間作白芋對茶園夏季雜草種類及防治效果的影響

周聰穎， 張孟婷， 張 洪， 何婷婷， 王福楷， 任夢星， 康曉慧

(西南科技大學 生命科學與工程學院， 四川 綿陽 621010)

雜草是影響作物產量的重要因素，具有很強的適應性和抗逆性，每年全世界因雜草危害造成的農作物減產平均為9.7%[1]。茶(Camelliasinensis)是多年生常綠灌木，茶園生態系統比一般的農田生態系統穩定。茶園雜草種類較多，豐富度高，種群結構復雜，其不僅影響茶樹生長，同時還能為某些茶樹蟲害提供棲息場所，成為病蟲害的過渡寄主，或其本身就攜帶危害茶樹的病蟲害[2]，從而對茶樹造成間接危害。張朝賢等[3]認為，相對于除草茶園，不除草茶園茶葉減產14.98%～19.84%。近年來，雜草控制仍然以方便、快捷、有效的化學防除為主，然而，連續的和不加選擇的使用除草劑不僅加重環境危害[4]，還導致除草劑抗性雜草生物型發展[5-6]，且可能危害人類健康[7]。因此，需要尋求對環境友好的雜草控制方法。間作即是在相同地塊同時種植2種及以上作物，其可以作為有效地雜草管理策略[7]。間作作物通過與雜草競爭資源或釋放某些化感物質抑制雜草生長[8]；除抑制雜草外，間作還可改良土壤肥力、增加生物多樣性與提高經濟效益等[9]。與單一的種植模式相比，玉米-豆科間作對降低雜草密度和雜草生物量的效果較好[10]，小麥-油菜-豌豆和小麥-油菜間作較單獨種植可更好地抑制雜草的生長[11]。有關茶園間作研究多以栽種綠肥、黃豆控制幼齡茶園雜草。黎健龍等[12]研究發現，幼齡茶樹與大豆間作能有效改善茶園小氣候、減少蟲害和雜草的發生，顯著地提高茶園的經濟效益。芋頭〔Colocasiaesculenta(L.) Scnoot〕別名青芋、芋艿、芋根、芋魁和土芝等，為天南星科(Araceac)芋屬(Colocasia)多年生塊莖植物，常作1年生作物栽培，原產于印度，我國以熱帶、亞熱帶地區種植最多。芋頭屬多用途植物，以積累養分肥大形成肉質球莖，其營養非常豐富。生長高峰期6—8月[13]，期間迅速生長，葉面積指數高達2.927[14]，田間封閉程度高，可有效抑制雜草對光熱資源的獲取。SILBANUS等[15]研究發現，黑胡椒(Pipernigrum)間作芋頭可降低疫霉根腐病和雜草的發生率。目前有關茶與白芋的間作模式研究鮮見報道，鑒于此，以茶-芋間作茶園和單作茶園雜草為研究對象，通過田間調查、標本采集及鑒定等探討茶-芋間作模式對茶園雜草群落的影響，明確茶-芋間作茶園雜草的危害特點，以期為茶園雜草的科學防控提供新策略。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年在四川省北川羌族自治縣擂鼓鎮蓋頭村茶葉基地進行，為四川省名優綠茶的重要產區之一，屬于亞熱帶濕潤季風氣候，年均降水量825.8～1 417 mm，海拔1 000 m以上。試驗地為山頂緩坡地，晝夜溫差大，多云霧，砂質壤土，30 cm土層深度有機質含量≥1.5%，pH 4.5～6.5。

1.2 材料

茶樹品種：北川苔子茶(Camelliasinensiscv.Beichuan-zhongyezhong)，北川中葉種，是野生茶樹長期進化形成的高山茶樹品種[16]。試驗茶樹生長管理基本一致，樹齡約30 a，茶蓬高度80 cm，樹幅寬100～110 cm，行距1.5 m。

芋頭品種：白芋〔Colocasiaesculenta(L).Schott(Araceae)〕，農家品種。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計 試驗設2個處理，茶-芋間作茶園和茶單作茶園(CK)。茶單作茶園處理，茶行間距1.5 m，不間作作物，茶-芋頭間作茶園處理：茶行間距1.5 m，芋頭帶狀種植，于3月以球莖種植在茶行間，每穴間隔0.5 m，每穴1株，密度13 050株/hm2。小區面積為100 m2，小區順序排列，每個處理3次重復。試驗小區除間作作物之外，其他管理保持一致，不施用任何除草劑、殺蟲劑等可能影響雜草生長的藥劑。

1.3.2 雜草調查 6—8月每隔15 d左右調查1次，每種間作模式選取3塊規模較大的茶園進行調查。每個小區按5點取樣，固定樣點調查，樣方大小1 m2(1 m×1 m線框定點)，現場觀察記錄樣方內的雜草種類及株數等指標。植物種類鑒定參考《中國雜草志》[17]；參照文獻[18]的方法計算每個時段茶-芋間作和單作茶園雜草的田間密度(density，D)、頻度(frequency，F)、均度 (uniformity，U)、豐富度(richness，S)、相對密度(relative density，RD)、相對頻度(relative frequency，RF)、相對均度(relative uniformity，RU) 和相對多度(relative abundant，RA)[18]。相對多度綜合了實際調查數據和統計數據，可作為衡量群落中優勢雜草的指標。相對多度大的被視為該類茶園的優勢種類。茶園雜草優勢種群的判定根據李儒海等[19]對麥田雜草優勢種類的分類標準：優勢雜草，相對多度≥30%，作為防除的重點；局部優勢雜草，15%≤相對多度<30%，部分田塊的危害重；次要雜草，5%≤相對多度<15%，可能會上升為優勢雜草；相對多度<5%，一般性雜草，危害程度低或偶見。

S=調查區域內雜草的種類數

RA=RD+RF+RU

1.4 數據處理

采用Excel 2016和Origin 22.0進行數據整理、計算和繪圖。

2 結果與分析

2.1 茶-芋間作與單作茶園雜草的種類及生活型

2.1.1 雜草種類 從表1看出，試驗區常見雜草共有20科37種，其中，菊科7種，禾本科4種，桔梗科和蓼科各3種，其余16科每科各1～2種。而茶-芋間作茶園有雜草17科24種，單作茶園雜草有16科30種，表明，茶園間作芋頭對茶園生態系統的生物多樣性影響較小。2種模式茶園均存在的雜草有13科17種，如，牛膝菊(Galinsogaparviflora)、野茼蒿〔Crassocephalumcrepidioides(Benth.) S. Moore〕等；單作茶園特有雜草主要為馬唐〔Digitariasanguinalis(L.) Scop.〕、看麥娘(AlopecurusaequalisSobol.)、魚眼草(Dichrocephalaauriculata)和三葉鬼針草(BidenspilosaL.)等惡性雜草；茶-芋頭間作茶園特有雜草為半邊蓮(Lobeliachinensis Lour.)、雀舌草(StellariauliginosaMurray)、酢漿草(Oxaliscorniculata)、積雪草(Centellaasiatica)和蛇莓(Duchesneaindica)等耐陰性雜草。

表1 2種模式茶園的雜草種類

2.1.2 雜草的生活型 從圖1可見，茶-芋間作和單作茶園中雜草的生活型組成趨勢一致，即1年生雜草最多，其次是多年生雜草，2年生雜草最少。其中，茶-芋間作茶園1年生、2年生和多年生雜草分別占75.00%、4.17%和20.83%；單作茶園的分別占63.34%、3.33%和33.33%。茶-芋間作茶園與單作茶園相比，多年生雜草占比降低12.5%，1年生雜草占比提高11.66%。單作茶園1年生雜草主要為尼泊爾蓼、叢枝蓼和薄葉新耳草，多年生雜草主要為繁縷和野茼蒿；茶-芋間作茶園1年生雜草主要為蕺菜、寬葉母草和尼泊爾蓼，多年生雜草主要野茼蒿和繁縷。

Fig.1 Life form of weed in tea plantation under tea-taro intercropping pattern and tea mono-cropping pattern

2.2 茶-芋間作茶園雜草的群落特征

從圖2可知茶-芋間作與單作茶園雜草6—8月的群落特征。

茶-芋間作可以影響茶園雜草群落的結構，改變優勢雜草的種類。茶-芋間作茶園主要優勢雜草為野茼蒿(60.62%)、薄葉新耳草(46.22%)、蕺菜(42.00%)、寬葉母草(36.68%)及尼泊爾蓼(35.48%)。間作芋頭可以降低茶園中優勢雜草尼泊爾蓼和薄葉新耳草的相對多度。茶-芋間作茶園優勢雜草組成隨時間發生變化：野茼蒿-蕺菜-薄葉新耳草，野茼蒿-蕺菜-尼泊爾蓼，寬葉母草-野茼蒿-尼泊爾蓼-薄葉新耳草-蕺菜，寬葉母草-野茼蒿-尼泊爾蓼-薄葉新耳草，薄葉新耳草-寬葉母草-蕺菜-野茼蒿-尼泊爾蓼；局部優勢雜草組成群落為叢枝蓼，叢枝蓼-蕺菜。其余雜草為次要雜草和一般性雜草。

單作茶園6—8月平均相對多度列前3的雜草分別為尼泊爾蓼(56.22%)、薄葉新耳草(49.74%)和叢枝蓼(32.54%)，是茶園夏季雜草防治的重點。優勢雜草隨時間的變化有所改變，其變化為尼泊爾蓼-薄葉新耳草-叢枝蓼，尼泊爾蓼-繁縷，薄葉新耳草-尼泊爾蓼-叢枝蓼，薄葉新耳草-碎米薺；局部優勢雜草組成群落變化為野茼蒿，薄葉新耳草-叢枝蓼，野茼蒿-碎米薺，叢枝蓼-尼泊爾蓼-野茼蒿。其余為次要雜草和一般性雜草。

Fig.2 Community characteristics of weeds in tea plantation under tea-taro intercropping pattern and tea mono-cropping pattern

2.3 茶-芋間作對茶園雜草的防控效果

從表2看出，茶-芋間作對茶園雜草總量具有較強的防控作用。茶-芋間作對夏季(6—8月)茶園的雜草防效為56%～92%，平均防效為73.6%，最高防效達92%。茶-芋間作茶園雜草總豐富度為6～14，較單作茶園(17～20)明顯降低；6—8月各時間段茶-芋間作茶園雜草豐富度分別較單作茶園降低17.6%、68.4%、55.0%、47.4%和50.0%。茶-芋間作茶園雜草密度也遠低于單作茶園，單作茶園夏季雜草密度為130～284株/m2，茶-芋間作茶園雜草密度為24～57株/m2，單作茶園夏季雜草平均密度為197株/m2，是茶-芋間作茶園雜草平均密度(44株/m2)的4.5倍。

從圖3看出，茶-芋間作茶園雜草的密度維持在較低水平，單作茶園雜草密度均高于間作茶園，差異顯著，雜草密度變化范圍較間作茶園更大。單作茶園雜草密度從6月開始以較快的速率增加，在雜草密度達到高峰(284±42)株/m2后逐漸降低；茶-芋間作茶園雜草密度變化趨勢較平緩，整個間作茶園夏季雜草密度為44株/m2左右。

表2 茶-芋間作對茶園雜草的防控效果

注：表中豐富度數據為雜草種類數，平均密度為3次重復的平均值及其標準誤差。

Note: The richness data in the table are the number of weed species. The average density is the average value of three repetitions and standard error.

圖3茶-芋間作與單作茶園雜草的平均密度變化

Fig.3 Variation in average density of weed in tea plantation under tea-taro intercropping pattern and tea mono-cropping pattern

3 結論與討論

研究結果表明，茶-芋間作與單作茶園雜草種類多樣性無顯著差異。TURNER等[20]指出，雜草管理重要的是生態系統之間的平衡，間作作物是有效的雜草管理措施，有利于消除雜草叢生對作物品質的影響以及維持生物多樣性。2種模式茶園均出現的雜草種類有17種，占調查雜草種類的45.95%，但茶-芋間作茶園相較于單作茶園減少惡性雜草(如馬唐)的發生，增加較多的耐陰低生物量雜草(半邊蓮和積雪草)；同時，間作芋頭能改變雜草總體的生活型，以更多1年生雜草取代單作茶園的多年生雜草，有利于減輕雜草對茶樹生長的危害。表明，茶園間作芋頭能夠達到較好的雜草管理目的。單作茶園主要的優勢雜草為尼泊爾蓼、叢枝蓼、薄葉新耳草、野茼蒿和碎米薺，其是重點防治雜草；茶-芋間作茶園主要優勢雜草為野茼蒿、蕺菜、薄葉新耳草、寬葉母草和尼泊爾蓼。此外，由于茶-芋間作茶園雜草密度最高未超過57株/m2，因此，可以減少雜草防治的次數。

茶-芋間作茶園夏季(6—8月)能顯著降低雜草的物種豐富度和雜草密度，對雜草最高防效達92%；茶園間作其他植物可以有效控制雜草可能存在2方面的原因：一是間作作物掠奪雜草的光照、水分和營養等資源[21]；二是間作作物產生化感物質抑制雜草種子萌發、雜草的生育進程[22]。芋頭在夏季迅速生長，芋葉葉面積系數達6.5，葉面積指數為1.525～2.927[14,23]，能夠迅速封閉茶行，掠奪雜草生長所需的光熱資源。芋頭屬于淺纖維根作物[24]，根系主要分布在20 cm土層以上，茶樹屬于深根系作物，在5～45 cm土層均有分布，吸收根主要集中分布在20～30 cm土層[25]。可見，茶與芋可以共存，從不同水平的土壤剖面獲取水和營養，同時芋能夠降低雜草對土壤資源的利用及其惡性發生率。化感作用是生物體之間天然存在的干擾生態現象，已知包括植物化感的生物活性化合物合成和釋放[26]，這些化感物質能夠作為天然殺蟲劑，可以解決土壤和環境污染問題，雜草生物型的抗性發展，以及濫用合成除草劑引起的健康缺陷[27]。化感作用通常不是通過單一的化感物質而是混合化感物質釋放影響受體的生長發育[28]，已了解的化感物質多數是通過含水萃取得到的化感水性提取物[27]，其來源于植物的次生代謝產物[29]。植物為了確保自身的生長區域產生抑制其他植物生長的物質，包括萜類化合物基本油和倍半萜內酯，芳香族化合物，簡單的酚、酚酸、醌、香豆素和O-羥等；此外，還有苯并惡嗪類、硫代葡萄糖苷、喹啉類、氰基糖苷、皂苷、胡桃醌和許多其他不同的次級代謝產物[29-30]。WONG等[31]通過蒸汽蒸餾分離芋頭球莖的揮發性成分得到60種化合物，其中脂肪酸(50.3%)、雜環化合物(16.6%)、酚類(9.3%)和醇類(7.8%)具有化感作用的潛在能力。但具體是何種原因導致間作芋頭對茶園雜草具有一定防效還有待進一步深入研究。

與單作茶園相比，茶-芋間作可降低惡性雜草的發生，改變雜草群體的生活型，使1年生雜草種類增多，維持茶園生態系統穩定；還可降低茶園中優勢雜草的相對多度，使其演變為局部優勢雜草、次要雜草或一般性雜草，同時提高茶園中非優勢雜草的相對多度，使非優勢雜草隨時間演替為優勢雜草。茶-芋間作與單作茶園相比，能顯著降低雜草的物種豐富度、雜草密度。總體看，間作芋類作物可達到較好的雜草管理目的，是促進生態茶園建設的有效管理措施之一。