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      紫莖澤蘭對(duì)小蔥生長(zhǎng)的影響及其經(jīng)濟(jì)閾值

      2018-03-01 08:52:58曹坳程顏冬冬朱文達(dá)李林歐陽(yáng)燦彬張國(guó)云
      關(guān)鍵詞:紫莖澤蘭雜草

      曹坳程,顏冬冬,朱文達(dá),李林,歐陽(yáng)燦彬,張國(guó)云

      (1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所,北京 100193; 2.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植保土肥所,湖北 武漢 430064; 3.德宏州農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)工作站, 云南 芒市 678400)

      紫莖澤蘭(EupatoriumadenophorumSpreng)屬于菊科、澤蘭屬的多年生草本植物,原產(chǎn)于南美洲,作為觀賞性植物被引種到歐洲,之后又被引種到澳洲和亞洲。該草遠(yuǎn)距離擴(kuò)散主要通過人為引種和交通運(yùn)輸方式,近距離傳播主要為種子的隨風(fēng)傳播[1]。目前除原產(chǎn)地外,紫莖澤蘭已廣泛分布在全球熱帶和亞熱帶的30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)[2]。紫莖澤蘭約于20世紀(jì)40年代由中緬和中越邊境傳入我國(guó)與其接壤的云南省臨滄地區(qū),之后迅速蔓延[3],現(xiàn)已在西南地區(qū)云南、四川、貴州、廣西等地廣泛分布,并逐步隨風(fēng)向東向北傳播蔓延[4,5]。由于其發(fā)達(dá)的根系和巨大的種子庫(kù),一旦定植很難將其徹底清除。紫莖澤蘭可以入侵農(nóng)田、草地、經(jīng)濟(jì)林地、森林。入侵棉田、花生田,影響棉花和花生的生長(zhǎng)發(fā)育,顯著降低作物的產(chǎn)量[6,7]。紫莖澤蘭入侵后,很快會(huì)發(fā)展成為優(yōu)勢(shì)種,甚至?xí)蔀閱我粌?yōu)勢(shì)種群,并分泌化感物質(zhì),抑制周圍其他植物的生長(zhǎng)[8]。紫莖澤蘭的適應(yīng)性極強(qiáng),在年平均溫度高于10 ℃,相對(duì)濕度不低于68%的氣候環(huán)境下均適宜生長(zhǎng)[9]。隨著全球氣候變化和溫度的上升,我國(guó)長(zhǎng)江流域及以北區(qū)域,如湖北、陜西、河南等省區(qū)也可能是其潛在的適生區(qū)域[10,11]。小蔥(Alliumascalonicum)為百合科蔥屬草本植物,是一種廣泛使用的調(diào)味品,南方多產(chǎn),長(zhǎng)江流域多地均有種植。紫莖澤蘭不斷向北擴(kuò)散,勢(shì)必會(huì)蔓延到長(zhǎng)江流域的小蔥產(chǎn)區(qū),影響小蔥的生長(zhǎng)。本研究通過田間試驗(yàn)采用系列添加的方法,觀察了不同密度紫莖澤蘭對(duì)小蔥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響,分析了紫莖澤蘭在小蔥田對(duì)光照和水肥的競(jìng)爭(zhēng)和消耗,通過模型擬合出不同密度紫莖澤蘭與小蔥產(chǎn)量損失率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,計(jì)算小蔥田的經(jīng)濟(jì)危害允許水平和紫莖澤蘭的經(jīng)濟(jì)閾值,為紫莖澤蘭的精準(zhǔn)防控提供數(shù)據(jù)支撐。

      1 材料與方法

      1.1 材料

      小蔥,又名四季蔥,蔥屬百合科,多年生草本植物,是一種常用調(diào)料,南方多產(chǎn),湖北各地均有種植,選用的小蔥為當(dāng)?shù)厥惺鄣男∈[品種。

      1.2 試驗(yàn)地情況及試驗(yàn)設(shè)置

      試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)置在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥所日光溫室內(nèi)。土壤類型為粘壤土,pH7.2、有機(jī)質(zhì)含量2.7%。小蔥育苗后移栽,株行距10 cm×15 cm, 每兜3~5株,所有處理小區(qū)均采用常規(guī)的栽培管理措施。試驗(yàn)分別設(shè)置8個(gè)不同密度的紫莖澤蘭處理,按照0、1、2、5、10、20、40、60株·m-2的密度,試驗(yàn)開始時(shí)在各小區(qū)人工接種紫莖澤蘭的幼苗,每處理設(shè)置4次重復(fù),小區(qū)之間采用隨機(jī)區(qū)組排列,整個(gè)生育期內(nèi)人工拔除其它干擾雜草。

      1.3 調(diào)查取樣

      在小蔥生長(zhǎng)期(8月23日)調(diào)查所有處理小區(qū)小蔥的長(zhǎng)勢(shì),在每個(gè)小區(qū)選取4個(gè)樣點(diǎn),每點(diǎn)調(diào)查10株小蔥的株高、分蘗數(shù)、分株數(shù)和紫莖澤蘭株高。在小蔥生長(zhǎng)期(9月12日),天氣晴朗時(shí)采用數(shù)字式照度計(jì),選取田間光照強(qiáng)度變化較小的時(shí)段(10:00-12:00)分別測(cè)量距離地面100 cm、小蔥頂部和距離地面15 cm處的光照強(qiáng)度(LIH),每樣點(diǎn)重復(fù)測(cè)量4次,取平均值,計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)的透光率(LPR):LPR/%=LIH×100/LIT。式中LIH為小蔥頂部和距離地面15 cm高度光照強(qiáng)度;LIT為植株頂部光照強(qiáng)度。在小蔥采收期,將所有小區(qū)的小蔥全部收獲,測(cè)定小區(qū)產(chǎn)量。小蔥采收后收集每個(gè)處理小區(qū)紫莖澤蘭樣品,分別測(cè)定紫莖澤蘭葉片和莖干樣品中全氮、全磷、全鉀和水分含量。采用凱氏定氮法測(cè)定樣品全氮含量,通過干灰化法處理后采用電感耦合等離子光譜儀測(cè)定樣品的全磷和全鉀含量,采用烘干法測(cè)定樣品中水分含量[12]。

      1.4 統(tǒng)計(jì)與分析

      所有數(shù)據(jù)均為4次重復(fù)的平均值,多重比較和數(shù)據(jù)擬合均采用SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。顯著性檢驗(yàn)采用重復(fù)測(cè)量單因素方差分析(ANOVA),不同處理間顯著性分析采用鄧肯氏新復(fù)極差法,采用Pearson相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行相關(guān)性分析。對(duì)小蔥產(chǎn)量損失率和紫莖澤蘭不同密度之間進(jìn)行擬合分析,擬合模型采用直線(y=ax+b)、指數(shù)(y=beax)、二次曲線(y=ax2+bx+c)、冪函數(shù)(y=bxa)、對(duì)數(shù)(y=alnx+b)5種擬合方式根據(jù)擬合度和顯著性水平篩選出最優(yōu)的擬合方程。依據(jù)小蔥產(chǎn)量損失率與紫莖澤蘭不同密度的最優(yōu)模型及小蔥生產(chǎn)所允許的產(chǎn)量損失水平確定經(jīng)濟(jì)危害允許水平以及紫莖澤蘭的經(jīng)濟(jì)閾值。經(jīng)濟(jì)危害允許水平(EIL)的影響因素包括小蔥產(chǎn)量、價(jià)格及雜草防除費(fèi)用,計(jì)算方法為:EIL/%=C/(Y×P×E),式中C代表紫莖澤蘭防除成本(藥劑成本和用工),Y代表小蔥的預(yù)期產(chǎn)量,P代表小蔥市場(chǎng)價(jià)格,E為紫莖澤蘭的防除效果。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 不同密度紫莖澤蘭對(duì)小蔥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

      在小蔥生長(zhǎng)期,隨著紫莖澤蘭密度的增加,小蔥每兜分蘗數(shù)和分株數(shù)逐漸減少。當(dāng)密度為60株·m-2時(shí),小蔥每兜分蘗數(shù)和分株數(shù)比無(wú)紫莖澤蘭對(duì)照分別減少了93.8%和84.9%。當(dāng)密度為0~60 株·m-2時(shí),小蔥株高隨著紫莖澤蘭密度的增加而降低,小蔥的鮮重產(chǎn)量也隨紫莖澤蘭密度的增加逐漸降低。密度達(dá)到60株·m-2時(shí),小蔥產(chǎn)量?jī)H為每兜5.3 g,產(chǎn)量損失率達(dá)到93.3%(表1)。通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),紫莖澤蘭密度與小蔥的株高、分蘗數(shù)、分株數(shù)、鮮重產(chǎn)量均呈顯著負(fù)相關(guān)(表2)。

      表1 紫莖澤蘭對(duì)小蔥生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響Table 1 Effect of E.adenophorum density on shallot growth and yield

      注:同列數(shù)據(jù)后相同字母代表5%水平差異不顯著。下同。

      Note: Data within a column followed by the same letter are not significantly different atP=0.05 level.The same below.

      表2 紫莖澤蘭密度與小蔥植株經(jīng)濟(jì)性狀、產(chǎn)量的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis among E.adenophorum density, shallot economic characteristics and yield

      注:表中*和**分別代表相關(guān)性分析在5%和1%水平差異顯著。

      Note: Data in the table followed by*and**stand for correlation analysis are significantly different at levels ofP=0.05和P=0.01, respectively.

      2.2 紫莖澤蘭對(duì)水肥的積累和田間光照強(qiáng)度的影響

      紫莖澤蘭對(duì)土壤中養(yǎng)分具有很強(qiáng)的吸收能力,能夠極大消耗土壤肥力。隨著紫莖澤蘭密度的增加,其葉片或莖稈對(duì)氮、磷、鉀以及水分的累積量均顯著增加(表3)。紫莖澤蘭對(duì)田間的透光率也有顯著影響。田間的透光率隨著紫莖澤蘭密度的增加逐漸降低,當(dāng)紫莖澤蘭發(fā)生密度達(dá)到40、60 株·m-2時(shí),小蔥頂部的透光率僅為6.9%和1.8%(表4)。

      表3 不同密度紫莖澤蘭植株地上部分氮磷鉀及水分含量Table 3 N, P, K and water content of E.adenophorum

      表4 紫莖澤蘭處理對(duì)小蔥田光照強(qiáng)度的影響Table 4 Effect of different density of E.adenophorum on field light intensity

      2.3 小蔥產(chǎn)量損失率與紫莖澤蘭密度的關(guān)系

      通過曲線擬合對(duì)小蔥產(chǎn)量損失率和紫莖澤蘭密度的關(guān)系進(jìn)行分析。結(jié)果表明,冪函數(shù)模型擬合能夠較好地反應(yīng)小蔥產(chǎn)量損失率和紫莖澤蘭密度之間的關(guān)系(圖1)。曲線擬合的決定系數(shù)R2值冪函數(shù)最大為0.981,指數(shù)函數(shù)R2值最小為0.227(表5)。綜合分析曲線擬合的決定系數(shù)、顯著性結(jié)果以及曲線與實(shí)測(cè)值之間的擬合度,發(fā)現(xiàn)冪函數(shù)曲線模型可以較好地反應(yīng)小蔥產(chǎn)量損失率和紫莖澤蘭密度之間的關(guān)系,根據(jù)擬合的結(jié)果選擇冪函數(shù)模型y=2.823x1.069計(jì)算紫莖澤蘭的經(jīng)濟(jì)閾值。

      2.4 紫莖澤蘭對(duì)小蔥經(jīng)濟(jì)危害允許水平及經(jīng)濟(jì)閾值

      小蔥的預(yù)期產(chǎn)量約為15 000 kg·hm-2,湖北地區(qū)小蔥的平均價(jià)格約為5 元·kg-1。目前田間雜草的防除主要通過人工除草和藥劑防控,人工除草一般需要3次,費(fèi)用約為2 000元·hm-2。采用除草劑進(jìn)行防除時(shí)除藥劑費(fèi)用外還需要施藥人工費(fèi)用。采用41%草甘膦異丙胺鹽水劑的防治費(fèi)用合計(jì)為225 元·hm-2。顯然,不同除草措施的作物經(jīng)濟(jì)危害允許存在一定差異,采用人工除草和41%草甘膦異丙胺鹽水劑防除紫莖澤蘭時(shí),小蔥田的經(jīng)濟(jì)危害允許水平分別為3.33%、0.32%。根據(jù)經(jīng)濟(jì)危害允許水平,由擬合的小蔥產(chǎn)量損失率與紫莖澤蘭密度的冪函數(shù)模型y=2.823x1.069計(jì)算出的紫莖澤蘭密度即為相應(yīng)除草措施的經(jīng)濟(jì)閾值。人工除草的經(jīng)濟(jì)閾值為1.17株·m-2,即當(dāng)紫莖澤蘭發(fā)生密度達(dá)到1.17 株·m-2以上時(shí),就必須進(jìn)行人工除草的方法來(lái)控制紫莖澤蘭的發(fā)生;而41%草甘膦異丙胺鹽水劑的經(jīng)濟(jì)閾值較低,僅為0.13 株·m-2(表6)。

      圖1 小蔥產(chǎn)量損失率與紫莖澤蘭密度的曲線擬合Fig.1 Curve fit between yield loss of shallot and E.adenophorum density

      Table5 Regression analysis between yield loss of shallot andE.adenophorumdensity

      擬合方式Fitmethod回歸模型Regressionmodel決定系數(shù)R2顯著性差異Significancedifference直線函數(shù)y=14.719+1.545x0.8830.0005對(duì)數(shù)函數(shù)y=36.650+6.106Inx0.5260.0416二次函數(shù)y=5.962+3.431x-0.033x20.9770.0001冪函數(shù)y=2.823x1.0690.9810.0000指數(shù)函數(shù)y=1.140e0.1004x0.2270.2328

      表6小蔥田不同除草措施的經(jīng)濟(jì)危害允許水平和經(jīng)濟(jì)閾值

      Table6 Economic injury level and economic threshold of weed control measures in shallot fields

      防除措施Controlmeasure防除費(fèi)用/元·hm-2Cost防除效果/%Efficacy經(jīng)濟(jì)危害允許水平/%Economicinjurylevel經(jīng)濟(jì)閾值/株·m-2Economicthreshold人工除草2000803.331.1741%草甘膦異丙胺鹽水劑225950.320.13

      3 結(jié)論與討論

      紫莖澤蘭入侵農(nóng)田和林地與農(nóng)作物和林木競(jìng)爭(zhēng)水肥、陽(yáng)光和空間,致使作物和林木的減產(chǎn),造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[13]。紫莖澤蘭一旦入侵,便很快成為群落中的優(yōu)勢(shì)種,甚至發(fā)展成單一優(yōu)勢(shì)種,并對(duì)本地生態(tài)系統(tǒng)造成一定危害,導(dǎo)致生物多樣性喪失[14]。有研究發(fā)現(xiàn)空氣濕度和溫度是影響紫莖澤蘭發(fā)生的2個(gè)主要生態(tài)環(huán)境因子,在年平均溫度大于10 ℃,相對(duì)濕度不低于68%,絕對(duì)最低溫度-11.5 ℃以上,最高氣溫不超過35 ℃,最冷月平均溫度6 ℃以上的氣候環(huán)境條件下均能生長(zhǎng)[9],隨著全球氣溫的上升,我國(guó)長(zhǎng)江流域及以北的地區(qū),如湖北、山西、陜西、河南都是紫莖澤蘭的潛在入侵區(qū)域[11]。紫莖澤蘭新枝的萌發(fā)是從每年5月開始,至9月為生長(zhǎng)旺期,其中高溫高濕的7、8月生長(zhǎng)最快[15,16],在此條件下紫莖澤蘭分枝多、株型高大,較強(qiáng)的水肥光利用效率[17],如入侵農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),將會(huì)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)帶來(lái)一定影響。本研究通過田間試驗(yàn)采用系列添加的方法,分析了不同密度紫莖澤蘭對(duì)小蔥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明小蔥分蘗數(shù)隨著紫莖澤蘭密度的增加呈減少趨勢(shì)。當(dāng)田間紫莖澤蘭密度較大時(shí),紫莖澤蘭生長(zhǎng)繁茂,巨大生物量使得小蔥中下部位無(wú)法接受陽(yáng)光照射,導(dǎo)致小蔥生長(zhǎng)空間形成郁閉環(huán)境,不能正常進(jìn)行光合作用,阻礙小蔥的生長(zhǎng)。小蔥的分蘗數(shù)直接影響著產(chǎn)量的高低,紫莖澤蘭密度的增加顯著降低了小蔥的分蘗數(shù),是導(dǎo)致小蔥產(chǎn)量顯著降低的主要原因。有研究表明紫莖澤蘭入侵后,土壤中的速效氮磷鉀會(huì)顯著降低,從而使得土壤肥力大幅下降[18],影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的組成[19~21],導(dǎo)致土壤嚴(yán)重退化,因此紫莖澤蘭對(duì)田間養(yǎng)分和水分的累積和消耗也可能是導(dǎo)致小蔥減產(chǎn)的重要原因。

      作物與雜草間的競(jìng)爭(zhēng)是導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低的重要因素,國(guó)內(nèi)外有關(guān)雜草與作物競(jìng)爭(zhēng)的研究已有較多報(bào)道,大多采用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述雜草對(duì)作物造成的危害[22]。本研究結(jié)果顯示,湖北地區(qū)小蔥產(chǎn)量損失率與紫莖澤蘭密度之間的關(guān)系符合冪函數(shù)模型y=2.823x1.069。小蔥田采用人工除草和41%草甘膦異丙胺鹽水劑防除紫莖澤蘭經(jīng)濟(jì)危害允許水平分別為3.33%、0.32%,經(jīng)濟(jì)閾值則分別為1.17、0.13株·m-2。通過化學(xué)方法防治紫莖澤蘭仍然是主要方法之一,具有效果好、成本低的優(yōu)點(diǎn)[23,24]。人工借助機(jī)械進(jìn)行防除也是十分有效的防除方法之一。此外生物替代控制的方法近年來(lái)也被廣泛推廣應(yīng)用,不僅能夠有效控制紫莖澤蘭的危害,而且能夠取得較大的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益[25~27]。早期針對(duì)大蒜、茄子、花生和棉花田紫莖澤蘭的經(jīng)濟(jì)閾值研究中,提出了雙曲線函數(shù)模型和冪函數(shù)模型來(lái)評(píng)價(jià)紫莖澤蘭對(duì)作物的影響[6,7,28]。方焱等在研究中通過對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整理分析,采用軟件建立模型來(lái)預(yù)測(cè)紫莖澤蘭對(duì)作物造成的經(jīng)濟(jì)損失的風(fēng)險(xiǎn)[29]。Cousens[30]在早期研究中構(gòu)建了作物產(chǎn)量損失和雜草密度的矩形雙曲線模型,模型中的主要特征參數(shù)都能反映一定實(shí)際的生物學(xué)意義,且具有較高的準(zhǔn)確性和廣泛的實(shí)用性。不同防控措施的經(jīng)濟(jì)閾值除直接與作物產(chǎn)量、產(chǎn)品價(jià)格、防除效果和防除成本有關(guān)外,還受許多其他因素的影響,如不同地區(qū)、環(huán)境氣候因子、雜草群體的發(fā)生規(guī)律等,因此在對(duì)紫莖澤蘭的實(shí)際防治中,具體經(jīng)濟(jì)閾值的選擇還需結(jié)合生態(tài)學(xué)的理論,研究作物與雜草的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,制定出適合本地區(qū)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)閾值,為雜草的科學(xué)防控提供理論依據(jù)。

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