于皓然，關(guān)法春，苗彥軍，郭永剛，解 嬌

（1. 西藏農(nóng)牧學(xué)院動物科學(xué)學(xué)院, 西藏 林芝 860000；2. 吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，吉林 長春 130033）

除草劑對農(nóng)田雜草控制效果明顯，能保障作物單產(chǎn)維持較高水平[1]。但除草劑的使用也對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了極大的危害，除草劑長期施用除了對土壤微生物生長有抑制作用外[2]，還會降低農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性[3]。雜草作為生態(tài)系統(tǒng)多樣性的重要組成部分，可以通過發(fā)揮其生態(tài)功能，來提高系統(tǒng)生產(chǎn)力，實現(xiàn)生產(chǎn)效益的倍增[4-5]。

因此，不使用除草劑且能提高農(nóng)田生產(chǎn)力的生產(chǎn)方式，可能更符合未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向。以往研究多是通過提高作物產(chǎn)量的策略來提升農(nóng)田生產(chǎn)力，如：用增強(qiáng)土壤肥力和增多灌溉次數(shù)的方法來提高玉米(Zea mays)單產(chǎn)[6]；采用玉米||大豆(Glycine max)間作的生產(chǎn)方式提高作物產(chǎn)量[7]，這些研究主要通過品種、肥料、栽培等方面提升作物籽粒產(chǎn)量，基本忽略了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中雜草的利用，由此導(dǎo)致農(nóng)田生產(chǎn)力提升有限。2011 年“農(nóng)牧一體化”生產(chǎn)方式被提出[8]，“玉米田養(yǎng)鵝”(raising geese in corn field, GCF)模式作為“農(nóng)牧一體化”生產(chǎn)方式中的一種，是指在不使用除草劑的常規(guī)玉米生產(chǎn)基礎(chǔ)上，通過田間放養(yǎng)肉鵝來控制雜草，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成養(yǎng)殖效益，且產(chǎn)出的鵝糞也能提升土壤肥力，由此將種植和養(yǎng)殖結(jié)合，達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的目的[9-11]，同時提升農(nóng)田生產(chǎn)力。目前關(guān)于GCF 生產(chǎn)方式的研究主要集中在雜草群落特征變化、土壤理化性質(zhì)、玉米生長、經(jīng)濟(jì)效益等方面[9-12]，但雜草對GCF 模式下農(nóng)田生產(chǎn)力的影響并不明確。

為此，本研究以GCF 系統(tǒng)為研究對象，通過對比試驗方法，研究農(nóng)田雜草的存在對同一系統(tǒng)內(nèi)玉米生長發(fā)育與生產(chǎn)效益的影響，分析雜草群落結(jié)構(gòu)特征與玉米產(chǎn)量之間的關(guān)系，以期明確雜草在GCF 系統(tǒng)生產(chǎn)力提升中的作用，為完善“農(nóng)牧一體化”理論研究及GCF 模式在實際生產(chǎn)中的推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點(diǎn)在西藏林芝地區(qū)八一鎮(zhèn)章麥村(94°49′ E，29°33′ N)，該地區(qū)海拔在2 900～3 100 m，氣候以高原溫帶濕潤季風(fēng)氣候為主，降水主要集中在6 月 -9 月，年平均氣溫8.7 ℃，年平均日照時數(shù)2 015.2 h，無霜期180 d[11-12]。試驗農(nóng)田周邊無遮蔽，土壤為沙壤土，多年來一直采用“油菜(Brassica napus)→冬小麥(Triticum aestivum)→春青稞(Hordeumvulgare)”輪作的耕作模式。

1.2 試驗設(shè)計

于2013 年開始“玉米田養(yǎng)鵝”長期定位試驗。2017年4 月中旬對農(nóng)田進(jìn)行翻耕(翻耕深度為15 cm)，4 月22 日將玉米種子進(jìn)行覆膜播種，玉米品種為‘酒單4 號’，植株行間距為25 cm × 45 cm，每穴播種3 粒。種植前田間施用底肥約400 kg·hm-2(底肥中營養(yǎng)占比為含N 33%、P2O517%、K2O 17%、有機(jī)質(zhì)20%)。試驗設(shè)置“玉米田養(yǎng)鵝”處理(GCF)和對照(CK) 3 次重復(fù)，小區(qū)面積100 m2，隨機(jī)排列。為保證試驗的準(zhǔn)確性，GCF 處理小區(qū)四周設(shè)置尼龍網(wǎng)封閉，避免放牧?xí)r鵝脫離放牧區(qū)域。試驗所用肉鵝品種為‘四川白鵝’，8 月1 日開始對GCF 處理的3 個小區(qū)進(jìn)行輪流放牧，每個小區(qū)放牧3 d，共放牧15 只鵝，09:00 放牧，18:00 收回，回收后投喂復(fù)合飼料，每只鵝投喂量 ≤ 100 g，直至10 月初玉米收獲時，放牧終止。

CK 使用“莠去津”除草劑(C8H14ClN5)處理，施用量為2.47 kg·hm-2(在180 L 水中溶解)，玉米播種后使用農(nóng)用高壓噴霧器噴施，在5 月末和6 月末各噴施一次。GCF 處理與對照其他田間管理方法均一致。

1.3 數(shù)據(jù)采集

1.3.1 雜草生長調(diào)查

2017 年7 月20 日、9 月3 日和9 月20 日對兩個處理玉米田進(jìn)行雜草調(diào)查，采用“W”五點(diǎn)式取樣法，樣方面積設(shè)置為1 m × 1 m，主要記錄雜草的種類、密度、蓋度等，同時采集雜草的地上部分，在實驗室內(nèi)105 ℃殺青30 min，再烘干至恒重后測量雜草的產(chǎn)量(精確度為0.01 g)。

1.3.2 采食雜草量測定

自8 月3 日起采集雜草殘體，采樣區(qū)域面積為0.2 m × 0.6 m，3 次重復(fù)，以樣地小區(qū)為單位將雜草殘體裝入標(biāo)記好的檔案袋中，105 ℃殺青30 min，取出用蒸餾水沖洗掉泥土后，置于80 ℃烘至恒重，然后稱重，推算該時期前的鵝采食雜草量。

1.3.3 玉米產(chǎn)量測定

在玉米成熟期進(jìn)行，每個小區(qū)取中間2 行，為避免邊界效應(yīng)影響，兩端共舍棄4 m，曬干脫粒稱重，含水量14%的重量即為玉米產(chǎn)量。

1.3.4 經(jīng)濟(jì)效益核算

肉鵝于5 月31 日開始育雛，自8 月1 日開始放牧(此時肉鵝體重在1.5～2.0 kg)，白天用雜草飼養(yǎng)，傍晚18：00 收回后投喂復(fù)合飼料，每只鵝成本約為0.2 元，產(chǎn)出的鵝按照林芝當(dāng)?shù)厥袌銎骄粌r格(每只100 元)計算。

根據(jù)當(dāng)?shù)亍拜ソ颉背輨?C8H14ClN5)商品價格核算，統(tǒng)計養(yǎng)鵝育雛及補(bǔ)飼飼料、用具等成本，試驗樣方太小未計算人工投入。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)雜草生物多樣性相關(guān)指數(shù)[Berger-Parker 多度(Pi)、Pielou 均勻度指數(shù)(E)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Margalef 物種豐富度指數(shù)(DMG)和Simpson 多樣性指數(shù)(D)]的具體計算方法如下[13]：

式中：Ni為樣地中某種雜草的相對重要值；N為樣地中雜草總的相對重要值；S為各樣地雜草群落中的總物種數(shù)。

利用SPSS 21.0 統(tǒng)計軟件對田間雜草、植株農(nóng)藝性狀、玉米產(chǎn)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，采用LSD 單因素方差分析(one-way ANOVA)進(jìn)行差異顯著性分析；采用Excel 2010 制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜草種類、密度及產(chǎn)量

在農(nóng)田中發(fā)現(xiàn)雜草種類共計20 種，其中GCF處理農(nóng)田中出現(xiàn)19 種，CK 農(nóng)田中出現(xiàn)9 種(表1)。在放牧前后各個時期GCF 處理的雜草總密度分別為434.44 和79.11 株·m-2，分別比CK 增加了420.66和32.89 株·m-2。GCF 處理下雜草種類更多，且雜草密度在放牧前后均高于CK。

表1 不同生產(chǎn)方式下雜草的種類、密度及產(chǎn)量Table 1 Species, density, and aboveground biomass of weeds in different production modes

另外，GCF 處理對雜草產(chǎn)量產(chǎn)生了明顯影響。CK 在放牧前后的雜草產(chǎn)量分別為9.11、7.68 g·m-2。GCF 處理在放牧前后的雜草產(chǎn)量分別為441.19 和36.44 g·m-2。兩個時期GCF 處理的雜草產(chǎn)量均比CK高，分別比CK 增加了432.08 和28.76 g·m-2。其中放牧前GCF 處理的雜草生物量與CK 之間差異極顯著(P＜ 0.01) (表1)。

2.2 雜草生物多樣性變化

放牧前后GCF 處理的Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)分別為1.88 和1.38，分別比CK 高116.09% (P＜0.01)和109.09% (P＞ 0.05) (表2)。放牧前后GCF 處理的Simpson多樣性指數(shù)分別為0.34 和0.40，分別比CK 高580.00% (P＜ 0.01)和5.26% (P＞ 0.05)?？偟膩碚f，GCF 處理相比于CK，在各個時期雜草的多樣性更高。

表2 各個時期不同生產(chǎn)方式的雜草多樣性變化Table 2 Changes in weed diversity under different periods and different production modes

2.3 不同處理下的玉米植株農(nóng)藝性狀

處理間不同時期玉米植株的各個農(nóng)藝性狀出現(xiàn)明顯差異(表3)。放牧前，GCF 處理的玉米株高、葉寬、葉長、莖粗和葉面積分別為153.00 cm、9.45 cm、80.67 cm、1.96 cm 和3 536.47 cm2，分別比CK 降低了0.65%、14.32%、1.10%、1.51%和14.01%，但處理間除了葉面積指標(biāo)差異顯著(P＜ 0.05)外，其他指標(biāo)差異均不顯著(P＞ 0.05)。放牧后，GCF 處理的株高、葉寬、葉長和莖粗分別低于CK 7.12%、4.63%、4.05%和3.23%，處理間差異均不顯著(P＞ 0.05)，葉面積低于CK 31.02%，處理間差異極顯著(P＜ 0.01)。

表3 不同處理在各個時期的玉米生長性狀變化及玉米產(chǎn)量Table 3 Changes in maize growth characteristics and maize yield under different treatments at various stages

GCF 處理的玉米產(chǎn)量為5 657.01 kg·hm-2，比CK 減產(chǎn)40.64%。由于CK 在放牧前使用了除草劑以及GCF處理放牧后鵝對玉米葉片的踩踏，使得GCF 處理放牧前后玉米植株的各個農(nóng)藝性狀表現(xiàn)均不如CK，尤其是葉面積顯著下降(P＜ 0.05)，且玉米減產(chǎn)嚴(yán)重。

2.4 雜草多樣性、雜草產(chǎn)量、玉米產(chǎn)量間的相關(guān)性分析

雜草多樣性指數(shù)、雜草產(chǎn)量和玉米產(chǎn)量三者間的相關(guān)性系數(shù)均較大(表4 和表5)。從雜草多樣性指數(shù)和雜草產(chǎn)量間的相關(guān)性系數(shù)來看，放牧前后，Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)與雜草產(chǎn)量均極顯著正相關(guān)(P＜ 0.01)。從雜草多樣性指數(shù)和玉米產(chǎn)量間的相關(guān)性系數(shù)來看，放牧前后，Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)與玉米產(chǎn)量間均為極顯著負(fù)相關(guān)(P＜ 0.01)。從雜草產(chǎn)量與玉米產(chǎn)量的相關(guān)性分析結(jié)果來看，放牧前后雜草產(chǎn)量與玉米產(chǎn)量之間均呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜ 0.01)。雜草Margale 物種豐富度指數(shù)和雜草產(chǎn)量間在放牧前后均為正相關(guān)，但兩者與玉米產(chǎn)量間在放牧前后均為負(fù)相關(guān)，可見雜草的存在是導(dǎo)致玉米減產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

表4 放牧前雜草多樣性、雜草產(chǎn)量和玉米產(chǎn)量間的相關(guān)性系數(shù)Table 4 Correlation coefficients among weed diversity, weed yield, and maize yield before grazing

表5 放牧后雜草多樣性、雜草產(chǎn)量和玉米產(chǎn)量間的相關(guān)性系數(shù)Table 5 Correlation coefficients among weed diversity, weed yield, and maize yield after grazing

2.5 “玉米田養(yǎng)鵝”生產(chǎn)方式下鵝采食的雜草量

在整個放牧過程中，鵝采食雜草的總采食量為60.24 t·hm-2(圖1)。整個放牧過程中的雜草采食量較大，大量的雜草通過鵝的采食轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力。

圖1 各個時期的鵝采食雜草量Figure 1 Amount of weeds consumed by geese in each period

2.6 “玉米田養(yǎng)鵝”生產(chǎn)方式下的經(jīng)濟(jì)收益

GCF 處理的農(nóng)田收益高于CK (表6)。在投入方面，GCF 處理由于加入了養(yǎng)鵝方面的相關(guān)投入，總投入比CK 高31.65%，但玉米生產(chǎn)的收益比CK 低40.64%。然而GCF 處理的總收益中還有養(yǎng)鵝獲得的肉鵝產(chǎn)品收入，占總收益的74.97%。因此，GCF 的總收益和凈收益均比CK 高，分別高出137.11%和339.31%。GCF 處理的農(nóng)田經(jīng)濟(jì)效益明顯高于CK。

表6 不同處理導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)效益變化Table 6 Changes in economic benefits caused by different treatments

3 討論

在常規(guī)玉米生產(chǎn)方式下，雜草與玉米間的水肥競爭是玉米減產(chǎn)的重要因素之一[14]。在常規(guī)生產(chǎn)中多采用除草劑去除雜草的方式來降低雜草對農(nóng)田生產(chǎn)力的影響。但是，除草劑的使用會降低農(nóng)田植被的光截獲率[15]，導(dǎo)致系統(tǒng)生物生產(chǎn)力的降低[16]，如果能夠在玉米層下方構(gòu)建雜草層來接收上層的漏光，將明顯降低太陽漏光率，此外，雜草還具有保證農(nóng)田生態(tài)、維持土壤養(yǎng)分循環(huán)的重要作用[17]。因此，如何權(quán)衡農(nóng)田雜草保持的利弊就成了一個亟待解決的重要問題[18]，在維持雜草多樣性的同時達(dá)到農(nóng)田生產(chǎn)力的保持甚至提升，成了問題的關(guān)鍵。GCF處理不使用除草劑除草，而是通過鵝對雜草的采食來控制雜草與玉米的水肥競爭，由于保留了大部分雜草，GCF 處理在放牧前后雜草的種類更多且密度和雜草產(chǎn)量在放牧前后均優(yōu)于CK，尤其是放牧前雜草產(chǎn)量極顯著高于CK，由此GCF 處理下系統(tǒng)植被面積增加，漏光減少，從而增強(qiáng)了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的光能利用率，這為大幅提高其農(nóng)田生產(chǎn)力提供了可能。然而GCF 處理保留農(nóng)田雜草固然可以提高其生物多樣性[19]，但相比于CK 還是影響了玉米生長，尤其是葉面積在放牧后極顯著降低，比CK 降低了31.02%，這也直接導(dǎo)致玉米光合效率下降，嚴(yán)重影響GCF 處理的玉米產(chǎn)量[20]，玉米減產(chǎn)40.64%。相關(guān)性分析表明，雜草多樣性指數(shù)H′和物種豐富度指數(shù)DMG在各時期均與玉米產(chǎn)量負(fù)相關(guān)，其中H′多樣性指數(shù)與玉米產(chǎn)量間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，可見雜草是影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，這與以往研究結(jié)果相符[21]。雖然GCF 處理下雜草的存在會降低玉米產(chǎn)量，但鵝采食了大量雜草，整個放牧周期中，雜草采食量為60.24 t·hm-2，這些雜草最終均轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力。雜草的轉(zhuǎn)化使得GCF 處理系統(tǒng)總收益和凈收益相比于CK 分別提升了137.11%和339.31%，這證明了雜草的轉(zhuǎn)化能提升GCF 處理的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益[22]。另外，GCF 處理玉米田高產(chǎn)出的特點(diǎn)，一定程度上可以吸引農(nóng)村輸送到城市的勞動力回流，緩解農(nóng)村過疏化問題[23]。

我國耕地總量雖然處于世界領(lǐng)先水平，但人均耕地面積遠(yuǎn)達(dá)不到世界平均水平，隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，保護(hù)現(xiàn)有耕地面積就顯得尤為重要[24]。除草劑在我國被廣泛使用，但由于沒有確切的使用標(biāo)準(zhǔn)，在實際使用中經(jīng)常出現(xiàn)除草劑混用、噴藥器械性能不良、噴施過量等情況[25]，導(dǎo)致除草劑在農(nóng)田中殘留。殘留的除草劑會危害耕地安全和食品安全[26]，甚至直接抑制后茬作物生長[27]?！坝衩滋镳B(yǎng)鵝”模式下，用雜草替代鵝生長所需的大部分飼料，同時通過鵝對雜草的采食來替代除草劑控制雜草，比單一的種植和養(yǎng)殖方式具有更高的耕地利用效率，對保護(hù)耕地資源和食品安全具有重要意義?！坝衩滋镳B(yǎng)鵝”更合理地利用了玉米田中的雜草，經(jīng)濟(jì)和生態(tài)雙重效果顯著。該模式在保護(hù)農(nóng)田生態(tài)的前提下，解決了單一種植玉米收益較低的問題，這一模式若能在我國農(nóng)村地區(qū)大面積推廣，有望切實緩解農(nóng)村勞動力外流現(xiàn)象。

4 結(jié)論

“玉米田養(yǎng)鵝”模式極大程度地保護(hù)了雜草多樣性，增加了雜草產(chǎn)量，鵝放牧后玉米葉面積極顯著降低，玉米減產(chǎn)40.64%，但鵝對雜草的采食量達(dá)到60.24 t·hm-2，雜草通過肉鵝轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力，將GCF 處理的總收益提高了137.11%，其中出欄鵝的收益占74.97%，這說明雜草通過肉鵝轉(zhuǎn)化成的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力是該模式下生產(chǎn)力提升的關(guān)鍵。另外，GCF處理保護(hù)了農(nóng)田雜草多樣性，在提升經(jīng)濟(jì)效益的同時保證了生態(tài)效益，為今后農(nóng)田雜草開發(fā)利用提供了新思路。