冬種黑麥草對農田雜草及其種子庫的影響

孫 雪，盧鵬林，辛國榮，夏秀嫻，林鑒榮，游奕來

(1.有害生物控制與資源利用國家重點實驗室 中山大學生命科學學院，廣東 廣州 510275；2.廣東省廣州市蔬菜科學研究院，廣東 廣州 510308；3.珠海市農業(水稻)科學技術推廣站，廣東 珠海 519110)

多花黑麥草(Loliummultiflorum)是禾本科黑麥草屬植物，在春、秋季生長繁茂，喜溫暖濕潤土壤，草質柔嫩多汁，適口性好，是牛、羊、兔、豬、雞、鵝、魚等的上好飼料。廣東地處亞熱帶，為一年兩熟的稻產區，從11 月-翌年3 月為土地冬閑期，此期間氣候溫和濕潤，恰好適應黑麥草的生長。因此，構建“黑麥草-水稻”草田輪作系統，利用冬閑農田種植多花黑麥草既能生產出高產優質青飼料，又可充分利用冬閑期內的水、熱、光、土地和勞動力等資源提高土地利用率和產出率，還可以培肥地力，促進生態農業發展[1]。

合理的作物輪作則是一種非常有效的生態控草措施，能有效減少土壤種子庫中的雜草種子數量，降低次年雜草危害[2]。有研究表明[3]，在玉米(Zeamays)連作田中進行玉米-大豆(Giycinemax)輪作，雜草種子庫密度可以降低50%以上。而且作物輪作對種子庫中的雜草種類組成也有較大影響，如在玉米連作田中進行大豆-玉米輪作或玉米-燕麥(Avenasativa)-草料輪作均能減少種子庫中大狗尾草(Setariafaberii)種子的數量[4]。雜草危害是農業生產可持續發展的限制因子之一，多花黑麥草冬種作為一種輪作模式，近年來在廣東及華南地區大面積推廣，僅廣東省的推廣面積每年就有4.5萬多hm2，取得了良好的經濟、生態和社會效益。因此，本研究在構建“黑麥草-蔬菜”輪作系統過程中，進行冬種黑麥草對蔬菜地雜草的發生、發展和抑制作用的調查研究，對加強農田雜草的防控有著重要的指導意義。

1 材料與方法

1.1試驗地概況及供試材料 試驗地(113°22′ E，23°43′ N)位于廣東省廣州市農業科學研究所在花都區花東鎮的科普基地。屬南亞熱帶季風氣候，夏季高溫多雨，冬季低溫少雨。年平均氣溫21.8 ℃，年均降水量為1 982.7 mm，降水主要集中在4-10月，11-4月為干季，平均相對濕度為68%。供試材料為特高多花黑麥草(L.muldflorumvar.Westerwoldicumcv.Tetragold)及油綠80天菜心(Brassicaparachinensis)，后作蔬菜為紫榮6號茄瓜(Solanummelongena)、落葵(Basellarubra)、穗豐5號白豆角(Vignaunguiculata)。

1.2試驗方法

1.2.1農田雜草的動態調查 將試驗田均分成3個區，作為3個處理，即黑麥草區、菜心區和對照區(冬閑區)，每處理區面積約100 m2。于2009年11月11日在黑麥草區播種黑麥草(黑麥草種子先用自來水浸泡8 h，播種時與一定量的細沙土均勻混合，均勻撒播在種草區)，菜心區播種菜心。分別于2009年12月25日、2010年1月24日、2月25日在黑麥草區和菜心區施肥，施肥量為25 g/(m2·次)，對照區不施肥。當黑麥草高度為30～40 cm時開始刈割，分別在2009年12月23日(第1次)、2010年1月22日(第2次)和2月23日(第3次)進行3次刈割，同時進行菜心區菜心的采摘。雜草調查與刈割同期進行，具體方法是：第1次刈割及采摘前在每個處理區用隨機法取50 cm×50 cm 的小樣方3個，并標記，在以后每次刈割前分別統計標記樣方中雜草數量及種類，統計完成后即拔除樣方中的雜草；對照區進行同樣的設置和調查。冬季種植結束后，將3個處理區分別平整，將每處理區再細分為9個小區，面積約為10 m2。小區隨機分布，并于2010年3月15日分別種植落葵、茄子和豆角，3次重復。在2010年4月23日進行一次后作蔬菜生長期間雜草數量及種類的調查(第4次)。

1.2.2雜草種子庫試驗 在田間試驗進行前，在黑麥草區、菜心區和對照區，隨機取3個樣方，每個樣方面積為50 cm×50 cm。用鐵鏟掀剝法[5]采集，收集樣方內表層土壤(0～10 cm)，裝袋并帶回實驗室，混勻后分別放置在3個塑料盆(80 cm×40 cm×10 cm)中，每日噴水至飽和，用誘萌法[6]觀察萌發情況。自萌發開始每5 d統計1次出草數、種類，并將其拔除，直至萌發停止，累計出草數[7]。冬季種植田間試驗結束后，分別在黑麥草區、菜心區和對照區再次按前述方法進行土壤取樣，同樣采用誘萌法統計土樣中雜草種子庫。

1.2.3統計分析 試驗結果取3個重復觀測值的平均值，先在Excel中做初步分析與處理，用SPSS 17.0統計軟件進行數據的單因素方差分析(between-subjects effects)、平均數差異顯著性分析(LSD檢驗，P<0.05)和相關性分析(Pearson correlation，Sig.2-tailed)，根據需要用Excel作圖。

2 結果與分析

2.1雜草種類 在黑麥草及菜心冬種期間，第1次調查有3科3種植物，分別為石竹科牛繁縷屬植物牛繁縷(Malachiumaquaticum)、禾本科看麥娘屬植物看麥娘(Alopecurusaequalis)和蓼科蓼屬植物大馬蓼(Polygonumlapathifolium)。第2次調查有3科4種植物，新增了禾本科稗屬植物稗草(Echinochloacrusgalli)。第3次調查有5科6種植物，又出現了十字花科蔊菜屬植物廣州蔊菜(Rorippaindica)和莧科莧屬植物凹頭莧(Amaranthuslividus)。在后作蔬菜種植期間，即第4次調查結果與第3次一致，有5科6種植物。可見，隨著生長時間的延長，雜草種類和數量也呈逐漸增加的趨勢。

2.2大田雜草的動態調查

2.2.1雜草總數變化 在試驗設計的樣方內，冬種期間黑麥草區雜草數量逐漸減少，但未達到顯著水平(圖1)；對照區的雜草總數在前3次的調查中未見顯著差異(P>0.05)。菜心區的第2、3次調查均較第1次呈現顯著增長的趨勢(P<0.05)，但兩次間差異不顯著。到第4次調查，3個處理區的雜草總數明顯增多，菜心區和對照區顯著高于前3次調查結果(P<0.05)。對照區的雜草總數從動態上看，與菜心區相似。各階段處理間相比較，對照區雜草數量顯著高于黑麥草區和菜心區(P<0.05)，特別在調查后期，菜心區和對照區的雜草總數均分別顯著高于黑麥草區(P<0.05)。

圖1 試驗期間4次調查樣方內的雜草總數

2.2.2不同處理區主要雜草比例的變化 整個試驗期間出現的主要雜草種類為牛繁縷、看麥娘、大馬蓼和稗草，但在不同的處理區所出現的比例不同。在黑麥草區始終未見大馬蓼。第4次與第1次相比，牛繁縷的比例從44%下降到30%，看麥娘的比例從56%下降到18%，稗草在冬種期間沒有出現，但在第4次調查中的比例高達41%(圖2)；在菜心區，看麥娘和牛繁縷所占比例的變化跟黑麥草區基本相似，但植株較大的大馬蓼所占的比例則顯著上升(P<0.05)，且第3次調查發現稗草(圖3)；對照區的4次調查中，牛繁縷和看麥娘的比例也表現出下降趨勢。特別的是，大馬蓼在4次調查中均有發現生長，且前3次呈顯著增長趨勢(P<0.05)，稗草在后2兩次調查中出現，但所占比例高于菜心區(圖4)。比較發現，植株相對較小的看麥娘和牛繁縷在各處理區變化規律相似，但菜心區和對照區中，大馬蓼的生長在后期逐漸占據優勢，而在黑麥草區未出現；稗草的出現也早于黑麥草區。相對于看麥娘，大馬蓼的植株高大，對土壤肥力的吸收，以及對陽光、水分的競爭方面有優勢。從試驗結果來看，冬季種植黑麥草可減少甚至避免農田中植株較大的雜草生長。

圖2 黑麥草區4次調查主要雜草比例變化

圖3 菜心區4次調查主要雜草比例變化

圖4 對照區4次調查主要雜草比例變化

2.3雜草種子庫試驗

2.3.1土樣中雜草種類 雜草種子庫調查發現，雜草種類與大田調查相似，有5科6種植物，分別為牛繁縷、看麥娘、大馬蓼、稗草、廣州蔊菜和凹頭莧。冬種后的雜草種子庫試驗中，對照區和菜心區共有5科6種植物，而黑麥草區只有4科5種植物，未見凹頭莧(圖5)。

2.3.2雜草種子庫中各雜草數量 在冬種前土壤種子庫中數量占優勢的是牛繁縷和看麥娘(圖5)。冬種后，菜心區和對照區數量占優勢的雜草為看麥娘，黑麥草區則為牛繁縷；菜心區的牛繁縷、看麥娘的數量要顯著高于其他處理區(P<0.05)；對照區的廣州蔊菜、稗草及凹頭莧數量要顯著高于黑麥草區(P<0.05)。黑麥草區的牛繁縷、看麥娘和廣州蔊菜較種植前顯著下降(P<0.05)，且種植后的黑麥草區未見凹頭莧的生長；種植后菜心區的牛繁縷、看麥娘和凹頭莧數量均顯著高于種植前(P<0.05)；對照區的稗草及凹頭莧數量也顯著高于種植前(P<0.05)。

2.3.3種植前后雜草種子庫總量的變化 種植后黑麥草區土壤中雜草種子數量比種植前減少了67.85%(P<0.05)(圖6)；種植后菜心區比種植前增加了74.85%(P<0.05)；而在對照區雜草種子數量降低了29.89%。另外，種植后黑麥草區的土壤雜草種子數量顯著低于(P<0.05)菜心區和冬閑對照區，說明在南方的冬閑田內種植黑麥草可以減少土壤中的雜草種子數量，而閑置土地對土壤中雜草種子庫的數量的抑制幅度低于種植黑麥草，但種植菜心或其他蔬菜的蔬菜連作則可能導致土壤中雜草種子數目的增加。

圖5 種植前后不同處理區雜草種子庫各種類數量對比

圖6 種植黑麥草及菜心前后雜草種子庫的數量(50 cm×50 cm)

2.4黑麥草生長與雜草之間的關系 為了探討黑麥草生長與農田雜草變化之間的相關性，試驗過程中測定了黑麥草的生長指標如株高、生長速度和產量。通過相關性分析，進一步探討冬種黑麥草對農田雜草的防控機制。結果顯示，黑麥草的株高與雜草種類呈顯著負相關(P<0.05)，與雜草的數量呈顯著負相關(P<0.05)；黑麥草的生長速度與雜草的種類呈極顯著負相關(P<0.01)，與雜草的數量呈顯著負相關(P<0.05)，并與黑麥草的株高呈極顯著正相關(P<0.01)，與黑麥草產量呈顯著正相關(P<0.05)；黑麥草的產量與雜草種類呈顯著負相關(P<0.05)，與雜草的總數則呈負相關；另外，雜草種類與雜草數量也呈顯著正相關(P<0.05)(表1)。

表1 黑麥草株高、生長速度、產量與雜草生長之間的相關性

3 討論

3.1冬種黑麥草對農田雜草的抑制效應 本研究發現，冬種黑麥草對農田雜草的生長有一定的抑制效應。在冬季種植黑麥草和菜心后的試驗田中重新種上蔬菜發現，黑麥草區內的平均雜草數目僅為菜心區的25.00%，對照區的23.28%。由于黑麥草生長旺盛，分蘗多，產量高，蓋度大，冬種黑麥草創造了一種不穩定的土壤環境，破壞了雜草的生活環境，萌發即可迅速生長而抑制其他雜草的生長，使雜草不能形成優勢種群[8]；另外，與雜草相比，黑麥草具有較強的競爭力，表現為在與一些雜草混種時，黑麥草的株高和地上生物量并不受混種競爭的顯著影響(與單種無顯著差異)，分蘗數反而高于單種，表現出很強的競爭性[9]。本研究結果雖然差異未達到顯著水平，但也表現出冬種期間黑麥草區雜草數量逐漸減少，同時體現出黑麥草生長初期由于本身生長較弱而對雜草的抑制效果較差，但隨著刈割管理的進行，分蘗增加，生長加快，對雜草的抑制效果逐漸明顯。黑麥草株高較高，會使土壤中較小的雜草由于缺少光照致使萌發和生長受到抑制，這與尚占環等[10]認為遮陰的自然選擇會降低種子的萌發機會觀點相符。

在對冬種黑麥草后農田主要雜草比例變化的研究表明，冬種黑麥草對于大馬蓼的抑制效果明顯，因為在整個調查中，黑麥草區域沒有出現大馬蓼，而在其余處理中出現。雖然大馬蓼植株高大，對土壤肥力的吸收，以及對陽光、水分的競爭方面有優勢，但是黑麥草的生長特性看上去更適合與農田中植株較大的雜草競爭。

3.2冬種黑麥草對土壤雜草種子庫的影響 雜草種子成熟后散落在地上，經翻耕等農事操作被埋在土壤中，年復一年的輸入，在土壤中積存了大量的雜草種子[11]，在任何時候，田間土壤中都包含有產生于過去生長季節的雜草種子和雜草的營養繁殖器官，這構成了農田雜草種子庫[12]。Symonides[13]報道農田雜草種子庫的含量要明顯高于其他陸地典型的植被類型。

農田土壤經過不同的農業耕作管理，對于農田雜草的抑制效果也各異，翻耕、休閑、輪作等都是常見的方式[14]。本研究發現，冬種黑麥草后土壤中雜草種子數量減少了67.85%，休閑僅降低29.89%，而蔬菜連作卻增加了74.85%。說明在南方的冬閑田通過輪作，種植黑麥草可以減少土壤中的雜草種子數量，而閑置土地則對土壤中雜草種子庫的影響不大，但作物連作可能導致土壤中雜草種子數目的增加。黑麥草的生長大大降低了雜草生長成熟并結籽的可能，從而減少了新增雜草種子。黑麥草根際分泌活動旺盛[15]，根際分泌的有機酸可能影響了其他雜草的萌發與生長，也有可能黑麥草對雜草存在著一定的化感作用，因而達到對雜草種子庫的影響，這些機理還需要后續試驗的進一步探討。

本次試驗采用誘萌、計數和鑒定幼苗[16-18]的方法調查土壤雜草種子庫。由于土壤種子庫在土壤中具有明顯的垂直分布格局，一般數量和物種都集中在表層土壤[19-20]。Willms和Quinton[21]也發現可萌發種子在一定范圍內隨深度而減少。誘萌法在國內外雜草種子庫的研究中使用的比較普遍，但也存在著一些缺陷，因為誘萌法耗時較長，對難打破休眠的種子也不能統計，一般只能估計60%以上的種子庫[22]，所以萌發部分只是種子庫的一小部分，是在設定的條件下，有活力種子的一部分萌發。本次試驗的誘萌共進行了2個月，但由于誘萌法的局限及試驗時的溫度較低、誘萌時間較短等原因，結果得到的僅僅是一個階段性結論，普遍性結論有待進一步完善。

4 結論

綜合本試驗結果，冬種黑麥草可減少農田土壤中的雜草種子的數目和雜草生長。由于黑麥草生長旺盛、分蘗強、產量高、蓋度大等特性，從時間和空間上抑制了農田雜草的生長，對農田土壤中雜草的萌發、生長都具有相當強而且廣泛的抑制作用，且其對生物量大的雜草有著更強的抑制作用，這對南方地區農田雜草的防治有著重要意義。

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