香蕉園施用白花鬼針草的控草增效作用

杜 浩，只佳增，李宗鍇，周勁松，楊紹瓊，陳偉強

云南省紅河熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，云南 河口 661300

白花鬼針草BidenspilosaL.var.radiataSch.-Bip為菊科鬼針草屬一年生草本植物，在我國分布較廣、屬于危害較大的外來入侵雜草之一(羅婭婷等，2019)。入侵雜草具有較強的適應(yīng)性和傳播性，可適應(yīng)較廣的生態(tài)范圍，常常打敗當(dāng)?shù)匚锓N，反客為主(范秀琴等，2011; 陶宏征等，2015)，不但導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中生物種多樣性降低，生態(tài)功能退化，造成巨大經(jīng)濟損失，還嚴(yán)重影響人類健康(羅雪晶等，2017)。而入侵雜草的快速擴散與其化感作用密切相關(guān)。植物化感作用是近年來倍受重視的研究領(lǐng)域，是指自然界生物體之間通過某些化學(xué)物質(zhì)而間接產(chǎn)生的有害或有利的作用(Wanetal.,2002)。劉湘永等(2011)報道了白花鬼針草對綠豆Vignaradiata(Linn.)Wilczek.、皺果莧AmaranthusviridisL.、龍葵SolanumnigrumL.和酢漿草OxaliscorniculataL.的化感作用，毛丹鵑等(2010)報道了三葉鬼針草對白三葉TrifoliumrepensL.和紫花苜蓿MedicagosativaL.2種牧草種子萌發(fā)與幼苗生長的影響，杜鳳移(2007)對三葉鬼針草的化感作用機制進行了研究，但關(guān)于利用白花鬼針草化感作用“以草治草”，以白花鬼針草作為肥料施用對作物、雜草、土壤三者間關(guān)系的影響研究，尚無相關(guān)報道。

我國南方熱區(qū)向來有將菊科雜草作為綠肥施用于田間，防草、控蟲、增肥的實踐(王松林等，2014)。筆者前期調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，香蕉園優(yōu)勢雜草主要有白花鬼針草、馬唐Digitariasanguinalis(L.)Scop.、短葉水蜈蚣KyllingabrevifoliaRottb、柔弱斑種草Bothriospermumtenellum(Hornem.)Fisch.et Mey和牛筋草Eleusineindica(L.)Gaertn.等(杜浩等，2020)。本研究按照生態(tài)農(nóng)業(yè)促進增產(chǎn)、改良土壤、省工環(huán)保的思路(丁毓良，2007; 李金才，2007)。通過培養(yǎng)皿萌發(fā)試驗評價白花鬼針草對蕉園4種優(yōu)勢雜草的化感作用，并以盆栽模擬大田試驗方法探討香蕉園施用白花鬼針草后雜草、香蕉和土壤三者的關(guān)系，分析香蕉園施用白花鬼針草對香蕉苗生物學(xué)指標(biāo)、土壤養(yǎng)分和蕉園優(yōu)勢雜草出苗情況等的影響，評價白花鬼針草的化感除草作用，探索香蕉園施用白花鬼針草的可行性。其結(jié)果將對香蕉園雜草的生態(tài)防治、化肥農(nóng)藥的減量減施提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

馬唐、短葉水蜈蚣、柔弱斑種草和牛筋草種子均采集于云南省紅河熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗基地，用0.5%的次氯酸鈉溶液浸泡30 min，蒸餾水漂洗3次，晾干備用。選用開花期及開花期以前的白花鬼針草植株(地上部分)，現(xiàn)采現(xiàn)用，經(jīng)測氮、磷、鉀含量依次為2.18%、1.23%、1.78%。香蕉苗為云南省紅河熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育的滇蕉1號，選取長有2～3片真葉，株高約25 cm，健康、長勢一致的香蕉苗備用。供試土壤采自云南省紅河熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，土壤為黏質(zhì)壤土，理化性質(zhì)如下：pH5.03、有機質(zhì)25.9 g·kg-1、堿解氮97.35 mg·kg-1、速效磷19.38 mg·kg-1、速效鉀93.63 mg·kg-1。土壤采集后風(fēng)干過1 cm篩，并將土樣的1/6混入上述4種雜草種子備用(使土樣中具有相當(dāng)量的雜草種子，保障后續(xù)試驗順利開展)。

試驗地點云南省紅河熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所位于云南省紅河流域低熱河谷區(qū)，海拔100～400 m，年均溫22.6 ℃，年均降雨量1587.3 mm，年均相對濕度84%，日照時數(shù)為1605 h，具有雨量充沛、雨熱同季、高溫高濕、干濕季分明的特點(杜浩等，2020)。

1.2 方法

1.2.1 白花鬼針草浸提液制取 采集開花期及以前的白花鬼針草地上部分，剪碎后放入蒸餾水中，水浴振蕩48 h，二次過濾后，浸提液定溶至質(zhì)量濃度為0.1 g·mL-1的母液(以鮮重計算)。取部分母液分別稀釋至質(zhì)量濃度為0.0125、0.025、0.05、0.1 g·mL-1。調(diào)節(jié)浸提液pH值與蒸餾水一致，4 ℃冷藏備用。

1.2.2 培養(yǎng)皿萌發(fā)生物測定 吸取10 mL上述濃度的浸提液加入放有雙層濾紙的直徑為9 cm培養(yǎng)皿中，每皿均勻放置30粒籽粒飽滿、大小均一、已消毒的雜草種子，4 ℃放置24 h以保證種子萌發(fā)整齊。以蒸餾水為對照，每種雜草設(shè)3個重復(fù)。將培養(yǎng)皿置于人工氣候箱中恒溫培養(yǎng)，溫度28 ℃、濕度70%、每天光照12 h。7 d后開始統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)，14 d后測量生物量。

1.2.3 盆栽模擬測定 試驗于2019年6月開展，將香蕉苗移栽到花盆中(花盆底部直徑16.5 cm，口部直徑21.5 cm，高25 cm，總?cè)莘e約為5 L)，每盆1株，并將上述混有雜草種子的土壤等量分配到每個花盆上層，且控制每個花盆中土壤總量為4 L，待香蕉苗移栽成活后(3 d后)，將白花鬼針草剪成5～10 cm，分別按0、50、100、200、400 g·株-1(以鮮重計算)施用于花盆表土上(以土樣體積計算的濃度與培養(yǎng)皿萌發(fā)生物測定試驗相對應(yīng))，每處理20盆，重復(fù)3次。處理35 d后(白花鬼針草已經(jīng)腐爛)，將花盆中泥土全部倒出，清除白花鬼針草殘體后混合均勻，取土樣，并參考鮑士旦(2008)的方法測定土樣pH、有機碳、堿解氮、速效磷、速效鉀等指標(biāo)。同時，將花盆中香蕉苗及雜草全部取出，洗凈泥土，測量鮮重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007和Spss 22.0進行處理分析。相關(guān)計算公式如下：

發(fā)芽勢(germination energy)GE=n/N，式中，n為的發(fā)芽結(jié)束時間1/3時的種子發(fā)芽數(shù)，N為供試種子總數(shù)；發(fā)芽率(germination percentage)GP=n/N，式中，n為發(fā)芽結(jié)束時的種子發(fā)芽數(shù)，N為供試種子總數(shù)；發(fā)芽指數(shù)(germination index)GI=∑(Gt/Dt)，式中，Gt為第t天的種子發(fā)芽數(shù)，Dt為對應(yīng)Gt的發(fā)芽天數(shù)；活力指數(shù)(vigour index)VI=GI×S，式中，S為發(fā)芽結(jié)束時測得的幼苗鮮重(g)(陳士超等，2017；王海英等，2013；楊華庚，2015)。

化感效應(yīng)敏感指數(shù)(response index)RI，當(dāng)T≥C時，RI=1-C/T；當(dāng)T0為促進作用，RI<0為抑制作用(Saxenaetal.,1996; Williamson & Richardson,1988)。發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)對應(yīng)化感效應(yīng)敏感指數(shù)依次記作GE(RI)、GP(RI)、GI(RI)、VI(RI)。因測定發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)4項指標(biāo)，各項RI值變化趨勢不盡一致，較難評價和定量分析化感效應(yīng)，故采取相加平均法對RI值進行再處理，所得結(jié)果綜合敏感指數(shù)用M表示，M值用于評價受體植物對化感作用的綜合敏感效應(yīng)或供體植物的綜合化感效應(yīng)，M>0為促進，M<0為抑制(馬瑞君等，2006)。

雜草防效以株防效(EP)和鮮重防效(EW)2個指標(biāo)計算，株防效=[(對照雜草株數(shù)-處理雜草株數(shù))/對照雜草株數(shù)]×100%；鮮重防效=[(對照雜草鮮重-處理雜草鮮重)/對照雜草鮮重]×100%(路興濤等，2014)。

2 結(jié)果與分析

2.1 白花鬼針草的控草作用

2.1.1 發(fā)芽指標(biāo) 白花鬼針草浸提液處理雜草種子，當(dāng)白花鬼針草浸提液濃度為0.0125 g·mL-1時，對4種雜草種子化感作用不同，對馬唐的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)為輕微抑制作用(差異不顯著)，活力指數(shù)表現(xiàn)為顯著促進作用，綜合敏感指數(shù)為0.02；對短葉水蜈蚣表現(xiàn)為輕微抑制作用(差異不顯著)，綜合敏感指數(shù)為-0.02；對牛筋草、柔弱斑種草為顯著抑制作用，綜合敏感指數(shù)分別為-0.15、-0.23。白花鬼針草浸提液的濃度為0.025～0.1 g·mL-1時，對4種雜草種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均表現(xiàn)為顯著抑制作用，且隨著浸提液濃度的增加，抑制作用增強(表1)。

表1 白花鬼針草浸提液處理下4種雜草種子的發(fā)芽指標(biāo)分析

白花鬼針草浸提液濃度為0.025 g·mL-1時，馬唐、短葉水蜈蚣、牛筋草、柔弱斑種草的綜合敏感指數(shù)依次為-0.36、-0.21、-0.47、-0.49；白花鬼針草浸提液濃度為0.05 g·mL-1時，馬唐、短葉水蜈蚣、牛筋草、柔弱斑種草的綜合敏感指數(shù)依次為-0.61、-0.39、-0.65、-0.70；白花鬼針草浸提液濃度為0.1 g·mL-1時，馬唐、短葉水蜈蚣、牛筋草、柔弱斑種草的綜合敏感指數(shù)依次為-0.69、-0.60、-0.72、-0.78(表2)。

2.1.2 敏感指數(shù) 比較發(fā)芽勢和發(fā)芽率對應(yīng)敏感指數(shù)，4種雜草種子的發(fā)芽勢敏感指數(shù)絕對值均高于發(fā)芽率敏感指數(shù)絕對值，并結(jié)合發(fā)芽指數(shù)敏感指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽指數(shù)敏感指數(shù)大多數(shù)值介于發(fā)芽勢敏感指數(shù)和發(fā)芽率敏感指數(shù)之間，由此可見，白花鬼針草對4種雜草種子的化感作用，有降低種子發(fā)芽率和延長種子發(fā)芽時間雙重作用。比較發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)對應(yīng)敏感指數(shù)發(fā)現(xiàn)，活力指數(shù)敏感指數(shù)絕對值的大多數(shù)值高于發(fā)芽指數(shù)敏感指數(shù)絕對值，由此可見，白花鬼針草浸提液處理對雜草鮮重具有一定促進作用，而這種促進作用相對于白花鬼針草浸提液降低種子發(fā)芽率和延長種子發(fā)芽時間的抑制作用較弱，所以綜合化感效應(yīng)M值多為負值。比較白花鬼針草對4種雜草種子的綜合化感效應(yīng)M值，白花鬼針草對柔弱斑種草作用最強，其次為牛筋草，再次為馬唐，對短葉水蜈蚣作用最弱(表2)。

表2 白花鬼針草浸提液處理對4種雜草種子的化感效應(yīng)評價

2.1.3 雜草防效 施用白花鬼針草對4種雜草種子的防效表現(xiàn)為：白花鬼針草施用量為50 g·株-1時，對4種雜草株防效均表現(xiàn)為抑制作用，而鮮重防效表現(xiàn)不一，對柔弱斑種草為抑制作用，對馬唐、短葉水蜈蚣、牛筋草為促進作用；白花鬼針草施用量為100～400 g·株-1時，對4種雜草的株防效和鮮重防效均為抑制作用。在本研究范圍內(nèi)，隨著白花鬼針草施用量的增加，對4種雜草種子的株防效和鮮重防效均不斷增加，施用量為400 g·株-1時防效最佳，對馬唐、短葉水蜈蚣、牛筋草、柔弱斑種草株防效依次為81.35%、74.09%、87.32%、93.21%，鮮重防效依次為72.30%、69.52%、74.36%、82.23%，對4種雜草的綜合株防效和綜合鮮重防效分別為78.99%、70.60%。比較白花鬼針草對4種雜草種子的防效，對柔弱斑種草防效最好，其次為牛筋草，再次為馬唐，最次為短葉水蜈蚣。從株防效和鮮重防效2個指標(biāo)對比來看，白花鬼針草對4種雜草的鮮重防效均低于株防效(表3)。

表3 不同白花鬼針草施用量對4種雜草的防效分析

2.2 花鬼針草增效作用

2.2.1 土壤養(yǎng)分變化 本研究中，施用白花鬼針草后土壤pH、速效磷含量與對照無顯著差異；土壤有機碳、堿解氮、速效鉀含量隨著白花鬼針草施用量的增加而增加，但在白花鬼針草施用量為50～100 g·株-1時與對照差異不顯著，施用量為200～400 g·株-1時與對照差異顯著；白花鬼針草施用量為400 g·株-1時，土壤有機碳、堿解氮、速效鉀均達到最大值，與對照相比依次增加8.72%、10.36%、16.30%(表4)。

2.2.2 香蕉苗生物量 隨著白花鬼針草施用量的增加，香蕉生物量不斷增加，但在白花鬼針草施用量為50～100 g·株-1時，與對照差異不顯著，白花鬼針草施用量為200～400 g·株-1時，與對照差異顯著。白花鬼針草施用量為50、100、200、400 g·株-1對應(yīng)香蕉生物量增加率依次為1.64%、5.96%、10.75%、19.79%(表4)。

表4 不同白花鬼針草施用量下土壤養(yǎng)分和香蕉苗鮮重分析

3 討論與結(jié)論

植物化感作用的研究對研究植物進化及其開發(fā)利用具有重要意義，而研究化感作用受體植物的選擇應(yīng)根據(jù)研究目的和化感作用植物在野外可能的作用對象來選擇。白花鬼針草是香蕉園的優(yōu)勢雜草，本研究以白花鬼針草為供體，以香蕉園另外4種優(yōu)勢雜草為受體研究白花鬼針草的化感作用，按照“以草治草”的思路探討香蕉園雜草的生態(tài)防治，對白花鬼針草的防治及其開發(fā)利用具有重要價值。

生物測定作為化感作用研究中一個非常重要的環(huán)節(jié)(曾任森，1999)，而化感作用的發(fā)揮與化感物質(zhì)的濃度有關(guān)，低濃度促進、高濃度抑制是普遍現(xiàn)象(張紅，2007)。本研究設(shè)置了4個濃度梯度的白花鬼針草浸提液，通過對4種雜草種子的化感作用生物測定，以綜合化感效應(yīng)來看，白花鬼針草浸提液濃度0.0125 g·mL-1時對4種雜草種子表現(xiàn)不一；浸提液濃度0.025～0.1 g·mL-1時，對4種雜草均表現(xiàn)明顯抑制作用；通過分析比較種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)對應(yīng)的化感效應(yīng)敏感指數(shù)發(fā)現(xiàn)，白花鬼針草處理具有降低種子發(fā)芽率、延緩種子發(fā)芽時間的作用，同時對雜草萌發(fā)后的鮮重有一定促進作用，但這種促進作用較弱，所以綜合化感效應(yīng)表現(xiàn)為抑制作用。而在盆栽模擬試驗中，當(dāng)白花鬼針草施用量為50 g·株-1時，對4種雜草株防效均為抑制作用，鮮重防效表現(xiàn)不一；當(dāng)白花鬼針草施用量為100～400 g·株-1時，對4種雜草的株防效和鮮重防效均為抑制作用，且鮮重防效均低于株防效。究其原因，可能是由于白花鬼針草施用后，雜草數(shù)量降低，雜草間養(yǎng)分競爭降低，雜草單株鮮重上升，進而導(dǎo)致鮮重防效低于株防效，同時結(jié)合培養(yǎng)皿萌發(fā)試驗生物測定結(jié)果分析，也可能是由白花鬼針草施用具有促進雜草鮮重增加的作用所致。而對于白花鬼針草對上述4種雜草的防控機理，可能是由白花鬼針草化感作用和物理覆蓋作用雙重因素所致。本研究中，隨著白花鬼針草施用量的增加，其釋放化感物質(zhì)的量不斷增加，覆蓋厚度也不斷增加，進而表現(xiàn)為控草作用不斷增強?？偟膩砜矗柙阅M大田試驗結(jié)果與培養(yǎng)皿萌發(fā)試驗生物測定結(jié)果具有一致性。

覆蓋作物是增加土壤碳儲量和提高土壤質(zhì)量的有效措施之一(Lal,2002; Sainjuetal.,2002)。有研究認為，耕層土壤速效磷含量與化肥磷施用量有關(guān)，而與秸稈還田方式無顯著相關(guān)(王小彬等，2000)。秸稈還田對土壤磷素不產(chǎn)生顯著影響可能與秸稈中磷素含量較低以及土壤磷的有效性與外界環(huán)境影響很大有關(guān)(戴志剛，2009)。本研究中，白花鬼針草施用后土壤有機碳、堿解氮、速效鉀均顯著提高，但土壤pH、速效磷變化未達到顯著水平。這與蘇偉等(2014)報道的稻草還田土壤肥力效應(yīng)評價、魏靜(2018)報道的不同冬季覆蓋作物對玉米地土壤養(yǎng)分的影響有一定相似性。秸稈還田之后不僅可以通過自身分解釋放的營養(yǎng)成分、化學(xué)物質(zhì)影響作物生長，也可以通過影響作物生長的環(huán)境因子間接影響作物生長(蘇偉等，2014)。本研究中，隨著白花鬼針草施用量的增加，雜草防效不斷提高，香蕉生物量不斷增加，土壤有機碳、堿解氮、速效鉀含量也不斷增加。而土壤、香蕉、雜草三者關(guān)系密切，土壤的最終養(yǎng)分取決于施用白花鬼針草對土壤的貢獻值，以及雜草、香蕉利用消耗量等各個環(huán)節(jié)，而香蕉生物量同樣受到土壤供肥力、雜草競爭力等因素的影響。本研究證實了通過施用白花鬼針草對三者的關(guān)系進行干預(yù)，最終抑制了草增長、提高土壤肥力、促進香蕉生長，但對于白花鬼針草單獨作用于土壤、香蕉的具體效應(yīng)有待進一步研究。本研究中，選擇在試驗處理35 d后測定雜草防效、土壤養(yǎng)分和香蕉苗生物量等指標(biāo)，而不同的試驗時間(指標(biāo)測定時間)條件下，所計算的雜草防效、土壤養(yǎng)分貢獻值、香蕉苗生物量增加情況等必然存在差異，所以對于香蕉園施用白花鬼針草后控草增效作用的動態(tài)還有待進一步研究。本研究設(shè)置的處理水平中，以白花鬼針草施用量最大值400 g·株-1控草增效作用最佳，對繼續(xù)增加白花鬼針草施用量控草增效作用是否進一步提升有待進一步研究；對于白花鬼針草與農(nóng)藥化肥配合施用，對農(nóng)藥化肥的減量減施效果有待進一步研究；香蕉幼苗期由于投影蓋度較小，是雜草滋生的關(guān)鍵時期，而到香蕉營養(yǎng)生長后期、抽雷期、掛果期，對雜草的蔭蔽性逐漸增加，水肥競爭力增強，施用白花鬼針草的效益也會隨之降低，所以對白花鬼針草在大田施用對香蕉產(chǎn)量、經(jīng)濟效益的影響有待進一步研究。

香蕉是海南、云南、廣西、廣東、福建等省(自治區(qū))的重要經(jīng)濟作物，在香蕉生產(chǎn)中，草害是影響其產(chǎn)量、質(zhì)量較為突出的問題之一(李曉霞等，2018)。本研究初步探明了香蕉園施用白花鬼針草具有控草增效的效用，但香蕉園雜草群落結(jié)構(gòu)，各地區(qū)差異較大，蘇微微等(2001)報道的福建香蕉園雜草主要有牛筋草Eleusineindica(L.)Gaertn.、看麥娘AlopecurusaequalisSobol.、小飛蓬Conyzacanadensis(L.)Cronq.等，譚乾開等(2018)報道的海南香蕉園雜草以雙穗雀稗Paspalumpaspaloides(Michx.)Scribn.、牛筋草、三葉鬼針草等為主，而筆者調(diào)查的云南香蕉園雜草以短葉水蜈蚣、牛筋草、馬唐、柔弱斑種草為優(yōu)勢種群。所以香蕉園施用白花鬼針草的效應(yīng)，還應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)叵憬秷@雜草群落結(jié)構(gòu)加以考量。白花鬼針草施用于香蕉園通過物理覆蓋作用、化感作用等起到防治雜草的目的，但隨之帶入的自身種子也可能侵染香蕉園，故在實踐中，建議采集開花期及以前的白花鬼針草作為施用材料；同時，參考鐘軍弟等(2017)研究結(jié)果，白花鬼針草種子的適宜出苗土壤深度為0～1 cm，埋藏深度超過2 cm幾乎完全抑制了其種子萌發(fā)，建議白花鬼針草施用后可采取適當(dāng)泥土掩埋的方式抑制其可能帶入的種子出苗。