千金子對水稻生長和產(chǎn)量性狀的影響及其防治經(jīng)濟閾值

朱文達 周普國 何燕紅 楊峻 林榮華 齊文全 李林 歐陽燦彬

摘要：【目的】研究稻田千金子對水稻生長和產(chǎn)量性狀的影響及其防治經(jīng)濟閾值，為稻田千金子科學(xué)防除提供技術(shù)指導(dǎo)。【方法】在大田條件下，研究不同密度（0、1、2、5、10、20、40和80株/m2）千金子對水稻田間透光率、水肥吸收和水稻產(chǎn)量性狀的影響，采用模型擬合法分析不同密度千金子與水稻產(chǎn)量損失率間的函數(shù)關(guān)系，并根據(jù)經(jīng)濟危害允許水平推導(dǎo)千金子的防治經(jīng)濟閾值?！窘Y(jié)果】隨著千金子密度的增加，其株高顯著增高（P<0.05，下同），并通過株高優(yōu)勢爭奪水稻田間光照，當(dāng)千金子密度≥10株/m2時，離地70 cm處的透光率顯著降低至10.00%以下，離地25 cm處田間透光率低于1.00%。千金子可同時競爭稻田土壤的水肥營養(yǎng)，進而影響水稻生長，導(dǎo)致水稻有效穗數(shù)、穗長、實粒數(shù)和千粒重等產(chǎn)量性狀顯著降低，水稻產(chǎn)量銳減，產(chǎn)量損失率增加。相關(guān)性分析結(jié)果表明，水稻各產(chǎn)量性狀間，除穗長和空秕粒數(shù)無顯著相關(guān)性外（P>0.05），其他產(chǎn)量性狀間的相關(guān)性均達顯著或極顯著（P<0.01）水平。二次曲線模型y=-0.0151x2+2.2760x+0.8114能較好地擬合千金子密度與水稻產(chǎn)量損失率間的關(guān)系。根據(jù)經(jīng)濟危害允許水平和二次曲線模型，人工防除千金子的經(jīng)濟閾值為5.39株/m2，10%氰氟草酯EC化學(xué)防除的經(jīng)濟閾值為0.76株/m2?！窘Y(jié)論】千金子可競爭水稻的田間光照和土壤水肥，影響水稻的產(chǎn)量性狀，導(dǎo)致水稻嚴重減產(chǎn)。采取化學(xué)防治稻田千金子具有顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞： 千金子；水稻；光照強度；養(yǎng)分吸收；產(chǎn)量性狀；經(jīng)濟閾值

中圖分類號： S451 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2018）05-0863-07

Abstract：【Objective】Influence of Leptochloa chinensis（L.） Nees. on the growth and yield properties of rice and its control economic threshold were studied in order to provide technical guidance for the scientific control of L. chinensis in rice field. 【Method】The effects of different densities of L. chinensis（0，1，2，5，10，20，40，80 plant/m2） on light penetration rate of rice，absorption of water and nutrition， yield properties of rice were investigated in field conditions. Then the functional relationship between different densities of L. chinensis and rice yield loss rate was researched by using model fitting method. Finally，economic thresholds for control of L. chinensis were derived on the basis of economic infestation levels（EIL）. 【Result】With the increasing density of L. chinensis，its plant height increased significantly（P<0.05， the same below）. L. chinensis competed for the light in rice field with advantage of plant height. When the density of L. chinensis was ≥10 plants/m2，the light penetration rate at 70 cm above the ground was less than 10.00% and at 25 cm was less than 1.00%. At the same time， L. chinensis competed with rice for water and nutrition in the soil of rice field，which affected the growth of rice and decreased yield properties of rice such as effective ear number，ear length，full grain number and weight of 1000 grains. The rice yield sharply decreased and rice yield loss rate increased. The result of correlation analysis showed that among all yield properties of rice， except ear length and blighted grain number had no significant correlation（P>0.05）， the correlation of other yield properties all reached significant level or extremely significant（P<0.01） level. The quadratic curve model（y=-0.0151x2+2.276x+0.8114） could well fit the relationship between the density of L. chinensis and rice yield loss rate. According to EIL and the quadratic curve model，the economic threshold for artificial control of L. chinensis was 5.39 plant/m2，and the economic threshold for chemical control by 10% cyhalofop-butyl EC was 0.76 plant/m2. 【Conclusion】L. chinensis competes with rice for light，water and nutrition of soil in the rice field，and affects the yield properties of rice，resulting in the serious yield reduction. Chemical control for L. chinensis has obvious economic advantage.

Key words：Leptochloa chinensis（L.） Nees.； rice； light intensity； nutrient absorption； yield property； economic threshold

0 引言

【研究意義】隨著直播稻技術(shù)的推廣，稻田雜草群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。千金子[Leptochloa chinensis（L.） Nees.]具有旱生喜濕、成株率高、出草早且分蘗能力強、植株產(chǎn)種量高、與水稻共生期長及對常用除草劑不敏感等生物學(xué)特性，是直播稻田的主要雜草（吳長興等，2000；董立堯等，2003b）。因此，研究千金子對直播稻田間光照和水肥的競爭能力及對水稻生長和產(chǎn)量性狀的影響，明確其經(jīng)濟危害允許水平和經(jīng)濟閾值，對千金子的科學(xué)防治具有重要指導(dǎo)意義?！厩叭搜芯窟M展】前人已對稻田千金子的發(fā)生規(guī)律、防除技術(shù)、抗藥性、生態(tài)經(jīng)濟閾值和防除臨界值等進行系統(tǒng)研究。千金子在水稻直播后4 d即可出苗，一般只有一個發(fā)生高峰期，在單季晚稻直播田和連作晚稻直播田中，千金子的發(fā)生高峰期在播后1周，在早稻直播田中發(fā)生高峰期在播后2周（吳長興等，2000；董立堯等，2003b，2005）。通過耕作制度（Chauhan and Ope?a，2012）、金色胡須草（Chrysopogon serrulatus）粗體物和分離物（Chuah et al.，2014）及化學(xué)除草劑（朱文達等，2011）等均可綜合防治千金子，其中化學(xué)除草劑氰氟草酯能有效防控各個葉齡的千金子，且防效在90%以上（劉慶虎等，2016），但目前千金子對氰氟草酯已逐漸產(chǎn)生抗藥性（夏向東等，2013；文馬強等，2017；Yu et al.，2017）。在不影響水稻產(chǎn)量的前提下，明確千金子在直播稻田的容忍程度至關(guān)重要，不同水稻種類及防治措施對其防治經(jīng)濟閾值均有影響。張頌函等（1996）研究發(fā)現(xiàn)，長江下游上海地區(qū)的水稻產(chǎn)量損失率與千金子密度呈直線相關(guān)，人工防除經(jīng)濟閾值為1.73～2.31株/m2，化學(xué)防除因使用藥劑不同，其防除經(jīng)濟閾值變幅為0.26～1.03株/m2。董立堯等（2003a）研究了千金子對安徽地區(qū)直播中稻汕優(yōu)63的危害，發(fā)現(xiàn)水稻產(chǎn)量損失率與千金子密度的關(guān)系為擬合二階多項式，人工防除千金子經(jīng)濟閾值為3.47株/m2，化學(xué)防除經(jīng)濟閾值為0.51～0.73株/m2。吳尚等（2015）研究了千金子對江西早稻中佳早17、中稻皖稻103和晚稻榮優(yōu)225的影響及其防除經(jīng)濟閾值，發(fā)現(xiàn)早稻、中稻和晚稻的產(chǎn)量損失與千金子密度的關(guān)系以冪函數(shù)擬合的效果最佳，人工防除經(jīng)濟閾值分別為2.26、3.52和3.56株/m2，化學(xué)除草經(jīng)濟閾值分別為0.06～0.09、0.59～0.72和0.25～0.32株/m2?！颈狙芯壳腥朦c】前人研究側(cè)重于分析千金子對水稻產(chǎn)量性狀的影響，不同密度的千金子如何通過競爭水稻田的生長空間和水肥進而影響水稻生長的研究報道較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究大田條件下千金子對水稻田間光照、水肥和水稻產(chǎn)量性狀的影響，明確千金子影響水稻產(chǎn)量的根本原因，同時建立千金子與水稻產(chǎn)量損失率間的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)經(jīng)濟閾值確定防治指標和防治措施。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試水稻品種為鄂粳912，由湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所提供。

1. 2 試驗方法

試驗于2016年在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院南湖農(nóng)場直播稻田中進行。試驗地地勢平坦，肥力均勻，排灌方便。土壤為黏壤性水稻土，pH 6.80，有機質(zhì)含量2.10%，全氮含量0.18%，堿解氮、有效磷和有效鉀含量分別為122.2、15.3和150.4 mg/kg。

直播稻田水稻播種量為75 kg/ha，千金子密度分別設(shè)為0（對照區(qū)）、1、2、5、10、20、40和80株/m2，共8個處理，每處理重復(fù)4次。小區(qū)面積4 m2（2 m×2 m），完全隨機區(qū)組排列。試驗開始時人工拔除所有雜草，水稻直播的同時在育苗區(qū)播種千金子種子，待千金子長至1葉1心期，在試驗區(qū)按照設(shè)定密度人工種植千金子幼苗。整個試驗區(qū)人工拔除其他雜草。

1. 3 調(diào)查項目及方法

在水稻生長旺盛期選擇晴朗天氣（2016年9月1日），于中午光照強度變化小的時間段，使用ST-80C數(shù)字式照度計（北京師范大學(xué)光電儀器廠）分別測量離地表150、70和25 cm處的光照強度（LI），分別記作LI150、LI75和LI25。每小區(qū)采用5點對角取樣法，每個樣點重復(fù)測量3次，取平均值，然后計算離地70和25 cm處的透光率（Light penetration rate，LPR），LPR=LI/LI150×100，式中，LI為測定層光強。

調(diào)查水稻株高、千金子的株高和鮮重，同時取單位面積內(nèi)（1 m2）的千金子鮮樣送至湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)測試中心測定其水含量和氮、磷、鉀含量，每處理重復(fù)4次。全氮量采用開氏定氮法測定，全磷量和全鉀量采用高頻電感藕合等離子體原子發(fā)射光譜法測定，水含量參考GB/T 5009.3—2003進行測定。

于水稻成熟期，每小區(qū)隨機采取5穴水稻進行考種，包括有效穗數(shù)、穗長、飽滿籽粒數(shù)、空秕粒數(shù)、空粒率、千粒重和產(chǎn)量，并計算產(chǎn)量損失率。

產(chǎn)量損失率（%）=[對照產(chǎn)量-處理產(chǎn)量對照產(chǎn)量]×100

1. 4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

采用DPS v16.05進行方差分析和Duncans多重比較。對水稻產(chǎn)量損失率與千金子密度進行回歸分析，以不同回歸模型進行擬合，基于顯著水平和擬合誤差水平確定最優(yōu)擬合模型。根據(jù)水稻預(yù)期產(chǎn)量（Y）、稻谷市場價格（P）、防除效果（E）及雜草防除費用（C）等因素，計算水稻的經(jīng)濟危害允許水平（EIL），EIF（%）=C/YPE×100。

2 結(jié)果與分析

2. 1 千金子對水稻株高及田間光照的影響

千金子是一種惡性雜草，在直播稻田中競爭水稻的生長空間，最終表現(xiàn)在千金子和水稻的株高變化。由表1可看出，無千金子時（對照區(qū)），水稻株高為113.14 cm；千金子密度控制在1～2株/m2時，千金子和水稻的株高相近；當(dāng)千金子密度≥5株/m2時，千金子的株高逐漸增高，水稻的株高則逐漸降低。表明千金子通過株高優(yōu)勢爭奪田間的上部空間。

千金子對上部空間的競爭主要影響水稻田間的光照，隨著千金子密度的增加，稻田的光照條件急劇惡化（表1）。當(dāng)千金子密度≥10株/m2時，離地70 cm處的透光率顯著降低至10.00%以下（P<0.05，下同），離地25 cm處田間透光率低于1.00%。

2. 2 千金子對水稻田間水肥的影響

千金子在稻田中可集聚驚人的生物量，進而影響水稻生長。由表2可看出，隨著千金子密度的增加，其積累生物量及吸收的水肥量激增，密度增至80株/m2時，其鮮重達8088.00 kg/ha，水分重量達5076.16 kg/ha，全氮、全磷和全鉀量分別達16.61、4.02和41.34 kg/ha。在一定土壤條件下，千金子吸收的水肥量越高，說明水稻吸收的水肥量就越少，即嚴重影響水稻的生長。

2. 3 千金子對水稻產(chǎn)量性狀的影響

隨著千金子密度的增加，水稻穗部發(fā)育受到明顯抑制。千金子密度從0株/m2增加至80株/m2時，水稻有效穗數(shù)從12.52穗/株下降至3.40穗/株，穗長從21.53 cm下降到18.58 cm；千金子密度≥10株/m2時，有效穗數(shù)顯著下降；千金子密度≥40株/m2時，穗長顯著下降（表3）。相關(guān)性分析結(jié)果（表4）表明，水稻有效穗數(shù)和穗長與千金子密度呈極顯著負相關(guān)（P<0.01，下同）。

千金子對水稻籽粒發(fā)育也有顯著影響，其密度從0株/m2增加至80株/m2時，水稻實粒數(shù)從88.45粒/穗下降至57.35粒/穗，空秕粒數(shù)由13.71粒/穗增加至30.91粒/穗，對應(yīng)的空粒率由13.42%增加到35.18%，千粒重由23.42 g顯著下降至21.01 g。當(dāng)千金子密度≥5株/m2時，各指標開始出現(xiàn)明顯改變（表3）。相關(guān)性分析結(jié)果（表4）表明，千金子密度與水稻的實粒數(shù)和千粒重呈極顯著負相關(guān)，與水稻的空秕粒數(shù)和空粒率呈顯著或極顯著正相關(guān)。

隨著千金子密度的增加，水稻產(chǎn)量不斷下降。當(dāng)千金子密度為1～5株/m2時，水稻產(chǎn)量為5684.54～6259.52 kg/ha，處理間無顯著差異（P>0.05，下同），產(chǎn)量損失率在1.07%～10.15%；當(dāng)千金子密度為10株/m2時，水稻產(chǎn)量開始顯著降低；當(dāng)千金子密度增加至80株/m2時，水稻產(chǎn)量降至864.04 kg/ha，產(chǎn)量損失率達86.34%（表3）。相關(guān)性分析結(jié)果（表4）表明，千金子密度與水稻產(chǎn)量呈極顯著負相關(guān)，與水稻的產(chǎn)量損失率呈極顯著正相關(guān)。

水稻各產(chǎn)量性狀間，除穗長與空秕粒數(shù)無顯著相關(guān)性外，其他產(chǎn)量性狀間均呈顯著或極顯著（P<0.01，下同）負相關(guān)或正相關(guān)（表4）。表明隨著千金子密度的增加，各產(chǎn)量性狀顯著降低，最終導(dǎo)致水稻產(chǎn)量銳減。

2. 4 千金子密度與水稻產(chǎn)量的回歸模型篩選結(jié)果

采用5種擬合模型研究水稻產(chǎn)量損失與千金子密度間的曲線擬合關(guān)系，結(jié)果（圖1）表明，以二次曲線模型的擬合效果最好，其次為線性、對數(shù)和冪函數(shù)模型，指數(shù)曲線的擬合效果最差?；貧w分析結(jié)果（表5）表明，5種擬合模型的R2依次為二次曲線>冪函數(shù)>線性>對數(shù)>指數(shù)，F(xiàn)測驗也發(fā)現(xiàn)指數(shù)模型的擬合效果最低（P>0.05）。基于曲線擬合和回歸分析，發(fā)現(xiàn)二次曲線模型y=-0.0151x2+2.2760x+0.8114能最好地擬合水稻產(chǎn)量損失率與千金子密度間的關(guān)系。

2. 5 稻田千金子經(jīng)濟危害允許水平及防除閾值的確定

設(shè)水稻鄂粳912的預(yù)期產(chǎn)量（Y）為7500.00 kg/ha，稻谷市場收購價（P）為1.5元/kg，人工拔除千金子的防除費用（C）為2250.0元/ha，防除效果（E）為95%。選用10%氰氟草酯EC有效成分用量100 g/ha進行化學(xué)防除時，藥劑費用和施藥用工總計約450.0元/ha，防效在95%以上（朱文達等，2011）。千金子的經(jīng)濟危害允許水平因防除措施的不同而存在差異，人工拔除對應(yīng)的經(jīng)濟危害允許水平為12.63%，10%氰氟草酯EC防除千金子對應(yīng)的經(jīng)濟危害允許水平為2.53%。

根據(jù)水稻的經(jīng)濟危害允許水平，由擬合的水稻產(chǎn)量損失與千金子密度的關(guān)系模型y=-0.0151x2+ 2.2760x+0.8114得出直播水稻田千金子防治的相應(yīng)經(jīng)濟閾值。計算結(jié)果（表6）表明，人工防除千金子的經(jīng)濟閾值為5.39株/m2 ，即當(dāng)水稻田千金子密度達5.39株/m2以上時，即需要進行人工防除。進行10%氰氟草酯EC化學(xué)防除時，千金子的經(jīng)濟閾值為0.76株/m2。

3 討論

雜草與作物間具有錯綜復(fù)雜的競爭關(guān)系，雜草可爭光、搶水和奪肥，導(dǎo)致作物產(chǎn)量急劇下降（林文雄等，2004；Xuan et al.，2005；王海斌等，2012）。水稻田間因雜草種類不同，對光照和水肥的競爭能力亦有顯著差異。鴨舌草主要競爭水稻田下層光照，不影響水稻穗部光照，但其在水稻田集聚的生物量較大，競爭田間的水分和養(yǎng)分，從而影響水稻生長（朱文達等，2012b）。旱蓮草則可爭奪水稻田整個生長空間的光照，進而顯著影響水稻的生長（朱文達等，2012a）。直播稻田的千金子發(fā)生密度大、分蘗能力強、植株產(chǎn)種量高且與水稻共生期長，成為稻田雜草的優(yōu)勢種群（董立堯等，2003b）。本研究結(jié)果表明，隨著稻田千金子密度增加，千金子株高和鮮重顯著提升，對水稻田間的光照和土壤中水肥的吸收能力顯著增強，千金子成為稻田的優(yōu)勢種群，導(dǎo)致水稻有效穗數(shù)、穗長、實粒數(shù)和千粒重等產(chǎn)量性狀顯著降低，空秕粒數(shù)顯著增加，最終致使水稻嚴重減產(chǎn)。說明千金子競爭直播稻田間光照和土壤中水肥，使水稻植株間的透光條件及土壤中可供水稻利用的水肥大幅降低是導(dǎo)致水稻產(chǎn)量銳減的根本原因。

一般采用數(shù)學(xué)模型來描述雜草與作物間的競爭關(guān)系（Holst et al.，2007；喻大昭等，2008）。水稻田間雜草的類型不同，水稻產(chǎn)量與雜草密度間的關(guān)系也存在差異，如對數(shù)模型、二次曲線模型和平方根模型可分別較好地擬合水稻產(chǎn)量損失與空心蓮子草密度、旱蓮草密度和鴨舌草密度間的關(guān)系（喻大昭等，2008；朱文達等，2012a，2012b）。針對同一種雜草，雜草與作物競爭的模型也會受到作物品種、播種密度、土壤水肥條件、環(huán)境光溫條件及雜草草相等因素的影響。管麗琴等（2001）研究發(fā)現(xiàn)水稻產(chǎn)量損失與稗草密度間呈直線關(guān)系；朱文達（2005）報道，水稻產(chǎn)量損失與稗草間的關(guān)系用對數(shù)模型擬合效果最佳；張紀利等（2015）發(fā)現(xiàn)二次曲線模型能最好地擬合雙季早稻和晚稻的產(chǎn)量損失與稗草密度的關(guān)系，與水稻產(chǎn)量損失和千金子密度的模型變化有相似性。關(guān)于水稻產(chǎn)量損失與千金子密度的關(guān)系，董立堯等（2003a）報道，長江下游中稻的產(chǎn)量損失率與千金子密度的關(guān)系符合二階多項式；吳尚等（2015）發(fā)現(xiàn)長江中游直播早、中、晚稻的產(chǎn)量損失與千金子密度間的關(guān)系用冪函數(shù)擬合效果最佳。本研究發(fā)現(xiàn)，湖北地區(qū)二次曲線模型可較好擬合中熟晚粳品種鄂粳912的產(chǎn)量損失與千金子密度間的關(guān)系，根據(jù)二次曲線模型和經(jīng)濟危害允許水平，人工防除千金子的經(jīng)濟閾值為5.39株/m2，化學(xué)防除（10%氰氟草酯EC）千金子的經(jīng)濟閾值為0.76株/m2，化學(xué)防治具有顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢。此外，當(dāng)千金子密度達人工防治經(jīng)濟閾值的5.39株/m2時，離地70 cm處的透光率低于12.68%，因此，水稻上部空間透光率是稻田雜草防控的重要參數(shù)。

4 結(jié)論

隨著稻田千金子密度增加，千金子通過株高優(yōu)勢爭奪水稻田間的生長空間及光照，同時吸收土壤中大量的水分和養(yǎng)分，最終導(dǎo)致水稻嚴重減產(chǎn)。二次曲線模型y=-0.0151x2+2.2760x+0.8114能最好地擬合水稻產(chǎn)量損失率與千金子密度間的關(guān)系。根據(jù)二次曲線模型和經(jīng)濟危害允許水平，人工和化學(xué)防除千金子的經(jīng)濟閾值分別為5.39和0.76株/m2，即化學(xué)防治經(jīng)濟優(yōu)勢顯著。

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（責(zé)任編輯 王 暉）