曹坳程，顏冬冬，朱文達(dá)，李林，歐陽燦彬，張國云

(1.中國農(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多個國家和地區(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，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，很快會發(fā)展成為優(yōu)勢種，甚至?xí)蔀閱我粌?yōu)勢種群，并分泌化感物質(zhì)，抑制周圍其他植物的生長[8]。紫莖澤蘭的適應(yīng)性極強(qiáng)，在年平均溫度高于10 ℃，相對濕度不低于68%的氣候環(huán)境下均適宜生長[9]。隨著全球氣候變化和溫度的上升，我國長江流域及以北區(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)，長江流域多地均有種植。紫莖澤蘭不斷向北擴(kuò)散，勢必會蔓延到長江流域的小蔥產(chǎn)區(qū)，影響小蔥的生長。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小蔥生長和產(chǎn)量的影響，分析了紫莖澤蘭在小蔥田對光照和水肥的競爭和消耗，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

在小蔥生長期(8月23日)調(diào)查所有處理小區(qū)小蔥的長勢，在每個小區(qū)選取4個樣點(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。在小蔥生長期(9月12日)，天氣晴朗時采用數(shù)字式照度計，選取田間光照強(qiáng)度變化較小的時段(10:00-12:00)分別測量距離地面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)測量4次，取平均值，計算每個采樣點(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，測定小區(qū)產(chǎn)量。小蔥采收后收集每個處理小區(qū)紫莖澤蘭樣品，分別測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定樣品的全磷和全鉀含量，采用烘干法測定樣品中水分含量[12]。

1.4 統(tǒng)計與分析

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、價格及雜草防除費(fèi)用，計算方法為：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代表小蔥市場價格，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小蔥生長和產(chǎn)量的影響

在小蔥生長期，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，小蔥每兜分蘗數(shù)和分株數(shù)比無紫莖澤蘭對照分別減少了93.8%和84.9%。當(dāng)密度為0～60 株·m-2時，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，小蔥產(chǎn)量僅為每兜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 紫莖澤蘭對小蔥生長及產(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 紫莖澤蘭對水肥的積累和田間光照強(qiáng)度的影響

紫莖澤蘭對土壤中養(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，其葉片或莖稈對氮、磷、鉀以及水分的累積量均顯著增加(表3)。紫莖澤蘭對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，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計算紫莖澤蘭的經(jīng)濟(jì)閾值。

2.4 紫莖澤蘭對小蔥經(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，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，就必須進(jìn)行人工除草的方法來控制紫莖澤蘭的發(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)作物和林木競爭水肥、陽光和空間，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)勢種，甚至發(fā)展成單一優(yōu)勢種，并對本地生態(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個主要生態(tài)環(huán)境因子，在年平均溫度大于10 ℃，相對濕度不低于68%，絕對最低溫度-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[9]，隨著全球氣溫的上升，我國長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月為生長旺期，其中高溫高濕的7、8月生長最快[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)，將會對農(nóng)作物的生長帶來一定影響。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小蔥生長和產(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。當(dāng)田間紫莖澤蘭密度較大時，紫莖澤蘭生長繁茂，巨大生物量使得小蔥中下部位無法接受陽光照射，導(dǎo)致小蔥生長空間形成郁閉環(huán)境，不能正常進(jìn)行光合作用，阻礙小蔥的生長。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。

作物與雜草間的競爭是導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低的重要因素，國內(nèi)外有關(guān)雜草與作物競爭的研究已有較多報道，大多采用數(shù)學(xué)模型來描述雜草對作物造成的危害[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)模型來評價紫莖澤蘭對作物的影響[6,7,28]。方焱等在研究中通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整理分析，采用軟件建立模型來預(yù)測紫莖澤蘭對作物造成的經(jīng)濟(jì)損失的風(fēng)險[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爭關(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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