芝麻對稗草的化感作用及其大田生態價值評價

錢久李 劉子艷 黎華壽

摘要[目的]驗證古農書中記載的芝麻化感作用，篩選出適宜推廣的芝麻品種。[方法]選擇10個常規芝麻品種，采用實驗室生物培養測定與大田種植相結合的方式，構建綜合生態價值評價體系。[結果]贛芝3號對稗草抑制作用最強，與對照相比稗草根長減少了20.270 mm，差異顯著；S05小區有8種雜草未被發現或極少發現，對雜草品種抑制效應最強；品種間大田多樣性指數差異較大；芝麻產量最高的品種為武寧里；間種增產效果品種間差異不顯著。[結論]10個芝麻品種間化感作用存在差異，綜合生態效益最大的為武寧里黑芝麻。

關鍵詞 芝麻；化感作用；生態價值；評價

中圖分類號 S181 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）09-073-05

Abstract[Objective]To verify the allelopathy of sesame in ancient agriculture literatures，and to screen the variety suitable for generalization.[Method]Ten varieties of sesame were selected.The methods of laboratory bioassay and field planting were adopted； comprehensive ecological value evaluation system was constructed.[Result]The variety of Ganzhi 3 had the greatest inhibitory effects on E.crusgalli； root length decreased by 20.270 mm compared with the control，showing significant differences.S05 had the strongest inhibitory effects on weeds，and only 8 kinds of weeds were not found.Field diversity index had relatively great differences among varieties.Wuningli black sesame had the highest yield.There were no significant differences between the varieties of sesame.[Conclusion]There are differences in allelopathy between the varieties of sesame.Wuningli black sesame has the greatest comprehensive ecological benefit.

Key words Sesame； Allelopathy； Ecological value； Evaluation

芝麻（Sesamum indicum）原名胡麻，又稱油麻、脂麻等，是我國廣泛種植的油料作物之一。中國古代農書記載了大量芝麻與雜草、竹子、米倉蛀蟲等之間的相互作用，且在江西等地，燒荒或新墾山坡地時，仍有種植1～2茬芝麻的民間傳統習慣[1]，以達到防止塊根類野生植物的繁殖，抑制藤本、草本等各種雜草的滋生，促進土壤熟化，減少病蟲草害等效果[2-4]。芝麻與其他生物間的相生相克現象實質是植物間的化感作用。有學者研究表明，芝麻易發生連作毒害，芝麻在收獲后根系分泌物會遺留在土壤中，對土壤微生物繁殖有促進作用，可以促進谷類作物生長，但對豆科、茄科、甘薯等不利[6-7]；芝麻莖葉淋溶液、根系分泌液及殘體腐解液對受體種子油菜、蘿卜、黃瓜具有化感效應[8]。

目前芝麻大田雜草的防止措施研究均以除草劑為主，芝麻與其他作物如大豆、花生、甘薯等間作研究較多，但均未討論間作模式下芝麻對田間雜草的化感作用。有研究表明化感作用的強弱與作物的品種有較大關系[9-10]，也有學者認為目前多數研究采用一種作物對應一種雜草的簡單模式研究作物與雜草的種間關系不能完全代表自然生態系統的復雜性[11]。鑒于此，筆者以江西省10個常規芝麻品種為研究對象，通過實驗室生物培養測定和大田種植調查方式，比較研究芝麻品種對受體稗草[Echinochloa crusgalli （L.） Beauv]的化感作用差異、大田雜草多樣性指標的差異以及對間作作物和間作田間雜草的影響差異，并嘗試綜合評價10個研究對象的生態效益，以期為芝麻化感品種的選育提供基礎數據以及為芝麻間作模式研究提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試芝麻種子源自江西省農業科學院，為江西省常用育種推廣品種。10個芝麻品種中白芝麻5種，分別為15001、89-02、S05、贛芝3號、中贛02；黑芝麻5種，分別為B10001、B12001、B4006、B509、武寧里。受體稗草收獲于華南農業大學農學院基地。供試間種玉米（高油101）、大豆（東大3號）購于廣東省農業科學院。

試驗地位于華南農業大學農學院農場，土壤肥力中等，土壤本底值：有機質（17.7±0.5） g/kg；全氮（1.89±0.07） g/kg；全磷（0.28±0.03） g/kg；全鉀（9.8±0.3） g/kg。

1.2 試驗設計

1.2.1 實驗室共培法生物培養測定試驗[12]。

稱取滅菌后的潔凈河沙200 g置于口徑9 cm的塑料杯中，播種催芽一致的芝麻種子20顆，用1/2 hoagland培養液濕潤河沙。10種芝麻每種5杯，對照為不種芝麻5杯，共55杯，置于（28±1） ℃，12 h光照條件下培養。每天澆培養液保持河沙濕潤。培養12 d后芝麻長出2～4片真葉，拔去芝麻，種植已催芽且長勢較為一致的稗草種子10顆，7 d后測稗草根長、苗高及鮮重。

1.2.2 大田調查試驗。

農場熟地面積1 225 m2（35 m×35 m），深耕耙勻后分為100個小區，每小區面積9 m2（3 m×3 m），設空白自然長草區4個，單種玉米3個，單種大豆3個，每個芝麻品種對應設置芝麻單種3個，芝麻-玉米間種3個，芝麻-大豆間種3個，均采用條播種植方式。大田試驗于60 d施用復合肥1次，不施農藥與除草劑。

芝麻、玉米與大豆收獲時對應每小區內按W法各取9株，測定單株產量和地上部植株干重；完全收獲后收割小區內全部雜草地上部。統計各指標間差異，雜草和芝麻地上部干重比較相關性等，并設定評價指標體系，綜合評價10個芝麻品種的生態效益。

1.3 數據處理

采用SPSS 20.0 軟件進行數據處理與統計分析。采用單因素方差分析法（one-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同數據間的差異。采用Excel 2010和SigmaPlot 12.5軟件統計分析作圖表。

2 結果與分析

2.1 實驗室共培法生物培養測定10個芝麻品種的化感作用

稗草是芝麻大田常見雜草之一。由表1可以看出，在實驗室共培法條件下，10個芝麻品種對稗草的化感抑制效應差異很大。其中，僅贛芝3號對稗草的根長生長具有抑制作用，與對照相比其根長減少了20.270 mm，差異顯著，其余品種則呈不同程度的促進作用，89-02品種促進作用達顯著水平；對稗草苗高影響方面，各品種差異不大，僅B509和中贛02表現出抑制效應，與對照相比苗高分別減少了1.597和1339 mm，差異不顯著；對稗草鮮重影響方面，15001和贛芝3號表現出抑制效應，但均未達顯著水平，B10001和89-02則表現出強烈的促進效應，與對照相比鮮重增加量均為0009 g，差異顯著。從化感影響因子方面看，贛芝3號對稗草根長（-0.225）、苗高（-0.029）和鮮重（-0.049）表現一致的抑制效應；15001僅表現對稗草鮮重的抑制效應（-0.195）；S05、中贛02和B509則表現出對稗草苗高的抑制效應，化感影響因子分別為-0.010、-0.050和-0.060（圖1）。

2.2 大田調查芝麻生長期田間雜草多樣性

調查結果表明，芝麻大田雜草主要有16種（其余雜草數量極少，調查小區內沒有出現或者極少出現），不同的芝麻品種差異表現出對雜草種類的抑制效應差異較大。由表2可以看出，S05小區有8種雜草未被發現或極少發現，對雜草品種抑制效應最強；中贛02小區中出現了15種，相對抑制效應最弱；89-02、B12001、B4006、和B509小區中各有6種雜草未被發現或極少發現；武寧黑芝麻可以抑制4種雜草。此外，馬唐、牛筋草、薺菜和千金子4種雜草在10個芝麻品種中均被發現，蓮子草、馬齒莧、王不留行和野莧則在9個品種出現。

BergerParker優勢度指數特別適合用于群落中優勢種的評價[13]。芝麻作為目標農作物，研究其品種在農田中能否成為優勢種具有重要意義。由表2可以看出，有少數品種芝麻的優勢度指數并沒有比雜草的高，甚至還出現了優勢度低于雜草的現象，如S05（0.076）低于千金子（0.135）和薺菜（0810），B10001（0.117）低于薺菜（0.132）等，說明S05和B10001品種與對應的雜草品種相比競爭能力較弱。武寧里（0.339）、B4006（0.272）、15001（0.262）則表現出明顯的競爭優勢，如武寧里的優勢度指數是其田間優勢雜草王不留行（0.082）的4.13倍，B4006與15001與對應優勢雜草相比也分別是其2.89倍和1.60倍。

依據試驗設計，統計10個品種處理小區多樣性指標。由表3可以看出，ShannonWinner多樣性指數值最低的3個品種分別為S05（1.013）、89-02（1.166）和B12001（1.342），與該指標最高值品種B509（1.799）相比，指標差額分別達到0.786、0.633和0.457，說明這3個品種處理小區物種多樣性較低，對目標作物芝麻生長有利；均勻性指數用來描述群落中的個體的相對豐富度或所占比例，與ShannonWinner多樣性指數規律較為一致；Simpson優勢集中性指數是一項描述一些占主導地位的物種所占比例的粗略的指標。由表3可以看出，指數值由高到低排列前3位分別是武寧里（0.132）、15001（0.106）和B4006（0.100），分別是最低值中贛02（0030）的4.40倍、3.53倍和3.33倍；Simpson多樣性指數是指在無限大小的群落中，隨機取樣得到同樣的2個標本的概率，由表3可以看出，由高到低排列前3位的分別是89-02（22.769）、中贛02（10.008）和贛芝3號（9.079），分別是最低值15001（5.384）的4.229倍、1.859倍和1.686倍。

2.3 大田調查芝麻產量與收獲后雜草干重

從表4可以看出，10個芝麻處理小區雜草生物量均顯著低于對照，且芝麻品種間差異較大，其中89-02（30.833 g）田間雜草干重最小，僅為對照小區的6.02%；其次為品種武寧里（36.167 g），雜草干重為對照小區的7.06%，且89-02與武寧里品種之間雜草干重無顯著差異。芝麻產量各品種差異顯著，產量最高值為武寧里（1 879.667 g），其次為贛芝3號（1 157.667 g）和89-02（1 002.667 g），且3個品種間產量差異顯著。芝麻秸稈干重各品種間差異較大，但與產量規律有較小差異，如秸稈干重最高品種為武寧里（4 996.000 g），其次為89-02（4 470.667 g）和贛芝3號（3 767.333 g）。芝麻有效生長（產量/秸稈干重×100%）指標值表現為：B10001（59.50%）>B509（44.62%）>武寧里（37.62%）>B12001（33.35%）>S05（32.57%）>贛芝3（30.73%）>15001（25.47%）>中贛02（24.14%）>89-02（22.43%）>B4006（19.92%）。此外，由圖2可以看出，芝麻秸稈干重與雜草干重呈負指數相關關系，相關系數達0.845 3。

2.4 不同芝麻品種對間種玉米和大豆單株生長影響

由表5可以看出，與對照相比，芝麻品種對玉米產量和玉米秸稈干重影響差異不顯著，品種間存在差異，其中間作玉米產量由高到低的芝麻品種前3種分別為B4006（135.9 g）、S05（112.3 g）和B12001（108.2 g），分別是對照玉米（77.9 g）產量的1.74倍、1.44倍和1.39倍；玉米秸稈干重最高值為B4006（231.0 g），是對照（153.7 g）的1.50倍，呈促進作用，最低值為B12001（131.0 g），僅為對照的8523%，呈抑制效應，且最高值與最低值之間存在明顯差異。芝麻品種對間作大豆產量影響差異較大，最高值為中贛02（10.6 g）和B4006（9.5 g）分別是對照（3.7 g）的2.86倍和2.57倍，呈顯著的促進作用，最低值B509（1.6 g ）與贛芝3號（2.3 g）則為對照的43.24%和62.16%，呈顯著的抑制效應；對大豆整株干重影響與對照相比差異均不顯著，最高值為品種武寧里（34.8 g）和B10001（34.8 g），是對照的1.77倍，呈促進效應，僅贛芝3號（14.3 g）1個品種呈抑制效應，為對照的72.59%。

2.5 生態效益評價

芝麻化感作用研究最終目標是選擇對雜草具有較強化感抑制效應的芝麻品種，并將其應用于農業生產中。該研究以15001品種為參照，其余9個品種與之相比取相對值，按照圖3評價指標進行綜合評價分析，評價因子分為2類，一類為生態效益增強因子取正值，包括芝麻優勢度指數、均勻性指數、優勢集中性指數、單種芝麻產量、芝麻秸稈干重、間種玉米產量、大豆產量、玉米秸稈干重、大豆秸稈干重9個指標，另外一類為生態效益削弱因子取負值，包括對稗草化感作用中的根長、苗高、鮮重、大田雜草種類、ShannonWinner多樣性指數、Simpson多樣性指數、雜草干重7個指標。經統計得出生態效益為武寧里（1.126）>B10001（0.899）>贛芝3號（0.527）>89-02（0.278）>B509（0098）>中贛02（0.106）>B4006（0.024）>S05（0.041）>15001（0.006）> B12001（-0.063）。說明最適宜推廣的芝麻品種為武寧里，最不適宜推廣的品種為B12001。

3 討論

3.1 不同芝麻品種對稗草的化感作用

有研究表明，芝麻對香附子（Cyperus rotundus）、白茅（Imperata cylindrica L）、鋪地黍（Panicum repens L）等有抑殺作用[5]。該研究中室內生物培養測定選擇了芝麻地常見雜草稗草作為受體，試驗結果表明芝麻對稗草具有化感作用，且芝麻品種的差異對稗草的化感抑制效應差異很大，僅贛芝3號對稗草的根長、苗高和鮮重表現出一致的化感抑制作用，15001、中贛02和B509則分別表現出對鮮重、苗高的部分化感抑制作用。大田試驗中，贛芝3號、中贛02、B10001處理小區均有發現極少量稗草，與周忠香[14]研究結果比較一致，分析原因可能是大田種植作物生長環境復雜，贛芝3號等抑稗品種化感物質濃度不足以產生抑制效應，同時也證明了芝麻品種差異引起的化感抑草作用效果差異。此外，室內試驗測定為幼苗期芝麻根系分泌物的化感作用，大田調查雜草種類時期為芝麻盛花期，芝麻不同生長周期化感作用的差異也是重要原因。進一步以盆栽滅菌土壤驗證芝麻品種和生長時期的差異對受體稗草的影響，將使研究結果更具科學意義。

3.2 不同芝麻品種對大田雜草群落的影響

周忠香[14]調查了解到芝麻地雜草主要以禾本科的馬唐、稗為主，闊葉雜草以莧科為主，出現頻率為38.46%。該研究大田試驗調查結果表明，芝麻大田雜草主要有16種（其余雜草數量極少，調查小區內沒有出現或者極少出現），不同的芝麻品種差異表現出對雜草種類的抑制效應差異較大。S05小區有8種雜草未被發現或極少發現，對雜草品種抑制效應最強；中贛02小區中16種雜草出現了15種，相對抑制效應最弱。該研究中馬唐、牛筋草、薺菜和千金子4種雜草在10個芝麻品種中均被發現，蓮子草、馬齒莧、王不留行和野莧則在10個芝麻品種中有9個品種出現，與周忠香[14]研究結果較為一致。

3.3 不同芝麻品種生態價值評價

衛文星等[15]在1994年提出了運用模糊權重法綜合評價作物品種，認為模糊權重法評價作物品種的關鍵在于評價因素的選取和權重矩陣的確定。黎華壽等[16]在2000年運用綜合指標法評價了稻稻菜菜生態農業模式配置，側重于生態輸出。該研究在生態價值評價體系構建中，重點關注10個芝麻品種的經濟效益，兼顧間種效益與化感作用，將一級評價指標單種經濟效益權重設為0.5，間種經濟效益和大田生態多樣性各為0.2，對稗草的化感作用權重指標為0.1，與前人品系篩選參考指標一致。

4 結論

該研究結果表明，10個芝麻品種對稗草的化感作用、田間雜草的種類和生物量、多樣性指數、間種玉米和大豆的單株產量等存在差異。通過綜合生態評價指標體系分析計算，得出生態效益最大的為武寧里黑芝麻的結論。

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