草甘膦是由美国Monsanto公司研发,于1974年投入市场的一种苗后灭生性除草剂,因其具有广谱高效的除草优势而被广泛应用于农林业和水生环境的杂草防除,近年来更被用于转基因作物的生产研究。在我国南方,由于炼山清理林地杂灌草易引起水土流失、地力衰退等系列生态问题而被许多地方禁用,草甘膦开始被广泛用于采伐迹地清理,成为林业生产中使用量最大的一种除草剂。虽然草甘膦的使用大大提高了除草效率,促进了林业生产力,但除草剂等农药往往是具有毒性、用量大、影响范围广的污染物,在保护林木免受杂草危害的同时也可能造成土壤环境和林产品污染。杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook)作为南方优势用材树种之一,具有速生性、材质好、用途广泛等特点,在我国林业生产中占据重要地位。近年来,因多代连栽造成杉木人工林土壤有效态磷匮乏,林区土壤地力衰退问题日益严峻,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。研究表明草甘膦与磷酸盐在土壤中可能存在吸附位点的竞争,由此影响磷在土壤中的化学行为和有效性,进而对杉木利用土壤磷素的行为产生影响。有鉴于此,本研究从草甘膦残留影响层面,通过吸附解吸实验、土壤培养实验和杉木盆栽实验,比较草甘膦对不同酸性土壤吸附解吸磷的作用过程,以揭示酸性土壤中草甘膦作用下磷酸盐的保持、释放规律,探讨草甘膦对土壤磷有效性的影响机制,并研究杉木在不同草甘膦浓度下如何通过生理生化过程的改变来影响杉木对磷素等养分的吸收,为林业生产中草甘膦的合理施用提供理论依据。主要研究结果如下:(1)黄壤对磷的吸附能力大于红壤,但草甘膦处理均降低了两种土壤对磷的吸附量。草甘膦作用下磷酸盐在供试红壤和黄壤上的吸附行为可用Langmuir方程描述。相关特征参数中,不添加草甘膦的对照红壤最大吸磷量Xm显著低于对照黄壤。随着草甘膦浓度增加,红壤Xm上升,而黄壤Xm先升后降。红壤和黄壤对磷酸盐的吸附反应是自发进行的吸热反应,且草甘膦浓度越高,这种吸附过程的自发趋势越小。反映吸附强度的Km×Mb均以对照处理最大,4 mmol/L草甘膦处理最小,表现为草甘膦的存在削弱了两种土壤对磷酸盐的吸附强度。从Langmuir吸附等温线可看出,未添加草甘膦处理时两种土壤对磷酸盐的吸附量最大,且吸附量均随平衡液磷浓度的增加而升高。但黄壤对磷的吸附能力更强,当平衡液磷浓度持续增加,红壤吸附量较为容易达到饱和。土壤对磷的吸附量随草甘膦浓度增加而下降,但其吸附等温线的变化趋势因土壤类型和草甘膦浓度不同而异。初始磷浓度相同时,黄壤磷解吸量和解吸率均小于红壤,但草甘膦对红壤解吸磷的影响较大。与对照相比,红壤经草甘膦处理后,对高浓度磷(>0.6 mmol/L)的解吸具有明显抑制作用,而对低浓度磷(<0.6 mmol/L)的解吸略有促进作用。黄壤磷解吸量在草甘膦作用下变化不大,但解吸率随草甘膦浓度增加有所上升。(2)草甘膦在一定浓度范围内能提高酸性土壤磷的有效性,其中草甘膦对红壤磷的促进效果较黄壤好。与对照相比,2 mg/kg、10mg/kg和20mg/kg草甘膦处理分别提高了红壤速效磷含量10.29%、36.14%和66.41%,与2mg/kg草甘膦处理的黄壤相比,10 mg/kg和20 mg/kg草甘膦处理平均提高黄壤速效磷含量8.58%和18.31%。可见试验浓度范围内草甘膦对红壤磷素的促进效果更为明显。草甘膦促进不同土壤磷素有效性作用的大小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释放的促进作用较强,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。相关分析表明,红壤速效磷含量与其pH达显著正相关水平(P<0.05),而与红壤无机磷之间不存在显著相关性(P>0.05),但不同浓度草甘膦作用下红壤Al-P含量与Fe-P、O-P和Ca-P含量存在此消彼长的趋势。黄壤速效磷与Al-P和Fe-P呈显著负相关关系(P<0.05),而与O-P和Ca-P不存在显著相关性,因此Al-P和Fe-P是黄壤速效磷的主要贡献者。黄壤pH与速效磷和各形态无机磷之间均不存在显著相关性(p>0.05)。(3)草甘膦会对杉木幼苗的生长发育产生影响。低浓度草甘膦处理下,杉木生物量增量极显著高于对照(P<0.01),苗木根系发达且分支较多;高浓度草甘膦处理下,生物量增量则显著低于对照(p<0.05),同时杉木叶片出现黄化现象;当草甘膦浓度最大(50 mg/kg)时,杉木苗全部死亡。不同浓度草甘膦处理下杉木幼苗叶片生理学指标变化规律表现为:随着草甘膦浓度增加,叶片相对电导率、MDA含量、SOD活性、POD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。(4)草甘膦对杉木根系和叶片对大量元素和微量元素的吸收和利用产生影响。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,Mn、Fe和Zn含量无显著变化。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,Fe、Mg、Ca含量在不同浓度草甘膦作用下基本无明显变化。杉木幼苗各养分含量变化与草甘膦浓度存在一定的相关性:根系Cu、Mg、Ca含量均与草甘膦浓度呈极显著正相关关系(P<0.01),而Fe、Zn、Mn、P均与草甘膦浓度不存在显著相关性(p>0.05)。杉木幼苗叶片仅Cu含量与草甘膦浓度呈极显著正相关关系(p<0.01),其余养分含量与草甘膦浓度之间不存在显著相关性(P>0.05)。(5)综上,草甘膦对酸性土壤磷有效性和杉木幼苗生长的影响体现在:在等位点竞争作用下,草甘膦并没有降低土壤磷的有效性。相反的是,草甘膦通过吸附竞争行为占据土壤中磷酸盐的吸附位点,减少土壤对有效磷的吸附固定,且促进酸性土壤吸附态磷的释放;草甘膦处理下土壤的无机磷总量均有不同程度地减少,说明草甘膦可促进酸性土壤难溶态磷的溶解释放;值得注意的是,残留在土壤当中的草甘膦还会影响杉木幼苗叶片的正常生理功能以及根系对养分的吸收和传导,进而对杉木幼苗生长发育产生不利影响,最终导致杉木幼苗生长量和成活率降低,因此在林业除草过程中应合理控制草甘膦的用量,且在抚育过程中,施用草甘膦应远离杉木根系,以减少杉木根系对草甘膦的吸收,降低其不利影响。