李 茹， 陳國奇， 張玉華， 劉慶虎， 張 凱， 董立堯

(1.江蘇徐淮地區(qū)淮陰農業(yè)科學研究所，江蘇 淮安 223001; 2.南京農業(yè)大學植物保護學院/農作物生物災害綜合治理教育部重點實驗室，江蘇 南京 210095)

隨著水稻輕型栽培技術的大面積推廣和選擇性除草劑的大量使用，千金子(Leptochloachinensis)在南方稻區(qū)的危害加重，并已經成為僅次于稗屬雜草(Echinochloaspp.)的惡性雜草，嚴重威脅著水稻生產[1-7]。在水直播稻田，千金子發(fā)生量1 m210株即可導致水稻減產50%，發(fā)生量1 m250株即可導致水稻減產89%[4]。千金子是一年生禾本科雜草，在中國主要分布于長江流域及其以南各個省份，陜西省亦有分布[8]。千金子種子萌發(fā)適宜較高的溫度條件(15 ℃以上)[9-11]，出苗時間基本與直播稻同步，分蘗及繁殖能力強，但整個生育期總積溫較低，因此千金子與水稻共生時間長、爭水肥能力強，并且其種子在水稻收獲前就已成熟、落粒至田間[3,5]。此外，千金子對許多水稻田常用除草劑不敏感[12]，并且已經對其專殺除草劑氰氟草酯產生了抗藥性[13]。因此，水稻田千金子危害防控需要更多的關鍵技術。

利用化感作用和秸稈覆蓋控制雜草是重要的綠色控草技術[14-17]。小麥、油菜秸稈覆蓋還田可因化感作用和物理阻礙而控制后茬作物田間雜草的生長發(fā)育。董立堯等的研究結果表明，揚麥158莖和根的水提取液對千金子的抑制作用非常明顯，其中化感物質主要為有機酸，因此在收割前茬小麥時可采取高留稈且旋耕耙田上水泡3 d左右的措施防控直播稻田雜草[18]。秸稈覆蓋可截斷雜草的光資源，抑制其生長，進而減少化學除草劑的施用[19]。水稻秸稈6 000 kg/hm2覆蓋麥田可顯著減少雜草危害并使小麥增產[20]。稻田覆蓋小麥秸稈4 000 kg/hm2可使田間禾本科雜草和闊葉雜草密度分別降低46%和71%，并使水稻增產22%[21]。并且，已有許多研究結果表明，前茬作物秸稈適量還田通常不影響當茬作物的出苗和生長[17,20-22]，反而能通過多方面的作用促進作物增產[5,9,16-17]。但也有研究者發(fā)現秸稈覆蓋可能會導致除草劑的藥效下降，不利于某些雜草的殺除[23]。因此，欲在水稻田采用前茬作物秸稈還田方法降低千金子危害，需明確前茬作用秸稈對千金子種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用。

本研究以濾紙培養(yǎng)皿法分析江蘇地區(qū)5個品種小麥和5個品種油菜秸稈水浸提液對千金子種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，并模擬秸稈覆蓋，探討其對對千金子和水稻萌發(fā)及生長的影響，以期為明確和完善秸稈還田控草技術提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

油菜及小麥秸稈均于2013年6月田間成熟收獲后采集，其中油菜品種為史立豐、寧雜21、浙油、滬油、秦油10號，小麥品種分別為寧麥13、寧麥17、鄭麥9023、淮麥20、揚麥13。千金子種子2012年采自于連云港市贛榆縣休閑田，水稻種子為武運粳21(市購)。土壤取自南京城郊農田，經與有機栽培基質按1∶1比例混勻、風干后備用。

1.2 小麥和油菜秸稈水浸提液對千金子萌發(fā)及生長的影響試驗

分別將5種油菜和5種小麥秸稈洗凈、曬干后粉碎，分別按照1∶10、1∶15的質量比加無菌蒸餾水，于25 ℃振蕩24 h，用4層紗布過濾后分別得到相應的秸稈水浸提液(濃度分別記為0.100 g/ml、0.067 g/ml)，用0.067 g/ml水浸提液再分別配制0.033 g/ml、0.017g/ml的水浸提液，備用。采用濾紙培養(yǎng)皿法[11]，將千金子種子先用0.5% NaClO溶液浸泡10 min，無菌蒸餾水沖洗干凈，在直徑10 cm培養(yǎng)皿中鋪墊2層濾紙，每皿放置20粒千金子種子，加入10 ml秸稈浸提液，光照培養(yǎng)箱內培養(yǎng)(培養(yǎng)溫度為白天30 ℃，夜間25 ℃，白天和夜間時間各12 h)。用清水作對照，每組處理4次重復。10 d后記錄萌發(fā)種子數，測定根長、芽長，計算種子萌發(fā)率、萌發(fā)抑制率。

1.3 小麥和油菜秸稈覆蓋對千金子和水稻出苗及幼苗生長的影響試驗

選取直徑為14 cm、高9 cm的塑料碗，裝約4 cm深(面積為0.011 5 m2)的土壤，分別播入20粒千金子種子和20粒水稻種子，覆蓋薄層細土，用下滲法將土壤濕潤。然后將0.5 cm長秸稈分別均勻覆蓋在塑料碗中，秸稈覆蓋梯度為每碗0 g、2.5 g、4.5 g、6.5 g、8.5 g，每個梯度4個重復。將塑料碗放入培養(yǎng)箱中(培養(yǎng)條件同方法1.2)，20 d后測量種子萌發(fā)率、株高、根長及地上鮮質量。

1.4 數據統(tǒng)計分析

種子萌發(fā)率計算公式：種子萌發(fā)率=(萌發(fā)種子數/供試種子數)×100%；萌發(fā)、根長、芽長抑制率計算公式：抑制率=[(對照組數值-處理組數值)/對照組數值]×100%。

化感指數(RI)[23-24]計算公式：處理組數值(T)大于或等于對照組數值(C)時，RI=1-C/T；處理組數值(T)小于對照組數值(C)時，RI=T/C-1。RI值介于-1至1之間時，RI的絕對值越大表示化感作用越強，RI>0為促進，RI<0為抑制[24-25]。

采用SPSS16.0軟件對不同秸稈覆蓋量處理下千金子萌發(fā)率、根長抑制率和芽長抑制率分別進行單因素方差分析(LSD法)。

2 結果與分析

2.1 小麥和油菜秸稈水浸提液對千金子種子萌發(fā)的影響

從供試的油菜和小麥品種看，總體而言油菜秸稈水浸提液對千金子種子萌發(fā)抑制作用強于小麥秸稈水浸提液，其中滬油、史立豐、浙油等品種對千金子種子萌發(fā)的抑制作用明顯(圖1)。史立豐抑制作用最強，0.100 g/ml濃度處理對千金子種子的萌發(fā)抑制率達到95%，0.067 g/ml濃度處理對千金子種子的萌發(fā)抑制率高達92.5%。0.100 g/ml滬油、浙油秸稈水浸提液對千金子種子的萌發(fā)抑制率也分別達到80.0%和58.8%。供試的小麥品種中，僅鄭麥6023表現出對千金子種子萌發(fā)具有明顯的抑制作用，在0.100 g/ml濃度下對千金子種子萌發(fā)的抑制率為61.3%。

圖1 不同油菜和小麥品種秸稈水浸提液對千金子種子萌發(fā)的抑制作用Fig.1 Inhibition of aquatic straw extract solutions of different varieties of oilseed rape and wheat on seed germination of Leptochloa chinensis

2.2 小麥和油菜秸稈水浸提液對千金子幼苗生長的影響

5個品種油菜秸稈水浸提液均對千金子幼苗根生長具有抑制作用(圖2)。其中0.100 g/ml水浸提液處理下，滬油、史立豐、秦油10號、浙油、寧雜21對千金子幼苗根生長的化感指數分別達到-0.91、-0.99、-0.91、-1.00、-0.79，對千金子幼芽生長的化感指數分別達到-0.87、-0.97、-0.03、-0.62、-0.01；0.067 g/ml水浸提液處理下，對千金子幼苗根生長的化感指數分別達到-0.38、-0.99、-0.46、-0.99、-0.25。在5個小麥品種中，平均化感指數最大的是鄭麥9023，揚麥13無抑制效果(圖2)。0.100 g/ml水浸提液處理下，寧麥17、揚麥13、鄭麥9023、淮麥20、寧麥13對千金子幼苗根生長的化感指數分別為-0.83、-0.13、-0.90、-0.63、-0.66，但對千金子幼苗幼芽生長的化感指數分別為0.11、0.17、-0.65、0.14、0.24?？梢?，除鄭麥9023外，其他4個小麥品種秸稈水浸提液可促進千金子幼芽的生長。

圖2 不同品種小麥和油菜秸稈浸提液對千金子幼苗生長的化感指數Fig.2 Allelopathic indices of aquatic straw extract solutions of different varieties of wheat and oilseed rape on Leptochloa chinensis seedling growth

2.3 小麥秸稈覆蓋對千金子和水稻出苗及幼苗生長的影響

用對千金子種子萌發(fā)、幼苗抑制效果較好的鄭麥9023秸稈進行覆蓋試驗。無秸稈覆蓋時，千金子種子出苗率為91.25%，水稻種子出苗率為98.75%。隨著秸稈覆蓋量從0.14 kg/m2增加到0.48 kg/m2，千金子種子出苗率急劇下降至18.75%，根長、芽長抑制率分別為88.97%和89.87%(表1)。0.37 kg/m2秸稈覆蓋量對千金子出苗、幼苗根和芽生長的抑制率達80%以上。同時鄭麥9023秸稈覆蓋對供試水稻出苗和幼苗生長無顯著影響，甚至在0.48 kg/m2的秸稈覆蓋量下對水稻生長具有一定的促進作用。

表1鄭麥9023小麥秸稈覆蓋對千金子和水稻出苗及幼苗生長的影響

Table1EffectofwheatZhengmai9023stubblecoverageonseedlingemergenceandgrowthofLeptochloachinensisandrice

秸稈覆蓋量(kg/m2)出苗率(%)千金子水稻根長抑制率(%)千金子水稻芽長抑制率(%)千金子水稻091．25a98．75----0．1486．25a97．50a46．06c7．53a29．95c10．18a0．2548．75b96．75a64．49b4．84a62．43b12．71a0．3728．75c95．00a82．95a-2．22a84．42a12．38a0．4818．75c93．44a88．97a7．31a89．87a13．43a

同一列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.4 油菜秸稈覆蓋對千金子和水稻出苗及幼苗生長的影響

用對千金子種子萌發(fā)、出苗抑制作用較強的油菜品種史立豐秸稈進行覆蓋試驗。隨著秸稈覆蓋量從0.14 kg/m2增加到0.48 kg/m2，千金子種子出苗率急劇下降至21.25%，根長、芽長被抑制率分別為88.03%和86.94%，綜合化感指數達到-0.71(表2)。史立豐油菜秸稈覆蓋對供試的水稻種子出苗和幼苗生長無顯著影響。

表2史立豐油菜秸稈覆蓋量對千金子和水稻出苗及幼苗生長的影響

Table2EffectofoilseedrapeShilifengstubblecoverageonseedlingemergenceandgrowthofLeptochloachinensisandrice

秸稈覆蓋量(kg/m2)出苗率(%)千金子水稻根長抑制率(%)千金子水稻芽長抑制率(%)千金子水稻091．25a98．75----0．1461．25b98．75a61．32b7．53a49．47b-0．88a0．2542．50bc93．50a67．43ab4．84a62．77b-1．60a0．3738．75bc89．50a72．48ab-2．22a62．83b-1．42a0．4821．25c87．25a88．03a7．31a86．94a-0．98a

同一列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

3 討 論

化感作用是自然界普遍存在的一種現象，利用化感作用控制雜草己成為雜草綠色防除領域的重要研究內容[1,14,20，26-28]。前茬作物秸稈還田可因覆蓋作用及潛在的化感作用影響雜草的萌發(fā)生長[29]。王國忠等研究結果表明秸稈還田能推遲并縮短雜草的發(fā)生高峰期[30]。高婷等研究結果表明小麥秸稈全量還田可以推遲禾本科雜草5 d出苗并且雜草發(fā)生量顯著減少[31]。本研究發(fā)現小麥、油菜秸稈水浸提液對千金子的種子萌發(fā)和生長有一定的抑制作用，但不同品種秸稈水浸提液對千金子根長與芽長的影響存在明顯差異，供試油菜品種對千金子的抑制作用較供試小麥品種強，油菜品種史力豐和浙油、小麥品種鄭麥9023對千金子的種子萌發(fā)和生長具有較好的抑制作用，并且抑制作用隨著水浸提液濃度的上升而逐漸增強，具有明顯的濃度效應。由于水直播稻田前期水分較為充足，因此可以通過深旋耕將前茬作物秸稈絞碎混入土壤中，上水泡田 2～3 d，浸出化感物質，然后待稻田里的水自然落干后將催芽露白的稻種播下，利用前茬作物秸稈浸出的化感物質來控制千金子。

秸稈覆蓋對后茬作物雜草也有明顯的抑制作用。一方面秸稈覆蓋對喜光雜草的生長產生抑制作用，從而促進作物生長。范丙全等調查發(fā)現與不覆蓋對照相比，棉花花蕾期覆蓋秸稈可有效降低田間雜草數量，促進棉花生長發(fā)育[32]。另一方面，覆蓋的秸稈釋放出的次生代謝物質也會抑制雜草的生長發(fā)育。賈春虹等研究發(fā)現麥秸覆蓋對玉米田馬唐等產生明顯抑制作用[33]。冒宇翔等研究結果表明5 400 kg/hm2玉米秸稈覆蓋還田對水稻田千金子、稗草、水莧菜和鴨舌草等的種子萌發(fā)具有很好的控制效果，抑制率達90%以上[34。本試驗結果也表明小麥鄭麥9023秸稈覆蓋量達到 3 700～4 800 kg/hm2、油菜史立豐秸稈覆蓋量達到4 800 kg/hm2時對千金子種子萌發(fā)及幼苗生長具有突出的抑制作用，并且對水稻幼苗生長無不利影響，甚至具有一定的促進作用，且小麥秸稈覆蓋對千金子的抑制作用較油菜秸稈覆蓋略強。對于旱直播田，可將前茬小麥及油菜秸稈高茬覆蓋復播還田，旋耕耙平后播種，可一定程度地抑制田間千金子的發(fā)生。但Norsworthy等認為前茬秸稈的化感抑草作用與環(huán)境條件密切相關[35]。此外，也有研究者發(fā)現秸稈覆蓋可能會導致部分除草劑對某些雜草的防效下降[22]。生產實踐中秸稈覆蓋還田抑草作用的利用還需要進一步完善。

前茬作物秸稈的資源量大，合理利用，既可作為農業(yè)生產中重要的肥料來源和潛在的碳庫能源，提升土壤有機質含量和質量，增加速效養(yǎng)分含量和土壤氮素有效性[23]，又可抑制雜草的種子萌發(fā)和生長，進而減少化學除草劑使用量。因而，利用前茬作物秸稈還田控草有望成為農田雜草綜合治理和除草劑減量使用中的重要措施。

參考文獻：

[1] 董立堯,王紅春,陳國奇,等. 直播稻田雜草防控技術[M]. 北京: 中國農業(yè)出版社,2016: 24-26.

[2] 董立堯,張友明,沈晉良. 水直播稻田千金子、稗草及水稻生物量積累比較[J]. 江蘇農業(yè)科學, 2005,33(3): 66-68.

[3] 董立堯,張友明,劉 萍,等. 水直播稻田千金子的生活史及出草規(guī)律研究[J]. 南京農業(yè)大學學報, 2005, 28(4): 65-67.

[4] 董立堯,沈晉良,高同春,等. 水直播稻田千金子的生態(tài)經濟閾值及其防除臨界期 [J]. 南京農業(yè)大學學報, 2003, 26(3): 41-45.

[5] 董立堯,武淑文,徐 衡,等. 不同栽培方式下稻田千金子的成株與結實特性研究[J]. 中國農學通報, 2003, 19(4): 123-125.

[6] 文馬強， 周小毛， 劉 佳， 等. 直播水稻田千金子對氰氟草酯抗性測定及抗性生化機理研究[J]. 南方農業(yè)學報 ，2017，48(4)：647-652.

[7] CHEN G, LIU Q, ZHANG Y, et al. Comparison of weed seedbanks in different rice planting systems [J]. Agronomy Journal, 2017, 109(2): 620-628.

[8] 李揚漢. 中國雜草志[M]. 北京: 中國農業(yè)出版社, 1998:1263-1264.

[9] BENVENUTI S, DINELLI G, BONETTI A. Germination ecology ofLeptochloachinensis: a new weed in the Italian rice agro-environment[J]. Weed Research, 2004, 44(2): 87-96.

[10] CHAUHAN B S, JOHNSON D E. Germination ecology of Chinese sprangletop (Leptochloachinensis) in the Philippines[J]. Weed Science, 2008, 56(6): 820-825.

[11] 董立堯,武淑文,沈晉良. 千金子種子的休眠解除方法與萌發(fā)條件研究[J]. 江蘇農業(yè)科學, 2005,33(5): 48-51.

[12] 劉慶虎,陳國奇,張玉華,等. 不同葉齡千金子、 稗和馬唐對氰氟草酯和五氟磺草胺的敏感性[J]. 南京農業(yè)大學學報, 2016, 39(5): 771-776.

[13] YU J, GAO H, PAN L, et al. Mechanism of resistance to cyhalofop-butyl in Chinese sprangletop [Leptochloachinensis(L.) Nees] [J]. Pesticide Biochemistry and Physiology, 2017, 143(Supplement C): 306-311.

[14] JABRAN K, MAHAJAN G, SARDANA V, et al. Allelopathy for weed control in agricultural systems[J]. Crop Protection, 2015, 72(1): 57-65.

[15] FANG C, LI Y, LI C, et al. Identification and comparative analysis of microRNAs in barnyardgrass (Echinochloacrus-galli) in response to rice allelopathy[J]. Plant Cell and Environment, 2015, 38(7): 1368-1381.

[16] KONG C H, WANG M L, WANG P, et al. Reproduction allocation and potential mechanism of individual allelopathic rice plants in the presence of competing barnyardgrass[J]. Pest Management Science, 2013, 69(1): 142-148.

[17] KUNZ C, STURM D J, SOEKEFELD M, et al. Weed suppression and early sugar beet development under different cover crop mulches[J]. Plant Protection Science, 2017, 53(3): 187-193.

[18] 董立堯,王鳴華,武淑文,等. 小麥對直播稻田千金子的化感作用及化感物質分離鑒定[J]. 中國水稻科學, 2005, 19(6): 551-555.

[19] 楊彩宏,馮 莉,田興山,等. 稻稈覆蓋結合除草劑減量化使用對移栽豆角田雜草的控制效果[J]. 廣東農業(yè)科學, 2014, 41(13): 67-70.

[20] KAUR J, MAHAL S S. Affluence of paddy straw mulch on crop productivity and economics of bed and fiat sown wheat (Triticumaestivum) under different irrigation schedules[J]. Journal of Environmental Biology, 2017, 38(2): 243-250.

[21] SINGH S, LADHA J K, GUPTA R K, et al. Evaluation of mulching, intercropping with Sesbania and herbicide use for weed management in dry-seeded rice (OryzasativaL.) [J]. Crop Protection, 2007, 26(4): 518-524.

[22] 武 際,郭熙盛,魯劍巍,等. 連續(xù)秸稈覆蓋對土壤無機氮供應特征和作物產量的影響 [J]. 中國農業(yè)科學, 2012, 45(4): 1741-1749.

[23] CHAUHAN B S, ABUGHO S B. Interaction of rice residue and PRE herbicides on emergence and biomass of four weed species[J]. Weed Technology, 2012, 26(9): 627-632.

[24] 許岳飛,畢玉芬,金晶煒. 木豆化感作用對6種灌草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J]. 云南農業(yè)大學學報, 2008,23(3): 375-380.

[25] BRUCE W G, RICHARDSON D. Bioassays for allelopathy: Measuring treatment responses with independent controls[J]. Journal of chemical ecology, 1988, 14(1): 181-187.

[26] 王婧怡，鄔彩霞，趙國琦．植物化感作用的分子機理及差異蛋白質組學研究進展[J]．江蘇農業(yè)科學，2017,45(13):8-11.

[27] 王 寧，袁美麗，李韶霞，等. 苦苣菜及澤漆莖葉水浸提液對3種蔬菜的化感作用[J]．南方農業(yè)學報，2016，47(3)：430-435.

[28] 魏 聰，徐玉茵，莊斯宜，等．五爪金龍水浸液和腐化液對水稻種子萌發(fā)的化感作用[J]．江蘇農業(yè)科學，2017，45(9)：67-70.

[29] ZHANG P, WEI T, JIA Z, et al. Effects of straw incorporation on soil organic matter and soil water-stable aggregates content in semiarid regions of Northwest China[J]. PLoS One, 2014, 9(3): e92839.

[30] 王國忠,楊佩珍,陸崢嶸,等. 秸稈還田對稻麥田間雜草發(fā)生的影響及化除效果[J]. 上海農業(yè)學報, 2004,20(1): 87-90.

[31] 高 婷,王紅春,石旭旭,等. 水稻機械化插秧栽培及其草害防除[J]. 江蘇農業(yè)科學, 2014,41(9): 60-62.

[32] 范丙全,李春勃. 旱地棉田秸稈覆蓋的增產效果及其機理的研究[J]. 土壤通報, 1996,27(2): 73-75.

[33] 賈春虹,王 璞,趙秀琴. 免耕覆蓋麥秸土壤中酚酸濃度的變化及酚酸對夏玉米早期生長的影響[J]. 華北農學報, 2004, 19(4): 84-87.

[34] 冒宇翔,李 貴,沈俊明,等. 玉米秸稈覆蓋還田結合化學除草劑對水稻田雜草的控制效果及對水稻產量的影響[J]. 江蘇農業(yè)學報, 2014, 30(6): 1336-1344.

[35] NORSWORTHY J K, BRANDENBERGER L, BURGOS N R, et al. Weed suppression inVignaunguiculatawith a spring-seeded brassicaceae green manure[J]. Crop Protection, 2005, 24(5): 441-447.