不同直播方式与杂草防除时期对稻田杂草发生及早籼稻产量的影响
周燕芝, 陈丽明, 王文霞, 李祖军, 曾勇军, 谭雪明, 胡水秀, 石庆华, 潘晓华, 曾研华*
江西农业大学双季稻现代化生产协同创新中心,作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室,江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室,江西 南昌330045
*通信作者. E-mail: zyh74049501@163.com

作者简介:周燕芝(1995-),女,江西上饶人,在读硕士。E-mail: 13677980356@163.com

摘要

为探明不同直播方式下稻田杂草最佳防除时期,本试验以杂交稻柒两优2012为供试材料,设置旱直播、湿直播和水直播3种直播方式与播后2叶1心前除草(C1)、2叶1心至3叶1心除草(C2)、全生育期除草(C3)及全生育期不除草(CK)4个处理,研究不同直播方式与杂草防除时期对稻田杂草发生及早籼稻产量的影响。结果表明,与水直播和湿直播相比,旱直播方式可显著提高早籼稻出苗率,且土壤中稗草、千金子等禾本科杂草发生严重,而水直播和湿直播方式下水莎草、鸭舌草等水生性杂草发生严重;在播后3~29 d左右,旱直播方式下杂草发生相对较严重,但在播后43 d杂草发生量显著低于水直播和湿直播处理;对于水稻全生育期来说,旱直播杂草发生密度总体下降12.57%~15.72%,且杂草生物量显著低于水直播和湿直播,鲜、干重分别平均下降65.83%、57.45%及69.73%、59.04%。相关分析表明,杂草生物量与直播稻产量及其构成因素呈极显著负相关,其中播后15~22 d杂草的发生对早籼稻产量降低影响显著。与CK相比,各杂草防除处理均显著提高早籼稻产量,表现为C3>C1>C2>CK,增产17.91%~31.21%,且C1是杂草防除的最佳时期,其中旱直播增产效应高于湿直播和水直播处理,产量的增加主要得益于单位面积有效穗数的提高。总体来说,不同直播方式杂草发生因生育期而异,旱直播有利于降低直播田杂草发生量,且在播后至2叶1心期前防除杂草利于水稻增产增效,其中旱直播方式明显。

关键词: 直播稻; 直播方式; 杂草发生规律; 杂草防除时期; 产量
Effects of different direct seeding methods and weed control timing on weed occurrence and grain yield of early indica rice
ZHOU Yan-zhi, CHEN Li-ming, WANG Wen-xia, LI Zu-jun, ZENG Yong-jun, TAN Xue-ming, HU Shui-xiu, SHI Qing-hua, PAN Xiao-hua, ZENG Yan-hua*
Collaborative Innovation Center for the Modernization Production of Double Cropping Rice, Key Laboratory of Crop Physiology Ecology and Genetic Breeding Ministry of Education, Jiangxi Key Laboratory of Crop Physiology Ecology and Genetic Breeding, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China
*Corresponding author. E-mail: zyh74049501@163.com
Abstract

This research aimed to identify the optimal timing of weed control in rice paddy fields. Hybrid early indica rice Qiliangyou 2012 was planted in pot experiments with three sowing methods [dry direct seeding (DDS), wet direct seeding (WDS) and flooding direct seeding (FDS)] and four manual weeding treatments [from sowing to three leaves (C1), from three leaves to four leaves (C2), weeding for the whole growth period (C3) and no weeding over the entire growth period (CK)], to study the effects of the different seeding methods and weed control options on weed occurrence and grain yield. It was found that in the DDS treatment, the seeding emergence rate was significantly increased compared to FDS and WDS. Weeds such as Echinochloa crusgalli and Euphorbia lathyris were a serious problem in DDS, while aquatic weeds including Juncellus serotinus and Monochoria vaginalis were relatively serious in FDS and WDS. The weed occurrence in the DDS treatment was serious in early crop development (3-29 days after sowing), but was significantly lower than that of FDS and WDS after 43 days. For the whole rice growing period, the weed density in DDS was decreased by 12.57%-15.72%, and the biomass of weeds was significantly lower than that of FDS and WDS, while the fresh weight of weeds in DDS was decreased by 65.83% and 57.45%, while the dry weight was decreased by 69.73% and 59.04%, respectively, compared to FDS and WDS. Correlation analysis showed that weed biomass was negatively correlated with grain yield and its components for direct seeding rice, and the occurrence of weeds 15-22 days after sowing significantly reduced yield. Compared with CK, the grain yield of early indica rice was significantly increased by all weed control treatments, with the ranking for yield being C3>C1>C2>CK, and the average yield increase being 17.91%-31.21%. The best among the weed control treatments was C1; while the yield of DDS was higher than the yields of FDS and WDS, and the increase in grain yield was mainly due to an increase in number of effective panicles per unit area. The peak occurrence of weeds occurred at different times in the different sowing treatments. DDS has potential to reduce the occurrence of weeds in direct seeded paddy fields, and used with weed control from sowing to the three leaf stage, could enhance rice crop yield.

Keyword: direct-seeded rice; direct seeding pattern; the occurrence of weeds; the period of weed control; grain yield

近年来, 随着我国农村经济的快速发展和城镇化进程的加快, 导致农村优质劳动力紧张。水稻(Oryza sativa)直播技术作为一项轻简栽培技术, 凭借省工节本、经济效益高等优势不推自广[1], 而直播稻大田生产中草害严重是生产中亟需解决的问题[2]。目前, 在直播稻生产中施用化学除草剂是控制直播田杂草的重要途径, 但除草剂施用过量与不及时、不科学等问题, 易造成杂草抗性增强、草害防除效率低等问题[3, 4, 5]。因此, 提高直播稻田杂草防除能力具有重要意义。

研究表明, 稻田杂草的发生情况受耕作区土壤杂草种子库丰富度[6, 7, 8]、耕作习惯[9, 10, 11]和稻作区生态环境[12, 13]等多因素的影响, 其中选择适宜的直播方式可有效地降低田间杂草的发生程度, 且在一定程度上也可提高直播稻的出苗率[14]。王文霞等[15]研究指出南方稻区旱直播可显著降低杂草的发生, 水稻增产21.26%~35.49%。孙永健等[16]亦发现, 机械旱直播方式可降低水稻苗期节节菜(Rotala indices)、稗草(Echinochloa crusgalli)等绝大多数杂草的发生, 有利于提高水稻成穗率及产量。此外, 近年来化学除草剂的广泛应用给直播稻田杂草防除带来较大便利, 明确化学除草剂施用时期是提高直播田杂草防除效率的研究重点。刘庆虎等[17]研究发现75 g· hm-2(有效成分)的氰氟草酯对稗草的最佳防除时期主要在1~6叶期, 抑制率在90%以上; 60 g· hm-2的五氟磺草胺对千金子(Leptochloa chinensis)和马唐(Digitaria sanguinalis)的有效防除时期主要集中于1~4叶期和1~2.5叶期。孙永健等[16]研究指出水稻田播后2 d喷施1800 mL· hm-2的30%丙草胺和1800 mL· hm-2的40%丁草胺是控草且增产增效的最佳除草剂配施处理。

以上研究不难发现, 前人研究主要集中在杂草防除下的不同直播方式及除草剂的施用时期等单一因素方面的探讨, 但基于两者间的相互作用效应的研究报道较少, 特别是南方稻区早籼稻生长期间杂草发生种类、发生规律及成灾时期还不清楚, 势必影响杂草的精准防除力度, 而以往关于杂草的防除时期大多以生产中定性的经验依据为主, 并未给出科学定量化的评判。因此, 本研究针对南方双季稻区直播田杂草发生严重, 杂草防控不科学问题, 通过盆栽试验, 采用人工除草方式, 开展不同直播方式与杂草防除时期对稻田杂草发生及早籼稻产量影响的研究, 探究适宜于南方稻区的直播方式及杂草最佳防除时期, 为南方稻区直播稻田杂草的综合防治提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法
1.1 试验材料

试验于2018年4-7月在江西农业大学科技园实验基地网室(115° 49'53″ E, 28° 46'8″ N)开展, 网室内盖有防雨棚。试验采用盆栽方式进行, 盆栽规格(长、宽、高)为50 cm× 38 cm× 32 cm, 供试土壤取自基地耕作层(0~20 cm)土壤(红壤土), 土壤自然风干过5 mm筛装盆, 供试品种为杂交籼稻柒两优2012。土壤基础肥力为全氮2.03 g· kg-1、有机质29.35 g· kg-1、速效氮97.52 mg· kg-1、速效磷25.78 mg· kg-1、速效钾99.42 mg· kg-1, pH 5.42。

1.2 试验设计

试验采用二因素裂区设计, 直播方式为主区, 不同时期除草处理为副区, 每处理设4次重复, 试验共设置12个处理, 3种直播方式分别为旱直播(dry direct seeding, DDS):在土壤含水量为40%~50%的干旱土壤中进行直播, 播后用细土覆盖, 进行间歇灌溉, 保持土壤湿润, 以促进种子吸水发芽; 湿直播(wet direct seeding, WDS):在水分饱和而无积水的湿润土壤中进行直播, 播后田间保持湿润状态; 水直播(flooding direct seeding, FDS):在淹水达3~5 cm深度的水层进行直播, 播后前期田间保持3~5 cm的水层, 避免苗床过于光滑, 适当粗糙的苗床有利于秧苗的固定生根。4种除草处理即播后2叶1心前(C1):播种后至水稻2叶1心前人工清除盆栽内杂草, 其余时期不进行除草; 2叶1心至3叶1心(C2):播后水稻2叶1心至3叶1心进行人工清除盆栽内杂草, 其余时期不进行除草; 全生育期除草(C3):分别在水稻2叶1心前、2叶1心至3叶1心期和水稻3叶1心后人工清除盆栽内杂草; 全生育期不除草(CK):水稻全生育期不进行除草, 杂草处于自然生长状态。每个处理每盆8穴, 每穴播6粒饱满种子, 精量点播, 行株距为25 cm× 12 cm。各处理方式均于4月7日播种, 选取刚破胸露白的芽谷种子进行播种并用细土覆盖, 播种量为37.5 kg· hm-2。氮肥施用量为165 kg· hm-2, 按基肥∶ 分蘖肥∶ 穗肥为5∶ 2∶ 3施用; 钾肥施用量为165 kg· hm-2, 按分蘖肥∶ 穗肥比为7∶ 3 施用; 磷肥施用量为90 kg· hm-2, 全部作为基肥。氮、磷、钾肥分别为尿素、钙镁磷和氯化钾。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 出苗率 水稻2叶1心至3叶1心时调查每盆内出苗数, 出苗率=出苗数/播种粒数× 100%。

1.3.2 杂草发生 播种后前期每隔3~5 d调查一次杂草发生情况, 至播种第8天后每隔7 d调查一次每盆内的杂草种类和数量; 不同时期人工除草取草样称重并烘干, 计算杂草干物质重量。

1.3.3 产量考察 收获前调查每盆有效穗数, 取样5穴考种, 考查产量构成, 脱粒后晒干称量, 并按籽粒水分13.5%折算实际产量。

1.4 数据处理

试验数据均采用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05软件进行分析和处理, 采用LSD法于P< 0.05水平进行差异显著性检验。

2 结果与分析
2.1 直播稻田主要杂草种类

从杂草调查情况来看(图1), 直播盆栽中发生危害的杂草有11科13种, 其中稗草、水莎草(Juncellus serotinus)、鸭舌草(Monochoria vaginali)和千金子4种杂草发生密度较大, 属于优势种群, 群体数量占整个杂草群落的95%以上。不同直播方式下, 杂草密度表现为水直播> 湿直播> 旱直播, 其中旱直播杂草密度降幅达12.57%~15.72%。旱直播方式稗草、千金子等禾本科杂草危害严重, 占杂草总数的76.32%, 旱生性杂草裂叶牵牛(Pharbitis nil)仅在旱直播中出现; 水、湿直播盆栽中水莎草、稗草、鸭舌草发生较为严重, 鳢肠(Eclipta prostrate)、水竹叶(Murdannia triquetra)、陌上菜(Lindernia procumbens)仅存在于水直播和湿直播。稗草作为直播方式中的优势杂草, 分别占水直播、湿直播、旱直播总草比例的24.73%、29.15%和52.51%; 另外, 水莎草作为水直播、湿直播处理的优势种群, 分别占总草的28.66%和25.13%。说明直播方式中危害严重的杂草种类有稗草、水莎草、鸭舌草和千金子, 旱直播有利于减少直播盆栽内的杂草发生数量。

图1 不同直播方式下杂草发生种类与数量
1:稗草E. crusgalli; 2:水莎草J. serotinus; 3:鸭舌草M. vaginali; 4:千金子E. lathyris; 5:陌上菜L. procumbens; 6:雀舌草Stellaria uliginosa; 7:水竹叶M. triquetra; 8:莲子草Alternanthera sessilis; 9:鳢肠E. prostrate; 10:牛筋草Eleusine indica; 11:鬼针草Bidens pilosa; 12:马齿苋Portulaca oleracea; 13:裂叶牵牛P. nil. 不同小写字母表示不同直播方式间在0.05水平差异显著。下同。
Fig.1 The weeds occurrence variety and quantity of different direct seeding paddy fields
Different lowercase letters mean significant difference among different direct seeding patterns at 0.05 level. The same below.

2.2 直播稻田杂草变化规律

不同直播方式下, 旱直播和水直播下杂草密度仅出现1个高峰, 而湿直播具有2个出草高峰(图2)。3种直播方式下杂草变化趋势差异较大, 在播后0~29 d, 旱直播杂草萌发早、快, 在播后第3天杂草密度达63.54株· m-2, 播后29 d达到高峰, 为496株· m-2, 而水直播和湿直播杂草密度相对较低, 呈相对缓慢上升趋势。播后29~43 d, 旱直播下杂草密度呈下降趋势, 水直播杂草密度快速增长, 而湿直播下杂草密度呈先降后增趋势, 在播后43 d左右达峰值, 旱直播杂草密度降幅为40.81%~59.66%。播种43 d后, 3种直播方式下杂草密度均呈下降趋势, 杂草密度均表现为水直播> 湿直播> 旱直播, 差异达显著水平, 此时水稻正处分蘖期, 表明旱直播方式有利于降低水稻分蘖期的杂草发生密度。

图2 不同直播方式下杂草发生动态变化规律Fig.2 Dynamics of weeds occurrence in different direct seeding paddy fields

2.3 不同直播方式对杂草防除各时期杂草生物量的影响

不同直播方式下杂草干、鲜重在杂草防除各时期均表现为C3> C2> C1, 且3种直播方式趋势基本一致(表1)。相比于水直播和湿直播, 旱直播杂草生物量在C1和C2时期较大, 且在C2时期差异达显著水平; 而在C3时期, 旱直播杂草干重和鲜重显著低于水直播和湿直播, 降幅分别为59.04%~69.73%和57.45%~65.83%。说明旱直播方式前期杂草发生较水直播和湿直播严重, 但有利于降低水稻全生育期的杂草发生量, 利于直播田杂草防控。

表1 不同直播方式对杂草防除各时期杂草干、鲜重量的影响 Table 1 Effects of different direct seeding methods on dry and fresh weights of weeds in different weeding periods (g· m-2)
2.4 不同直播方式对水稻产量的影响

2.4.1 出苗率 不同直播方式下, 早籼稻出苗率表现为旱直播> 湿直播> 水直播(图3), 旱直播可显著提高早籼稻出苗率, 增幅为14.23%~18.40%。

图3 不同直播方式下早籼稻的出苗率Fig.3 The emergence rate of early indica rice in different direct seeding patterns

2.4.2 水稻产量及产量构成 方差分析表明, 杂草防除时期对产量及产量大多数构成因素影响极显著, 直播方式对有效穗数和产量影响极显著, 且两者对有效穗数及产量存在显著或极显著的互作效应(表2)。与CK相比, 不同直播方式下各杂草防除处理均显著提高早籼稻产量, C1、C2和C3处理平均产量较CK处理分别提高24.14%、17.91%和31.21%, 产量趋势表现为C3> C1> C2。不同杂草防除时期处理下, 早籼稻产量旱直播处理要显著高于水直播和湿直播处理, 产量增幅达8.92%~9.06%, 其中C1处理下, 旱直播方式下早籼稻增产8.19%, 水直播和湿直播处理间差异不显著; 但在CK处理下, 旱直播方式产量要低于水直播和湿直播。从产量构成因素来看, 各杂草防除时期处理相比于CK处理均显著提高早籼稻有效穗数、每穗粒数和结实率, 而千粒重差异不显著。不同杂草防除处理下, 旱直播方式显著提高水稻有效穗数, 从而提早籼稻产量。因此, 从除草次数及成本效益综合考虑, 直播田杂草防除时期以水稻2叶1心前期为宜, 且旱直播方式有利于提高早籼稻有效穗数, 增产效应显著。

表2 不同直播方式对早籼稻产量及产量构成因素的影响 Table 2 Effects of different direct seeding pattern on grain yield and components of early indica rice

相关分析表明, 不同直播方式下杂草生物量与水稻产量及其各构成因素呈线性负相关(图4), 且均达极显著水平。说明杂草的发生不利于直播早籼稻产量的形成, 易导致直播稻减产严重。

图4 不同直播方式下早籼稻产量及其产量构成因素与杂草发生的关系Fig.4 Relationship between early indica rice yield and its components and weed biomass under different direct seeding pattern (n=27)

对播后各时期杂草发生与直播稻产量进行相关分析, 结果表明, 直播稻产量与播后29 d内杂草发生有极显著负相关; 而通径分析结果表明, 限制直播稻产量的主要因子为播后43、22和15 d的杂草密度, 通径系数分别为-1.581、-0.920和-0.903, 其中播后15和22 d杂草发生与水稻产量呈极显著负相关, 说明水稻播后15~43 d杂草发生不利于直播稻产量的形成, 而播后15~22 d杂草的发生对产量降低有重要的影响(表3)。

表3 播后各时期杂草发生密度与直播稻产量的通径分析及相关分析 Table 3 Path analysis and correlation of weed density and direct-seeded rice yield in different periods after sowing (n=48)
3 讨论
3.1 不同直播方式对直播土壤田杂草发生动态的影响

杂草作为限制水稻直播技术推广的首要因素, 明确其动态变化趋势和群落演替规律是制定农田杂草防除体系的重要方向[18]。从直播稻生产实际情况来看, 杂草发生主要呈现出种类多、密度大、时间长且危害重的规律, 在众多杂草种类中, 尤其以稗草、水莎草和鸭舌草为主的杂草危害最重。不同直播方式对杂草发生也具有一定的影响。研究表明旱直播相对于水直播田杂草发生总体更为严重[19], 但旱直播方式显著降低了稻田杂草的发生数量, 降幅达40.92%~42.89%[15]。该差异可能是由直播田水肥管理[20, 21]、耕作制度[22, 23]等多因素不同而引起。本试验结果与王文霞等[15]的研究结果基本一致, 旱直播方式下杂草密度显著低于水直播和湿直播, 这可能与南方稻田杂草种子库等因素有关。田间杂草出苗高峰和成灾时期是杂草防控研究的热点, 研究表明旱直播条件下杂草具有两个出草高峰[24], 分别为播后15~21 d和49~56 d[25]。从本试验杂草调查情况来看, 旱直播方式杂草出苗早, 仅出现一个出草高峰, 而水直播和湿直播方式下杂草萌发相对缓慢, 水直播方式下杂草仅有一个出草高峰, 而湿直播具有两个高峰。不同直播方式下杂草变化差异主要是因为土壤水分管理各异, 导致土壤种子库中杂草种子萌发程度不一, 旱直播采取旱播方式使得浅层旱生性杂草出苗早; 而水直播的灌水层抑制了早期旱生性杂草的发生, 后期由于温度升高, 鸭舌草、水莎草等水生恶性杂草大量萌发, 杂草成灾时期迟; 湿直播由于土壤前期含水量饱和, 有利于稗草、陌上菜等杂草的萌发, 后期水生性杂草肆意滋生造成二次草害[26, 27]。在本试验条件下, 旱直播方式杂草成灾时期早, 但其杂草发生总量低于水直播和湿直播, 有利于直播田水生性杂草的防控。此外, 本试验为盆栽试验, 其杂草发生规律是否与大田试验结果一致, 还有待进一步研究。

3.2 不同直播方式下杂草防除时期对早籼稻产量的影响

适宜的栽培措施可有效提高水稻分蘖及其成穗, 而有关直播方式对水稻成穗特性的研究因农艺措施不同而异[28]。本研究基于人工模拟机械穴直播方式, 探究不同直播方式下各时期防除杂草对早籼稻产量的影响, 研究结果表明, 在杂草防除处理下, 旱直播方式有利于提高水稻有效穗数, 显著提高早籼稻产量, 其中以全生育期除草和播后水稻2叶1心前除草增产效益高; 而在不除草情况下, 旱直播稻产量显著降低, 这可能是因为旱直播前期杂草萌发快速, 不利于水稻苗期竞争温度、光照资源致使旱直播稻减产[29], 这与前人研究结果不尽相同[30, 31], 该差异可能与田间环境条件和水肥管理等因素有关[28, 32]。此外, 不同直播方式下杂草防除关键时期是农田杂草综合治理的关键内容, 直播田前期草害对直播稻产量影响较大, 杂草群体从水稻出苗开始萌发至后期群体密度增大, 不利于水稻产量的形成。前人研究表明, 在播后21~43 d确保田间无杂草竞争, 可提高水稻的产量和经济效益, 但播种56 d后除草对水稻产量无明显优势[33, 34]。本试验研究结果也表明, 播后15~43 d田间杂草发生对水稻产量影响显著, 各杂草防除时期除草均显著提高早籼稻产量, 且旱直播方式下水稻增产显著, 但从经济成本及效益的最大化来看, 水稻2叶1心期前进行除草的综合效益较好。因此, 在实际生产中及时(播后2叶1心前)防控田间杂草, 推广旱直播方式可有效提高水稻有效穗数, 促进水稻高产稳产。

3.3 直播稻杂草防除途径

随着新型除草剂的不断引进和研制, 高效简便的化学除草技术逐渐替代了传统的农业防除措施[3]。生产上主要根据“ 一封二杀三补” 的防治原则对直播田杂草进行防控, 但多数稻农并不明确杂草防除关键时期, 导致除草剂利用效率低。目前有关杂草防除关键时期的研究报道较少, 直播田杂草防除大多以生产经验为主, 生产上主要通过播后施用土壤封闭除草剂抑制水稻苗期杂草萌发, 以及在杂草幼龄期施用茎叶除草剂进行杂草防除[35]。有研究表明, 在水稻3叶1心期和5叶1心期进行化学除草, 田间杂草防除效果可达90%以上[36]。本试验研究发现, 各直播方式下水稻2叶1心前是田间杂草防控的最佳时期, 该时期杂草处于幼龄期易防除, 且有利于水稻全生育期控草增产增效。同时, 旱直播方式前期杂草发生较水、湿直播方式严重, 而后期杂草发生量显著降低, 在水稻苗期(水稻2叶1心前)防除杂草可显著降低旱直播水稻全生育期的杂草发生量。因此, 在生产中选用合适的直播方式, 注意适宜的防除时期, 可利于降低水稻全生育期杂草发生, 减少直播稻的生产风险。此外, 直播田杂草防除要实现轻简化与高效性, 还需协调好栽培管理措施, 如合理水肥管理措施、除草剂配施技术等, 且需针对不同直播方式与杂草防除所施用的高效除草剂类型进一步明确。

4 结论

旱直播田稗草、千金子等禾本科杂草发生严重, 水直播和湿直播田水莎草、鸭舌草等水生性杂草发生严重; 而在水稻全生育期, 旱直播方式杂草密度总体下降12.57%~15.72%。水稻播后15~22 d杂草的发生对早籼稻产量降低影响显著, 稻谷直播后至2叶1心前是杂草防除的最佳时期, 可显著提高早籼稻产量, 其中旱直播增产效应显著, 其主要得益于单位面积有效穗数的提高。因此, 在南方稻区采用旱直播方式且于水稻播后至2叶1心前除草有利于直播田杂草防控及直播稻高产。

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