豆科牧草三葉草和紫云英與鮮食糯玉米間作對田間雜草的防治效果

王東升， 黃忠陽， 李偉明， 劉慶葉， 陳莉莉， 吳旭東*

(1.南京市蔬菜科學研究所，江蘇 南京210042；2.南京農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境科學學院， 江蘇 南京 210095)

玉米(ZeamaysL.)是禾本科玉蜀黍屬1年生草本植物，植株高大，莖強壯，是全世界總產(chǎn)量最高的農(nóng)作物。鮮食糯玉米作為重要的特用玉米，其籽粒淀粉含量70%～75%，蛋白質含量10%以上，脂肪含量4%～5%，多種維生素含量2%，賴氨酸含量比普通玉米高16%～74%，是高葉酸功能性食品，對維持人體正常生理功能必不可少，其消化率比普通玉米高20%以上。鮮食糯玉米所具有的營養(yǎng)和獨特風味受到越來越多人的青睞，在調結構、轉方式和增效益應用方面具有很大潛力[1]。目前玉米田的雜草危害問題突出，是造成玉米減產(chǎn)、品質下降的主要因素之一，且隨著玉米種植范圍不斷擴大，加之外源雜草入侵，雜草種類和數(shù)量逐年增多，全國玉米種植面積有90%以上受雜草危害。雜草適應性極強，通常與農(nóng)作物爭光、水和空間，田間雜草的發(fā)生與危害嚴重制約作物產(chǎn)量的提高，即使在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)良好的防除條件下，雜草危害仍造成農(nóng)作物減產(chǎn) 10%左右，若不防除則會造成 45%～96%的產(chǎn)量損失[2]?；瘜W除草是玉米生產(chǎn)中雜草防除的重要措施之一，對快速控制玉米田雜草危害和實現(xiàn)增產(chǎn)增收起到重要作用。但由于長期濫用除草劑，導致雜草種群發(fā)生變化，抗藥性增加，危害加重，不利于食品安全的維護。因此，采取科學有效的措施控制雜草發(fā)生及危害，是提高作物產(chǎn)量和品質的重要手段。研究表明，豆科綠肥植物三葉草、紫云英與禾本科作物間作，利用其生物固氮功能可為作物生長提供氮素，在種間競爭和互作過程中增強禾本科作物生長勢[3]。三葉草是多年生豆科植物，因其生物量大，碳氮比高，同化能力強，生長迅速，產(chǎn)草量大而被作為牧草廣泛種植。隨著有機農(nóng)業(yè)的興起，近年來在歐洲逐漸開始應用于禾本科植物間作，取得了良好的應用效果[4-6]。紫云英是重要的綠肥作物，其固氮能力強，利用效率高，特別是在植株腐解時可以大量激發(fā)土壤氮素，同時其也是重要的優(yōu)質飼料和蛋白質補給飼料。目前，對綠肥牧草產(chǎn)業(yè)的研究相對較多，但將綠肥牧草引入鮮食糯玉米間作系統(tǒng)，增加經(jīng)濟效益的同時抑制雜草生長的相關研究較少。鑒于此，利用豆科牧草(三葉草和紫云英)與鮮食糯玉米間作模式，研究不同間作處理對玉米田間雜草的抑制效果以及對玉米產(chǎn)量、品質和經(jīng)濟效益的影響，旨在探尋豆科牧草與鮮食糯玉米間作的最佳模式，以期為玉米種植中雜草綠色防控技術的大面積應用和推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在江蘇省南京市江寧區(qū)橫溪鎮(zhèn)蔬菜花卉科學研究所試驗園區(qū)進行，園區(qū)總面積15 292 hm2。試驗地土壤為黃棕壤，土壤基本性質為pH 4.91、全氮0.99 g/kg、全磷0.47 g/kg、堿解氮92.58 mg/kg、速效磷48.53 mg/kg和速效鉀144.42 mg/kg。

1.2 供試材料

玉米品種為鮮玉糯4號，種子市購；三葉草與紫云英種子均為市購。好漢有機肥由南通惠農(nóng)生物有機肥有限公司提供，總養(yǎng)分≥5%，有機質≥45%。復合肥由安徽省司爾特肥業(yè)股份有限公司生產(chǎn)，N+P2O5+K2O≥45%，N、P、K養(yǎng)分等量。

1.3 試驗設計

以豆科牧草三葉草和紫云英與鮮食糯玉米間作，共設3個處理，分別為空白對照(CK)：單種玉米；T1：三葉草-玉米間作；T2：紫云英-玉米間作。每個處理3次重復，隨機分布。小區(qū)面積為24 m2(長12 m、寬2 m)，小區(qū)間間隔40 cm。

1.4 試驗過程

2018年7月16日在對應處理小區(qū)撒播三葉草(密度150 kg/hm2)和紫云英(密度為75 kg/hm2)，8月15日定植鮮食糯玉米(小區(qū)定植120株)。分別在玉米拔節(jié)期、喇叭口期、成熟期進行取樣測定，各小區(qū)沿對角線隨機調查3點，每點調查面積0.25 m2。拔出調查區(qū)內的所有雜草，按種類記錄雜草株數(shù)，取3 點平均數(shù)，計算株防效；按照雜草種類分別稱取雜草鮮重，取3 點平均數(shù)，計算鮮重防效。在玉米采收期根據(jù)成熟情況分次采收，稱重，測定玉米的可溶性糖、可溶性蛋白和維生素C含量。玉米最后1次采收后，收割三葉草和紫云英，稱重，計算經(jīng)濟效益。

1.5 測定指標及方法

可溶性糖含量采用費林試劑滴定法測定[7]，可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍法測定[8]，維生素C含量用2,6-二氯靛酚滴定法測定[9]。利用Microsoft Excel 2003 和SPSS 22.0進行數(shù)據(jù)分析與作圖，差異顯著性采用單因素方差分析評價，多重比較采用最小顯著極差法(LSD)。

株防效=(空白對照區(qū)雜草株數(shù)-處理區(qū)雜草株數(shù))/空白對照雜草株數(shù)×100%

鮮重防效=(空白對照區(qū)雜草鮮重-處理區(qū)雜草鮮重)/空白對照雜草鮮重×100%

2 結果與分析

2.1 雜草防治效果

2.1.1 雜草種類 從表1看出，在玉米生長前期(拔節(jié)期)，CK處理的田塊雜草共有7種，而T1、T2處理的田間雜草均為5種；玉米生長后期，3個處理的田塊雜草種類保持在5～6種。發(fā)生的雜草種類隸屬于禾本科、馬齒莧科、莧科、大戟科和茄科等5科，其中，1年生禾本科雜草種類最多，共有3種，占總數(shù)的43%。大多數(shù)雜草均為混生群落，同一田塊至少有3種以上的雜草同時危害，單一種類較少見。禾本科的馬唐、稗草和莧科的反枝莧屬于優(yōu)勢種群，在各個時期和各處理中均占有較大比重。

表1 不同處理玉米3個生長時期的雜草密度

注：玉米同一生育期同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Different lowercase letters in the same row indicate significance of difference at the same growth stage of maize atP<0.05 level. The same below.

2.1.2 雜草密度 從表1可知，在玉米生長期間，雜草的總草密度均表現(xiàn)為CK>T2>T1，且隨著玉米生育進程推進，各處理雜草密度均增加?？傮w看，在玉米生長期，T1、T2均有一定的雜草防治效果，但以T1效果更優(yōu)，T1在玉米拔節(jié)期、喇叭口期和成熟期，其雜草的總草密度均最小，雜草防治效果顯著。

2.1.3 雜草鮮重 由表2可知，各處理的雜草鮮重隨玉米生育進程推進均呈上升趨勢，但不同處理間，雜草的總鮮重均表現(xiàn)為CK>T2>T1?？傮w看，在玉米不同生長時期，T1、T2均能明顯抑制雜草鮮重增長，其中以T1的雜草鮮重抑制效果最優(yōu)。

表2 不同處理玉米3個生長時期的雜草鮮重

2.1.4 雜草的株防效 由表3可知，在玉米拔節(jié)期、喇叭口期和成熟期，T1與T2的雜草株防效分別為62.14%和31.82%、72.27 %和52.25%、69.13%和48.39%。說明，在玉米生長期間，T1的雜草株防效穩(wěn)定大于T2，特別在拔節(jié)期，T1的雜草株防效是T2的1.95倍。

表3 不同處理玉米3個生長時期的雜草株防效

2.1.5 雜草的鮮重防效 由表4可知，在玉米拔節(jié)期、喇叭口期和成熟期，T1與T2的雜草鮮重防效分別為71.92%和46.26%、66.35%和38.02%、81.95%和67.33%。說明，在玉米的生長期間，T1的雜草鮮重防效穩(wěn)定高于T2，特別在喇叭口期，T1的雜草鮮重防效是T2的1.75倍。

表4 不同處理玉米 3個生長時期的雜草鮮重防效

2.2 不同間作處理鮮食糯玉米的產(chǎn)量

由表5可知，2種間作處理均能明顯提高鮮食糯玉米產(chǎn)量，增產(chǎn)效果較好。T1和T2的產(chǎn)量較CK分別增加32.32%和16.91%。說明，豆科牧草與鮮食糯玉米間作可顯著增加玉米產(chǎn)量，其中以T1的增產(chǎn)效果最優(yōu)，其增產(chǎn)率是T2的1.91倍。

表5不同處理鮮食糯玉米的產(chǎn)量及增產(chǎn)率

Table 5 Yield and growth rate of fresh edible waxy corn of different treatments

處理Treatment折合產(chǎn)量/(kg/hm2)Yield較CK增產(chǎn)率/% Growth rate compared with CKCK10 965±317 b-T114 509±1 400 a32.32T212 819±382 a16.91

注：同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level.

2.3 不同間作處理鮮食糯玉米的品質

由圖1可知，2種間作處理均能明顯提高鮮食糯玉米品質，不同處理的玉米籽?？扇苄蕴恰⒖扇苄缘鞍缀途S生素C含量均表現(xiàn)為T1>T2>CK，3個處理間均差異顯著。說明，豆科牧草與鮮食糯玉米間作可顯著提升鮮食糯玉米的品質和口感。

2.4 不同處理的經(jīng)濟效益

經(jīng)測產(chǎn)，三葉草和紫云英折合產(chǎn)量分別為10 000 kg/hm2和12 000 kg/hm2，結合2018年江蘇省的鮮食糯玉米、三葉草、紫云英市場價格(玉米3元/kg，三葉草、紫云英均為0.5元/kg)計算經(jīng)濟效益(表6)。CK、T1、T23種種植模式的純收益分別為32 685元/hm2、46 027元/hm2和41 807元/hm2， T1、T2的純收益較CK分別增加13 342元/hm2和9 122元/hm2。說明，豆科牧草與鮮食糯玉米間作可大幅提高種植收益。

注：圖中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the figure indicate significance of difference atP<0.05 level.

圖1不同處理鮮食糯玉米籽粒的可溶性糖、可溶性蛋白和維生素C含量

Fig.1 Soluble sugar, soluble protein and Vc content in fresh edible waxy corn of different treatments

表6 不同處理的經(jīng)濟效益

3 結論與討論

玉米田間雜草種類較繁多，雜草發(fā)生危害越來越重，加之目前生產(chǎn)上玉米莖葉除草劑多為混配藥劑，除草劑的大量使用，使某些雜草對除草劑產(chǎn)生抗性[10-13]，因此玉米雜草是造成玉米減產(chǎn)的主要原因之一。探究新的種植模式以抑制雜草生長，從而減少化學除草劑的使用迫在眉睫。有研究認為，雜草冠層光合有效輻射玉米間作大豆處理與玉米單作處理的差異極顯著，這可能是通過合理間套作，促使作物形成生態(tài)位優(yōu)勢，增加遮陰程度，減少地表光合有效輻射量，從而達到抑制雜草生長的目的[14-15]。玉米與豆科植物間作種植從系統(tǒng)物質生產(chǎn)、土壤肥力維持、生物多樣性保護、水土保持、病蟲草害和有害污染物控制等方面對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)均有一定作用[16]。玉米與大豆間作系統(tǒng)不僅能提高土壤利用率并能有效利用間作系統(tǒng)的整體資源，增加作物凈作生物量，從而達到提高作物產(chǎn)量和品質的目的[17]。大豆雖然可與根瘤菌共生，但其固定的氮比豆科牧草少，豆科牧草(如三葉草等)利用共生的根瘤菌可把大氣中的氮轉化為植物可利用的氮，從而減少植物對氮肥的需求[18-20]。

利用豆科牧草(三葉草和紫云英)與鮮食糯玉米間作模式，研究玉米單作、玉米-三葉草間作和玉米-紫云英間作不同處理對雜草防治效果與玉米產(chǎn)量及品質的影響。結果表明，雜草防治效果上，玉米間作三葉草處理雜草的總草密度及鮮重在玉米拔節(jié)期、喇叭口期和成熟期均最低，玉米間作紫云英處理的抑制雜草密度和鮮重的效果次之，玉米單作處理則一直維持在較高的雜草密度和重量水平，養(yǎng)分流失嚴重；在雜草鮮重防效及株防效上，玉米間作三葉草處理的防效均大于間作紫云英的處理，說明鮮食糯玉米間作三葉草對田間雜草有明顯的抑制作用。在玉米產(chǎn)量和品質上，玉米產(chǎn)量三葉草間作、紫云英間作處理較單作玉米處理分別增加32.32%和16.91%；玉米間作豆科牧草處理鮮食糯玉米品質優(yōu)于玉米單作處理，其中以間作三葉草的鮮食糯玉米品質最優(yōu)。在種植經(jīng)濟效益方面，鮮食糯玉米間作三葉草和紫云英處理均能提高純收益，尤其以間作三葉草的經(jīng)濟效益好，較玉米單作處理增加13 342元/hm2，優(yōu)于間作紫云英處理(9 122元/hm2)。綜上表明，鮮食糯玉米間作三葉草不僅可有效抑制田間雜草生長，減少除草劑使用，降低除草人工成本，減少環(huán)境污染，還能明顯增產(chǎn)提質，提高經(jīng)濟效益，是開拓環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要種植模式。