替代物種與除草劑對紫莖澤蘭的防效及其互作效應(yīng)

崔宇琛 ,釧 麗,溫麗娜,范澤文,張付斗，*,馬光宗,申時(shí)才，,徐高峰，,楊韶松，+,徐 云，,鄭鳳萍，

1云南大學(xué)資源植物研究院，云南 昆明 650504;2云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，云南 昆明 650205;3云南省瀾湄農(nóng)業(yè)生物安全聯(lián)合研究中心，云南 昆明 650205

外來入侵有害生物嚴(yán)重影響農(nóng)林生產(chǎn)及生態(tài)安全，備受世界各國生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的重視和社會的關(guān)注(Huangetal.,2009;Kleunenetal.,2015；Macketal.,2000)。紫莖澤蘭Ageratinaadenophora(Spreng.)自20世紀(jì)經(jīng)中越邊境傳入我國云南以來，已迅速擴(kuò)展分布于云南、貴州、四川、廣西、西藏等西南地區(qū)，波及各類農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)和自然植被生態(tài)系統(tǒng)，造成了生物多樣性的嚴(yán)重喪失和生態(tài)系統(tǒng)的破壞(黃梅芬等,2008;Zhaoetal.,2012)。

自20世紀(jì)80年代以來，我國對紫莖澤蘭的防控技術(shù)進(jìn)行了大量探索并取得重要成就。如研究人工根除的時(shí)期、條件和管理等(Wanetal.，2010)，經(jīng)濟(jì)林、牧草、果樹和作物的種間競爭性(華勁松,2013;李林等,2016;朱文達(dá)等,2015,2018;Shenetal.,2021)，除草劑的種類、用量和次數(shù)等(劉宗華等,2013)。實(shí)踐表明，紫莖澤蘭具有很強(qiáng)的繁殖、競爭和生態(tài)適應(yīng)能力，多以單優(yōu)種群出現(xiàn)，連片密集分布,可迅速侵占農(nóng)田、林地、天然草地、路邊和閑置空地等，物理防治費(fèi)時(shí)費(fèi)工，很難見效(Poudeletal.,2019;Wanetal.,2010)?；瘜W(xué)防治紫莖澤蘭以草甘膦、苯嘧磺草胺、嘧磺隆和毒莠定等除草劑為主，盡管防效高、見效快和成本低，但是這些藥劑基本為非選擇性的滅生型除草劑，難以解決其環(huán)境污染嚴(yán)重、群落演替加速和藥害風(fēng)險(xiǎn)高等生態(tài)負(fù)面影響(曹坳程等,2005;張林龍,2012)。利用其他具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值的物種對其種間競爭實(shí)施替代控制，被視為具有生態(tài)安全性的綠色防控途徑，如牧草、大豆Glycinemax(Linn.) Merr.、油菜BrassicachinensisL.、石榴PunicagranatumL.和菊芋HelianthustuberosusL.等被認(rèn)可為有效替代控制紫莖澤蘭的植物，但該方法具有見效慢和滯后性強(qiáng)等局限性(高賓尚等,2017)。

在外來入侵植物的綜合治理中，首要措施是運(yùn)用生態(tài)位占據(jù)、種間互作和資源競爭等原理，篩選和應(yīng)用具有競爭優(yōu)勢的物種實(shí)施生物取代、群落構(gòu)建和生態(tài)調(diào)控，創(chuàng)造不利于紫莖澤蘭生長發(fā)育的條件，有效降低其入侵性(Lietal.,2015)。然而，在紫莖澤蘭發(fā)展成為單優(yōu)種群的適生區(qū)/境，在替代控制的基礎(chǔ)上往往需要結(jié)合物理或化學(xué)措施，才能實(shí)現(xiàn)安全、高效和綠色的防控目標(biāo)。由于當(dāng)前生產(chǎn)常用的物理和化學(xué)措施普遍不具備選擇性，也給防控的安全性帶來了極大困難。為此，本文針對紫莖澤蘭的替代物種及其選擇性除草劑的應(yīng)用，研究了不同替代物種和除草劑對該入侵植物的防控效果及其互作效應(yīng)，提出了以高丹草Sorghumbicolor×S.sudanense替代控制為基礎(chǔ)并結(jié)合三氯吡氧乙酸增效的技術(shù)措施，旨在獲得高效、安全與持久防控紫莖澤蘭的重要途徑，為構(gòu)建綜合治理技術(shù)體系提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

植物材料：前期預(yù)試驗(yàn)選出替代物種材料高丹草、非洲狼尾草PennisetumsquamulatumFresen、黑麥草LoliumperenneL.和紫莖澤蘭。高丹草、非洲狼尾草、黑麥草均由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院嵩明科技園資源保存擴(kuò)繁圃選出。

試劑耗材：480 g·L-1三氯吡氧乙酸EC (Triclopyr)(山東埃森化學(xué)有限公司)、21%氨氯吡啶酸SL (Aminopyralid)(杭州穎泰生物科技有限公司)、200 g·L-1氯氟吡氧乙酸EC (Fluroxypyr)[安道麥輝豐(江蘇)有限公司]和75%二氯吡啶酸SG (Clopyralid)(江蘇瑞邦農(nóng)化股份有限公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 替代物種對紫莖澤蘭的競爭試驗(yàn) 替代控制試驗(yàn)測定對入侵植物紫莖澤蘭的競爭能力，采用相對產(chǎn)量(relative yield,RY)(De Wit,1960)、相對產(chǎn)量總和(relative yield total,RYT)(Fowler,1982)、競爭平衡指數(shù)(competitive balance index，CBa)(Wilson,1988)進(jìn)行競爭作用和替代物種及其密度評價(jià)。首先在塑料大棚中的試驗(yàn)地分別劃出2 m×2 m的試驗(yàn)小區(qū)，并用塑料板進(jìn)行四周隔離。2021年5月初從云南省昆明市嵩明縣小街鎮(zhèn)(103°12′051″E，25°11′283″N，海拔1876.4 m)野外紫莖澤蘭發(fā)生區(qū)挖取該入侵植物幼苗，挑選2～3葉長勢均勻一致的幼苗，分別移栽在各試驗(yàn)小區(qū)。待其成活后的第3天，以高丹草、黑麥草和非洲狼尾草作為替代物種，分別按照與紫莖澤蘭1∶1、3∶1和5∶1的密度試驗(yàn)。試驗(yàn)同時(shí)設(shè)置紫莖澤蘭單獨(dú)種植20株·m-2，以及高丹草、黑麥草和非洲狼尾草分別單獨(dú)種植20、60和100株·m-2，作為未競爭的對照。試驗(yàn)共設(shè)置19個(gè)混生和單獨(dú)生長的處理，各處理均設(shè)4次重復(fù)，完全隨機(jī)區(qū)組排列。

1.2.2 除草劑對紫莖澤蘭的防效和對替代物種的選擇性測定 基于1.2.1對紫莖澤蘭競爭試驗(yàn)的替代物種，在塑料盤(20 cm×50 cm)內(nèi)撒播紫莖澤蘭、高丹草、黑麥草和非洲狼尾草種子各24盆，并在晝夜溫度為28 ℃/22 ℃、相對濕度75%RH、每天光照12 h(8∶00—20∶00)的溫室中培養(yǎng)，供除草劑毒力生物測定。對苗后10 d的幼苗期進(jìn)行間苗，控制密度為40株·盆-1，生長至第40天的生長旺盛期進(jìn)行試驗(yàn)。

分別按照三氯吡氧乙酸900 g·hm-2、氨氯吡啶酸1200 g·hm-2、氯氟吡氧乙酸450 g·hm-2和二氯吡啶酸270 g·hm-2的推薦用量，按照推薦量的0.50、0.75、1.00、1.25和1.50倍進(jìn)行生物活性測定，按600 L·hm-2兌水，對莖葉噴霧處理，并設(shè)置噴清水(未施藥)處理作為空白對照(CK)，每處理均設(shè)4次重復(fù)。

1.2.3 替代控制與除草劑應(yīng)用防控紫莖澤蘭的互作效應(yīng) 在前期單獨(dú)替代試驗(yàn)和除草劑試驗(yàn)基礎(chǔ)上，開展替代物種和除草劑互作效應(yīng)試驗(yàn)，具體組合方案見表1。

表1 替代物種、除草劑及其組合處理Table 1 Alternative species and herbicide treatment and dosage

1.3 調(diào)查方法與數(shù)據(jù)處理

1.3.1 替代物種對紫莖澤蘭的競爭試驗(yàn) 對在溫室中培養(yǎng)至第75 d的紫莖澤蘭進(jìn)行株高(cm)、分枝(枝·株-1)、地上部生物量/產(chǎn)量(葉+莖鮮重)、根冠比(根鮮重/地上部鮮重)和葉面積比(總?cè)~面積/總鮮重)等表型特征調(diào)查；每小區(qū)隨機(jī)挖出5株紫莖澤蘭植株，自來水沖洗并晾干水分后稱鮮重。

1.3.2 除草劑對紫莖澤蘭的防效和對替代物種的選擇性測定 在施藥后25 d，調(diào)查各處理的地上部分植株并換算單位面積的鮮重(g·m-2)。分別與空白對照(CK)比較，按照防效/%=(CK-TR)×100/CK公式計(jì)算出不同除草劑及其用藥水平的防治或抑制效果。式中CK為空白對照的植株鮮重(g·m-2)；TR為處理的植株鮮重(g·m-2)。以不同除草劑用量下的紫莖澤蘭鮮重防效(%)，建立毒力回歸方程并求解出對該靶標(biāo)雜草防效90%的用量(即LC90值)；通過對替代物種的抑制率(%)建立毒力回歸方程求解出對其他非靶標(biāo)植物10%的用量(即LC10值)；進(jìn)一步求解選擇性指數(shù)(EI)=非靶標(biāo)植物的LC10值/靶標(biāo)雜草LC90值。選擇性指數(shù)越大，表明對紫莖澤蘭的防治效果及對替代物種的安全性越高。

1.3.3 替代控制與除草劑應(yīng)用防控紫莖澤蘭的互作效應(yīng) 除草劑施用后25 d,調(diào)查紫莖澤蘭的地上部分生物量(鮮重)，依據(jù)1.3.2的方法計(jì)算出各處理對紫莖澤蘭的實(shí)際防效(%)；基于替代控制但未施用除草劑下(處理1或處理2)對紫莖澤蘭的防效(X)，以及各除草劑不同用量下的防效(Y)，參照除草劑生物測定聯(lián)合作用的Gowing法公式及其改進(jìn)評價(jià)方法，計(jì)算出理論防效E0=X+Y(100-X)/100；E-E0>5%為增效作用；E-E0<5%為拮抗作用；E-E0介于±5%為加成作用，E-E0值越大，增效作用越顯著。

用Excel整理數(shù)據(jù)，用SPSS 13.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用鄧肯新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 替代物種對紫莖澤蘭的競爭作用及其影響

3個(gè)替代物種在不同密度下對紫莖澤蘭的競爭作用及其表型影響測定表明，競爭平衡指數(shù)CBa可以看出3種替代植物對紫莖澤蘭的競爭力，黑麥草相對最弱，其次是非洲狼尾草，高丹草相對最強(qiáng)。黑麥草在與紫莖澤蘭的密度比為1∶1時(shí)，其競爭力沒有紫莖澤蘭強(qiáng)(RYT<1且CBa<0)；密度為3∶1時(shí)，競爭力基本與紫莖澤蘭相等(CBa=0)；密度為5∶1時(shí)，競爭力大于紫莖澤蘭(CBa>0)，且能通過競爭作用將紫莖澤蘭排除出去(RYT=1)。高丹草和非洲狼尾草與紫莖澤蘭在密度為1∶1時(shí)，與紫莖澤蘭的競爭能力相等(CBa=0)；密度為3∶1及以上時(shí)，其競爭力強(qiáng)于紫莖澤蘭(CBa>0)，且可通過競爭排除紫莖澤蘭(RYT>1)。同時(shí)，不同物種在不同密度比處理時(shí)，高丹草替代控制的效果相對較好，為33.8%～55.1%；其次是非洲狼尾草，替代控制效果為32.0～46.9%；替代控制作用較差的黑麥草，防效只有27.6%～40.3%(表2)。通過對紫莖澤蘭在替代物種不同密度混種處理的株高、分枝和葉面比等表型及其可塑性測量分析(圖1)，該入侵植物在受到競爭力越強(qiáng)的替代物種競爭時(shí)，其株高矮化、分枝較少的表型越明顯，而且可塑性越低。

表2 不同替代物種對紫莖澤蘭的競爭作用及其替代控制效果Table 2 Competition and replacement control effects of different alternative species on A. adenophora

圖1 不用替代物種與密度比例對紫莖澤蘭形態(tài)特征的影響Fig.1 Morphological characteristics of A. adenophora under different alternative species and density ratios

2.2 不同除草劑對紫莖澤蘭的防效及對替代物種的安全性

三氯吡氧乙酸和氨氯吡啶酸在推薦用量的0.50倍時(shí)對紫莖澤蘭的防效達(dá)70.0%以上，在推薦用量1.25～1.50倍時(shí)防效達(dá)90.0%以上；而氯氟吡氧乙酸和二氯吡啶酸在生產(chǎn)常規(guī)用量下對紫莖澤蘭的防效較低，在1.50倍時(shí)防效也僅63.3%和50.9%。4種除草劑在0.50倍應(yīng)用下對3種替代植物均未表現(xiàn)抑制作用，而1.50倍用量均有一定的抑制程度，其中氨氯吡啶酸相對較嚴(yán)重，對3種替代植物的抑制率分別為20.2%、22.7%和25.5%(表3)。

4種除草劑對紫莖澤蘭的生物活性大小為二氯吡啶酸>氨氯吡啶酸>三氯吡氧乙酸>氯氟吡氧乙酸,對替代植物的選擇性大小為三氯吡氧乙酸>二氯吡啶酸>氯氟吡氧乙酸>氨氯吡啶酸，對高丹草的安全性較好，其次是非洲狼尾草，黑麥草相對最不安全。按照化學(xué)除草“安全第一、防效次之”的基本原則，供試的4種除草劑以三氯吡氧乙酸相對最好，該除草劑對紫莖澤蘭的LC90為1062.0 g·hm-2，對高丹草、非洲狼尾草和黑麥草選擇性指數(shù)(EI)分別為3.75、2.79和2.67；其次是二氯吡啶酸，對紫莖澤蘭毒力最強(qiáng)，LC90為902.1 g·hm-2，但對高丹草、非洲狼尾草和黑麥草選擇性指數(shù)(EI)分別為1.32、1.47和1.09(表4)。

2.3 替代物種和除草劑的互作效應(yīng)

由表5可知，在未施用除草劑情況下，以高丹草和非洲狼尾草作為替代物種，在替代種與入侵種的密度為3∶1時(shí)(處理1和處理2)，對紫莖澤蘭的替代控制效果分別為40.2%和37.7%。單獨(dú)應(yīng)用除草劑(處理A系列)，施用三氯吡氧乙酸530.0、690.0、850.0和1060.0 g·hm-2時(shí)(處理A3～A6)，防效分別為68.3%、72.8%、80.1%和89.0%；施用二氯吡啶酸450.0、585.0、720.0和900.0 g·hm-2時(shí)(處理A7～A10)，防效分別為46.4%、58.3%、71.9%和88.5%。各除草劑用量下所測定的防效(%)與其毒力回歸方程(表4)計(jì)算結(jié)果一致。

替代物種與除草劑組合，以高丹草作為替代物種(處理B系列)，應(yīng)用三氯吡氧乙酸(處理B3～B6)，對紫莖澤蘭的實(shí)際防效(E)為86.7%～97.3%，分別較理論防(E0)81.0%～93.4%大5%，表現(xiàn)為互作增效；而應(yīng)用二氯吡啶酸(處理B7～B10)，對紫莖澤蘭的實(shí)際防效(E)-理論防效(E0)介于±5%，表現(xiàn)為加成作用。以非洲狗尾草作為替代物種(處理C系列)，應(yīng)用三氯吡氧乙酸(處理C3～C6)，對紫莖澤蘭的防效同樣表現(xiàn)為加成作用；應(yīng)用二氯吡啶酸(處理C7～C10)，則表現(xiàn)為拮抗作用[(E-E0)<(±5%)]。進(jìn)一步對高丹草替代控制結(jié)合三氯吡氧乙酸的增效組合分析(處理B3～B6)，三氯吡氧乙酸690.0～850.0 g·hm-2時(shí)，防效為90.6%～95.4%；與單獨(dú)應(yīng)用三氯吡氧乙酸1060.0 g·hm-2(處理A6)相比，可減少應(yīng)用該除草劑210.0～370.0 g·hm-2(達(dá)到20.0%～35.0%)。

表3 不同除草劑對替代作物和紫莖澤蘭的防效Table 3 Control effects of different herbicides on alternative species and A. adenophora

表4 除草劑對不同植物的毒力回歸方程Table 4 Regression equation of herbicide toxicity to different plants

表5 替代物種與除草劑防控紫莖澤蘭的互作效應(yīng)Table 5 Interaction effect of alternative species and herbicide application on A. adenophora

3 討論

外來入侵植物的防控中，對種間競爭作用的研究并利用于替代控制，一直是生態(tài)防控的重要課題。研究證實(shí),利用具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值的物種實(shí)施替代控制，是對重大入侵植物實(shí)施綠色防控的重要途徑。該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是對替代物種競爭作用的評價(jià)、篩選和利用。研究表明,牧草特高和多年生黑麥草對勝紅薊AgeratumconyzoidesL.有較好防效(李勤奮等，2012)；紅薯Ipomoeabatatas(L.) Lam.在薇甘菊MikaniamicranthaKunth幼苗期有很好的替代控制效果，薇甘菊在其競爭作用下的株高、分枝、葉、莖節(jié)不定根和生物量等均受到顯著抑制(申時(shí)才等，2012)；紫莖澤蘭與非洲狗尾草混種條件下，紫莖澤蘭根系長度、體積、表面積和生物量比單種時(shí)減小，表明非洲狗尾草地下競爭能力強(qiáng)于紫莖澤蘭(蔣智林等，2014)；在紫莖澤蘭入侵早期利用黃花蒿進(jìn)行替代控制，可以抑制紫莖澤蘭種群數(shù)量的擴(kuò)增，降低紫莖澤蘭的根冠比(孫娜娜等，2015);百喜草PaspalumnotatumFlugge對紫莖澤蘭中、輕度入侵的區(qū)域有較強(qiáng)的替代控制作用，在重度入侵的區(qū)域有明顯的抑制生長的作用(龍忠富等，2011)；黑麥草和紫花苜蓿MedicagosativaL.與紫莖澤蘭以高密度和小比例的方式種植時(shí)，紫莖澤蘭的株高和干重受到明顯的抑制，紫莖澤蘭表現(xiàn)出較弱的競爭性(于亮等，2009)。這些結(jié)果表明，替代物種因其生物學(xué)、生態(tài)學(xué)的不同，對某一入侵植物的競爭作用差異顯著。本研究結(jié)果表明，黑麥草、非洲狼尾草和高丹草在與紫莖澤蘭的競爭中，替代控制效果不僅與替代物種的競爭力相關(guān)，而且受到替代物種的密度顯著影響，其中競爭優(yōu)勢強(qiáng)的高丹草可在與紫莖澤蘭密度比為1∶1時(shí)應(yīng)用于替代控制，但競爭優(yōu)勢不強(qiáng)的黑麥草則需要在與該入侵植物的密度比達(dá)5∶1方能有效替代。

外來植物的表型及其可塑性，通常是衡量其入侵性的重要指標(biāo)(Lambers &Poorter,1992)，外來入侵植物在入侵地域/生境受到生物或非生物因子的脅迫時(shí)，能夠通過形態(tài)、生理和生活史等方面積極主動地調(diào)整，以應(yīng)對逆境所帶來的壓力而維持生存(熊韞琦和趙彩云,2020)。例如薇甘菊在受到干旱脅迫下，盡管莖節(jié)減少、主莖縮短，但能增加分枝尋找可利用的資源(張付斗等,2011)。本研究發(fā)現(xiàn)，紫莖澤蘭在競爭力較強(qiáng)的高丹草5∶1的高密度壓力下，其株高、分枝、根冠比和葉面積比等各項(xiàng)指標(biāo)均受到強(qiáng)烈抑制且可塑性低；而在競爭力較弱的黑麥草1∶1的低密度壓力下，各表型指標(biāo)與其單獨(dú)生長的差異不大且可塑造性相對較強(qiáng)。結(jié)果進(jìn)一步表明入侵植物紫莖澤蘭在受到生物因子的脅迫，其表型可塑性能否在種間競爭中生存，也是影響替代控制效果的關(guān)鍵。

安全防控是化學(xué)防治的首要事項(xiàng)，非選擇性滅生型除草劑可作為長期防控紫莖澤蘭等重大入侵植物的重要手段。劉宗華等(2013)研究表明，使用草甘膦+苯嘧磺草胺+苯嘧磺草胺專用助劑噴施對紫莖澤蘭的防除效果與持效性較高。朱文達(dá)等(2013)的研究表明，采用苯嘧磺草胺、甲嘧磺隆不僅能有效抑制紫莖澤蘭開花結(jié)果，還能很好地控制發(fā)生密度。盧向陽等(2012)的研究表明，氨氯吡啶酸持續(xù)控制紫莖澤蘭更好，24%氨氯吡啶酸用量為3000～6000 g·hm-2時(shí)，紫莖澤蘭復(fù)發(fā)率僅為0～8.5%。江贏等(2011)認(rèn)為，41%草甘膦異丙胺鹽水劑、50%草甘膦可濕性粉劑對紫莖澤蘭的防治效果較好。目前，報(bào)道的這些防控紫莖澤蘭的除草劑普遍具有高效、廣譜性強(qiáng)的特點(diǎn)，常常局限于紫莖澤蘭的單優(yōu)群落防控應(yīng)用。同時(shí)也由于這些除草劑選擇性差，在應(yīng)用中難以保障對其他作物/植物的藥害,特別是在替代控制入侵植物的過程中的應(yīng)用也鮮見報(bào)道。本研究開展了三氯吡氧乙酸、二氯吡啶酸、氯氟吡氧乙酸、氨氯吡啶酸對紫莖澤蘭的防治效果試驗(yàn)，同時(shí)測定分析了不同替代物種的選擇性指數(shù)，發(fā)現(xiàn)三氯吡氧乙酸與二氯吡啶酸不僅對紫莖澤蘭的毒力活性高(LC90值分別為1062.0 和902.1 g·hm-2)，同時(shí)對高丹草和非洲狼尾草的安全性強(qiáng)，如相對最安全的三氯吡氧乙酸對對高丹草、非洲狼尾草和黑麥草選擇性指數(shù)分別達(dá)到3.75、2.79和2.67。

綜上所述，本研究通過替代物種和除草劑對紫莖澤蘭的防控效果及其選擇性研究，進(jìn)一步證實(shí)替代控制與化學(xué)防治的合理結(jié)合可實(shí)現(xiàn)互作增效，例如在高丹草替代控制紫莖澤蘭的基礎(chǔ)上，可減少三氯吡氧乙酸的用量210.0～370.0 g·hm-2，與未替代控制而單獨(dú)使用該除草劑達(dá)到相同90%防效的用量相比減施20.0%～35.0%。這些研究結(jié)果為創(chuàng)新和發(fā)展以替代控制為核心的綜合治理體系，進(jìn)一步提供了依據(jù)。