降解、迁移或者累积[9].而土壤中除草剂的残留量与其在土壤中的吸附和解吸有关, 若吸附作用大于解吸作用, 除草剂则被吸附在土壤中, 不易迁移; 若吸附作用小于解吸作用, 除草剂便会降解或随水迁移[32], 保护性耕作则通过影响土壤性质而影响除草剂在土壤中的吸附解吸, 从而影响除草剂的残留量.
土壤总有机碳含量在提高土壤对除草剂的吸附方面起着关键的作用, 有机碳的含量与吸附存在正相关的关系[19, 33].本研究发现, 土壤总有机碳含量与阿特拉津残留量显著正相关, 表明随着土壤总有机碳含量的增加, 其对除草剂的吸附作用也会增加[32, 34, 35].此外, 尽管本文没有实测不同粒级团聚体中的有机碳含量, 但是有研究指出, 在农田表土中, 90%的有机碳赋存在土壤团聚体中[36], 尤其在>0.25 mm的土壤团聚体中的含量更高[23].同时, 由于微团聚体向大团聚体团聚过程中碳发生了迁移, 有机碳向大团聚体聚集, 使得黑土中0.053~0.25 mm团聚体中的有机碳含量低于>0.25 mm的团聚体的有机碳含量[37], 因此, 大团聚体对除草剂的吸附作用较强, 而微团聚体对除草剂的吸附作用较弱.这与本研究发现的乙草胺的残留量与大团聚体(>0.25 mm)占比呈正相关关系和与0.062~0.25 mm的土壤微团聚体占比呈负相关相一致.
除土壤总有机碳含量外, 土壤中除草剂残留量还与土壤含水率相关(图 3).以往研究认为土壤含水率的增加会使得水分子与除草剂在竞争吸附位点时处于优势[38], 降低土壤对除草剂的吸附[39], 从而增强除草剂的生物可利用性, 提高微生物对除草剂的降解[40].此外, 土壤含水率增加还可以使土壤通过毛细作用将阿特拉津送至土壤表面, 从而增大其光解速率, 降低阿特拉津的残留量[41], 因此, 土壤除草剂含量往往与土壤含水率呈负相关关系.然而, 本研究发现乙草胺和阿特拉津含量与土壤含水率正相关.一方面可能是因为前人研究土壤的含水率为50%, 而本研究土壤含水率在19%左右, 对除草剂的运送能力不强.另一方面, 本研究土壤含水率的增加是由于降低了土壤温度减少蒸发导致的, 而温度降低同时也会抑制微生物对除草剂的降解[19].
RDA分析结果表明, 不同的土壤性质对不同种类除草剂的解释度不同.对于阿特拉津来说, 土壤总有机碳含量和土壤含水率对其变化的解释度较高(图 5).土壤有机碳可以与土壤颗粒结合形成细小的封闭孔隙, 形成土壤团聚体和有机无机复合体, 提高对阿特拉津的吸附能力[32], 同时碳的输入推迟了除草剂作为碳源的使用, 也降低了微生物对除草剂的分解速率[19].而土壤含水率对阿特拉津的作用较为复杂, 虽然土壤含水率的增加会使得水分子与阿特拉津在竞争吸附位点时处于优势[38], 提高阿特拉津的生物可利用性, 然而温度的降低同时也抑制了微生物对阿特拉津的降解速率, 增加了阿特拉津的残留时间.
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红线表示土壤性质, 黑线表示3种除草剂的残留量 图 5 RDA分析 Fig. 5 RDA analysis of herbicides and soil properties |
对于乙草胺来说, 土壤总有机碳含量和土壤大团聚体占比对其残留变化的解释度较高.前文提到90%的有机碳赋存在大团聚体中, 土壤有机碳可以促进大团聚体的形成[36], 也因其强烈的吸附作用可以增强对乙草胺的吸附, 降低乙草胺下渗污染地下水的风险.
对于二甲四氯钠来说, 土壤微团聚体占比对其变化的解释度比较高, 相关性分析也显示二甲四氯钠的残留量与土壤微团聚体占比显著正相关(图 3), 这可能是由于微团聚体中黏粒与粉粒具有比表面积和表面电荷较大的特点, 使其能够与土壤有机碳紧密结合形成有机-无机复合体, 对二甲四氯钠的吸附作用更强[42].
3.3 保护性耕作对除草剂残留的影响保护性耕作可以通过改变土壤性质从而对除草剂的残留产生影响.对于阿特拉津和乙草胺来说, 其残留量与多个土壤性质具有相关关系, 因此采用多元线性回归逐步回归法分别对两种耕作方式下的阿特拉津、乙草胺与其各自相关的土壤性质进行回归分析, 得到的结果分别见式(2)~(5), 其中式(2)和式(3)分别为传统和保护耕作方式下乙草胺与土壤性质逐步回归分析的结果, 式(4)和式(5)分别为传统和保护耕作方式下阿特拉津与土壤性质逐步回归分析的结果.
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(2) |
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(3) |
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(4) |
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(5) |
式中, Y1为乙草胺的残留量(ng·g-1), X2为土壤总有机碳含量, X5为土壤大团聚体占比, Y2为阿特拉津的残留量(ng·g-1), X6为土壤微团聚体占比.
本研究发现, 传统耕作模式下影响乙草胺残留量的主要因素是土壤大团聚体占比[式(2), P=0.000], 而保护性耕作实施后土壤总有机碳含量与大团聚体共同作用于乙草胺[式(3), P=0.001], 再次表明保护性耕作能够通过影响土壤总有机碳含量和大团聚体占比, 影响对乙草胺的吸附作用[23].对于阿特拉津来说, 传统耕作方式和保护性耕作方式下, 影响阿特拉津残留量的主要因素都是土壤微团聚体占比[式(4), P=0.001; 式(5), P=0.005], 保护性耕作方式下秸秆的添加使得土壤微团聚体向大团聚体团聚, 发生了碳迁移, 使得更多的土壤有机碳富集在大团聚体中, 降低了土壤微团聚体中有机碳的含量, 使得阿特拉津主要集中于大团聚体中[37], 增强了土壤团聚体对阿特拉津的保护作用, 增加其在土壤中的残留量.
对于二甲四氯钠来说, 土壤微团聚体占比是使其发生变化的主要影响因素(图 5), 在二甲四氯钠残留量发生变化的德惠地区也发现土壤微团聚体占比显著增大(表 1), 说明保护性耕作方式增加了土壤微团聚体占比, 从而促进了土壤对二甲四氯钠的吸附[42].而在绝大部分样点并未发现二甲四氯钠残留量在两种耕作方式下的显著差异, 这可能是因为二甲四氯钠在土壤中以阴离子形式存在, 难以被土壤有机质吸附, 且保护性耕作方式增加了土壤含水率, 使其易于随水迁移[43, 44].
尽管在一些采样点发现了除草剂残留量在两种耕作方式下的显著差异, 然而在多数采样点, 并没有发现保护性耕作显著增加或降低了除草剂的残留量, 这是由于保护性耕作能够改变土壤的多种性质, 而这些土壤性质对土壤中除草剂迁移行为的影响是不同的.例如, 一方面, 玉米秸秆还田后, 土壤中的胡敏酸的物理化学特性发生变化, 增加了胡敏酸维持离子状态的能力, 提高了胶体特性, 从而加速土壤对除草剂的吸附[45]; 但是另一方面, 保护性耕作也增大了土壤含水率和土壤平均粒径, 使得水分子在与除草剂竞争吸附位点时处于优势[38], 土壤的平均粒径增大使得表面能减小, 降低了对农药的吸附程度, 从而降低了土壤中除草剂的含量[46].同时, 秸秆还田对除草剂的降解也是具有复杂作用的, 一方面, 秸秆还田可以增加土壤微生物量, 促进其对除草剂的降解[19], 另一方面, 秸秆还田也会由于其自身的作物残体覆盖土壤表层带来的低温而影响微生物对除草剂的降解速率, 作物残体的覆盖作为土壤的物理保护层, 可以限制土壤与大气之间以及土壤内部的空气流动, 从而抑制微生物对除草剂的降解[19], 加上大团聚体中丰富的有机碳对除草剂的强烈吸附作用以及碳的输入延迟了除草剂作为碳源的使用, 增加除草剂在土壤中残留的时间[23, 36].此外, 本实验地点实施的保护性耕作为3~5 a, 对土壤性质的改变可能还不足以改变除草剂在土壤中的降解和迁移, 保护性耕作年限越长, 对土壤性质的改变越大, 对除草剂的环境行为影响越大, 有研究表明实施保护性耕作7 a的土壤中阿特拉津的降解速率更快[19].
4 结论(1) 保护性耕作显著增大了土壤含水率、总有机碳和总氮含量, 提高了土壤团聚体平均粒径以及土壤大团聚体占比.
(2) 单类除草剂的残留受到土壤性质的影响, 其中土壤总有机碳含量和土壤含水率与土壤中阿特拉津的残留量呈显著正相关关系, 而土壤总有机碳含量和土壤大团聚体占比显著影响土壤中乙草胺的残留量.
(3) 保护性耕作能够通过影响土壤性质显著改变土壤中除草剂的残留量, 但是由于保护性耕作的时间较短, 未能呈现一致性的规律.
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