羊草控制少花蒺藜草危害的技術(shù)研究*

劉 輝，董曉兵，齊冬梅，陳雙燕，陳滿軍，田志鵬，苑慶飛，安志軍，劉公社，*

(1.中國科學(xué)院植物研究所北方資源植物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100093； 2.開魯縣小街基鎮(zhèn)人民政府，內(nèi)蒙古 小街基鎮(zhèn) 028417)

少花蒺藜草(CenchrusspinifexCav.)是禾本科蒺藜草屬一年生草本植物，須根系發(fā)達(dá)，分蘗力極強(qiáng)；繁殖方式為種子繁殖，在整個(gè)生育期內(nèi)其種子隨時(shí)可萌發(fā)，并能開花結(jié)實(shí)。其在任何土壤都能生長，耐貧瘠、耐干旱、耐修剪、抗沙埋，具有極強(qiáng)的適應(yīng)性和競爭力，極少有病蟲害發(fā)生。屬于典型的外來入侵毒害草，被收錄在《中華人民共和國進(jìn)境植物檢疫性有害生物名錄》。

少花蒺藜草原產(chǎn)于北美洲及熱帶沿海地區(qū)的沙質(zhì)土壤上[1]，20世紀(jì)30年代在我國首次發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)80年代侵入內(nèi)蒙古通遼市科爾沁草原，并在科爾沁草原及周邊地區(qū)快速蔓延。在科爾沁沙地不同生境下種群分布情況不一，其傳播與人工干擾有著密切的關(guān)系[2]；與其他牧草爭光、爭水肥，抑制當(dāng)?shù)刂参锏纳L，對生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞，也給畜牧業(yè)生產(chǎn)和人們的出行帶來嚴(yán)重影響[3]，并且具有化感作用，可以降低苜蓿和無芒雀麥種子的萌發(fā)速度[4]。

目前，研究人員針對少花蒺藜草的生物學(xué)特性[2，5-6]、危害性[1，7]、防除方法[8-11]等方面開展了一些研究，防除方法主要是加強(qiáng)檢疫、物理防除、化學(xué)防除，且以化學(xué)防除為主；物理鏟除費(fèi)時(shí)費(fèi)力，機(jī)械翻耕后防除效果逐年下降[8]，化學(xué)防除有造成環(huán)境污染的不確定因素。關(guān)于生物防治的方法已有初步探索，趙艷等人研究了紫花苜蓿不同播種行距的防除效果[4]，王坤芳等人研究了彰武縣草原監(jiān)理站提供的羊草種子草原補(bǔ)播的防除效果[8]，均有一定的作用，但無法從根本上清除。

羊草(Leymuschinensis(Trin.)Tzvel.)是賴草屬多年生根莖型牧草，廣泛分布于歐亞草原區(qū)東部，是我國禾本科牧草中利用價(jià)值較高的優(yōu)良飼草[1]。羊草具有耐寒耐旱、耐瘠薄等優(yōu)良特性，網(wǎng)狀根系發(fā)達(dá)，適合進(jìn)行沙地毒害草治理。

本研究在科爾沁沙地少花蒺藜草危害嚴(yán)重的區(qū)域，通過機(jī)械翻耕、羊草種植、刈割抑制等措施相結(jié)合的方法，研究羊草品種、播種量對少花蒺藜草的發(fā)生規(guī)律及生長繁殖特性的影響，以期從根本上抑制少花蒺藜草的傳播和危害，為科爾沁沙地修復(fù)性建設(shè)及相關(guān)部門制定決策提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)自然概況

研究地點(diǎn)為內(nèi)蒙古通遼市開魯縣小街基鎮(zhèn)，位于科爾沁沙地北端，屬大陸性溫帶干旱、半干旱季風(fēng)氣候，光照充足，氣候溫和，年均溫5.7℃～6.4℃，年均降雨量341.8 mm，降雨集中在6月—8月，雨熱同期；年均無霜期143 d。地帶性植被主要呈現(xiàn)典型草原類型，當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土牧草有羊草、大針茅、克氏針茅、冷蒿等。因受降雨量小、氣候干燥、風(fēng)沙大以及土壤貧瘠等不利自然因素影響，樣地屬于少花蒺藜草重度危害地區(qū)，草原生產(chǎn)力水平極低，且地表遍布常年積累少花蒺藜草刺苞。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)品種選用中科1號羊草，對照材料為開魯縣小街基鎮(zhèn)采集的野生羊草種子。供試土壤為風(fēng)沙土，土壤pH值8.01，有機(jī)質(zhì)8.4 g/kg，速效氮69.05 mg/kg，速效磷8.4 mg/kg，速效鉀242.9 mg/kg；屬低氮、低磷、中鉀、貧有機(jī)質(zhì)的堿性土。

1.3 研究方法

1.3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)不同羊草材料間的對比試驗(yàn)，材料為中科1號羊草(Z)和本地野生羊草(Y)；同時(shí)設(shè)置不同播種量的對比試驗(yàn)，播種量分別為15 kg/hm2、30 kg/hm2、45 kg/hm2，中科1號羊草和野生羊草3個(gè)播種量試驗(yàn)代號分別為Z1、Z2、Z3，Y1、Y2、Y3，對照處理不種植(CK)，共7個(gè)處理，其他管理相同。每個(gè)處理隨機(jī)選擇3處作為重復(fù)小區(qū)，小區(qū)面積30 m×30 m，共計(jì)21個(gè)小區(qū)。在每個(gè)小區(qū)按照“Z”字形各選取5個(gè)樣方，樣方面積1 m×1 m，測定植株密度、株高、蓋度和生物量。

全程機(jī)械化作業(yè)，流程為：翻耕-旋耕-鎮(zhèn)壓-播種-鎮(zhèn)壓，翻耕深度20 cm，旋耕深度15 cm，播種深度2 cm，播種行距20 cm，播種時(shí)配施225 kg/hm2的氮磷鉀復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)作為底肥。制定高效節(jié)水種植方案，灌溉采用噴灌的方式，適時(shí)灌溉，每次灌水量150～225 m3/hm2，使表層5 cm左右的土壤達(dá)到田間持水量的70%～80%，促進(jìn)種子萌發(fā)。羊草幼苗5葉期單次灌水量增加到300～375 m3/hm2，使表層10 cm左右的土壤達(dá)到田間持水量的70%～80%，后期管理同大田。

1.3.2樣品測量及分析

2019年6月下旬播種，8月中旬統(tǒng)計(jì)羊草和少花蒺藜草植株密度，9月下旬刈割，留茬5 cm。2020年和2021年羊草4月上旬返青，5月上旬抽穗，6月上旬開花，種子于7月上旬成熟；少花蒺藜草5月下旬出苗，6月—7月快速生長，7月下旬抽穗，8月下旬種子成熟。7月上旬羊草種子和飼草收獲時(shí)分別測量羊草和少花蒺藜草的株高、蓋度，種子收獲后割草，留茬5 cm，兩者分開晾曬3 d后測定干草生物量。灌水、施肥后羊草第2茬草開始生長，此時(shí)少花蒺藜草種子利用光熱和水肥資源再次萌發(fā)生長，于8月下旬測定羊草和少花蒺藜草的株高、蓋度。羊草種子第2年開始每年7月上旬收割，收割時(shí)少花蒺藜草尚未結(jié)實(shí)，因此未統(tǒng)計(jì)少花蒺藜草的刺苞數(shù)。

密度：單位面積內(nèi)植株個(gè)體數(shù)；株高：單株內(nèi)自地面量至最長枝條穗頂端的拉直距離；蓋度：植物地上部分植投影的面積占地面的比率；干草生物量：留茬5 cm，割草后晾曬2～3 d，含水量低于14%時(shí)稱重。

1.3.3數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2010，SPSS 17.0進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 羊草對少花蒺藜草密度的影響

2.1.1不同處理第1年對羊草密度的影響

2019年8月16日統(tǒng)計(jì)羊草密度(圖1)，相同羊草材料隨著播種量的增大，羊草密度顯著增加(P<0.05)。相同播種量條件下，中科1號羊草相比野生羊草密度顯著提高；播種量為15 kg/hm2、30 kg/hm2、45 kg/hm2時(shí)(Z1、Z2、Z3)，中科1號羊草的密度分別是野生羊草Y1、Y2、Y3的5.4倍、5.0倍和4.9倍，密度最大為115.2株/m2。

注：Y1、Y2、Y3、Z1、Z2、Z3分別表示野生羊草和中科1號羊草的3個(gè)播種量；圖像上方不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，下同。

2.1.2不同處理第1年對少花蒺藜草密度的影響

2019年8月16日統(tǒng)計(jì)少花蒺藜草密度(圖2)。未播種羊草的區(qū)域少花蒺藜草密度達(dá)306.4株/m2，相同羊草材料隨著播種量的增大，少花蒺藜草的密度降低；野生羊草不同播種量之間差異不顯著(P>0.05)，中科1號羊草不同播種量之間差異顯著。相同播種量條件下，中科1號羊草相比野生羊草少花蒺藜草密度顯著降低(P<0.05)，Z3處理播種后50 d左右對少花蒺藜草密度的抑制率可達(dá)34.92%。

注：圖形上方百分率數(shù)字代表密度抑制率，下同。

2.2 羊草對少花蒺藜草株高的影響

2.2.1羊草播種后第2年對少花蒺藜草株高的影響

2020年分別于7月6日(羊草成熟期)和8月23日(第2茬草生長45 d)2次統(tǒng)計(jì)羊草和少花蒺藜草的株高(表1)。相同材料羊草不同播種量株高無顯著差異，材料間差異顯著(P<0.05)，野生羊草株高變異系數(shù)普遍高于中科1號羊草；2次測量野生羊草株高平均值分別為90.3 cm、43.0 cm，中科1號羊草株高分別為108.1 cm、53.1 cm，2個(gè)時(shí)期分別高19.7%、23.5%。隨著羊草播種量的增加，對少花蒺藜草株高抑制率均增強(qiáng)，Z3處理2個(gè)時(shí)期抑制率分別達(dá)到32.39%、42.86%。相同播種量的中科1號羊草抑制率強(qiáng)于野生羊草，2次平均增強(qiáng)18.83%；相同羊草處理8月23日抑制率高于7月6日，平均增強(qiáng)14%。

表1 羊草播種后第2年對少花蒺藜草株高的影響

2.2.2羊草播種后第3年對少花蒺藜草株高的影響

2021年分別于7月4日和8月21日2次統(tǒng)計(jì)羊草和少花蒺藜草的株高(表2)，結(jié)果顯示，相同羊草材料不同播種量株高無顯著差異，材料間差異顯著(P<0.05)；2次測量野生羊草株高平均值分別為90.1 cm、41.9 cm，中科1號羊草株高分別為113.3 cm、52.9 cm。隨著羊草播種量的增加，對少花蒺藜草株高抑制率均增強(qiáng)，Z3處理2個(gè)時(shí)期抑制率分別達(dá)到54.70%、91.67%。相同播種量的中科1號羊草抑制率強(qiáng)于野生羊草，2次平均增強(qiáng)32.31%；相同羊草處理8月21日抑制率高于7月4日，平均增強(qiáng)27.01%。

表2 第3年播種量對羊草和少花蒺藜草株高的影響

2.3 羊草對少花蒺藜草蓋度的影響

2.3.1羊草播種后第2年對少花蒺藜草蓋度的影響

相同材料不同播種量的羊草蓋度2時(shí)期統(tǒng)計(jì)差異顯著(P<0.05)；相同播種量的中科1號羊草蓋度顯著大于野生羊草，2個(gè)時(shí)期平均增加27.03%。8月23日羊草蓋度高于7月6日，平均高出12.90%。除8月23日Z2和Z3處理少花蒺藜草蓋度差異不顯著外，各試驗(yàn)處理2時(shí)期差異均顯著。隨著羊草播種量的增加，對少花蒺藜草蓋度抑制率均增強(qiáng)，Z3處理2個(gè)時(shí)期蓋度抑制率分別達(dá)到79.08%、79.22%。相同播種量的中科1號羊草抑制率強(qiáng)于野生羊草，2時(shí)期平均增強(qiáng)31.41%；相同羊草處理8月23日蓋度抑制率高于7月6日，平均增強(qiáng)8.19%。

表3 第2年播種量對羊草和少花蒺藜草蓋度的影響

2.3.2羊草播種后第3年對少花蒺藜草蓋度的影響

野生羊草不同播種量的羊草蓋度兩時(shí)期統(tǒng)計(jì)差異顯著(P<0.05)，Z2和Z3處理羊草兩時(shí)期蓋度差異不顯著，但均顯著高于Z1處理；相同播種量的中科1號羊草蓋度顯著大于野生羊草，兩個(gè)時(shí)期平均增加39.8%。除Y1和Y2處理外，8月21日羊草蓋度普遍低于7月4日，平均降低4.8%。

Z2和Z3處理少花蒺藜草蓋度差異不顯著，且基本無蒺藜草生長，其余處理蒺藜草蓋度差異顯著。隨著羊草播種量的增加，對少花蒺藜草蓋度抑制率均顯著增強(qiáng)，Z2和Z3處理7月4日均達(dá)到99.18%，8月21日達(dá)到100%，已完全抑制少花蒺藜草生長。相同播種量的中科1號羊草抑制率強(qiáng)于野生羊草，兩時(shí)期平均增強(qiáng)42.58%；相同羊草處理8月23日蓋度抑制率高于7月6日，平均增強(qiáng)5.16%。

表4 第3年播種量對羊草和少花蒺藜草蓋度的影響

2.4 羊草對少花蒺藜草生物量的影響

2020年7月12日(羊草收割晾曬完成)統(tǒng)計(jì)羊草和少花蒺藜草的干草生物量(圖3)，分析羊草對少花蒺藜草生物量的抑制效果。相同羊草材料不同播種量干草生物量差異顯著(P<0.05)；相同播種量中科1號羊草生物量顯著高于野生羊草，平均提高96.3%。隨著羊草播種量的增加，少花蒺藜草生物量顯著降低，對少花蒺藜草生物量抑制率增強(qiáng)，Z2和Z3處理抑制率達(dá)到87.79%和88.40%。相同播種量的中科1號羊草抑制率強(qiáng)于野生羊草，平均增強(qiáng)24.42%。

圖3 不同播種處理對干草生物量的影響

3 討論

目前針對少花蒺藜草主要采取物理清除和除草劑噴除這兩種防控措施[10]，但化學(xué)農(nóng)藥會造成環(huán)境污染、植被退化等一系列不可預(yù)測的生態(tài)后果。本研究采取物理(翻耕、刈割)、生物(不同羊草材料、不同播種量)相結(jié)合的方法防除少花蒺藜草。羊草是科爾沁沙地的鄉(xiāng)土草，因此我們利用羊草開展生物防控；因?yàn)橐吧虿莸陌l(fā)芽率較低，前人開展工作時(shí)需要很大的種子數(shù)量，不容易滿足，我們采用發(fā)芽率較高的中科1號羊草品種開展研究，取得了顯著效果。

3.1 羊草對少花蒺藜草密度的影響

趙艷等[4]發(fā)現(xiàn)利用行距為30 cm的紫花苜蓿對少花蒺藜草數(shù)量的抑制率達(dá)到92.3%。王坤芳[8]等人發(fā)現(xiàn)野生羊草顯著抑制少花蒺藜草結(jié)實(shí)數(shù)，但對其出苗影響不顯著。本研究發(fā)現(xiàn)，種植第一年的野生羊草對少花蒺藜草的抑制效果均低于10%，不同播種量的中科1號羊草對少花蒺藜草密度的抑制率可達(dá)34.92%，中科1號羊草的抑制效果顯著優(yōu)于野生羊草，可見發(fā)芽率高的羊草品種防治害草的效果更好一些。

3.2 羊草對少花蒺藜草株高的影響

呂林有[5]等人發(fā)現(xiàn)不同時(shí)期刈割對少花蒺藜草的再生生長有明顯抑制作用，本研究刈割增強(qiáng)少花蒺藜草株高抑制率，第2年平均增強(qiáng)14.00%，第3年平均增強(qiáng)27.01%；株高抑制率逐年提升，與王坤芳[8]研究結(jié)果一致。隨著羊草播種量的增加，第2、3年對少花蒺藜草株高抑制率均顯著增強(qiáng)，Z3處理2個(gè)時(shí)期抑制率第2年分別為32.39%、42.86%，而第3年分別達(dá)到54.70%、91.67%，隨種植年份株高抑制率顯著提升。

3.3 羊草對少花蒺藜草蓋度的影響

隨著羊草播種量的增加，對少花蒺藜草蓋度抑制率均顯著增強(qiáng)，2個(gè)時(shí)期蓋度抑制率第2年Z3處理為79.08%、79.22%，第3年達(dá)到了99.18%和100%，羊草基本完全替代了少花蒺藜草。刈割增強(qiáng)少花蒺藜草蓋度抑制率，第2年平均增強(qiáng)8.19%，第3年平均增強(qiáng)5.16%。對照處理翻耕后第2年2個(gè)時(shí)期對照處理蓋度分別為78.4%和66.4%，第3年分別為97.8%和92.2%，翻耕后少花蒺藜草蓋度逐年增加，王坤芳[8]等人也發(fā)現(xiàn)僅靠翻耕措施抑制效果逐年遞減。羊草種植第2年8月下旬和第3年2個(gè)測定時(shí)期Z2和Z3處理少花蒺藜草蓋度差異不顯著，基本完全抑制，說明中科1號羊草播種量為30 kg/hm2第3年已達(dá)到很好的防除效果。

3.4 羊草對少花蒺藜草生物量的影響

隨著播種量的增加，羊草對少花蒺藜草生物量抑制率增強(qiáng)，第2年Z2和Z3處理抑制率達(dá)到87.79%和88.40%。第3年7月上旬Z2和Z3處理羊草蓋度達(dá)到93.2%和93.6%，少花蒺藜草蓋度均為0.8%；且少花蒺藜草的株高平均僅為羊草的28.5%，生物量可忽略不計(jì)，因此未統(tǒng)計(jì)第3年羊草對少花蒺藜草生物量的影響。

4 結(jié)論

4.1通過與少花蒺藜草的競爭，中科1號羊草種植第3年蓋度達(dá)到99%，徹底抑制了少花蒺藜草的生長，成為試驗(yàn)區(qū)的單優(yōu)勢種群落。

4.2羊草是多年生禾草，少花蒺藜草是一年生禾草，中科1號羊草種植抑制了少花蒺藜草的密度、株高、蓋度及生物量，使得少花蒺藜草逐年減少，直到羊草種植第3年少花蒺藜草被徹底清除。

4.3中科1號羊草治理少花蒺藜草的同時(shí)，生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)鄉(xiāng)土草種子和飼草可增加收益，有利于草牧業(yè)發(fā)展和鄉(xiāng)村振興。截至2021年6月，小街基鎮(zhèn)1 670 hm2地塊種植前存在不同程度的少花蒺藜草危害，種植羊草后第3年徹底清除。

總之，在少花蒺藜草入侵區(qū)域人工種植多年生優(yōu)質(zhì)牧草羊草，可以有效防除少花蒺藜草，對改善生態(tài)環(huán)境和草牧業(yè)發(fā)展具有重要意義。