草甘膦与磷等位点竞争对杉木利用土壤磷素的影响机制

Phosphorus (P) deficiency is one of the main factors that influences Chinese fir productivity in forestry systems.Under lower P stress, Chinese fir form a complex regulatory mechanism to efficiently use phosphorus. Glyphosate is a kind of herbicide which has been extensively used in forestry. Its residues in soil environment bring to a potential hazard on P efficient for the reason that glyphosate and phosphorus have the similar adsorption sites on the soil. To explore the effects of glyphosate on efficient use of phosphorus, Chinese fir are chosen to study under glyphosate treatments. Firstly, the soil-glyphosate-Chinese fir-phosphorus validity were chosen as the main line. Furthermore, the impact of glyphosate resided in soil on phosphorus utilization of Chinese fir were studied by indoor culture experiments and field Lysimeter test. At last, the internal mechanism of insoluble phosphorus activated in southern typical soil will be revealed by glyphosate. The research will provide some scientific basis for herbicide management of Chinese fir and exploiting potential of insoluble phosphorus release in southern soil.

课题组前期研究发现杉木在长期适应南方低磷环境的进化过程中，形成了复杂的高效利用磷素的调控机制。而申请者在对农林业使用量最大的农药-草甘磷的研究中发现，草甘膦与土壤磷有相似的吸附位点，均在土壤矿物和有机质组分上。因此我们大胆提出“草甘膦与土壤磷存在等位点竞争、会对杉木利用土壤磷素产生影响”。本项目选择南方最重要的速生树种-杉木为研究对象，以“土壤-草甘膦-杉木-磷有效性”为研究主线，通过室内培养试验、野外Lysimeter试验，利用同位素示踪、同步辐射等先进方法，结合传统的土壤学技术，开展研究草甘膦影响下杉木磷素吸收变化、根系有机酸分泌等，阐明杉木对草甘膦与磷等位点竞争的生理响应机制；研究草甘膦与土壤磷素的等位点竞争对磷在土壤中保持、释放和迁移的影响，揭示草甘膦与磷等位点竞争对土壤磷形态及化学行为的影响的内在机制，为充分揭示杉木高效利用磷素的影响因素及人工林经营中农药的使用管理提供科学依据。

草甘膦为杉木使用量最大的一种除草剂之一，杉木人工林土壤有效态磷匮乏严重制约着杉木人工林的可持续发展。因此，在南方缺磷严重的杉木人工林中大量使用草甘膦，必然会出现土壤草甘膦残留与低磷胁迫共存的问题。（1）两种土壤对磷的吸附量均随草甘膦浓度增加而下降。然而随着磷浓度增加，黄壤对草甘膦的吸附量减少。随着外源磷浓度增加，草甘膦在红壤上的解吸量有所下降，解吸率也相应减小，外源磷对草甘膦在黄壤上的解吸影响较小。即土壤当中草甘膦和磷存在着吸附行为的竞争，草甘膦能够降低土壤对磷的吸附，同时磷也能够抑制土壤对草甘膦的吸附。（2）高于2mg/kg的草甘膦显著提高了红壤磷的有效性，而草甘膦对黄壤磷的活化效果没有红壤明显，这主要与土壤各无机磷组分变化有关，其中草甘膦对红壤Al-P和Fe-P的活化作用较强，Ca-P次之，而O-P含量则有所增加，黄壤各形态无机磷在草甘膦作用下均有不同程度地减少。黄壤速效磷与Al-P和Fe-P呈显著负相关关系，即Al-P和Fe-P是黄壤速效磷的主要贡献者。因此，酸性土壤当中草甘膦在其质子和有机阴离子作用下能够活化土壤当中磷，竞争磷在土壤当中的吸附位点，在一定程度上能提高酸性土壤磷有效性。（3）草甘膦会对杉木幼苗的生长发育产生影响，高浓度草甘膦处理下，生物量增量则显著低于对照，同时杉木叶片出现黄化现象。随着草甘膦浓度增加，叶片相对电导率、MDA含量、SOD活性、P OD活性、脯氨酸含量总体均呈上升趋势，可溶性蛋白呈下降趋势，叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均先升后降，而莽草酸含量无显著变化。草甘膦对杉木根系和叶片元素的吸收和利用产生显著影响。随着草甘膦浓度增加，杉木苗根系所含的Cu、Mg和Ca均呈上升趋势。此外，杉木叶片Cu积累量增加，Mn含量呈先上升后下降的趋势，Zn含量则呈先降后增。以上研究可为林业生产中草甘膦的合理施用提供理论依据，为杉木人工林的可持续经营提供基础资料。