芝麻對稗草的化感作用及其大田生態(tài)價(jià)值評價(jià)

錢久李 劉子艷 黎華壽

摘要[目的]驗(yàn)證古農(nóng)書中記載的芝麻化感作用，篩選出適宜推廣的芝麻品種。[方法]選擇10個(gè)常規(guī)芝麻品種，采用實(shí)驗(yàn)室生物培養(yǎng)測定與大田種植相結(jié)合的方式，構(gòu)建綜合生態(tài)價(jià)值評價(jià)體系。[結(jié)果]贛芝3號對稗草抑制作用最強(qiáng)，與對照相比稗草根長減少了20.270 mm，差異顯著；S05小區(qū)有8種雜草未被發(fā)現(xiàn)或極少發(fā)現(xiàn)，對雜草品種抑制效應(yīng)最強(qiáng)；品種間大田多樣性指數(shù)差異較大；芝麻產(chǎn)量最高的品種為武寧里；間種增產(chǎn)效果品種間差異不顯著。[結(jié)論]10個(gè)芝麻品種間化感作用存在差異，綜合生態(tài)效益最大的為武寧里黑芝麻。

關(guān)鍵詞 芝麻；化感作用；生態(tài)價(jià)值；評價(jià)

中圖分類號 S181 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）09-073-05

Abstract[Objective]To verify the allelopathy of sesame in ancient agriculture literatures，and to screen the variety suitable for generalization.[Method]Ten varieties of sesame were selected.The methods of laboratory bioassay and field planting were adopted； comprehensive ecological value evaluation system was constructed.[Result]The variety of Ganzhi 3 had the greatest inhibitory effects on E.crusgalli； root length decreased by 20.270 mm compared with the control，showing significant differences.S05 had the strongest inhibitory effects on weeds，and only 8 kinds of weeds were not found.Field diversity index had relatively great differences among varieties.Wuningli black sesame had the highest yield.There were no significant differences between the varieties of sesame.[Conclusion]There are differences in allelopathy between the varieties of sesame.Wuningli black sesame has the greatest comprehensive ecological benefit.

Key words Sesame； Allelopathy； Ecological value； Evaluation

芝麻（Sesamum indicum）原名胡麻，又稱油麻、脂麻等，是我國廣泛種植的油料作物之一。中國古代農(nóng)書記載了大量芝麻與雜草、竹子、米倉蛀蟲等之間的相互作用，且在江西等地，燒荒或新墾山坡地時(shí)，仍有種植1～2茬芝麻的民間傳統(tǒng)習(xí)慣[1]，以達(dá)到防止塊根類野生植物的繁殖，抑制藤本、草本等各種雜草的滋生，促進(jìn)土壤熟化，減少病蟲草害等效果[2-4]。芝麻與其他生物間的相生相克現(xiàn)象實(shí)質(zhì)是植物間的化感作用。有學(xué)者研究表明，芝麻易發(fā)生連作毒害，芝麻在收獲后根系分泌物會(huì)遺留在土壤中，對土壤微生物繁殖有促進(jìn)作用，可以促進(jìn)谷類作物生長，但對豆科、茄科、甘薯等不利[6-7]；芝麻莖葉淋溶液、根系分泌液及殘?bào)w腐解液對受體種子油菜、蘿卜、黃瓜具有化感效應(yīng)[8]。

目前芝麻大田雜草的防止措施研究均以除草劑為主，芝麻與其他作物如大豆、花生、甘薯等間作研究較多，但均未討論間作模式下芝麻對田間雜草的化感作用。有研究表明化感作用的強(qiáng)弱與作物的品種有較大關(guān)系[9-10]，也有學(xué)者認(rèn)為目前多數(shù)研究采用一種作物對應(yīng)一種雜草的簡單模式研究作物與雜草的種間關(guān)系不能完全代表自然生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性[11]。鑒于此，筆者以江西省10個(gè)常規(guī)芝麻品種為研究對象，通過實(shí)驗(yàn)室生物培養(yǎng)測定和大田種植調(diào)查方式，比較研究芝麻品種對受體稗草[Echinochloa crusgalli （L.） Beauv]的化感作用差異、大田雜草多樣性指標(biāo)的差異以及對間作作物和間作田間雜草的影響差異，并嘗試綜合評價(jià)10個(gè)研究對象的生態(tài)效益，以期為芝麻化感品種的選育提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及為芝麻間作模式研究提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試芝麻種子源自江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，為江西省常用育種推廣品種。10個(gè)芝麻品種中白芝麻5種，分別為15001、89-02、S05、贛芝3號、中贛02；黑芝麻5種，分別為B10001、B12001、B4006、B509、武寧里。受體稗草收獲于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院基地。供試間種玉米（高油101）、大豆（東大3號）購于廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。

試驗(yàn)地位于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)場，土壤肥力中等，土壤本底值：有機(jī)質(zhì)（17.7±0.5） g/kg；全氮（1.89±0.07） g/kg；全磷（0.28±0.03） g/kg；全鉀（9.8±0.3） g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 實(shí)驗(yàn)室共培法生物培養(yǎng)測定試驗(yàn)[12]。

稱取滅菌后的潔凈河沙200 g置于口徑9 cm的塑料杯中，播種催芽一致的芝麻種子20顆，用1/2 hoagland培養(yǎng)液濕潤河沙。10種芝麻每種5杯，對照為不種芝麻5杯，共55杯，置于（28±1） ℃，12 h光照條件下培養(yǎng)。每天澆培養(yǎng)液保持河沙濕潤。培養(yǎng)12 d后芝麻長出2～4片真葉，拔去芝麻，種植已催芽且長勢較為一致的稗草種子10顆，7 d后測稗草根長、苗高及鮮重。

1.2.2 大田調(diào)查試驗(yàn)。

農(nóng)場熟地面積1 225 m2（35 m×35 m），深耕耙勻后分為100個(gè)小區(qū)，每小區(qū)面積9 m2（3 m×3 m），設(shè)空白自然長草區(qū)4個(gè)，單種玉米3個(gè)，單種大豆3個(gè)，每個(gè)芝麻品種對應(yīng)設(shè)置芝麻單種3個(gè)，芝麻-玉米間種3個(gè)，芝麻-大豆間種3個(gè)，均采用條播種植方式。大田試驗(yàn)于60 d施用復(fù)合肥1次，不施農(nóng)藥與除草劑。

芝麻、玉米與大豆收獲時(shí)對應(yīng)每小區(qū)內(nèi)按W法各取9株，測定單株產(chǎn)量和地上部植株干重；完全收獲后收割小區(qū)內(nèi)全部雜草地上部。統(tǒng)計(jì)各指標(biāo)間差異，雜草和芝麻地上部干重比較相關(guān)性等，并設(shè)定評價(jià)指標(biāo)體系，綜合評價(jià)10個(gè)芝麻品種的生態(tài)效益。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析法（one-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同數(shù)據(jù)間的差異。采用Excel 2010和SigmaPlot 12.5軟件統(tǒng)計(jì)分析作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)室共培法生物培養(yǎng)測定10個(gè)芝麻品種的化感作用

稗草是芝麻大田常見雜草之一。由表1可以看出，在實(shí)驗(yàn)室共培法條件下，10個(gè)芝麻品種對稗草的化感抑制效應(yīng)差異很大。其中，僅贛芝3號對稗草的根長生長具有抑制作用，與對照相比其根長減少了20.270 mm，差異顯著，其余品種則呈不同程度的促進(jìn)作用，89-02品種促進(jìn)作用達(dá)顯著水平；對稗草苗高影響方面，各品種差異不大，僅B509和中贛02表現(xiàn)出抑制效應(yīng)，與對照相比苗高分別減少了1.597和1339 mm，差異不顯著；對稗草鮮重影響方面，15001和贛芝3號表現(xiàn)出抑制效應(yīng)，但均未達(dá)顯著水平，B10001和89-02則表現(xiàn)出強(qiáng)烈的促進(jìn)效應(yīng)，與對照相比鮮重增加量均為0009 g，差異顯著。從化感影響因子方面看，贛芝3號對稗草根長（-0.225）、苗高（-0.029）和鮮重（-0.049）表現(xiàn)一致的抑制效應(yīng)；15001僅表現(xiàn)對稗草鮮重的抑制效應(yīng)（-0.195）；S05、中贛02和B509則表現(xiàn)出對稗草苗高的抑制效應(yīng)，化感影響因子分別為-0.010、-0.050和-0.060（圖1）。

2.2 大田調(diào)查芝麻生長期田間雜草多樣性

調(diào)查結(jié)果表明，芝麻大田雜草主要有16種（其余雜草數(shù)量極少，調(diào)查小區(qū)內(nèi)沒有出現(xiàn)或者極少出現(xiàn)），不同的芝麻品種差異表現(xiàn)出對雜草種類的抑制效應(yīng)差異較大。由表2可以看出，S05小區(qū)有8種雜草未被發(fā)現(xiàn)或極少發(fā)現(xiàn)，對雜草品種抑制效應(yīng)最強(qiáng)；中贛02小區(qū)中出現(xiàn)了15種，相對抑制效應(yīng)最弱；89-02、B12001、B4006、和B509小區(qū)中各有6種雜草未被發(fā)現(xiàn)或極少發(fā)現(xiàn)；武寧黑芝麻可以抑制4種雜草。此外，馬唐、牛筋草、薺菜和千金子4種雜草在10個(gè)芝麻品種中均被發(fā)現(xiàn)，蓮子草、馬齒莧、王不留行和野莧則在9個(gè)品種出現(xiàn)。

BergerParker優(yōu)勢度指數(shù)特別適合用于群落中優(yōu)勢種的評價(jià)[13]。芝麻作為目標(biāo)農(nóng)作物，研究其品種在農(nóng)田中能否成為優(yōu)勢種具有重要意義。由表2可以看出，有少數(shù)品種芝麻的優(yōu)勢度指數(shù)并沒有比雜草的高，甚至還出現(xiàn)了優(yōu)勢度低于雜草的現(xiàn)象，如S05（0.076）低于千金子（0.135）和薺菜（0810），B10001（0.117）低于薺菜（0.132）等，說明S05和B10001品種與對應(yīng)的雜草品種相比競爭能力較弱。武寧里（0.339）、B4006（0.272）、15001（0.262）則表現(xiàn)出明顯的競爭優(yōu)勢，如武寧里的優(yōu)勢度指數(shù)是其田間優(yōu)勢雜草王不留行（0.082）的4.13倍，B4006與15001與對應(yīng)優(yōu)勢雜草相比也分別是其2.89倍和1.60倍。

依據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，統(tǒng)計(jì)10個(gè)品種處理小區(qū)多樣性指標(biāo)。由表3可以看出，ShannonWinner多樣性指數(shù)值最低的3個(gè)品種分別為S05（1.013）、89-02（1.166）和B12001（1.342），與該指標(biāo)最高值品種B509（1.799）相比，指標(biāo)差額分別達(dá)到0.786、0.633和0.457，說明這3個(gè)品種處理小區(qū)物種多樣性較低，對目標(biāo)作物芝麻生長有利；均勻性指數(shù)用來描述群落中的個(gè)體的相對豐富度或所占比例，與ShannonWinner多樣性指數(shù)規(guī)律較為一致；Simpson優(yōu)勢集中性指數(shù)是一項(xiàng)描述一些占主導(dǎo)地位的物種所占比例的粗略的指標(biāo)。由表3可以看出，指數(shù)值由高到低排列前3位分別是武寧里（0.132）、15001（0.106）和B4006（0.100），分別是最低值中贛02（0030）的4.40倍、3.53倍和3.33倍；Simpson多樣性指數(shù)是指在無限大小的群落中，隨機(jī)取樣得到同樣的2個(gè)標(biāo)本的概率，由表3可以看出，由高到低排列前3位的分別是89-02（22.769）、中贛02（10.008）和贛芝3號（9.079），分別是最低值15001（5.384）的4.229倍、1.859倍和1.686倍。

2.3 大田調(diào)查芝麻產(chǎn)量與收獲后雜草干重

從表4可以看出，10個(gè)芝麻處理小區(qū)雜草生物量均顯著低于對照，且芝麻品種間差異較大，其中89-02（30.833 g）田間雜草干重最小，僅為對照小區(qū)的6.02%；其次為品種武寧里（36.167 g），雜草干重為對照小區(qū)的7.06%，且89-02與武寧里品種之間雜草干重?zé)o顯著差異。芝麻產(chǎn)量各品種差異顯著，產(chǎn)量最高值為武寧里（1 879.667 g），其次為贛芝3號（1 157.667 g）和89-02（1 002.667 g），且3個(gè)品種間產(chǎn)量差異顯著。芝麻秸稈干重各品種間差異較大，但與產(chǎn)量規(guī)律有較小差異，如秸稈干重最高品種為武寧里（4 996.000 g），其次為89-02（4 470.667 g）和贛芝3號（3 767.333 g）。芝麻有效生長（產(chǎn)量/秸稈干重×100%）指標(biāo)值表現(xiàn)為：B10001（59.50%）>B509（44.62%）>武寧里（37.62%）>B12001（33.35%）>S05（32.57%）>贛芝3（30.73%）>15001（25.47%）>中贛02（24.14%）>89-02（22.43%）>B4006（19.92%）。此外，由圖2可以看出，芝麻秸稈干重與雜草干重呈負(fù)指數(shù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.845 3。

2.4 不同芝麻品種對間種玉米和大豆單株生長影響

由表5可以看出，與對照相比，芝麻品種對玉米產(chǎn)量和玉米秸稈干重影響差異不顯著，品種間存在差異，其中間作玉米產(chǎn)量由高到低的芝麻品種前3種分別為B4006（135.9 g）、S05（112.3 g）和B12001（108.2 g），分別是對照玉米（77.9 g）產(chǎn)量的1.74倍、1.44倍和1.39倍；玉米秸稈干重最高值為B4006（231.0 g），是對照（153.7 g）的1.50倍，呈促進(jìn)作用，最低值為B12001（131.0 g），僅為對照的8523%，呈抑制效應(yīng)，且最高值與最低值之間存在明顯差異。芝麻品種對間作大豆產(chǎn)量影響差異較大，最高值為中贛02（10.6 g）和B4006（9.5 g）分別是對照（3.7 g）的2.86倍和2.57倍，呈顯著的促進(jìn)作用，最低值B509（1.6 g ）與贛芝3號（2.3 g）則為對照的43.24%和62.16%，呈顯著的抑制效應(yīng)；對大豆整株干重影響與對照相比差異均不顯著，最高值為品種武寧里（34.8 g）和B10001（34.8 g），是對照的1.77倍，呈促進(jìn)效應(yīng)，僅贛芝3號（14.3 g）1個(gè)品種呈抑制效應(yīng)，為對照的72.59%。

2.5 生態(tài)效益評價(jià)

芝麻化感作用研究最終目標(biāo)是選擇對雜草具有較強(qiáng)化感抑制效應(yīng)的芝麻品種，并將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。該研究以15001品種為參照，其余9個(gè)品種與之相比取相對值，按照圖3評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)分析，評價(jià)因子分為2類，一類為生態(tài)效益增強(qiáng)因子取正值，包括芝麻優(yōu)勢度指數(shù)、均勻性指數(shù)、優(yōu)勢集中性指數(shù)、單種芝麻產(chǎn)量、芝麻秸稈干重、間種玉米產(chǎn)量、大豆產(chǎn)量、玉米秸稈干重、大豆秸稈干重9個(gè)指標(biāo)，另外一類為生態(tài)效益削弱因子取負(fù)值，包括對稗草化感作用中的根長、苗高、鮮重、大田雜草種類、ShannonWinner多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、雜草干重7個(gè)指標(biāo)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出生態(tài)效益為武寧里（1.126）>B10001（0.899）>贛芝3號（0.527）>89-02（0.278）>B509（0098）>中贛02（0.106）>B4006（0.024）>S05（0.041）>15001（0.006）> B12001（-0.063）。說明最適宜推廣的芝麻品種為武寧里，最不適宜推廣的品種為B12001。

3 討論

3.1 不同芝麻品種對稗草的化感作用

有研究表明，芝麻對香附子（Cyperus rotundus）、白茅（Imperata cylindrica L）、鋪地黍（Panicum repens L）等有抑殺作用[5]。該研究中室內(nèi)生物培養(yǎng)測定選擇了芝麻地常見雜草稗草作為受體，試驗(yàn)結(jié)果表明芝麻對稗草具有化感作用，且芝麻品種的差異對稗草的化感抑制效應(yīng)差異很大，僅贛芝3號對稗草的根長、苗高和鮮重表現(xiàn)出一致的化感抑制作用，15001、中贛02和B509則分別表現(xiàn)出對鮮重、苗高的部分化感抑制作用。大田試驗(yàn)中，贛芝3號、中贛02、B10001處理小區(qū)均有發(fā)現(xiàn)極少量稗草，與周忠香[14]研究結(jié)果比較一致，分析原因可能是大田種植作物生長環(huán)境復(fù)雜，贛芝3號等抑稗品種化感物質(zhì)濃度不足以產(chǎn)生抑制效應(yīng)，同時(shí)也證明了芝麻品種差異引起的化感抑草作用效果差異。此外，室內(nèi)試驗(yàn)測定為幼苗期芝麻根系分泌物的化感作用，大田調(diào)查雜草種類時(shí)期為芝麻盛花期，芝麻不同生長周期化感作用的差異也是重要原因。進(jìn)一步以盆栽滅菌土壤驗(yàn)證芝麻品種和生長時(shí)期的差異對受體稗草的影響，將使研究結(jié)果更具科學(xué)意義。

3.2 不同芝麻品種對大田雜草群落的影響

周忠香[14]調(diào)查了解到芝麻地雜草主要以禾本科的馬唐、稗為主，闊葉雜草以莧科為主，出現(xiàn)頻率為38.46%。該研究大田試驗(yàn)調(diào)查結(jié)果表明，芝麻大田雜草主要有16種（其余雜草數(shù)量極少，調(diào)查小區(qū)內(nèi)沒有出現(xiàn)或者極少出現(xiàn)），不同的芝麻品種差異表現(xiàn)出對雜草種類的抑制效應(yīng)差異較大。S05小區(qū)有8種雜草未被發(fā)現(xiàn)或極少發(fā)現(xiàn)，對雜草品種抑制效應(yīng)最強(qiáng)；中贛02小區(qū)中16種雜草出現(xiàn)了15種，相對抑制效應(yīng)最弱。該研究中馬唐、牛筋草、薺菜和千金子4種雜草在10個(gè)芝麻品種中均被發(fā)現(xiàn)，蓮子草、馬齒莧、王不留行和野莧則在10個(gè)芝麻品種中有9個(gè)品種出現(xiàn)，與周忠香[14]研究結(jié)果較為一致。

3.3 不同芝麻品種生態(tài)價(jià)值評價(jià)

衛(wèi)文星等[15]在1994年提出了運(yùn)用模糊權(quán)重法綜合評價(jià)作物品種，認(rèn)為模糊權(quán)重法評價(jià)作物品種的關(guān)鍵在于評價(jià)因素的選取和權(quán)重矩陣的確定。黎華壽等[16]在2000年運(yùn)用綜合指標(biāo)法評價(jià)了稻稻菜菜生態(tài)農(nóng)業(yè)模式配置，側(cè)重于生態(tài)輸出。該研究在生態(tài)價(jià)值評價(jià)體系構(gòu)建中，重點(diǎn)關(guān)注10個(gè)芝麻品種的經(jīng)濟(jì)效益，兼顧間種效益與化感作用，將一級評價(jià)指標(biāo)單種經(jīng)濟(jì)效益權(quán)重設(shè)為0.5，間種經(jīng)濟(jì)效益和大田生態(tài)多樣性各為0.2，對稗草的化感作用權(quán)重指標(biāo)為0.1，與前人品系篩選參考指標(biāo)一致。

4 結(jié)論

該研究結(jié)果表明，10個(gè)芝麻品種對稗草的化感作用、田間雜草的種類和生物量、多樣性指數(shù)、間種玉米和大豆的單株產(chǎn)量等存在差異。通過綜合生態(tài)評價(jià)指標(biāo)體系分析計(jì)算，得出生態(tài)效益最大的為武寧里黑芝麻的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)

[1]樂美旺.芝麻化感作用及其研究進(jìn)展[J].作物雜志，2008（4）：15-16.

[2]MACIAS F A.Allelopathy in search for natural herbicide models[J].ACS Symp Ser，1995，582：310-329.

[3]OVERLAND L.The role of allelopathic substances in the“smother crop”barley[J].American journal of botany，1966，53（5）：423-432.

[4]李威聯(lián)，羅興錄.芝麻稈還田防治水稻病蟲、雜草及提高土壤肥力效應(yīng)的研究[J].廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué)，1994，13（3）：228-232.

[5]李威聯(lián).芝麻生化相克及麻稈還田的效應(yīng)研究[J].耕作與栽培，1990（6）：47-50.

[6]LEATHER G R，EINHELLIG F A.Bioassays in the study of allelopathy[M]//PUTNAM A R，TANG C S.The science of allelopathy.New York：John Wiley & Sons，1986：133-145 .

[7]李麗麗.世界芝麻病害研究進(jìn)展[J].中國油料，1993（2）：75-77.

[8]秦俊豪，聶呈榮，韓萌，等.芝麻化感效應(yīng)的釋放途徑研究[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（4）：1-5.

[9]王進(jìn)闖，潘開文，吳寧.花椒品種間化感效應(yīng)的差異[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，7（25）：1591-1598.

[10]張曉珂，梁文舉，姜勇.東北地區(qū)不同小麥品種對黑麥草的化感作用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，17（7）：1191-1195.

[11]楊雪芳，孔垂華.稗草抗藥性對水稻與稻田雜草種間化學(xué)關(guān)系的影響[C]//中國第七屆植物化感作用學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議指南及論文摘要集.中國植物保護(hù)學(xué)會(huì)植物化感作業(yè)專業(yè)委員會(huì)，2015：56.

[12]FAN W G，YANG H Q.Nutrient deficiency affects root architecture of young seedlings of Malus hupehensis （Pamp） Rehd.under conditions of artificial medium cultivation[J].Agricultural sciences in China，2007，6（3）：296-303.

[13]INGRAM J C.Reference module in earth systems and nvironmental sciences[J].Encyclopedia of ecology，2008：332-334.

[14]周忠香.芝麻地雜草發(fā)生的特點(diǎn)及化學(xué)防治[J].湖北植保，1996（3）：11.

[15]衛(wèi)文星，張紅，衛(wèi)雙玲.芝麻品種的綜合評價(jià)法[J].中國油料，1994，16（3）：19-24.

[16]黎華壽，駱世明.稻稻菜菜生態(tài)農(nóng)業(yè)模式配置與栽培技術(shù)關(guān)鍵[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展，2000（2）：13-15.