引用本文
张纪利, 吴尚, 石绪根, 李保同, 汤丽梅. .稗草对双季稻生长的影响及其防除经济阈值研究. 草业学报, 2015,24(8):44-52
ZHANG Ji-Li, WU Shang, SHI Xu-Gen, LI Bao-Tong, TANG Li-Mei. .Influence of barnyardgrass ( Echinochloa crusgalli) on the growth of double-cropping paddy rice and its economic threshold . Acta Prataculturae Sinica,2015,24(8): 44-52
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稗草对双季稻生长的影响及其防除经济阈值研究
张纪利, 吴尚, 石绪根, 李保同*, 汤丽梅
江西农业大学农学院,江西 南昌 330045
*通讯作者Corresponding author. E-mail:libt66@163.com

作者简介:张纪利(1988-),男,山东临沂人,在读硕士。E-mail:707535301@qq.com

基金项目:国家科技支撑计划课题(2012BAD14B14)资助
摘要

稗草是中国南方双季稻稻田的恶性杂草,对水稻生产造成严重威胁。为明确稗草对双季稻生长的影响及其经济危害允许水平,采用添加系列试验和模型拟合的方法研究了不同稗草密度下水稻生长与产量性状的变化规律。结果表明,在稗草的竞争干扰下,双季早、晚稻的株高、分蘖数、有效穗数、每穗实粒数、千粒重及产量均随稗草密度的增加而逐渐降低。指数模型 y= be ax可以较好地拟合稗草对早稻分蘖数、有效穗数和产量的影响,而二次曲线模型 y= ax2+ bx+ c拟合稗草与株高、每穗实粒数、千粒重和产量损失间的关系最佳;二次曲线模型 y= ax2+ bx+ c均可较好地拟合稗草与晚稻株高、分蘖数、有效穗数、每穗实粒数、千粒重、产量和产量损失间的关系。稻田使用化学除草剂(丁草胺、二氯喹啉酸、五氟磺草胺)防除时,双季早、晚稻稻田稗草的经济危害水平分别为1.64%~2.91%和1.28%~2.28%,经济阈值分别为0.63~1.23株/m2和1.30~1.85株/m2。稗草对水稻生长有抑制作用, 并导致水稻产量损失;通过对经济阈值分析,化学除草剂防治稗草具有明显的经济优势。

关键词: 稗草; 双季稻; 回归分析; 经济危害允许水平; 经济阈值
Influence of barnyardgrass ( Echinochloa crusgalli) on the growth of double-cropping paddy rice and its economic threshold
ZHANG Ji-Li, WU Shang, SHI Xu-Gen, LI Bao-Tong*, TANG Li-Mei
College of Agronomy, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China
Abstract

Barnyardgrass ( Echinochloa crusgalli) is an important weed in double-cropped paddy fields in southern China and a significant threat to rice production. To determine the influence of barnyardgrass on the growth of double-cropped paddy rice and its economic infestation threshold, the growth and yield of paddy rice under different barnyardgrass densities were investigated using field experiments and modelling. Results showed that plant height, tiller numbers, effective spikes, grain numbers/panicle, 1000-grain weight and grain yield of double-cropped early and late rice decreased with increasing barnyardgrass density. The exponential regression model “ y= be ax” was able to adequately describe the relationship between barnyardgrass density and tillers, effective spikes and yield of double-cropped early rice, while a quadratic regression model “ y= ax2+ bx+ c” was best for plant height, grains/panicle, 1000-grain weight and yield loss. A quadratic regression model “ y= ax2+ bx+ c” was best able to describe the relationship between barnyardgrass density and plant height, tillers, effective spikes, grains/panicle, 1000-grain weight, grain yield and yield loss of double-cropping late rice. Herbicides (butachlor, quinclorac, or penoxsulam) were applied to control barnyardgrass; the economic infestation levels for barnyardgrass were 1.64%-2.91% and 1.28%-2.28% in double-cropped early and late paddy fields, respectively, and the economic thresholds were 0.63-1.23 plant/m2 and 1.30-1.85 plant/m2, respectively. Barnyardgrass severely inhibited rice growth and yield. Herbicide application effectively and economically controlled barnyardgrass.

Keyword: barnyardgrass ( Echinochloa crusgalli); double-cropping paddy rice; curve fit; economic infestation level; economic threshold

稗草(Echinochloa crusgalli)属于禾本科(Gramineae)稗属(Echinochloa)一年生植物, 是全球分布最广、对水稻产量影响最大的恶性杂草[1, 2]。稗草作为稻田主要的伴生性杂草, 由于其与水稻(Oryza sativa)的亲缘近似性, 且生育期、株型、养分需求等生物学特性与水稻极其相似, 二者间的生存竞争非常激烈[3, 4]。近些年来, 国内外学者对稗草的生物生态学特性[5, 6, 7, 8, 9]、防治方法[10, 11, 12, 13]及抗药性[14, 15, 16, 17]等方面进行了大量研究, 而有关其在不同类型稻田的危害和防治指标报道相对较少。杨贤燕等[18]报道氮沉降增加可能会提高稗草而降低陆稻的竞争力, 且在温度较低的情况下, 这种趋势更明显; 韩豪华等[19]报道抗草潜力不同的水稻品种混合种植, 在一定程度上能增强抗草潜力弱的品种对稗草的抑制能力; 刘章勇和清治有[20]研究稗草对不同种植密度水稻生长和产量的影响发现, 低密度处理的水稻分蘖数显著高于高密度处理, 而高密度处理的叶面积指数、单位面积干物重和产量显著高于低密度处理; 朱文达[21]报道水稻在稗的竞争干扰下, 植株的分蘖数、有效穗数、千粒重及产量均随稗草密度的增加而逐渐降低; 张建中等[22]报道移栽稻田在不同稗草密度下, 低、中、高3种产量水平稻田产量损失率以及稗草的生态经济阈值(即防除指标); 管丽琴等[23]报道了水直播稻田稗的危害损失, 及其与水莎草(Juncetlus serotinus)的复合防除指标。上述研究仅限于考查稗草对中稻的危害及其经济阈值, 而对中国南方双季早、晚稻的影响及其经济阈值尚不清楚。本研究旨在明确大田条件下不同密度稗草对双季早、晚稻生长和产量的影响, 建立稗草不同密度与水稻产量构成因子及其损失率间的函数关系, 并推导出早、晚稻稻田稗草的防治经济阈值模型, 为制定南方双季稻田稗草的防治指标和控制措施提供科学依据。

1 材料与方法
1.1 供试土壤与作物

试验在江西农业大学农业科技园稻田进行, 试验地冬季闲田。土壤为红色壤土, pH值5.54, 有机质含量18.2 g/kg, 全氮1.06 g/kg, 碱解氮103.2 mg/kg, 有效磷16.2 mg/kg, 有效钾156.2 mg/kg。小区面积4 m2(2 m× 2 m), 小区间筑埂隔开。供试水稻品种为中佳早17(早稻)和荣优225(晚稻), 分别于2013年4月25日和7月25日移栽, 栽插密度均为14.3 cm× 14.3 cm, 每穴秧苗2株, 各处理肥、水等田间管理措施均相同。

1.2 试验设置

试验设0, 1, 3, 6, 9, 12, 15, 18和21株/m2 9个稗草密度处理, 每处理4次重复, 共计36个小区, 随机区组排列。水稻移栽时立即集中撒播稗草种子, 待1叶1心期按试验设计在水稻行间进行均匀定植, 并在试验期间每隔5 d检查1次, 及时查苗补缺, 人工拔除其他杂草。

1.3 调查方法与数据处理

在水稻成熟期, 各小区随机选取5穴, 考查全部水稻植株株高、分蘖数、有效穗数及每穗实粒数, 自然晾干后, 测定其千粒重; 各小区单收单放, 测定其实际产量[24]。试验结果用Excel进行数据处理, 用SPSS软件进行差异显著性分析。采用直线(y=ax+b)、对数(y=alnx+b)、二次曲线(y=ax2+bx+c)、幂函数(y=bxa)和指数(y=beax)模型, 对不同密度稗草与水稻各有关性状特征值进行回归分析, 依据相关程度筛选出最佳的拟合模型。根据稗草密度与水稻产量损失的相关模型和水稻生产所允许的产量损失水平, 确定稗草的经济危害允许水平及经济阈值。经济危害允许水平(EIL)根据朱文达[21]使用的EIL(%)=[CC/(Y× P× E)]× 100公式进行计算, 其中CC为杂草防除费用, Y为水稻产量, P为水稻价格, E为防除效果。

2 结果与分析
2.1 不同稗草密度对双季稻农艺性状的影响

水稻的株高和分蘖数随着稗草密度的增加而下降, 双季早、晚稻被抑制的强度存在差异(表1)。从株高来看, 早稻在稗草密度为18株/m2、晚稻在稗草密度为12株/m2时, 株高分别下降7.17%和3.13%, 与无草对照差异显著; 而在稗草密度均为21株/m2时, 早、晚稻株高分别下降8.83%和6.25%, 与无草对照差异均达极显著水平。从分蘖力来看, 在稗草密度均为6株/m2时, 早、晚稻的分蘖数分别减少12.87%和10.58%, 与无草对照差异显著; 早稻在稗草密度为12株/m2、晚稻在稗草密度为9株/m2时, 分蘖数分别减少18.62%和13.18%, 与无草对照差异达极显著水平; 在稗草密度均为21株/m2时, 早、晚稻分蘖数分别减少达33.79%和25.02%。稗草密度越高, 水稻株高被抑制越强, 分蘖数越少, 说明稗草的发生危害严重阻碍了水稻的生长发育。

表1 不同密度稗草对水稻生理性状的影响 Table 1 Effects of different densities of barnyyardgrass on the growth characters of paddy rice

对稗草密度与水稻株高进行曲线拟合和回归分析, 双季早、晚稻拟合效果(R2)均为二次曲线> 直线> 指数函数> 对数> 幂函数。对函数进行F值检验, 5种函数模型均能较好的拟合稗草密度与早稻和晚稻株高之间的关系(P< 0.01)。综合函数模型的R2和F值显著性分析, 二次曲线函数y=-0.0033x2-0.1906x+66.4220和y=-0.0031x2-0.1661x+79.8588能分别较好地表示双季早、晚稻株高与稗草密度之间的关系(表2)。对稗草密度与水稻分蘖数进行曲线拟合和回归分析, 早稻拟合效果(R2)为指数函数> 二次曲线> 直线> 对数> 幂函数, 而晚稻拟合效果(R2)为二次曲线> 指数函数> 直线> 对数> 幂函数。对函数进行F值检验, 5种函数模型均能较好的表示稗草密度与早、晚稻分蘖数之间的关系(P< 0.01)。从函数模型的R2和F值显著性综合分析, 指数函数y=344.1558e-0.0196x和二次曲线函数y=0.1006x2-7.2235x+451.5893能分别较好的表示早、晚稻分蘖数与稗草密度之间的关系(表2)。

表2 不同密度稗草与水稻株高和分蘖力的回归分析 Table 2 Regression analysis between the densities of barnyyardgrass and plant height, tillers of paddy rice
2.2 不同稗草密度对双季稻产量性状的影响

2.2.1 对有效穗和每穗实粒数的影响

双季早、晚稻有效穗数和每穗实粒数随稗草密度增加而逐渐降低, 且对早稻的影响大于晚稻(表3)。早稻在稗草密度为6株/m2、晚稻在稗草密度为9株/m2时, 有效穗数分别减少8.67%和7.07%, 与无草对照差异显著; 在稗草密度均为21株/m2时, 早、晚稻有效穗数分别减少27.89%和21.44%。从每穗实粒数来看, 在稗草密度均为12株/m2时, 早、晚稻每穗实粒数分别降低3.83%和3.13%; 在稗草密度均为21株/m2时, 早、晚稻每穗实粒数分别降低8.83%和6.25%(表3)。

表3 不同密度稗草对水稻产量性状的影响 Table 3 Effects of different densities of barnyardgrasson on the yield characters of paddy rice

对稗草密度与水稻有效穗数进行曲线拟合和回归分析, 早稻拟合效果(R2)为指数≈ 二次曲线≈ 直线> 对数> 幂函数, 而晚稻拟合效果(R2)为二次曲线≈ 直线> 指数> 对数> 幂函数。对函数进行F值检验, 5种函数均能较好地表示稗草密度与早、晚稻有效穗数之间的关系(P< 0.01)。从函数模型的R2和F值显著性综合分析, 指数函数y=323.8855e-0.0155x和二次曲线函数y=-0.0217x2-3.0901x+340.0063能分别较好地表示早、晚稻有效穗数与稗草密度之间的关系(表4)。对稗草密度与水稻每穗实粒数进行曲线拟合和回归分析, 早、晚稻拟合效果(R2)均为二次曲线> 对数> 指数> 幂函数> 直线。对函数进行F值检验, 5种函数均能很好地表示稗草密度与水稻每穗实粒数之间的关系(P< 0.01)。综合各回归模型的R2值和F值显著性分析, 二次曲线函数y=0.0045x2-0.2777x+88.6828和y=0.0035x2-0.6113x+92.5525能分别较好地表示早、晚稻每穗实粒数与稗草密度之间的关系(表4)。

2.2.2 对千粒重的影响

双季早、晚稻千粒重随着稗草密度增加而下降, 且对早稻的影响大于晚稻(表3)。早稻在稗草密度为12株/m2时, 千粒重下降4.23%, 与无草对照差异显著, 在密度为15株/m2时下降5.50%, 与无草对照差异达极显著水平, 在密度为21株/m2时下降低达7.93%; 而晚稻在稗草密度为18株/m2时, 千粒重下降5.01%, 在密度为21株/m2时下降5.78%, 与无草对照的差异仍未达极显著水平(表3)。

对稗草密度与水稻千粒重进行曲线拟合和回归分析, 早、晚稻拟合效果(R2)均为指数≈ 直线≈ 二次曲线> 对数> 幂函数。对函数进行F值检验, 5种函数模型均能很好地表示稗草密度与千粒重之间的关系(P< 0.01)。综合各回归模型的R2值和F值显著性分析, 二次曲线函数y=0.0005x2-0.0863x+25.6162和y=0.0003x2-0.0792x+26.155能较好地表示早、晚稻千粒重与稗草密度之间的关系(表4)。

表4 不同密度稗草与水稻有效穗数、每穗实粒数和千粒重的回归分析 Table 4 Regression analysis between the densities of barnyyardgrass and spike number of paddy rice, filled grains per panicle and 1000-grain weight

2.2.3 对水稻产量及其损失的影响

双季早、晚稻产量随着稗草密度的增加而逐步降低, 且对早稻的影响大于晚稻(表3)。早稻在稗草密度为3株/m2时, 产量较无草对照减少7.48%, 差异达到显著水平, 在密度为6株/m2时减少12.55%, 差异达到极显著水平; 而晚稻在稗草密度为6株/m2时, 产量较无草对照减少8.73%, 差异达到显著水平, 在密度为9株/m2时减少14.60%, 差异达到极显著水平。在稗草密度均为21株/m2时, 早、晚稻产量分别减少36.38%和35.05%。

从水稻产量与稗草密度进行曲线拟合和回归分析, 早稻拟合效果(R2)为指数> 二次曲线> 直线> 对数> 幂函数, 晚稻拟合效果(R2)为二次曲线> 直线> 指数> 对数> 幂函数。对回归模型进行F测验, 5种模型均能较好地表示水稻产量与稗草密度之间的关系(P< 0.01)。从各回归模型的R2值、F值显著性及曲线的实际拟合效果综合分析, 指数函数y=7348.9885e-0.0216x和二次曲线函数y=0.5944x2-150.6998x+8218.9218能较好地表示稗草密度与双季早、晚稻产量之间的关系(表5)。对水稻产量损失与稗草密度进行曲线拟合和回归分析, 早、晚稻拟合效果(R2)均为二次曲线> 直线> 幂函数> 对数> 指数。对回归模型进行F测验, 5种模型均能较好地表示水稻产量与稗草密度之间的关系(P< 0.01)。从各回归模型的R2值、F值显著性及曲线的实际拟合效果综合分析, 二次曲线函数y=-0.0206x2+2.1376x+0.3093和y=-0.0073x2+1.8543x-1.1167能分别较好地表示稗草密度与双季早、晚稻产量损失之间的关系(表5)。

表5 不同密度稗草与水稻产量及其损失的回归分析 Table 5 Regression analysis between the densities of barnyyardgrass and yields of paddy rice and its loss
2.3 水稻田稗草经济危害允许水平及防除阈值的确定

按照目前的水稻生产水平, 设双季早、晚稻产量分别为7500和8625 kg/hm2, 稻谷收购价分别为2.48和2.76元/kg。稻田稗草一般采用人工除草或化学防除。人工除草的成本较高, 在江西省南昌地区1季水稻一般除草3次, 共需人工费2250元/hm2, 除草效果90%左右。移栽稻田化学除草一般施药1次, 常用除草剂有50%丁草胺(butachlor)乳油、 50%二氯喹啉酸(quinclorac)可湿性粉剂、2.5%五氟磺草胺(penoxsulam)悬浮剂, 除草成本分别为275, 290和515元/hm2(其中药剂成本分别为75, 90和315元/hm2, 施药人工费均为200元/hm2), 防除效果约分别为90%, 90%和95%。显然, 稗草的经济危害允许水平因水稻类型和防除措施的不同而存在差异, 人工除草和50%丁草胺乳油、50%二氯喹啉酸可湿性粉剂、2.5%五氟磺草胺悬浮剂化学防除时, 早稻经济危害允许水平分别为13.44%, 1.64%, 1.73%和2.91%, 晚稻分别为10.50%, 1.28%, 1.35%和2.28%。根据水稻的经济危害允许水平, 由拟合的稗草密度与水稻产量损失的关系模型y=-0.0206x2+2.1376x+0.3093(早稻)和y=-0.0073x2+1.8543x-1.1167(晚稻)得出稻田稗草防治的经济阈值。人工防除、50%丁草胺乳油、50%二氯喹啉酸可湿性粉剂和2.5%五氟磺草胺悬浮剂防除稗草的经济阈值, 早稻分别为6.56, 0.63, 0.67和1.23株/m2, 晚稻分别为6.43, 1.30, 1.34和1.85株/m2(表6)。

表6 稗草的经济危害允许水平及经济阈值 Table 6 The economic infestation level and economic threshold of barnyardgrass
3 讨论

稗草与水稻具有亲缘近似性, 在生长期、株型及对营养的需求等生物学特性方面与水稻极为相似, 是稻田中最重要也最难防除的一年生伴生性杂草, 且稗草为C4植物而水稻为C3植物, C4植物在生长势、抗逆性及对水分、光照、土壤养料的竞争上大大强于C3植物, 因此, 稗草极易造成水稻产量的重大损失[21, 25]。本研究结果表明, 稗草阻碍了水稻的生长发育, 导致水稻株高下降, 分蘖和有效穗数减少, 同时千粒重和产量均显著降低, 这与前人的报道结果相一致[21, 22, 23]。同时研究发现, 稗草对双季早稻的抑制效果强于晚稻, 这可能与早稻移栽后温度低、秧苗缓苗期长, 从而导致其与稗草的竞争不如晚稻有关, 或因早、晚稻品种的不同而导致与稗草竞争的差异所致。

杂草与作物间的竞争关系一般采用数学模型来描述[25, 26, 27]。张建中等[22]发现中稻产量与稗草密度间的关系可用对数函数进行拟合, 管丽琴等[23]证实中稻产量损失与稗草密度呈直线关系, 朱文达[21]报道稗草对一季晚稻分蘖数、有效穗数及千粒重的影响可用指数模型进行拟合, 而与产量及产量损失间的关系用对数模型拟合效果最佳。本研究表明, 双季早稻分蘖数、有效穗数和产量与稗草间的关系可用指数模型进行拟合, 而株高、每穗实粒数、千粒重和产量损失与稗草间的关系用二次曲线模型拟合的效果最好, 晚稻株高、分蘖数、有效穗数、每穗实粒数、千粒重、产量和产量损失与稗草间的关系用二次曲线模型拟合的效果均最佳(P< 0.01)。对于杂草与作物竞争模型的评价, 除了与实际观测值拟合效果好及简单易用外, 还应考虑作物品种、播种密度、肥水条件、环境气候和草相等因素的影响, 进一步整合这些因素将使模型更加科学、合理。

依据防治经济阈值进行杂草治理是一种简便有效的方法[21, 26, 27, 28, 29]。本试验采用人工除草时, 计算的双季早稻和晚稻稻田稗草经济阈值分别为6.56和6.43株/m2, 低于张建中等[22]试验结果(9.29~17.13株/m2), 但较朱文达[21]报道的结果(1.09株/m2)明显高; 而采用50%丁草胺乳油、或50%二氯喹啉酸可湿性粉剂、2.5%五氟磺草胺悬浮剂化学防除时, 其经济阈值分别为0.63~1.23株/m2和1.30~1.85株/m2, 明显低于张建中等[22]试验结果(7.53~11.71株/m2), 与朱文达[21]报道的结果(0.84~0.86株/m2)相近似, 其原因可能与各地气候条件、作物品种以及除草成本等差异有关。经济阈值的计算除直接与作物产量水平、产量价格和防除成本有关外, 还受水稻生产技术水平和稻田草相等诸多因素的影响。因此, 在稗草的实际防治中, 还应结合当地的具体情况综合考虑, 制定切实可行的防治经济阈值。

4 结论

稗草对水稻生长具有显著的抑制作用, 其抑制效应与稗草的密度呈正相关, 主要表现在植株的株高、分蘖数、有效穗数、每穗实粒数和千粒重下降, 从而导致水稻产量降低; 通过对稗草的经济危害允许水平及经济阈值分析, 化学除草剂防治稗草具有明显的经济优势。

The authors have declared that no competing interests exist.

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