我國(guó)主要小麥產(chǎn)區(qū)伴生麥的分布及生物學(xué)特性調(diào)查

蘇旺蒼，郝紅丹，孫蘭蘭，袁明月，徐洪樂(lè)，吳仁海

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所,河南 鄭州 450002)

伴生麥?zhǔn)且环N具有雜草特征的小麥屬(Triti-cum)植物，具有42條染色體[1]，自交可育，與栽培小麥(TriticumaestivumL)雜交能夠結(jié)實(shí)，影響栽培小麥的繁育及籽粒品質(zhì)。在麥田里，伴生麥與栽培小麥同時(shí)出苗生長(zhǎng)，但其高度明顯高于栽培小麥，伴生麥在麥田中所占比例較高時(shí)，因其莖稈細(xì)長(zhǎng)、較高,易使栽培小麥田倒伏而導(dǎo)致嚴(yán)重減產(chǎn)，伴生麥已逐漸成為小麥生產(chǎn)中的一大公害[1-4]。伴生麥與栽培小麥具有較多相似之處使其難以控制，麥田化學(xué)除草劑對(duì)其無(wú)選擇性，因此，許多簡(jiǎn)單的控制方法也會(huì)對(duì)栽培小麥造成傷害，致使伴生麥在受侵害小麥田里的發(fā)生率和密度不斷增加[1,5]。

伴生麥凈光合作用速率低于栽培小麥，且其光合作用易受有效光合輻射和葉室內(nèi)空氣溫度的影響，導(dǎo)致籽粒顆粒較小，質(zhì)量較低，產(chǎn)量不能達(dá)到高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)，不具備生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)[6]。并且，伴生麥也通過(guò)爭(zhēng)奪水分、養(yǎng)分、陽(yáng)光和空間等顯著降低栽培小麥產(chǎn)量[7-9]。栽培小麥品種混雜退化對(duì)栽培小麥生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p害[3,6,10]。目前，除生產(chǎn)上常見(jiàn)的機(jī)械混雜、生物學(xué)混雜和基因突變等之外，上茬遺籽混雜也頻繁出現(xiàn)[11]，伴生麥具有強(qiáng)休眠特性，在田間能夠保持休眠不萌發(fā)而自然越夏，與當(dāng)年秋播栽培小麥同時(shí)生長(zhǎng)，極易與栽培小麥品種發(fā)生混雜[1]，造成伴生麥蔓延發(fā)展。因此，選取7個(gè)省的42個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)我國(guó)中部和東部主要小麥產(chǎn)區(qū)伴生麥的分布和特征進(jìn)行調(diào)查，明確我國(guó)主要小麥產(chǎn)區(qū)伴生麥的發(fā)生頻率、分布、密度和生物學(xué)特性，為我國(guó)伴生麥傳播的控制管理和預(yù)防提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 伴生麥的發(fā)生和分布調(diào)查

在我國(guó)中部和東部的主要小麥產(chǎn)區(qū)，選取河南、河北、山東、山西、安徽、江蘇、湖北7個(gè)省共42個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)(W1—W42)，并采用每個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)隨機(jī)選址的方法進(jìn)行調(diào)查。通過(guò)預(yù)選麥田全球定位衛(wèi)星(GPS)坐標(biāo)和使用ArcView地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件程序(ESRI.ArcGIS 9.3)開發(fā)的地圖[12-13]選擇地點(diǎn)。

于2017年5—6月冬季栽培小麥成熟階段，對(duì)收獲前的作物田進(jìn)行調(diào)查和取樣，選擇野外定位后，利用農(nóng)田和GPS經(jīng)緯度坐標(biāo)對(duì)野外進(jìn)行地理定位，確定7個(gè)省伴生麥的發(fā)生率和密度。每個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)隨機(jī)選取10個(gè)調(diào)查樣地，每個(gè)調(diào)查樣地的耕地面積不少于1 hm2，每個(gè)調(diào)查樣地由30個(gè)單位樣方組成，每個(gè)樣方面積為1 m×1 m，測(cè)定伴生麥密度，即每平方米的植株數(shù)和穗數(shù)[14]。采用7級(jí)目測(cè)法(表1)從相對(duì)蓋度、多度和相對(duì)高度綜合評(píng)估優(yōu)勢(shì)度級(jí)別[14-16]。利用方程計(jì)算伴生麥的發(fā)生頻率和平均侵害值。

發(fā)生頻率=某省有伴生麥的縣(市)數(shù)/全省調(diào)查的縣(市)總數(shù)×100%。

麥田伴生麥平均侵害值(V)：

式中，a是等級(jí)值，b是單位面積中等級(jí)a伴生麥的數(shù)量，c是每個(gè)采樣點(diǎn)的樣方數(shù)。

表1 伴生麥優(yōu)勢(shì)度7級(jí)目測(cè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表1 伴生麥優(yōu)勢(shì)度7級(jí)目測(cè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.2 伴生麥生物學(xué)特性調(diào)查及與栽培小麥比較

在幼苗期和成熟期觀察伴生麥和栽培小麥(CK)的麥穗、籽粒和莖的形態(tài)。在收獲季節(jié)從不同調(diào)查樣點(diǎn)采集植株，由于南部地區(qū)小麥成熟早，調(diào)查從南部開始并向北進(jìn)行，采集7個(gè)省42個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)的伴生麥進(jìn)行生物學(xué)特征測(cè)量，從代表每個(gè)區(qū)域的田間隨機(jī)選擇30株，測(cè)量并記錄伴生麥的株高、穗長(zhǎng)、分蘗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和莖粗等，除分蘗數(shù)外，所有變量均采用主莖進(jìn)行測(cè)量，并求取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用SPSS 18.0進(jìn)行單向方差分析及統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan’s多重比較檢測(cè)樣本間的差異(P≤0.05)，所有數(shù)據(jù)均采用變量的均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)查地區(qū)伴生麥的發(fā)生頻率

通過(guò)田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)7個(gè)省份均有伴生麥發(fā)生，不同地區(qū)伴生麥的發(fā)生頻率和平均侵害值不同。調(diào)查隨機(jī)選擇的麥田表明，7個(gè)省份伴生麥的頻率在50.3%～92.1%(圖1)。其中，河南省伴生麥的發(fā)生頻率最高，為92.1%，其次是山西省(83.3%)。在所調(diào)查地區(qū)中，山西省新絳縣和河南省民權(quán)縣、澠池縣、汝州市、內(nèi)黃縣、浚縣等地伴生麥侵害尤為嚴(yán)重，伴生麥在所調(diào)查麥田中均有發(fā)生。其他省份的伴生麥發(fā)生頻率較低，河北省、山東省、安徽省、湖北省分別為79.6%、70.2%、65.4%、59.7%，以江蘇省的伴生麥發(fā)生頻率(49.6%)最低。表明伴生麥在所調(diào)查的7個(gè)省份均有發(fā)生，覆蓋了中國(guó)中部和東部的主要小麥產(chǎn)區(qū)。

圖1 7個(gè)省伴生麥的發(fā)生頻率

2.2 不同調(diào)查區(qū)域伴生麥的密度和平均侵害值

由表2可見(jiàn)，7個(gè)省42個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)伴生麥的平均株數(shù)為2～12株/m2。河南省伴生麥平均株數(shù)高于其他省份。民權(quán)縣伴生麥的平均株數(shù)最高，2個(gè)采樣點(diǎn)均為12株/m2，武陟縣、澠池縣、禹州市、汝州市、輝縣、內(nèi)黃縣和浚縣伴生麥的平均株數(shù)為10～11株/m2，高于其他省內(nèi)所調(diào)查地區(qū)伴生麥的平均株數(shù)。其中，河北省不同的縣(市)伴生麥的平均株數(shù)為2～5株/m2，山西省為5～7株/m2，山東、安徽、湖北、江蘇等省不同縣(市)為2株/m2。

7個(gè)省不同縣(市)伴生麥的平均穗數(shù)為9～47穗/m2，河南省民權(quán)縣2伴生麥的平均穗數(shù)最高，為47.0穗/m2，澠池縣、禹州市、汝州市、民權(quán)縣1、內(nèi)黃縣和?？h的伴生麥平均穗數(shù)為36.3～43.3穗/m2，明顯高于所調(diào)查的河南省其他縣(市)和其他省內(nèi)伴生麥平均穗數(shù)。

7個(gè)省份不同縣(市)伴生麥平均侵害值均在16.3%～51.0%。民權(quán)縣、內(nèi)黃縣和?？h的平均侵害值(42.1%～51.0%)明顯高于其他縣。其中，河南省武陟縣、澠池縣、禹州市、汝州市、輝縣、商水縣，河北省肥鄉(xiāng)縣、深州市、滄縣、武邑縣，山西省新絳縣、洪洞縣伴生麥平均侵害值為27.3%～32.4%。

2.3 伴生麥的生物學(xué)特性

對(duì)栽培小麥和不同伴生麥的形態(tài)特征進(jìn)行觀察，結(jié)果表明，伴生麥麥穗分為有芒型和無(wú)芒型(圖2a)，有芒型包括長(zhǎng)芒型和短芒型，伴生麥芒色多為黃色，幾乎所有的栽培小麥具有黃色麥芒。伴生麥和栽培小麥的籽粒也有一定的差異(圖2b)，伴生麥的籽粒顏色大多為暗紅色，籽粒相對(duì)較小。伴生麥幼苗的形態(tài)特征與栽培小麥相似(圖2c—e)，但伴生麥莖稈的顏色有紅色和紫色2種，栽培小麥莖的顏色為淺黃綠色。在栽培小麥種植區(qū)進(jìn)行田間觀察發(fā)現(xiàn)，伴生麥的植株高度明顯大于栽培小麥(圖3a)，在部分栽培小麥種植區(qū)侵害嚴(yán)重(圖3b—c)。

小麥成熟時(shí)，從湖北、江蘇、安徽、山東、山西、河北、河南7個(gè)省42個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)采集伴生麥植株樣品，觀察及測(cè)定伴生麥的生物學(xué)特性(表3)。成熟的伴生麥植株高度為91～165 cm，大部分約為120 cm，較栽培小麥(約70 cm)高30.0%～135.7%，在田間極易區(qū)分。除河南省內(nèi)黃縣和浚縣外，其他調(diào)查樣點(diǎn)伴生麥的穗長(zhǎng)均小于或等于栽培小麥，為6.0～9.2 cm。不同調(diào)查樣點(diǎn)伴生麥分蘗數(shù)為3～22個(gè)，栽培小麥最常見(jiàn)的分蘗數(shù)約為6個(gè)。伴生麥的株高較高，分蘗數(shù)大部分多于栽培小麥，較栽培小麥具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。不同調(diào)查樣點(diǎn)伴生麥穗粒數(shù)為22～72粒，栽培小麥穗粒數(shù)為33粒，37個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)的伴生麥穗粒數(shù)高于栽培小麥。伴生麥的千粒質(zhì)量為25.7～34.5 g，與栽培小麥(44.6 g)相比減少22.6%～42.4%。伴生麥莖粗為0.21～0.42 cm，大部分在0.2～0.3 cm，而栽培小麥莖粗為0.49 cm，伴生麥莖粗明顯小于栽培小麥，更易倒伏。

表3 伴生麥與栽培小麥(百農(nóng)AK58)的形態(tài)特征對(duì)比

續(xù)表3 伴生麥和栽培小麥(百農(nóng)AK58)的形態(tài)特征對(duì)比

3 結(jié)論與討論

伴生麥種質(zhì)混雜對(duì)小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)造成了極大影響。孫麗娜等[3,17]報(bào)道了淮北地區(qū)伴生麥的產(chǎn)量、品質(zhì)及倒伏原因，但未統(tǒng)計(jì)伴生麥的發(fā)生頻率。本研究表明，湖北、江蘇、安徽、山東、山西、河北和河南7個(gè)省份中，伴生麥的發(fā)生頻率為50.3%～92.1%。7個(gè)省不同縣(市)栽培小麥田中伴生麥植株平均株數(shù)為2～12株/m2，平均穗數(shù)為9～47穗/m2,伴生麥的平均侵害值為16.3%～51.0%。以往研究表明，雜草稻或紅稻的密度與水稻減產(chǎn)直接相關(guān)，當(dāng)雜草稻密度為1株/m2時(shí)，水稻減產(chǎn)9.15%，當(dāng)雜草稻在水稻田的密度為7株/m2時(shí)，水稻減產(chǎn)可達(dá)50%[18-20]，雜草稻密度越高，對(duì)水稻產(chǎn)量的負(fù)面影響越大。明確伴生麥在栽培小麥田的發(fā)生頻率，對(duì)于伴生麥的防除具有重要價(jià)值[21-23]。

了解伴生麥和栽培小麥的形態(tài)特征有助于農(nóng)民對(duì)二者進(jìn)行區(qū)分，以便采取適當(dāng)?shù)姆乐未胧撛谖：档阶畹?。雖然伴生麥形態(tài)與栽培小麥相似，但也有一些重要的差異[13]，可以根據(jù)株高、分蘗數(shù)、莖稈顏色和千粒質(zhì)量等形態(tài)差異區(qū)分伴生麥和栽培小麥，方便人工去除伴生麥植株，或從混合谷物樣品中篩選伴生麥籽粒[11]。本研究發(fā)現(xiàn)，伴生麥麥穗分為長(zhǎng)芒、短芒和無(wú)芒3種；伴生麥籽粒顏色比栽培小麥顏色深，多數(shù)為暗紅色，籽粒較??；幼苗時(shí)期伴生麥莖稈為紅色和紫色，而栽培小麥莖稈為淺黃綠；伴生麥植株明顯高于栽培小麥，且分蘗數(shù)較多。株高較高、分蘗數(shù)較多的伴生麥在小麥田中與栽培小麥競(jìng)爭(zhēng)陽(yáng)光和空間，具有明顯的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。伴生麥長(zhǎng)而細(xì)的秸稈更易倒伏，成熟期可導(dǎo)致栽培小麥倒伏，伴生麥密度越高，倒伏風(fēng)險(xiǎn)越大。伴生麥的籽粒相對(duì)較小，對(duì)受侵害栽培小麥的產(chǎn)量和總體質(zhì)量均產(chǎn)生嚴(yán)重影響[14,24-25]。

雖然伴生麥籽粒較小，但其具有較強(qiáng)的繁殖能力[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)伴生麥的穗粒數(shù)高于栽培小麥，伴生麥穗粒數(shù)較多會(huì)對(duì)栽培小麥的種植影響嚴(yán)重，伴生麥的千粒質(zhì)量與栽培小麥相比減少22.6%～42.4%，這也是伴生麥作為種質(zhì)資源的劣勢(shì)。伴生麥密度越高，競(jìng)爭(zhēng)越大，對(duì)栽培小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響越大，這些結(jié)果與雜草稻和節(jié)節(jié)麥對(duì)作物的影響相似[27-28]。種質(zhì)混雜或耕作方式的不同均可導(dǎo)致伴生麥的傳播，通過(guò)人工拔除來(lái)控制伴生麥群體可能是小麥種植中的一種有效方法[9,29]，明確我國(guó)中東部小麥主產(chǎn)區(qū)中伴生麥的發(fā)生頻率和侵害值，對(duì)伴生麥的防治也尤為重要。同時(shí)，應(yīng)繼續(xù)深入開展預(yù)防伴生麥進(jìn)一步蔓延的研究，以防止其在小麥種植區(qū)更大范圍的侵害。