第四节　除草剂使用与土壤

将除草剂施于土壤中，不仅在其持效期内均能发挥除草作用，而且在杂草萌发或幼苗期也能控制杂草，同时避免了对作物生长的影响，因此苗前除草剂占重要地位。为达有效控制杂草，又对作物安全的目的，就需要了解苗前除草剂在土壤中消失的途径、用药量的确定依据及持效期等问题。

一、除草剂在土壤中消失的途径

除草剂在土壤中有三种消失途径：①物理过程有挥发、淋溶、风蚀与水蚀；②化学过程有吸附、光解、与土壤成分进行化学反应；③生物过程有植物吸收与降解、微生物降解。

图1-2为除草剂在土壤中的降解与消失示意图。

1. 物理过程

（1）挥发　在常温条件下将除草剂暴露于空气中会蒸发或汽化，这就是除草剂的挥发性。各种除草剂都具有挥发性，挥发性强弱因品种特性、温度、土壤温度及pH等而差异。

除草剂挥发可降低除草效果。如2，4-滴丁酯、氟乐灵、灭草猛、禾草敌（禾大壮）、燕麦畏、环草特等，挥发性强，施于土表迅速挥发，使除草作用下降。除草剂通过挥发还会严重伤害敏感作物，如2，4-滴丁酯伤害向日葵、蔬菜、防护林等。

影响除草剂挥发的因素如下。

①除草剂分子结构。饱和蒸气压高，挥发性强，这类除草剂有灭草猛、环草特、燕麦畏、氟乐灵等。

②温度。通常在低温条件下，除草剂挥发缓慢；在高温条件下，挥发迅速。温度与化合物的饱和蒸气压有着密切关系，同一种除草剂，温度愈高饱和蒸发压越大，因而挥发性也越强，导致除草剂从土壤中迅速消失。

③土壤湿度。当土壤湿度大时，水分子和除草剂分子进行竞争，排斥除草剂分子而占据土壤吸附表面，使除草剂在土壤溶液中成游离态，而暴露于空气而汽化。所以除草剂的挥发作用强弱与土壤含水量有关，一般湿土的挥发比干土大。此外，在干土中，土壤对除草剂的吸附强，所以挥发降低。如氟乐灵在施药后24h内的挥发量，在30℃条件下，土壤含水量分别为1%、14%、26%、33%时，其挥发量分别为17%、42%、70%、94%。

④土壤pH。土壤pH对一些除草剂平衡形式有直接影响，如地乐酚在碱性土壤中挥发性低，在酸性土壤中挥发性强。

控制挥发的具体措施如下。

①混土施药。施药后立即耙地混土，把药剂混入土中，以增加吸附表面，降低温度并大大减少空气运动。如氟乐灵施于沙壤土地表10kg/hm²，24h内挥发量为40μg/cm²，即每天挥发4kg/hm²，挥发40%，而喷洒后混土10cm，仅挥发0.517μg/cm²，即每天挥发51.7g/hm³，相差77.36倍。氟乐灵施后，延迟1d混土，土壤中残留量为76%；延迟3d混土，土壤残留量为47%；延迟7d混土，土壤中残留量为29%。

②喷灌。施药后立即进行喷灌，水量以充分湿润7～10cm土层为宜，水太少反而会增加汽化损失。

③施用颗粒剂。干、黏的颗粒剂对许多除草剂的吸附比土壤更强，如燕麦畏等。

（2）淋溶　受水流影响的除草剂在土壤中的移动称为淋溶，由于水分流动的方向不同，除草剂在土壤中的任何方向都能发生淋溶（向上、向下、横向）。在大雨或灌溉后，由于大量水分渗透作用，除草剂随之向下淋溶。由于淋溶，带来了除草剂使用中的以下问题：①除草剂下渗导致除草效果下降；②除草剂进入敏感作物吸收土层，造成作物受害；③除草剂逆向淋溶而移向土壤表面，通过挥发而损失；④除草剂在土壤下层积累或污染地下水。

除草剂在土壤中的淋溶受多种因素影响，如除草剂的水溶度、土壤机械组成、土壤透性、水流量、土壤有机质含量及pH等。

①除草剂水溶度。除草剂品种不同，其水溶度差异较大。水溶度高的品种，其在土壤中比水溶度低的品种易于淋溶。通常除草剂的盐类比酯类淋溶性强。

②土壤机械组成。土壤由有机物、生物、空气、水分、矿物质组成。其中矿物质约占50%，包括粗沙粒、小沙粒、淤泥、黏土、黏土与淤泥结合物；有机物包括动植物残体，占1%～50%。土壤中的矿物质、生物、水与除草效果有关。土壤机械组成不同，导致土壤表面积差异很大，因而对除草剂吸附作用强弱不同。黏土颗粒是由多层平板组成的，因此，具有外部与内部表面，产生极大的表面积，这些黏土颗粒通常带负电荷，其阳离子代换容量较大，黏粒含量越多的土壤，对除草剂的吸附作用越强。如沙质土黏粒含量低，疏松，透水性好，阳离子代换容量低，对除草剂吸附性差，所以淋溶性较强；而黏质土含有大量黏粒，与沙质土相反，吸附表面积大，阳离子代换容量高，对除草剂吸附性强，故不易淋溶。

③土壤有机质含量。土壤有机质的颗粒小于黏土颗粒，其单位质量的阳离子代换容量远远大于黏土颗粒，一般为黏土颗粒的4～20倍。因此，土壤有机质颗粒对除草剂的吸附作用更强，在一定程度上能阻碍除草剂在土壤中的淋溶，有机质含量与吸附程度的相关性高于黏土胶体，特别是在低有机质范围内。

④土壤pH。土壤pH主要通过影响吸附及除草剂与土壤成分的化学反应而影响淋溶，如pH高时，均三氮苯类除草剂质子化，致使黏土与有机质对其吸附较少，大部分除草剂处于土壤溶液中，有利于淋溶。

⑤其他。土壤透性强，水流量大时，除草剂淋溶性也相应增强。降雨强度与持续时间也很重要，半小时降雨5cm时土壤水分的淋溶深度不如5h降雨5cm的淋溶深度大。如果除草剂被土壤牢固吸附，就不会淋溶；除草剂易溶于水而无其他因素干扰，就容易淋溶。

pH还影响某些除草剂活性或增加对作物的药害或增加残溜影响下茬作物：

烟嘧磺隆pH>7.5 ，降解缓慢，残留增加，对高粱有药害。唑嘧磺隆+异丙甲草胺，或氟乐灵pH>7.8，解吸附进入土壤溶液，可能增加对大豆的危害。氯嘧磺隆+噻吩磺隆pH>7.0，降解缓慢，残留时间延长。异草松+氟乐灵pH<5.5，活性降低，可能增加残留药害。嗪草酮pH<5.0，土壤吸附增加，降低除草效果；pH>7.0，解吸附进入土壤，可能发生更大的药害。莠去津；pH<5.0增加土壤吸附，降低药效；pH>7.0，解吸附进入土壤溶液，增加药效和残留。

（3）风蚀　在干旱条件下，施药后刮大风，可将地表土壤颗粒与除草剂一起刮走，严重影响药效。北方苗前施除草剂时常干旱少雨多大风，为避免风蚀，施药后应用旋转锄混土或用中耕机培土2cm。

（4）水蚀　苗前施药后降大雨，可引起地表径流，水溶性大的除草剂可随水流走。地不平，除草剂可从高处向洼地流动，造成药害。

2. 化学过程

（1）光解　光解是播后苗前除草剂丧失活性的原因之一。在日光下，光使除草剂分子结构发生变化而丧失活性叫作光解。光解作用是在波长40～4000Å（1Å=10^-10m）的紫外线下进行的，其过程是除草剂的电子从光源吸收电磁辐射，辐射能促使产生一种不稳定的分了结构，然后通过化学机制进一步变化。

除草剂吸收紫外线后发生的化学变化，决定于其分子结构对光的敏感性、紫外线供应的能量及除草剂分子对光的吸收量。除草剂形成结晶体的分子结构，分子水合作用及分子被吸附于土粒表面等因素，均影响除草剂分子的电子激发态特性及其对光的吸收特性，从而影响除草剂对辐射能的容量。

大多数除草剂在溶液状态均进行一定程度的光解。溶液厚度和溶液中除草剂浓度影响光解速率。降雨少，辐射强的地区光解作用迅速。不同除草剂品种对光解的反应不同，氟乐灵等二硝基苯胺类除草剂最易光解，取代脲类、均三氮苯类除草剂喷洒于土表也能光解，均三氮苯类比取代脲类光解速率慢。施药后进行耙地混土可防止光解。

（2）吸附　吸附是一种表面反应，吸附作用的强弱取决于除草剂和土壤特性及环境条件。土壤中有机质和黏土颗粒具有极大的表面积，是主要的吸附剂。由于土壤有机质单位质量的阳离子代换量远大于黏土颗粒4～20倍，并且表面积也比黏土颗粒大，所以对除草剂吸附作用更强。如高岭土吸附性小，阳离子代换量每100g土为5～10mg当量，表面积15m²/g土；蒙脱土吸附性强，阳离子代换量每100g土为80～120mg当量，表面积750m²/g土；有机胶体吸附性极强，阳离子代换量每100g土为100mg当量，表面积极大。

土壤对除草剂的吸附有两种方式：

①物理吸附　这种吸附是一种表面结合作用，除草剂分子及胶体表面组成成分的特性不变，这种吸附不需要能量，而氢键的发生是短暂的，易于进行解吸附。

②化学吸附　化学吸附时，除草剂及胶体表面发生变化，需要能量，解吸附缓慢。化学吸附包括离子交换吸附、形成配位复合物吸附、氢键吸附和质子化吸附等。

土壤对除草剂的吸附是一个复杂的过程，不同地区、不同田块、不同环境，特别是不同土壤黏粒和有机质含量，对除草剂的吸附差异很大。

Meggitt通过田间不同土壤类型的试验，总结了土壤有机质与黏土颗粒对除草剂使用量的相关性。即中等有机质含量（2.5%～5%）的土壤，田间除草剂的有效量主要受黏土颗粒的影响，黏土颗粒含量增加，用药量也要相应增加；土壤有机质低于2.5%或5%～10%时，除草剂的有效用量则直接受有机质含量影响。当土壤有机质超过12%～15%时，多种除草剂均被强烈吸附，尽管增加除草剂用量仍难发挥其药效。因此，使用除草剂时，要有一定量药剂使土壤吸附容量达饱和后，除草效果才能随剂量增加而提高。所以，用药量应根据土壤有机质及黏土颗粒含量而确定，当有机质含量超过7%时，就不宜用苗前除草剂，而改用苗后除草剂。有些除草剂由于吸附量高而不经济，有机质含量超过5%就不建议施用了，如利谷隆、莠去津、氰草津等。

在有机质和黏土颗粒含量高的土壤中，保持除草剂的时间长，被吸附的除草剂能缓慢释放，但难以达到除草目的。

（3）与土壤成分进行化学反应　包括氧化-还原、水解、形成非水溶性盐类及络合物。这些反应，使除草剂成为无除草活性化合物。氧化-还原与水解反应在土壤中可同时发生。当土壤中Ca²⁺含量高时，除草剂与其形成非溶性钙盐。有些除草剂与土壤中的钙、铜、铁、镁等金属离子形成稳定的络合物。

3. 生物过程

（1）植物吸收　除草剂施用后，可被作物和杂草所吸收，并在体内降解。作物吸收少，并降解的量很少。

（2）微生物降解　这是除草剂在土壤中消失的最重要过程。参与降解除草剂的微生物有真菌、细菌。这些微生物能够改变和破坏除草剂分子结构，使其丧失活性。此种降解作用是因微生物产生特定酶的催化作用，有脱卤、脱烷基化、胺或酯水解、β-氧化作用、环羟基化及硝基还原等。

有的除草剂在生物开始降解前存在着“停滞期”，此期间微生物群体增加，酶的诱导作用增强。停滞期后进入“富化期”，微生物迅速降解并利用除草剂，“富化期”可持续很久。“停滞期”的长短因除草剂品种而异，如2，4-滴14d、2甲4氯70d，但当微生物再次接触同种除草剂时，“停滞期”就不复存在，而直接降解除草剂。不同类型的除草剂如氨基甲酸酯类、取代脲类、均三氮苯类都表现有“富化”现象。在同一地块连年使用氟乐灵后，持效期逐步缩短的原因可能与此有关。

微生物对有的除草剂的降解不存在停滞期，可直接进行降解。如脲嘧啶、甲硫基三氮苯等除草剂在土壤中主要进行化学分解，微生物不依靠其为主要食物来源，也不从降解这些除草剂中获得能量，种群也不因此而变化。

除草剂分子结构与环境条件影响微生物对除草剂的降解。凡是促进微生物活动的环境条件，都能促进微生物对除草剂的降解。如土壤湿度、通气性、温度、pH、有机质含量等，通常微生物活动的最适条件是：土壤含水量为田间持水量的50%～100%，通气良好，27～37℃，pH6.5～8，有机质含量稍有增加便显著促进微生物的活动。微生物对除草剂的降解主要在0～30cm土层中发生。

了解除草剂在土壤中的降解作用，对环境保护和使用除草剂有着重要意义。如了解除草剂残留毒性对后茬作物的伤害；利用人为措施来控制除草剂在土壤中的降解与消失，如通过灌溉以加速土壤中除草剂的消失，在秋季土壤结冻前应用除草剂以控制次年早春萌发杂草，从而解决药效与春旱的矛盾；改进除草剂剂型、应用缓释剂控制微生物对除草剂的降解，如甲草胺与熟石膏混合的片剂药效达4个月，以磷酸二钙作惰性物质，以硬脂酸作黏合剂的异丙甲草胺片剂药效可达165d以上。

二、土壤水分对除草剂药效的影响

苗前除草剂通过两种方式到达杂草吸收层即杂草萌发、吸收水分和营养的土层，一是靠雨水将药剂带入土壤，雨水能使除草剂均匀分布在土壤中；二是靠机械混土，这种方式不如雨水使除草剂分布均匀。在土壤类型中，黏质土和细土的表面积大，孔隙多，能储存较多的水分。但在干旱的情况下，除草剂的分子则被牢固地吸附在土粒表面，较难发挥除草作用（图1-3）。

水分过多时，发生解吸附现象，除草剂的分子游离在水中，药剂脱离土粒的吸附随着水分的移动而流失；在适当的水分情况下，除草剂分子处于吸附与解吸附之间，既不被土壤颗粒固定又不流动，很容易被植物根吸收，发挥正常的除草效果。

水稻田许多除草剂，施药后要保持一定的水层，才能保证药效，并要求水稻田不漏水，不串灌，使除草剂在田间稳定一定的浓度并持续一定的时间。

除草剂在水稻田施后因不同的除草剂对水层要求也不同，如敌稗、灭草松、二氯喹啉酸等，施药前把水排干，施药后24h可进行正常水层管理。禾大壮、丙草胺、苯噻酰草胺、莎稗磷等施药后保持稳定水层3～5cm，保持5～7d，5～7d不排不灌。

三、除草剂用量的确定与持效期

在土壤中除草剂杀草效果受除草剂理化性质、土壤特性、环境条件影响，上述因素相互影响，一种因素发生变化，其他因素也会相应变化。除草剂的用药量应是下列所需要的量的总和：a.满足土壤缓冲容量所需药量；b.在Xd内土壤微生物降解药量；c.在Xd内通过物理过程和化学过程损失的药量；d.Xd内防治杂草所需要的实际用量；e.植物吸收的量。

除草剂用于控制杂草所用药量比a、b、c三种情况消耗的药量小得多，生产中不可能迅速准确地测出这三种情况的用药量。因此，应参考除草剂说明书上的推荐用药量，根据地块的土壤质地、有机质含量等环境条件确定单位面积用药量。

由于除草剂在土壤中的持效期差异很大，应根据除草剂持效期长短安排后茬作物；根据本地杂草种类、发生特点、演变规律选择除草剂施药方法。土壤pH高时，莠去津、嗪草酮在土壤中的持效期显著延长，在使用时应加以考虑。

除草剂的持效期在1个月或更短时，仅能控制当时发生或出苗后短期内发生的杂草，还需再施一次除草剂，或采用机械等灭草措施才能控制作物整个生长季节的杂草。如除草剂的持效期在1～3个月时间内，仍不能控制作物整个生长季节的杂草，则要选择持效期达3～12个月的除草剂，才能控制作物整个生长季节的杂草。持效期超过12个月以上的除草剂多用于果园、林地或非耕地。一般控制农田杂草，只需要除草剂具有2～3个月的持效期，就能达到除草的目的。