韓睿,張全成,王小麗,林萍,魏迎鳳,王俊剛
(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆綠洲農(nóng)業(yè)病蟲害治理與植保資源利用重點試驗室,新疆石河子 832003)
【研究意義】龍葵(Solanum nigrumL.),茄科茄屬植物,一年生雙子葉惡性雜草。成株高大、莖粗、分枝多,與棉花競爭生長空間[1],部分果實成熟時期與棉花吐絮期重疊,導(dǎo)致棉花采收時其漿果污染棉絲。當(dāng)前新疆棉田龍葵的發(fā)生量在逐年增多[2],局部危害持續(xù)加重[3],已上升為新疆部分區(qū)域棉田的主要雜草[4,5]。研究龍葵對棉花生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,分析龍葵的經(jīng)濟危害允許水平和經(jīng)濟閾值,對棉田龍葵防治有重要意義?!厩叭搜芯窟M展】雜草與作物在競爭過程中,其密度是重要因素[6]。黃頂菊密度超過0.5株/m 行長時,棉花莖粗減小,且蕾鈴數(shù)、果枝數(shù)等產(chǎn)量因子顯著降低[7];三裂葉豚草與棉花競爭生長,密度達到0.2 株/m2行長時,棉花株高抑制率達13%[8];在紫荊澤蘭的競爭干擾下,棉花單株鈴數(shù)隨著紫荊澤蘭密度的增加而逐漸降低[9];田旋花密度達到3~5 株/m2時,產(chǎn)量指標(biāo)均顯著低于空白對照[10];扁稈藨草種群密度超過20 株/m2時,會顯著降低棉花產(chǎn)量[11];龍葵與棉花也存在種群密度競爭,影響棉花生長發(fā)育指標(biāo)和生理指標(biāo)[12]。【本研究切入點】龍葵是棉田的惡性雜草,嚴重危害棉花生長發(fā)育。在龍葵與棉花競爭過程的研究中,關(guān)于其經(jīng)濟危害允許水平及其經(jīng)濟閾值尚不清楚。需研究棉田龍葵對棉花生長和產(chǎn)量性狀的影響及其防治經(jīng)濟閾值?!緮M解決的關(guān)鍵問題】研究不同密度龍葵下的棉花生長、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和纖維品質(zhì),構(gòu)建龍葵密度對棉花產(chǎn)量損失率的最優(yōu)回歸模型,分析其經(jīng)濟危害允許水平和經(jīng)濟閾值,為棉田龍葵有效防除提供理論依據(jù)。
供試棉花品種為新陸早60號。
選取石河子大學(xué)試驗場多年連作棉田為試驗地,壤土,肥力中上,于4月19日播種棉花。小區(qū)面積為2.3 m×1 m,雜草出苗后保留龍葵,清除其它雜草,5月25日將龍葵定植為6個密度,分別為0、1、4、7、10、15 株/m2,龍葵密度多則拔除,少則移栽,龍葵與棉花共同生長,除雜草之外的其它管理措施均按當(dāng)?shù)卮筇镎_M行,期間10 d拔除其它雜草1次。每個處理重復(fù)3次。8月3日測定棉花株高、莖粗和主莖節(jié)數(shù),棉花采收時測定鈴數(shù)、單鈴重、衣分、纖維長度等。
數(shù)據(jù)采用MSExcel和SPSS20.0軟件進行統(tǒng)計和顯著性分析。對不同密度龍葵與棉花產(chǎn)量測定值進行回歸分析,主要采用直線(y=ax+b)、對數(shù)(y=alnx+b)、二次曲線(y=ax2+bx+c)、冪函數(shù)(y=bxa)和指數(shù)(y=beax)模型等5種數(shù)學(xué)模型,依據(jù)其相關(guān)程度篩選出最佳的擬合模型,根據(jù)龍葵密度與棉花產(chǎn)量損失的相關(guān)模型和棉花生產(chǎn)所允許的產(chǎn)量損失水平,確定棉花的經(jīng)濟危害允許水平及經(jīng)濟閾值。經(jīng)濟危害允許水平(EIL)=[CC/(Y×P×E)]×100%,其中,CC為雜草防除費用,Y為棉花產(chǎn)量,P為棉花價格,E為防除效果。
研究表明,龍葵對棉花的株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)存在影響,且各指標(biāo)隨密度的增加而呈現(xiàn)降低趨勢。不同密度龍葵抑制棉花株高,密度≥4 株/m2時,影響顯著(P<0.05),對照與1、4株/m2與7、10與15 株/m2之間無顯著差異(P>0.05)。密度≥7株/m2時,莖粗顯著變?。≒<0.05),其中15株/m2時,莖粗最小,為0.73 cm。棉花主莖節(jié)數(shù)當(dāng)龍葵密度<7 株/m2時,與0、1、4 株/m2之間不存在顯著差異(P>0.05),7 與10 株/m2無顯著差異(P>0.05),15株/m2時主莖節(jié)數(shù)最少(P<0.05)。表1
表1 不同密度龍葵下棉花農(nóng)藝性狀變化Table 1 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on agronomic characters of cotton
研究表明,不同密度龍葵對棉花不同部位結(jié)鈴數(shù)影響明顯。龍葵密度為15 株/m2時,棉花整株不結(jié)鈴。當(dāng)龍葵密度≤10株/m2時,棉花上部鈴鈴數(shù)之間無顯著差異(P>0.05);對于中部鈴,各處理與對照存在顯著差異(P<0.05),其中10 株/m2最少,為1.00個;棉花在龍葵密度10株/m2時無下部鈴,而龍葵密度為7 株/m2時,顯著低于對照(P<0.05),為1.00個。圖1
圖1 不同密度龍葵下棉花不同部位結(jié)鈴變化Fig.1 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on number of bolls in different parts of cotton
研究表明,龍葵對棉花不同部位單鈴重?zé)o顯著影響(P>0.05)。其中上部鈴在7 株/m2時,單鈴重最大,為5.48 g。中部鈴在10 株/m2時,單鈴重最大,為5.53 g。下部鈴在7株/m2時,單鈴重最大,為5.46 g。圖2
圖2 不同密度龍葵下棉花不同部位單鈴重變化Fig.2 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on the single boll weight in different parts of cotton
研究表明,不同密度龍葵對棉花產(chǎn)量影響顯著,且棉花產(chǎn)量隨著龍葵密度的增加而呈現(xiàn)遞減趨勢。棉花經(jīng)龍葵脅迫后,試驗組與對照相比,產(chǎn)量減少3 461.33、4 181.99、4 428.12、4 701.04 kg/hm2(P<0.05)。龍葵密度為1 株/m2時,與0、4 株/m2相比,衣分含量無顯著差異(P>0.05),與7、10、15 株/m2相比,衣分含量存在顯著差異(P<0.05),龍葵密度7 株/m2時,衣分含量最低,為38.23%。隨著龍葵密度的增加,產(chǎn)量損失率逐漸遞增,1 株/m2時棉花產(chǎn)量損失率最小,為60.92%。15 株/m2時產(chǎn)量損失率最大,達到100.00%。表2
表2 不同密度下龍葵對棉花產(chǎn)量變化Table 2 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on yield of cotton
研究表明,不同密度龍葵對棉花品質(zhì)指標(biāo)存在影響,纖維長度和纖維整齊度之間無顯著差異(P>0.05)。龍葵密度為1 株/m2時,棉花短纖維指數(shù)最大,為13.20%,相較于其它處理之間存在顯著差異(P<0.05)。龍葵密度為10 株/m2時,棉花纖維強度最小(P<0.05),為28.28 cN/tex。表3
表3 不同密度下龍葵對棉花品質(zhì)指標(biāo)變化Table 3 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on quality of cotton
研究表明,對數(shù)和冪函數(shù)模型的擬合效果最好,其次為線性和二次曲線模型,指數(shù)曲線的擬合效果最差。5種擬合模型的R2依次為對數(shù)>冪函數(shù)>直線>二次曲線>指數(shù),F(xiàn)檢驗,指數(shù)、二次曲線、直線3種模型的擬合效果低(P>0.05)。對數(shù)模型y=12.594 ln(x)+ 58.025(R2=0.981;F=208.501;P=0.000 1)擬合效果最佳,能較好地表示棉花產(chǎn)量損失率與龍葵密度之間的關(guān)系。表4
表4 不同密度龍葵與棉花產(chǎn)量損失的回歸分析Table 4 Regression analysis between Solanum nigrum L.and cotton yield loss
研究表明,龍葵的經(jīng)濟危害允許水平因防除措施的不同而存在差異,人工除草對應(yīng)的經(jīng)濟危害水平為4.98%,96%精異丙甲草胺EC 防除龍葵對應(yīng)的經(jīng)濟危害水平為6.30%。圖3
圖3 不同密度龍葵與棉花產(chǎn)量損失的曲線擬合Fig.3 Curve fit of Solanum nigrum L.density and yield loss of cotton
由擬合的棉花產(chǎn)量與龍葵密度的關(guān)系模型y=12.594 ln(x)+58.025 得出棉花田防治龍葵的相應(yīng)經(jīng)濟閾值。人工拔除龍葵的經(jīng)濟閾值為0.016 株/m2,96%精異丙甲草胺EC 防除龍葵的經(jīng)濟閾值為0.017株/m2。表5
表5 龍葵的經(jīng)濟危害允許水平及經(jīng)濟閾值Table 5 The economic infestation level and economic threshold of Solanum nigrum L.
雜草是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中植物多樣性的重要組成部分,與作物競爭水、肥、空間和光照等,影響作物農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量品質(zhì)[14,15]。在反枝莧與棉花競爭時,隨著反枝莧密度增加,棉花莖粗、果枝數(shù)、鈴數(shù)和單鈴重明顯減小,產(chǎn)量也明顯下降[16]。當(dāng)棉田中田旋花密度達到3~5 株/m2時,棉花產(chǎn)量指標(biāo)顯著低于對照[10]。在黃頂菊的競爭干擾下,棉花產(chǎn)量隨黃頂菊密度的增加逐漸降低[17]。試驗結(jié)果表明,隨著棉田龍葵密度增加,棉花株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)均呈遞減趨勢,產(chǎn)量也顯著降低。且棉株中部鈴數(shù)量相較于對照存在顯著差異,當(dāng)龍葵密度為1 株/m2時,產(chǎn)量損失率達60.92%;在15 株/m2時棉花不結(jié)鈴。棉花品質(zhì)是評價棉花優(yōu)劣的重要指標(biāo)[18,19],在雜草脅迫與競爭下,棉花纖維品質(zhì)也會受到一定影響[20]。高密度假高粱會導(dǎo)致棉花部分纖維品質(zhì)指標(biāo)下降,但影響程度不盡相同[21]。試驗研究表明,不同密度龍葵對棉花纖維整齊度和纖維長度無顯著影響,而對短纖維指數(shù)和纖維強度存在顯著影響,但沒有發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性。
雜草經(jīng)濟閾值的研究多采用數(shù)學(xué)模型描述雜草與作物的競爭關(guān)系[22]。研究紫荊澤蘭密度與湖北地區(qū)棉花產(chǎn)量的關(guān)系,其損失率符合冪函數(shù)模型y=3.049x1.031[9];比較好地擬合了黃頂菊與棉花產(chǎn)量損失關(guān)系,其模型則是對數(shù)函數(shù)y=22.79 ln(x)+9.027 7[7]。已知試驗區(qū)域2019年棉花產(chǎn)量(Y)為5 400.00 kg/hm2,籽棉收購價(P)為4.7 元/kg,人工除草費用平均一次300 元/hm2,棉花生長過程中共每年平均除草4 次,龍葵的人工防除費用(CC)為1 200 元/hm2,防除效果(E)為95.00%。進行化學(xué)防除時,藥劑費用和施藥用工總計約546.0元/hm2,藥效在75.00%左右[13]。研究結(jié)果表明,新疆北疆地區(qū)棉花產(chǎn)量損失率與龍葵密度符合對數(shù)模型y=12.594 ln(x)+58.025。當(dāng)采用人工拔除田間龍葵時,其經(jīng)濟閾值為0.016株/m2;采用96%精異丙甲草胺EC 進行滴灌除草時,其經(jīng)濟閾值為0.017 株/m2。龍葵對棉花生產(chǎn)的影響顯著,應(yīng)早發(fā)現(xiàn)早防除。至于其他區(qū)域龍葵防治經(jīng)濟閾值,尚需結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素、物候條件、管理水平制定適宜當(dāng)?shù)氐姆乐尾呗耘c防治指標(biāo)。
龍葵與棉花競爭過程中,棉花的株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)隨龍葵密度的增加而降低,棉花中部結(jié)鈴數(shù)、產(chǎn)量和品質(zhì)等經(jīng)濟性狀均受到顯著影響,龍葵密度達到15 株/m2時,棉花產(chǎn)量損失率為100%。新疆石河子棉花產(chǎn)量損失率與龍葵密度符合對數(shù)函數(shù)y=12.594 ln(x)+58.025,龍葵人工防除的經(jīng)濟危害允許水平為4.98%,經(jīng)濟閾值為0.016株/m2(即田間密度為160株/hm2時需人工防除)。