龍葵對棉花生長的影響及其經(jīng)濟閾值分析

韓睿，張全成，王小麗，林萍，魏迎鳳，王俊剛

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆綠洲農(nóng)業(yè)病蟲害治理與植保資源利用重點試驗室，新疆石河子 832003）

0 引言

【研究意義】龍葵（Solanum nigrumL.），茄科茄屬植物，一年生雙子葉惡性雜草。成株高大、莖粗、分枝多，與棉花競爭生長空間[1]，部分果實成熟時期與棉花吐絮期重疊，導(dǎo)致棉花采收時其漿果污染棉絲。當(dāng)前新疆棉田龍葵的發(fā)生量在逐年增多[2]，局部危害持續(xù)加重[3]，已上升為新疆部分區(qū)域棉田的主要雜草[4，5]。研究龍葵對棉花生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，分析龍葵的經(jīng)濟危害允許水平和經(jīng)濟閾值，對棉田龍葵防治有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】雜草與作物在競爭過程中，其密度是重要因素[6]。黃頂菊密度超過0.5株/m 行長時，棉花莖粗減小，且蕾鈴數(shù)、果枝數(shù)等產(chǎn)量因子顯著降低[7]；三裂葉豚草與棉花競爭生長，密度達到0.2 株/m2行長時，棉花株高抑制率達13%[8]；在紫荊澤蘭的競爭干擾下，棉花單株鈴數(shù)隨著紫荊澤蘭密度的增加而逐漸降低[9]；田旋花密度達到3～5 株/m2時，產(chǎn)量指標(biāo)均顯著低于空白對照[10]；扁稈藨草種群密度超過20 株/m2時，會顯著降低棉花產(chǎn)量[11]；龍葵與棉花也存在種群密度競爭，影響棉花生長發(fā)育指標(biāo)和生理指標(biāo)[12]。【本研究切入點】龍葵是棉田的惡性雜草，嚴重危害棉花生長發(fā)育。在龍葵與棉花競爭過程的研究中，關(guān)于其經(jīng)濟危害允許水平及其經(jīng)濟閾值尚不清楚。需研究棉田龍葵對棉花生長和產(chǎn)量性狀的影響及其防治經(jīng)濟閾值?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究不同密度龍葵下的棉花生長、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和纖維品質(zhì)，構(gòu)建龍葵密度對棉花產(chǎn)量損失率的最優(yōu)回歸模型，分析其經(jīng)濟危害允許水平和經(jīng)濟閾值，為棉田龍葵有效防除提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試棉花品種為新陸早60號。

1.2 方法

選取石河子大學(xué)試驗場多年連作棉田為試驗地，壤土，肥力中上，于4月19日播種棉花。小區(qū)面積為2.3 m×1 m，雜草出苗后保留龍葵，清除其它雜草，5月25日將龍葵定植為6個密度，分別為0、1、4、7、10、15 株/m2，龍葵密度多則拔除，少則移栽，龍葵與棉花共同生長，除雜草之外的其它管理措施均按當(dāng)?shù)卮筇镎＿M行，期間10 d拔除其它雜草1次。每個處理重復(fù)3次。8月3日測定棉花株高、莖粗和主莖節(jié)數(shù)，棉花采收時測定鈴數(shù)、單鈴重、衣分、纖維長度等。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用MSExcel和SPSS20.0軟件進行統(tǒng)計和顯著性分析。對不同密度龍葵與棉花產(chǎn)量測定值進行回歸分析，主要采用直線（y=ax+b）、對數(shù)（y=alnx+b）、二次曲線（y=ax2+bx+c）、冪函數(shù)（y=bxa）和指數(shù)（y=beax）模型等5種數(shù)學(xué)模型，依據(jù)其相關(guān)程度篩選出最佳的擬合模型，根據(jù)龍葵密度與棉花產(chǎn)量損失的相關(guān)模型和棉花生產(chǎn)所允許的產(chǎn)量損失水平，確定棉花的經(jīng)濟危害允許水平及經(jīng)濟閾值。經(jīng)濟危害允許水平（EIL）＝[CC/（Y×P×E）]×100%，其中，CC為雜草防除費用，Y為棉花產(chǎn)量，P為棉花價格，E為防除效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密度龍葵對棉花農(nóng)藝性狀的影響

研究表明，龍葵對棉花的株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)存在影響，且各指標(biāo)隨密度的增加而呈現(xiàn)降低趨勢。不同密度龍葵抑制棉花株高，密度≥4 株/m2時，影響顯著（P＜0.05），對照與1、4株/m2與7、10與15 株/m2之間無顯著差異（P＞0.05）。密度≥7株/m2時，莖粗顯著變?。≒＜0.05），其中15株/m2時，莖粗最小，為0.73 cm。棉花主莖節(jié)數(shù)當(dāng)龍葵密度＜7 株/m2時，與0、1、4 株/m2之間不存在顯著差異（P＞0.05），7 與10 株/m2無顯著差異（P＞0.05），15株/m2時主莖節(jié)數(shù)最少（P＜0.05）。表1

表1 不同密度龍葵下棉花農(nóng)藝性狀變化Table 1 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on agronomic characters of cotton

2.2 不同密度龍葵對棉花不同部位結(jié)鈴數(shù)影響

研究表明，不同密度龍葵對棉花不同部位結(jié)鈴數(shù)影響明顯。龍葵密度為15 株/m2時，棉花整株不結(jié)鈴。當(dāng)龍葵密度≤10株/m2時，棉花上部鈴鈴數(shù)之間無顯著差異（P＞0.05）；對于中部鈴，各處理與對照存在顯著差異（P＜0.05），其中10 株/m2最少，為1.00個；棉花在龍葵密度10株/m2時無下部鈴，而龍葵密度為7 株/m2時，顯著低于對照（P＜0.05），為1.00個。圖1

圖1 不同密度龍葵下棉花不同部位結(jié)鈴變化Fig.1 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on number of bolls in different parts of cotton

2.3 不同密度龍葵對棉花單鈴重的影響

研究表明，龍葵對棉花不同部位單鈴重?zé)o顯著影響（P＞0.05）。其中上部鈴在7 株/m2時，單鈴重最大，為5.48 g。中部鈴在10 株/m2時，單鈴重最大，為5.53 g。下部鈴在7株/m2時，單鈴重最大，為5.46 g。圖2

圖2 不同密度龍葵下棉花不同部位單鈴重變化Fig.2 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on the single boll weight in different parts of cotton

2.4 不同密度龍葵對棉花產(chǎn)量的影響

研究表明，不同密度龍葵對棉花產(chǎn)量影響顯著，且棉花產(chǎn)量隨著龍葵密度的增加而呈現(xiàn)遞減趨勢。棉花經(jīng)龍葵脅迫后，試驗組與對照相比，產(chǎn)量減少3 461.33、4 181.99、4 428.12、4 701.04 kg/hm2（P＜0.05）。龍葵密度為1 株/m2時，與0、4 株/m2相比，衣分含量無顯著差異（P＞0.05），與7、10、15 株/m2相比，衣分含量存在顯著差異（P＜0.05），龍葵密度7 株/m2時，衣分含量最低，為38.23%。隨著龍葵密度的增加，產(chǎn)量損失率逐漸遞增，1 株/m2時棉花產(chǎn)量損失率最小，為60.92%。15 株/m2時產(chǎn)量損失率最大，達到100.00%。表2

表2 不同密度下龍葵對棉花產(chǎn)量變化Table 2 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on yield of cotton

2.5 不同密度龍葵對棉花品質(zhì)指標(biāo)的影響

研究表明，不同密度龍葵對棉花品質(zhì)指標(biāo)存在影響，纖維長度和纖維整齊度之間無顯著差異（P＞0.05）。龍葵密度為1 株/m2時，棉花短纖維指數(shù)最大，為13.20%，相較于其它處理之間存在顯著差異（P＜0.05）。龍葵密度為10 株/m2時，棉花纖維強度最小（P＜0.05），為28.28 cN/tex。表3

表3 不同密度下龍葵對棉花品質(zhì)指標(biāo)變化Table 3 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on quality of cotton

2.6 不同密度龍葵與棉花產(chǎn)量損失的回歸分析

研究表明，對數(shù)和冪函數(shù)模型的擬合效果最好，其次為線性和二次曲線模型，指數(shù)曲線的擬合效果最差。5種擬合模型的R2依次為對數(shù)＞冪函數(shù)＞直線＞二次曲線＞指數(shù)，F(xiàn)檢驗，指數(shù)、二次曲線、直線3種模型的擬合效果低（P＞0.05）。對數(shù)模型y=12.594 ln（x）+ 58.025（R2=0.981；F=208.501；P=0.000 1）擬合效果最佳，能較好地表示棉花產(chǎn)量損失率與龍葵密度之間的關(guān)系。表4

表4 不同密度龍葵與棉花產(chǎn)量損失的回歸分析Table 4 Regression analysis between Solanum nigrum L.and cotton yield loss

2.7 龍葵的經(jīng)濟危害允許水平及經(jīng)濟閾值

研究表明，龍葵的經(jīng)濟危害允許水平因防除措施的不同而存在差異，人工除草對應(yīng)的經(jīng)濟危害水平為4.98%，96%精異丙甲草胺EC 防除龍葵對應(yīng)的經(jīng)濟危害水平為6.30%。圖3

圖3 不同密度龍葵與棉花產(chǎn)量損失的曲線擬合Fig.3 Curve fit of Solanum nigrum L.density and yield loss of cotton

由擬合的棉花產(chǎn)量與龍葵密度的關(guān)系模型y=12.594 ln（x）+58.025 得出棉花田防治龍葵的相應(yīng)經(jīng)濟閾值。人工拔除龍葵的經(jīng)濟閾值為0.016 株/m2，96%精異丙甲草胺EC 防除龍葵的經(jīng)濟閾值為0.017株/m2。表5

表5 龍葵的經(jīng)濟危害允許水平及經(jīng)濟閾值Table 5 The economic infestation level and economic threshold of Solanum nigrum L.

3 討論

雜草是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中植物多樣性的重要組成部分，與作物競爭水、肥、空間和光照等，影響作物農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量品質(zhì)[14，15]。在反枝莧與棉花競爭時，隨著反枝莧密度增加，棉花莖粗、果枝數(shù)、鈴數(shù)和單鈴重明顯減小，產(chǎn)量也明顯下降[16]。當(dāng)棉田中田旋花密度達到3～5 株/m2時，棉花產(chǎn)量指標(biāo)顯著低于對照[10]。在黃頂菊的競爭干擾下，棉花產(chǎn)量隨黃頂菊密度的增加逐漸降低[17]。試驗結(jié)果表明，隨著棉田龍葵密度增加，棉花株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)均呈遞減趨勢，產(chǎn)量也顯著降低。且棉株中部鈴數(shù)量相較于對照存在顯著差異，當(dāng)龍葵密度為1 株/m2時，產(chǎn)量損失率達60.92%；在15 株/m2時棉花不結(jié)鈴。棉花品質(zhì)是評價棉花優(yōu)劣的重要指標(biāo)[18，19]，在雜草脅迫與競爭下，棉花纖維品質(zhì)也會受到一定影響[20]。高密度假高粱會導(dǎo)致棉花部分纖維品質(zhì)指標(biāo)下降，但影響程度不盡相同[21]。試驗研究表明，不同密度龍葵對棉花纖維整齊度和纖維長度無顯著影響，而對短纖維指數(shù)和纖維強度存在顯著影響，但沒有發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性。

雜草經(jīng)濟閾值的研究多采用數(shù)學(xué)模型描述雜草與作物的競爭關(guān)系[22]。研究紫荊澤蘭密度與湖北地區(qū)棉花產(chǎn)量的關(guān)系，其損失率符合冪函數(shù)模型y=3.049x1.031[9]；比較好地擬合了黃頂菊與棉花產(chǎn)量損失關(guān)系，其模型則是對數(shù)函數(shù)y=22.79 ln（x）+9.027 7[7]。已知試驗區(qū)域2019年棉花產(chǎn)量（Y）為5 400.00 kg/hm2，籽棉收購價（P）為4.7 元/kg，人工除草費用平均一次300 元/hm2，棉花生長過程中共每年平均除草4 次，龍葵的人工防除費用（CC）為1 200 元/hm2，防除效果（E）為95.00%。進行化學(xué)防除時，藥劑費用和施藥用工總計約546.0元/hm2，藥效在75.00%左右[13]。研究結(jié)果表明，新疆北疆地區(qū)棉花產(chǎn)量損失率與龍葵密度符合對數(shù)模型y=12.594 ln（x）+58.025。當(dāng)采用人工拔除田間龍葵時，其經(jīng)濟閾值為0.016株/m2；采用96%精異丙甲草胺EC 進行滴灌除草時，其經(jīng)濟閾值為0.017 株/m2。龍葵對棉花生產(chǎn)的影響顯著，應(yīng)早發(fā)現(xiàn)早防除。至于其他區(qū)域龍葵防治經(jīng)濟閾值，尚需結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素、物候條件、管理水平制定適宜當(dāng)?shù)氐姆乐尾呗耘c防治指標(biāo)。

4 結(jié)論

龍葵與棉花競爭過程中，棉花的株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)隨龍葵密度的增加而降低，棉花中部結(jié)鈴數(shù)、產(chǎn)量和品質(zhì)等經(jīng)濟性狀均受到顯著影響，龍葵密度達到15 株/m2時，棉花產(chǎn)量損失率為100%。新疆石河子棉花產(chǎn)量損失率與龍葵密度符合對數(shù)函數(shù)y=12.594 ln（x）+58.025，龍葵人工防除的經(jīng)濟危害允許水平為4.98%，經(jīng)濟閾值為0.016株/m2（即田間密度為160株/hm2時需人工防除）。