农林复合生态系统的净化作用范文

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《中南林业科技大学学报》2015年第二期

1材料与方法

1.1试验区概况试验地位于汩罗市桃林林场及汩罗市郊小洲湖稻田。桃林林场地处汨罗江北，位于湖南省汨罗市桃林寺镇境内，介于东经113°03′15″～113°06′19″，北纬28°55′52″～28°58′18″之间。南北纵长4.49km，东西横跨4.97km，土地总面积386.7hm2。桃林国有林场地处丘岗地区，地势平缓，海拔55～80m，坡度一般在10°以下，土壤为第四纪红色粘土发育的红壤，pH值5.5～6.5，土层深度大于80cm，土壤腐殖质含量较少，土壤肥力中等。该地域属于大陆性湿润季风气候，具有“春温多变、寒流频繁、热量丰富、无霜期长、夏秋多旱、四季分明”的特点，年平均温度16.9℃，年平均降雨量1353.6mm，年平均雨日152d，年平均相对湿度81%，无霜期263d。选择的试验区位于林场内的土里塘和汩字区。两区外侧为半围合的丘岗林地，中间是低洼的山塘和稻田。土里塘的林地是针阔混交林，无人为干扰措施，汩字区林地是湿地松人工林，每年4月每亩林地施40kg钙镁磷肥、20kg碳铵、500g溴氰菊酯，6月施750mL草苷膦，12月施40kg钙镁磷肥。小洲湖稻田是试验对照区。该区位于汩罗市郊，北依汩罗江，地处北纬28°50′，东经113°03′。土壤母质为河流沉积物，质地为沙壤质土壤。海拔29m，属湖洲平原。

1.2实验方法农药残留分析样（土样、水样、植物样）保存于-20℃环境中，保存期不超过3天；微生物分析样及待测水样保存在4℃环境中；土壤有机质待测样须阴干、磨细过100目筛，保存待测；土壤pH待测样须阴干过10目筛；水样pH值不能保存，立即测定。按照五点采样法采取土样，同时在稻田、山塘及灌溉沟渠采取水样，在稻田中采取稻根、稻茎样。农药残留的分析利用液相色谱法[7]；土壤有机质测定利用外加热—重铬酸钾氧化法；水体有机质含量利用高锰酸钾氧化法；土壤及水体微生物活度测定利用二乙酸荧光素（FDA）水解法；pH测定利用电极法。

1.3数据处理与统计分析利用相关分析法分析农药残留量与环境因子的关系，探明环境因子对农药残留量的影响。使用统计软件SPSS13.0进行数据的处理与分析。

2结果与分析

2.1不同系统的农药残留研究表明，农药残留在人体内长期蓄积滞留会引发慢性中毒[8]，严重危害人体健康。表1为不同生态系统土壤农药残留情况。松—稻系统林地土壤中敌敌畏、百菌清、三唑酮、甲氰菊酯指标无检出，而草甘膦、溴氰菊酯含量较高，其中草甘膦含量达45100μg/kg；在混—稻复合系统的林地七种农药残留皆无检出，这与林地有无施用农药及不同农药的稳定性有关。松—稻系统与混—稻系统比较，稻田土壤中敌敌畏、百菌清、三唑酮、溴氰菊酯、甲氰菊酯含量两者之间差异都不显著（P＞0.05），而克百威及草甘膦含量前者显著高于后者（P＜0.05），这可能与前者林地中的草甘膦、克百威随径流进入稻田有关。与对照比较，杀虫剂类的敌敌畏、溴氰菊酯和甲氰菊酯及除草剂类的草甘膦在水稻土表层的残留较低，平均降幅在25.2%～83.3%之间；杀菌剂类的百菌清、三唑酮农林系统稻田土壤含量较高，平均增幅在35.8%～42.4%之间。与混—稻复合系统一样，对照稻田系统土壤中也没有检出克百威成分。

2.2不同系统土壤有机质含量及微生物活度农林复合生态系统中,林地土壤有机质含量明显低于稻田土壤；混—稻复合系统较之于松—稻复合系统，林地土壤有机质含量低20%，而稻田土壤有机质含量相近。与对照稻田系统比较，农林系统稻田土壤有机质含量平均提高29.8%，差异显著（P＜0.05），这可能与稻田的利用方式和稻田质地有关系。不同农林复合系统林地土壤微生物活度差异显著（P＜0.05），其中混交林地比湿地松林地高48.1%，而两系统稻田土壤微生物活度相近，且均显著高于林地土壤。农林复合系统与洲湖平原对照稻田系统比较，前者高于后者，平均增幅31.7%。土壤微生物活度与土壤有机质的关系在不同地块有差异。稻田土壤微生物活度与有机质含量呈负相关（P=0.053，R=0.700，n=8），而在湿地松林地和针阔混交林地土壤微生物活度均与有机质含量呈正相关（P＜0.01）。其原因在于不同地块土壤有机质组成及性质有差别，在稻田土壤中有机质主要来源于水稻秸杆、属于芳香度较低的富里酸，容易被土壤微生物分解，故相近环境背景下的稻田土壤微生物活度越高，其分解的有机质量越多，留存的有机质量越低，表现为两者间的负相关关系。在针阔混交林地和湿地松林地，土壤有机质主要来源于林木凋落物，且以针叶凋落物为主，其中阔叶凋落物形成的有机质芳香度较低易于分解，针叶凋落物形成的有机质芳香度较高不易分解，土壤微生物活度越高，留存土壤中的高芳香度有机质相对量越多，故两者关系表现为正相关。

2.3不同系统土壤农药残留与影响因子的关系在湿地松林地土壤检出了百克威、草甘膦和溴氰菊酯残留成分（表2），三种农药残留量与土壤有机质含量分别呈不显著、极显著、显著正相关，说明湿地松林地中土壤有机质对该三类农药吸附作用强；此外，林地中土壤微生物活度也与该三种农药呈极显著、显著、显著正相关，表明通过微生物作用促进芳香度较高的有机质含量增加，从而有利于吸附三种残留的农药。在农林复合系统的稻田土壤中，土壤有机质与土壤残留农药的关系与湿地松林地不同（表2），土壤有机质含量与敌敌畏残留量不相关，与克百威呈不显著负相关，与其余五种农药残留量呈不显著正相关，表明稻田土壤有机质对农药成分的吸附作用比湿地松林地土壤有机质弱，原因可能在于稻田土壤有机质芳香度低、易于被微生物分解，从而充当农药分解共代谢过程中微生物的能量来源，导致吸附作用降低。土壤微生物活度与敌敌畏、克百威呈不显著正相关，而与其余五种农药残留量均呈显著或极显著负相关。敌敌畏的稳定性受热、土壤酸碱度影响大，故受有机质、微生物活度影响较小；克百威在水田中与芳香度较低的富里酸类有机质结合容易随水迁移，故它与土壤有机质含量呈不显著负相关，又由于稻田有机质含量与微生物活度呈负相关，因此它与微生物活度呈正相关。其余五种农药受理化因子影响较小，它们的降解主要受土壤微生物影响，因此微生物活动增强能加快它们的降解，其关系表现为显著或极显著负相关。

3结论

（1）农林复合系统稻田土壤农药残留量低于对照平原稻田系统，源于两个层面的机制：土壤层面是农林系统稻田土壤微生物对残留农药的降解能力强于平原稻田土壤；空间层面则是农林系统周围被森林屏蔽从而阻隔农业病虫进入，减少农药施用量，从而从源头上降低了农药残留土壤的机率。（2）湿地松林、针阔混交林地土壤有机质芳香度较高，与稻田土壤比较不利于微生物生命活动，导致以生物因子为主要降解途径的土壤残留农药在土壤中积累；另外，其中芳香度较高的土壤有机质利于吸附各类有机农药。

4讨论

微生物对不同农药残留的影响试验地土壤中检出的七种残留农药中，敌敌畏受热易蒸发，同时在碱性条件下容易分解，故微生物对它的影响较小。有研究表明，在淹水土壤中微生物对百克威（呋喃丹）的降解有一定的促进作用，但非生物降解因子往往作用更强烈从而使微生物的促进作用被掩盖，本研究中的结果证实了这种观点。百菌清、三唑酮、草甘膦、溴氰菊酯、甲氰菊酯受土壤理化因子影响较小，稳定性较强，它们的降解主要依靠土壤微生物途径来完成。稻田土壤有机质以芳香度较低的富里酸为主，容易被微生物分解而成为微生物的主要碳源，故微生物活度较大；存在于稻田土壤中的以上五种残留农药受土壤微生物活动影响大，其降解过程主要受微生物生命活动所控制。在湿地松林地，由于土壤有机质芳香度较高而难于被微生物利用，微生物生命活动较弱，存在于这种土壤环境中的残留农药其存在过程受微生物的影响较弱，相反非生物因子对土壤农药存在过程影响较为重要。植物可以多种方式协助微生物转化氯代有机化合物，其根际在微生物降解中起着重要的作用并可以加速许多农药以及三氯乙烯的降解[9]。植物在整个生长期间进行着活跃的新陈代谢活动，根系不仅从环境中摄取养分和水分，同时也不断地向生长介质中分泌大量的低分子有机化合物，如糖类、有机酸、氨基酸、脂肪、酚类化合物、芳香族化合物和植物表皮组织的不断死亡和脱落改变了根际土壤的物理性质和化学性质，这种改变使根际微生物不仅种类和数量远高于非根际土壤，而且其代谢活动也比非根际微生物高[10]。胡立芳等研究发现，接种Penicilliumsp。

作者：罗天啸闫文德高超陈建国单位：中南林业科技大学生命科学与技术学院南方林业生态应用技术国家工程实验室城市森林生态湖南省重点实验室