当前世界环境

介绍

矿山废水处理是世界上大多数矿区对环境的主要威胁。在大多数情况下，污水只是排到一些选定的地区，在最坏的情况下，它被排到河流或溪流中。这两种方式的废水都对环境造成负面影响，主要是因为这些废水在废水处理区域增加了重金属。然而，在世界某些地区，正在努力尽量减少这一威胁。废水现在用于农业净化。废水用石膏处理后产生的石膏水可安全用于作物灌溉。在南非一些地区，由于灌溉用水短缺，石膏水，即含有大量硫酸钙的水，被用于商业规模灌溉玉米和小麦等作物(Jovanovic)et al .,1998)。然而，石膏水可能与某些用于控制杂草的除草剂产生负相互作用。由于钙的存在，含石膏的水是含盐的²⁺,所以₄^-2有时是Mg²⁺．这些盐可能对除草剂的性能有不利影响。据报道，在用石膏水灌溉的地区，疑似除草剂对作物的伤害，表明除草剂和石膏水之间存在相互作用(Annandaleet al .,1999)。

除草剂在作物生产系统中被广泛用于控制杂草，特别是在商业农业中。在这种类型的农业中，化学杂草控制是应对有害植被的最实用方法，可以说在作物生产的各个层面都是如此(Ashton & Crafts, 1981;Klingmanet al .,1982;Akobundu,1987)阿特拉津(s-三嗪)、2,4- d(苯氧乙酸)和异丙草胺(氯乙酰苯胺)是登记用于玉米和小麦的常用除草剂，因此它们被纳入本实验。除草剂在土壤和植物中的行为受气候和土壤因素、除草剂类型和植物种类的影响。这些因素的综合影响将决定一种除草剂在环境中的命运(Akobundu, 1987;Walk er, 1994;Conr广告等, 1999)。除草剂在任何给定时间在植物重要部位的浓度可以决定除草活性。如果除草剂的量在一段较长的时间内被吸收，它可能几乎没有影响，因此除草剂的相对吸收率和随后在植物系统中的代谢是控制作物和杂草敏感性的重要因素(康拉德)等, 1999)。

特别重要的是除草剂-土壤相互作用如何影响除草剂性能的以下重要标准:杂草控制效果、作物品种的耐受性和除草剂渗入地下水的潜力。除草剂与含石膏水的相互作用是一个值得关注的问题，因为在这种类型的水中存在高浓度的电解质，可能与除草剂发生反应。作为除草剂施用载体的水的数量和质量已知会影响某些除草剂的效力(De Villiers, 2002年)。

目前，有关于含石膏水对除草剂行为的影响的资料。如果存在这种相互作用，本研究的结果将有助于在使用含石膏水灌溉作物的情况下提出使用除草剂的建议。他的研究目的是评估阿特拉津、2,4- d或异甲草胺与含石膏水之间可能的相互作用对植物吸收这些除草剂的有效性的影响。

材料与方法

为了本研究的目的，玉米和小麦被认为是优先作物，因为它们已经用含石膏的矿井水灌溉进行商业化生产。在比勒陀利亚大学哈特菲尔德实验农场的温室中进行了单独的盆栽试验，评估了阿特拉嗪、2,4- d和异丙甲草胺的生物活性。在10种除草剂浓度范围内，得到了参数干物质产量的剂量响应曲线。测定除草剂生物活性的试验种为:小麦对阿特拉津、高粱对异丙甲草胺和向日葵对2,4- d。选择特定除草剂/试验物种组合是基于该物种对各自除草剂的高敏感性。阿特拉津的浓度范围为0 - 0.225 mg kg-1在初步试验和随后的试验中，剂量调整为0 - 1.00 mg kg-1．异丙甲草胺含量为0 - 0.250 mg kg-10 - 275毫克千克-1，分别用于初步实验和最终实验。对浓度范围进行了调整，因为在初步实验中，发现异丙甲草胺的初始浓度没有足够的活性，而使用的阿特拉津的初始浓度过高，因此引起了过度的生物活性。然而，2,4- d的比率并没有在实验之间进行调整，因为它们在浓度范围的主要部分不会引起过低或过高的除草剂活性。

图1:在添加或不添加石膏的土壤上进行2,4- d生物测定(试验物种:向日葵)的茎干物质百分比(SDMR) 点击此处查看图

所有试验使用的沙壤土(Avalon)由68.5%的砂、8.2%的粉土和22.1%的粘土组成，有机碳含量0.4%，pH值6.1。土壤因子的两个水平分别是添加石膏和不添加石膏(对照)。原始土壤是从哈特菲尔德实验农场收集的，因此，土壤性质的差异只是由于添加了石膏。五颗种子在2厘米深的地方种植在塑料盆里的1公斤土壤里。每个花盆里都用了塑料袋，以防止除草剂浸出。

图2:在添加或不添加石膏的土壤上进行阿特拉津生物测定(试验物种:小麦)的干物质百分比(SDMR) 点击此处查看图

石膏与风干的土壤彻底混合，并通过4毫米筛网筛过，石膏质量比为10%。对照处理为未经改良的土壤。盆内填充1kg土壤/石膏混合物或1kg未改性土壤。用机械搅拌机将一定体积的除草剂原液与1kg土壤充分混合。然后加水使土壤含水量达到15%，这是该土壤的田间容量。

图3:在添加或不添加石膏的土壤上进行异甲草胺生物测定(试验物种:高粱)的干物质百分比(SDMR) 点击此处查看图

每两天称重一次，以补充土壤水分。羽化后，每罐将植株减为3株，以减少种内竞争。温室的实验设计是完全随机的。昼夜温度在25-30度之间变化oC和15-18C,分别。所有花盆每周用营养液(Nitsch, 1972)浇灌两次，每次100毫升营养液。试验种的生长反应以比对照(无除草剂)生长减少的百分比表示。种植4周后收获植株，测量枝条质量。方差分析(ANOVA)采用SAS程序进行。所有资料进行方差分析，均数比较采用Tukey最小显著差异检验P=0.05。在寻求剂量-反应曲线的最佳拟合时，最高的R2-v运算器E和最低的标准误差，以及最简单的函数被选择，考虑到趋势的生物学意义。

结果与讨论

土壤与除草剂交互作用的地上部干质量减少率(SDMR)仅在2,4- d条件下显著，未施用石膏的土壤干质量减少率为0- 29%，施用石膏的土壤干质量减少率为26- 98%。3种除草剂对地上部干质量(SDM)的互作效应显著，在2,4- D的作用下，平均SDM在1.3 ~ 1.8 mg kg-1之间适用于不含石膏的土壤，0-1.6 mg kg-1我添加石膏的N土。阿特拉津的平均SDM范围为0.05 ~ 0.18 mg kg-1一个含石膏土壤和不含石膏土壤的D值分别为0.05 ~ 0.23 mg kg-1，而不含石膏土壤和含石膏土壤的异甲草胺平均值分别为6 ~ 23 mg/kg和2 ~ 27 mg/kg。2,4- d实验表明，在添加了石膏的土壤中，与不添加石膏的土壤相比，生物活性显著提高(图1)。同样，在添加了石膏的土壤中，阿特拉津的生物活性显著提高(图2)，而在添加了metolachor的土壤中(图3)，效果更加明显。莠去津导致的生长减少程度随着除草剂用量的增加而增加(图2)。

表1:ED50含石膏土壤和不含石膏土壤的值 按此查看表格

安德森等．埃勒斯。(1980)et al。(1987 & 1988)和莱因哈特et al。(1990)报告了有机物质含量和土壤粘土含量与阿特拉津生物活性之间的强烈负相关关系，并在较小程度上与之相关。Reinhardt(1993)报告说，对易感作物的潜在损害的预测应反映阿特拉津在不同土壤类型中的不同有效性。此外，可被植物吸收的残留物量，而不仅仅是特定土壤中的总残留物浓度，应该决定作物的选择。阿特拉津产品标签上规定的耕作间隔既不能反映敏感作物品种的阿特拉津阈值的可变性，也不能反映不同土壤的不同阈值浓度(Reinhardt, 1993)。

与阿特拉津和2,4- d对生物活性的影响相反，在石膏的存在下，异丙甲草胺的活性降低了(图3)。与2,4- d(图1)和阿特拉津(图2)相比，异丙甲草胺的活性变化幅度要大得多。在阿特拉津除草剂的情况下，观察到的活性差异非常微小，可能不会对除草剂的功效、选择性或持久性产生任何实际影响。相反，异丙甲草胺的性能受到显著影响，表明了重要的实际后果。在石膏存在的情况下，异丙甲草胺活性显著降低，这意味着在用含有高浓度石膏(硫酸钙)的水灌溉的土壤上，这种除草剂对杂草的控制效果很差。因此，这一发现并不表明异丙甲草胺对作物的选择性是一个值得关注的问题。莠去津对除草剂选择性的影响在莠去津的情况下也不是一个问题，因为使用莠去津的主要作物，即玉米本身具有很高的耐受性。利用最佳拟合回归方程求解了ED⁵⁰土壤加石膏或土壤减石膏中阿特拉嗪、2,4- d和异丙甲草胺的值(导致生长减少50%的估计剂量)计算如下表1所示。

对于阿特拉津和2,4- d，与不含石膏的土壤相比，含石膏的土壤具有更大的生物活性。与不含石膏的土壤相比，在含石膏的土壤中，除草剂(阿特拉津和2,4- d)对土壤胶体的吸附较弱。虽然这种反应将促进杂草控制的效果，但同时增加的浸出潜力在地下水污染方面构成风险。相反，石膏的存在降低了异甲草胺的活性，从而降低了杂草的防治效果。

致谢

这项研究的经费是由水研究委员会(WRC)通过J.G. Annandale教授的项目K5/1149提供的。我们对这种支持表示感谢。

参考文献