21%氯氨吡啶酸水劑對不同生育期黃花棘豆的防控效果及對草地植被的影響

陳 超, 王慶海, 武菊英*, 莫重輝, 辛玉春

(1. 北京草業與環境研究發展中心, 北京 100097; 2. 農業部都市農業(北方)重點實驗室,北京 100097; 3. 青海大學農牧學院, 西寧 810016; 4. 青海省草原總站, 西寧 810008)

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21%氯氨吡啶酸水劑對不同生育期黃花棘豆的防控效果及對草地植被的影響

陳 超1,2, 王慶海1,2, 武菊英1,2*, 莫重輝3, 辛玉春4

(1. 北京草業與環境研究發展中心, 北京 100097; 2. 農業部都市農業(北方)重點實驗室,北京 100097; 3. 青海大學農牧學院, 西寧 810016; 4. 青海省草原總站, 西寧 810008)

在黃花棘豆的不同生育期(返青期、現蕾期和初花期)以不同濃度的21%氯氨吡啶酸水劑對天然草地進行噴施,探討其對黃花棘豆的防控效果和對草地植被的影響。結果表明,21%氯氨吡啶酸水劑對于黃花棘豆有很強的滅除效果:噴施后15 d,85%的植株表現出明顯藥害癥狀;噴施后35 d,92.5%的植株藥害等級達到4級。噴施后75 d,125.0 mL/hm2處理的株防效可達85%以上;187.5 mL/hm2處理的株防效可達95%。在鮮重防效方面,高濃度和低濃度處理都可達95%以上的防控效果。不同噴施時期和噴施濃度對于草地其他植物和草產量的影響存在明顯差異。對于雙子葉植物,高濃度和低濃度噴施水平下其草產量都明顯降低,分別降低52.5%和40.3%,降低趨勢為返青期>現蕾期>初花期。單子葉植物受21%氯氨吡啶酸水劑的影響不同于雙子葉植物:高濃度噴施,所有處理組草產量都顯著降低,平均降低18.7%;低濃度噴施時,返青期草產量降低26.3%,現蕾期和初花期草產量增加,分別增加1.0%和10.6%。對草地植被的調查表明,21%氯氨吡啶酸水劑噴施后草地單位面積植物種數、蓋度和植物多樣性都有明顯的降低。

氯氨吡啶酸; 黃花棘豆; 返青期; 現蕾期; 初花期; 毒害草

黃花棘豆(OxytropisochrocephalaBunge)為豆科多年生草本,主根粗大,株高10～40 cm。4月中旬開始返青,6-7月為花期,8-9月為果期。在青海省,黃花棘豆主要分布于環湖(青海湖)各縣和青南高原的廣大區域[1-5]。黃花棘豆生長旺盛、種子產量大、繁殖力強,在天然草地有很強的競爭力,大面積發生時常造成并加劇草場的退化[1,6],黃花棘豆可導致家畜中毒死亡,成為妨礙當地畜牧業發展的主要問題之一[3,7]。黃花棘豆全株有毒,主要有毒成分為苦馬豆素,返青期、盛花期和青果期毒性都很大[3]。研究表明,黃花棘豆地上部分全草中苦馬豆素含量在結果期最高,高達48.19 mg/kg[8],家畜采食少量植株即可引起中毒現象。因此,需要積極對黃花棘豆發生嚴重的草地進行有效控制,以保障當地畜牧業健康和可持續發展。

植物在不同生長時期對于除草劑的反應存在差異[9-12]。因此,選擇合適的噴施時期和除草劑種類,不僅可以達到高效、經濟的目的,還能有效降低農藥施用帶來的環境問題[13]。21%氯氨吡啶酸水劑為美國陶氏益農研發的新型合成激素型除草劑,可被植物莖葉和根迅速吸收,誘導植物產生偏上性反應,從而導致植物生長停滯并迅速壞死。其對于闊葉類雜草有良好的防除效果,而對禾本科等單子葉植物影響較小,可廣泛用于山地、草原、種植地和非耕地的雜草防除。相關的研究表明,21%氯氨吡啶酸水劑對黃花棘豆[14-15]、黃帚橐吾[16]和白喉烏頭[17]等有良好的防除效果,且農藥殘留低、安全性較好。本研究探討不同生育期噴施21%氯氨吡啶酸水劑對黃花棘豆的防控效果和對草地植被的影響,以期為天然草地毒害草的防控和草地管理提供參考和依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于青海省門源縣皇城鄉(36°37′46″N,100°51′12″E),草地類型為高寒草甸。該地區處于青海省東部,其東部和北部與甘肅省相鄰，地處祁連山系東端,屬高原大陸性氣候,年均溫 -5℃,年降水量518 mm,主要集中在6-8月份,平均海拔3 400 m,土壤類型為高山草甸土。試驗區植被總蓋度在90%以上,草層高度在15～20 cm。主要植物種類有:禾本科的垂穗披堿草(Elymusnutans)、早熟禾屬(Poaspp.)等；莎草科的嵩草(Kobresiamyosuroides)、青藏薹草(Carexmoorcroftii)等;薔薇科的二裂委陵菜(Potentillabifurca)、釘柱委陵菜(Potentillasaundersiana)；菊科的蒲公英(Taraxacummongolicum)、重齒風毛菊(Saussureakatochaete)、乳白香青(Anaphalislactea)、矮火絨草(Leontopodiumnanum)；玄參科的肉果草(Lanceatibetica)；唇形科的白苞筋骨草(Ajugalupulina)以及豆科的黃花棘豆(Oxytropisochrocephala)等。黃花棘豆在該地區的一些草場危害嚴重,已成為草地的優勢植物,密度15～30株/m2,蓋度達45%以上,產量占總產量的一半以上,并且通過種子大量擴繁使得草地逐漸退化為劣質草場,影響當地畜牧業的發展。

1.2 試驗設計

試驗區選擇在青海省門源縣黃花棘豆密度高[平均密度(18.7±4.7)株/m2]且分布較均勻的高寒草場進行。試驗分3個時期進行:返青期、現蕾期和初花期，每個時期設3個處理,分別為清水對照、21%氯氨吡啶酸水劑125.0 mL/hm2和187.5 mL/hm2處理。噴藥處理組面積各為100 m2(分為3個處理小區,每個小區中間留有隔離區)。使用背負式扇形噴頭噴霧器(16型MATABI手壓噴霧器)。

1.3 供試藥劑和施藥時間

供試藥劑為21%氯氨吡啶酸水劑,由美國陶氏益農公司提供。施藥時間為2015年6-7月,分別為返青期(6月1日)、現蕾期(6月18日)和初花期(7月10日),施藥當天天氣晴朗、無風(施藥后24 h內沒有降雨),采用背負式扇形噴頭噴霧器進行人工噴施。施藥處理小區按照濃度由低到高噴施,為確定小區位置和邊界,進行GPS定位并同時作好標記,以便于后期調查和取樣。

1.4 調查內容和分析方法

試驗采用樣方調查法進行測定。每個施藥水平進行5點式取樣,每個樣點取樣面積為1 m×1 m,樣方數量為5個。調查每個樣方內植物的種類和數量,測定其密度、蓋度以及鮮重。

1.4.1 調查時間和次數

樣地噴藥后,對樣地共進行4期的調查和測定。

第1期調查:施藥24 h后,目測黃花棘豆及其他植物對藥劑的反應;

第2期調查:噴藥后15 d進行黃花棘豆藥害的分級調查,統計黃花棘豆的殘株數;

第3期調查:噴藥后35 d進行黃花棘豆第2次的藥害分級調查,統計黃花棘豆的殘株數;

第4期調查:草地植物生物量最大時(噴藥后75 d),調查黃花棘豆的殘株數、地上鮮重以及單子葉和雙子葉植物的種類、密度、鮮重以及草地植被蓋度。

藥害分級:根據植株的藥害程度,進行等級劃分,具體分為5級。1級:輕微危害,植株僅上部新葉或幼嫩部分受害,不明顯影響植物正常生長;2級:輕度危害,植株上部葉片受害明顯、葉色變黃,下部葉片無明顯影響;3級:中等危害,大部分葉片卷曲、萎蔫、枯黃,難以恢復生長;4級:重度危害,葉片脫落、莖稈枯黃,不可恢復、絕產;5級:嚴重危害,植株死亡、干枯。

1.4.2 多樣性分析

對于草地植物多樣性,采用辛普森多樣性指數(Simpson’s diversity index)和香農-維納指數(Shannon-Wiener index)進行分析。計算公式如下:

其中,D/H為群落的多樣性指數,S=物種數,Pi=樣品中第i種個體占樣品總數的比例,如樣品總個體數為N,第i種個體數為ni,則Pi=ni/N。

1.5 數據分析

數據整理和繪圖采用Microsoft Excel 2007,顯著性分析采用SAS 8.2,顯著性水平設為α=0.05,數據表示為平均數±標準差。

2 結果與分析

2.1 不同生育期噴施21%氯氨吡啶酸水劑對黃花棘豆的防控效果

21%氯氨吡啶酸水劑噴施24 h后,黃花棘豆即表現出明顯的藥害癥狀,植株出現不同程度的萎蔫和卷曲現象;噴施15 d后,85.0%的植株表現為葉片卷曲、枯黃,難以恢復生長;噴藥35 d后,92.5%的植株受藥害程度達4級,無法恢復生長;噴藥75 d后,92.0%的黃花棘豆植株死亡、干枯(表1)。

表1 噴施21%氯氨吡啶酸水劑不同時間后黃花棘豆受藥害狀況

試驗表明,21%氯氨吡啶酸水劑噴施濃度和噴施時間不同對于黃花棘豆的防控效果存在一定的差異。噴施75 d后，低濃度(125.0 mL/hm2)和高濃度(187.5 mL/hm2)處理的株防效都達到85%以上,并且都隨生育期遞進變化而防除效果更佳,即返青期<現蕾期<初花期(表2)。該結果和農田闊葉類雜草的防除效果有所不同,農田雜草通常為苗期的防除效果優于成株期或花期的防除效果,例如反枝莧[10]及一些外來入侵植物——如豚草[9]、薇甘菊[11]、飛機草[12]、紫莖澤蘭[18]等。黃花棘豆為豆科的多年生植物,第二年春季返青時依靠根系儲存物質為植株地上部分的生長提供養分,在不同生育期表現出對21%氯氨吡啶酸水劑不同的敏感性。在鮮重防效方面,不論高濃度還是低濃度的21%氯氨吡啶酸水劑都可達95%以上的防控效果。但是在初花期,125.0 mL/hm2處理的鮮重防效要低于現蕾期和返青期,可能是由于噴施濃度較低且此時草地植物生長旺盛,植物葉片間的重疊和遮擋而影響噴施效果,部分黃花棘豆植株并未完全枯死。通常,黃花棘豆受21%氯氨吡啶酸水劑藥害后基本難以恢復,即使在第二年也極少有復發現象[15]。另外,通過對天然草地連續3年的藥效調查也表明,21%氯氨吡啶酸水劑的藥效可持續3年,噴施后的第3年依然對黃花棘豆有明顯的抑制作用且無復發現象。

表2 21%氯氨吡啶酸水劑對黃花棘豆的防控效果(75 d)

21%氯氨吡啶酸水劑對于黃花棘豆有非常強的滅除效果,125.0 mL/hm2的噴施濃度即可達到良好的防控效果。因此,在實際的噴施中應盡量選擇低濃度,既可減少農藥的使用成本,也可降低藥劑殘留可能帶來的環境問題。

2.2 21%氯氨吡啶酸水劑噴施對于對草產量的影響

21%氯氨吡啶酸水劑的噴施有效滅除了黃花棘豆,但同時也引起草地總產量的降低。在試驗區,黃花棘豆平均密度為(18.7±4.7)株/m2,草產量(123.6±20.6)g/m2;在黃花棘豆發生嚴重的草地其產量可占總產量的50%以上。不論是低濃度還是高濃度21%氯氨吡啶酸水劑噴施后,草地總產量與對照相比均明顯降低(P<0.05)(表3)。在黃花棘豆不同生育期噴施21%氯氨吡啶酸水劑,總草產量降低的程度明顯不同,噴施時間越靠前,其降低趨勢越明顯,即返青期>現蕾期>初花期;在噴施濃度方面,高濃度處理組總草產量和黃花棘豆產量的降低趨勢都較低濃度組更為明顯。于紅妍等[16]對黃帚橐吾的防除試驗表明,21%氯氨吡啶酸水劑對黃帚橐吾有明顯的防除效果,且高濃度處理的效果優于低濃度和對照組。對于黃花棘豆的產量而言,隨21%氯氨吡啶酸水劑噴施濃度的增加而產量降低;在不同生育期方面,呈現隨噴施時間后延而鮮重降低的趨勢,除了低濃度處理組在初花期有所偏高外(表2)。黃花棘豆初花期時,草地其他植物也長勢旺盛,影響了21%氯氨吡啶酸水劑的藥效。結合相關的試驗[15],筆者認為在噴施時間方面,草產量方面的結果支持選擇在初花期進行21%氯氨吡啶酸水劑的噴施,并需要選擇較低的噴施濃度。

表3 不同濃度21%氯氨吡啶酸水劑噴施對于草產量的影響1)

1) 同列數據后具有不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著;“-”表示調查區域內,黃花棘豆植株全部枯死。

Different lowercase letters within the same column indicated significant difference at the level of 0.05. “-” means yellow-hair crazyweed was all withered in the investigated fields.

21%氯氨吡啶酸水劑的噴施明顯降低了黃花棘豆和草地的總產量。但是對單子葉和雙子葉植物卻呈現不同的效應。21%氯氨吡啶酸水劑對于單子葉植物的影響較小,其產量的降低趨勢要明顯小于雙子葉植物(圖1)。

對于雙子葉植物,在黃花棘豆3個不同生育期噴施21%氯氨吡啶酸水劑,其產量都明顯降低:高濃度處理降低明顯,平均降低52.5%;低濃度組在現蕾期降低最為明顯,降低50.9%,另2個時期降低約35.0%，平均降低40.3%。對于單子葉植物,不僅不同生育期噴施的效果不同,不同噴施濃度的效果也存在差別:所有高濃度處理組的產量與對照相比都明顯降低,平均降低18.7%;而低濃度處理在不同生育期噴施呈現或增加或降低的效應。返青期噴施21%氯氨吡啶酸水劑,產量降低26.3%;在現蕾期和初花期,產量有所增加,分別增加1.0%和10.6%(圖1)。

21%氯氨吡啶酸水劑的噴施降低了草地植物總產量,其中目標植物——黃花棘豆的產量顯著降低，達到了很好的滅除效果。但是21%氯氨吡啶酸水劑對不同類型的草地植物存在不同的效應，表現為對單子葉植物的影響較小,對其產量的影響要小于雙子葉植物;而且,噴施時間不同對草產量的影響也存在差異。趙德良和邵劍鵬[17]對黃帚橐吾的防除試驗也表明,21%氯氨吡啶酸水劑明顯抑制白喉烏頭的生長繁殖,并對其他闊葉類植被產生了一定抑制作用,但較長時間后能促進禾本科牧草的增產。因此,噴施氯氨吡啶酸對于草地產量以及草地植物的影響還需要進一步的研究。

圖1 21%氯氨吡啶酸水劑對于不同時期單、雙子葉植物產量的影響Fig.1 Control effect of aminopyralid 21% AS on yield of monocotyledons and dicotyledonous plants at different growth periods

2.3 21%氯氨吡啶酸水劑噴施對植物種類和密度的影響

試驗結果表明,21%氯氨吡啶酸水劑不僅對于黃花棘豆有很強的滅除效果,對于其他一些植物也有明顯的抑制作用,例如雙子葉植物重齒風毛菊、蒲公英等,單子葉植物早熟禾、垂穗披堿草和嵩草等。21%氯氨吡啶酸水劑噴施有效除滅了草地毒害草——黃花棘豆,但同時也影響大部分優良牧草的生長。對于另外一些植物,21%氯氨吡啶酸水劑卻有明顯促進生長和繁育的效應,例如對薔薇科的二裂委陵菜、釘柱委陵菜和玄參科的肉果草等(表4)。

表4 21%氯氨吡啶酸水劑噴施對草地植物密度的影響

21%氯氨吡啶酸水劑對于草地植物密度和草產量的影響表明,降低植物的密度并不一定必然引起產量的降低。21%氯氨吡啶酸水劑噴施明顯降低了禾本科牧草的密度,但是其產量卻有所增加,尤其在黃花棘豆現蕾期以后進行噴施。原因為21%氯氨吡啶酸水劑噴施滅除了一些闊葉類植物后為單子葉植物或其他葉片狹窄或有特征結構的雙子葉植物提供了資源和生態位,促進這類植物生物量的增加。相關的研究也表明,除草劑對于一些特定類群的植物種類其防除效果不明顯,例如卓玉璞等[19]認為2,4-D丁酯對委陵菜屬植物防除效果不明顯；匡瑜等[20]認為2,4-滴丁酯乳油和芐嘧磺隆(豬秧凈)對二裂委陵菜防除效果不顯著。

2.4 21%氯氨吡啶酸水劑噴施對植被蓋度和多樣性的影響

結果表明,噴施21%氯氨吡啶酸水劑的草地植物辛普森多樣性指數和香農-維納指數都小于未噴施的對照組,且返青期時噴施草地植物多樣性降低更為顯著(P<0.05)。另外,噴施21%氯氨吡啶酸水劑的草地,其單位面積植物種類呈降低趨勢,單位面積草地植物種類數比未噴施藥劑的天然草地少約2種;蓋度隨噴施濃度的增加而降低,隨噴施時間向后推移而升高,但和對照組無明顯的差異(表5)。

表5 21%氯氨吡啶酸水劑噴施對草地植被的影響1)

1) 蓋度一列兩個數值分別表示噴藥后75 d(左)和35 d(右)時草地植被的總蓋度,此處僅列出平均值。Data in the coverage column are average total coverage of the grassland vegetation after spraying for 75 days (left)and 35 days (right), respectively.

除草劑的噴施降低了生態系統物種豐富度和植物多樣性。黃頂成等[21]認為長期使用除草劑會降低農田植物的多樣性,也造成對鄰近草地和林地植被多樣性的影響[22];Litt等[23]對美國東南部松林的研究表明，除草劑的使用使得松林下低于1.4 m高度的木本和草本植被豐富度大大減少;卓玉璞等[19]對天然草地毒害草的防除試驗也表明,化學防除降低了群落的植物種類,對于天然草地的物種豐富度有顯著影響。本研究表明,21%氯氨吡啶酸水劑噴施對于草地植物多樣性、蓋度和單位面積植物種類數都有明顯的降低。因此,對于生態系統相對脆弱的高寒草甸,更需要加強對草地的保護和管理。

3 討論

噴施21%氯氨吡啶酸水劑對于防控天然草地黃花棘豆有良好的效果,可以高效滅除黃花棘豆，但同時也造成草地其他植物的枯亡(或擴繁),引起總產草量的下降、草地植被蓋度和多樣性的降低。因此,在推廣應用方面,需要選擇合適的噴施濃度和噴施時期,以減少對于天然草地植被的影響。

(1)噴施濃度為125.0 mL/hm2即可對黃花棘豆達到良好的防控效果,建議在實際施用時采用此噴施濃度。

(2)21%氯氨吡啶酸水劑的噴施造成草地總產量和多樣性的降低,且存在隨生育期的前推而影響更大,故建議選擇在黃花棘豆初花期進行噴施。

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(責任編輯:楊明麗)

Control effect of 21% aminopyralid AS on Oxytropis ochrocephala and grassland vegetation at different growth periods

Chen Chao1,2, Wang Qinghai1,2, Wu Juying1,2, Mo Chonghui3, Xin Yuchun4

(1. Beijing Research and Development Center for Grass and Environment, Beijing 100097, China; 2. Key Laboratory of Urban Agriculture (North), Ministry of Agriculture, Beijing 100097, China; 3. College of Agriculture and Animal Husbandry,Qinghai University, Xining 810016, China; 4. General Station of the Grassland in Qinghai Province, Xining 810008, China)

At different growth periods of yellow-hair crazyweed, herbicide spraying experiment was conducted to investigate the influence of aminopyralid 21% AS on the poisonous weed and natural grasslands under two concentration treatments. The results showed that aminopyralid 21%AS had a good inhibition to yellow-hair crazyweed and 85% ofO.ochrocephalapresented phytotoxicity symptoms 15 days after herbicide spraying, and 92.5% ofO.ochrocephalawere damage after 35 days. The plant control efficacy reached 85.0% at the dose of 125.0 mL/hm2, and 95.0% at the dose of 187.5 mL/hm2after 75 days. Aminopyralid 21%AS at the above two doses could reduce by 95% of the fresh weight on yellow-hair crazyweed. However, spraying of aminopyralid 21%AS made different effects on dicotyledonous and monocotyledons plants. For dicotyledonous plants, aminopyralid 21%AS at the above two doses significantly reduced the fresh weight, with the reduction ratio of 52.5% and 40.3%, respectively, presenting the tendency as follows: turning green period>budding period>early flowering period. The effect of aminopyralid 21%AS on monocotyledons was different from that on dicotyledonous. Under high spraying concentrations, the grass yield was dropped by 18.7%, while at the low concentration, it decreased by 26.3% at the stage of turning green period, but increased by 1.0% in the budding period and 10.6% in the early flowering period. Further more, the results showed that plant species density, coverage and plant diversity reduced significantly after spraying with aminopyralid 21% AS.

aminopyralid;Oxytropisochrocephala; turning green stage; budding period; early flowering period; poisonous and harm weeds

2015-11-15

2016-01-19

公益性行業(農業)科研專項(201203062)

S 452

B

10.3969/j.issn.0529-1542.2016.06.040

致 謝：感謝青海省門源縣草原站王有良站長及草原站工作人員在試驗過程中給予的大力幫助！

* 通信作者 E-mail:wujuying1@263.com