不同轮作系统下稻田草甘膦(GLY)的环境行为特征与可持续管理研究

本研究针对水稻生产系统中草甘膦(GLY)及其代谢物AMPA的环境行为展开系统监测，通过长期定位试验比较连续水稻(RC)、稻-豆(R-S)、稻-短期牧草(R-PS)和稻-长期牧草(R-PL)四种轮作模式，首次揭示灌溉水/土壤界面GLY迁移规律及轮作强度对残留的影响，为制定可持续水稻生产方案提供科学依据。

　　

在当今全球粮食安全与生态环境保护的平衡难题中，水稻生产系统正面临严峻挑战。作为世界上最重要的粮食作物之一，水稻种植不仅消耗大量水资源，其特有的淹水栽培模式更创造了独特的厌氧环境，使得农药等化学物质在此系统中表现出迥异于旱地的环境行为。其中，草甘膦(GLY)作为全球用量最大的除草剂，其代谢产物氨甲基膦酸(AMPA)的生态风险引发广泛关注。尤其值得注意的是，乌拉圭等南美国家推行的水稻-牧草轮作体系虽能提升土壤质量，但近年来稻-豆等集约化轮作模式的推广导致农药使用量激增，这使得科学评估GLY在不同轮作系统中的环境归趋成为当务之急。

针对这一科学问题，乌拉圭国家农业研究所(INIA, Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria)的Beatriz Alonso Vignola团队在《Science of The Total Environment》发表了创新性研究成果。研究人员依托始建于2012年的长期定位试验(LTE)，系统监测了四种典型轮作系统（连续水稻R_C、稻-豆R-S、稻-短期牧草R-P_S和稻-长期牧草R-P_L）中GLY及AMPA在土壤和灌溉水中的动态变化，通过建立一级动力学衰减模型，首次揭示了淹水与非淹水阶段GLY降解的差异性规律，为制定可持续水稻生产方案提供了关键科学依据。

研究团队运用三项核心技术方法：首先，在Paso de la Laguna实验站建立标准化田间试验，所有轮作系统均按相同剂量进行两次GLY施用（化学休耕期和水稻萌前除草）；其次，采用液相色谱-质谱联用技术(LC-MS/MS)对161天内土壤和灌溉水样本进行GLY/AMPA定量检测；最后，通过动力学模型计算半衰期(DT₅₀)，并分析不同轮作系统对农药残留的背景影响。

主要研究发现：

1. 土壤中GLY降解规律：非淹水阶段GLY降解符合一级动力学，半衰期(DT₅₀)为31.5天，显著长于淹水阶段的5.3天。土壤中GLY和AMPA峰值浓度分别达200 mg·kg^-1和600 mg·kg^-1。
2. 水-土迁移特征：灌溉启动8天后出现GLY从土壤向水体显著迁移，39天内快速衰减，此后降解趋于停滞。AMPA迁移模式相似但衰减更缓慢。
3. 轮作系统差异：水稻-牧草轮作系统(R-P_S/R-P_L)土壤GLY本底值显著低于连续水稻(R_C)和稻-豆(R-S)系统。

讨论与意义：
本研究首次量化了水稻系统中GLY在厌氧/好氧交替环境下的差异化降解行为，证实轮作强度与GLY残留存在明确关联。特别值得注意的是，虽然施用时机决定初始污染负荷，但轮作类型通过改变土壤微生物群落等途径影响长期残留。研究建议将水稻-牧草轮作作为降低GLY环境风险的优选模式，同时强调灌溉初期39天是防控水体污染的关键窗口期。这些发现为南美水稻产区的农药精准管理和可持续水田生态系统构建提供了理论支撑，对全球类似稻作区具有重要借鉴价值。