冬种黑麦草对农田杂草及其种子库的影响

孙 雪，卢鹏林，辛国荣，夏秀娴，林鉴荣，游奕来

(1.有害生物控制与资源利用国家重点实验室 中山大学生命科学学院，广东 广州 510275；2.广东省广州市蔬菜科学研究院，广东 广州 510308；3.珠海市农业(水稻)科学技术推广站，广东 珠海 519110)

多花黑麦草(Loliummultiflorum)是禾本科黑麦草属植物，在春、秋季生长繁茂，喜温暖湿润土壤，草质柔嫩多汁，适口性好，是牛、羊、兔、猪、鸡、鹅、鱼等的上好饲料。广东地处亚热带，为一年两熟的稻产区，从11 月-翌年3 月为土地冬闲期，此期间气候温和湿润，恰好适应黑麦草的生长。因此，构建“黑麦草-水稻”草田轮作系统，利用冬闲农田种植多花黑麦草既能生产出高产优质青饲料，又可充分利用冬闲期内的水、热、光、土地和劳动力等资源提高土地利用率和产出率，还可以培肥地力，促进生态农业发展[1]。

合理的作物轮作则是一种非常有效的生态控草措施，能有效减少土壤种子库中的杂草种子数量，降低次年杂草危害[2]。有研究表明[3]，在玉米(Zeamays)连作田中进行玉米-大豆(Giycinemax)轮作，杂草种子库密度可以降低50%以上。而且作物轮作对种子库中的杂草种类组成也有较大影响，如在玉米连作田中进行大豆-玉米轮作或玉米-燕麦(Avenasativa)-草料轮作均能减少种子库中大狗尾草(Setariafaberii)种子的数量[4]。杂草危害是农业生产可持续发展的限制因子之一，多花黑麦草冬种作为一种轮作模式，近年来在广东及华南地区大面积推广，仅广东省的推广面积每年就有4.5万多hm2，取得了良好的经济、生态和社会效益。因此，本研究在构建“黑麦草-蔬菜”轮作系统过程中，进行冬种黑麦草对蔬菜地杂草的发生、发展和抑制作用的调查研究，对加强农田杂草的防控有着重要的指导意义。

1 材料与方法

1.1试验地概况及供试材料 试验地(113°22′ E，23°43′ N)位于广东省广州市农业科学研究所在花都区花东镇的科普基地。属南亚热带季风气候，夏季高温多雨，冬季低温少雨。年平均气温21.8 ℃，年均降水量为1 982.7 mm，降水主要集中在4-10月，11-4月为干季，平均相对湿度为68%。供试材料为特高多花黑麦草(L.muldflorumvar.Westerwoldicumcv.Tetragold)及油绿80天菜心(Brassicaparachinensis)，后作蔬菜为紫荣6号茄瓜(Solanummelongena)、落葵(Basellarubra)、穗丰5号白豆角(Vignaunguiculata)。

1.2试验方法

1.2.1农田杂草的动态调查 将试验田均分成3个区，作为3个处理，即黑麦草区、菜心区和对照区(冬闲区)，每处理区面积约100 m2。于2009年11月11日在黑麦草区播种黑麦草(黑麦草种子先用自来水浸泡8 h，播种时与一定量的细沙土均匀混合，均匀撒播在种草区)，菜心区播种菜心。分别于2009年12月25日、2010年1月24日、2月25日在黑麦草区和菜心区施肥，施肥量为25 g/(m2·次)，对照区不施肥。当黑麦草高度为30～40 cm时开始刈割，分别在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)进行3次刈割，同时进行菜心区菜心的采摘。杂草调查与刈割同期进行，具体方法是：第1次刈割及采摘前在每个处理区用随机法取50 cm×50 cm 的小样方3个，并标记，在以后每次刈割前分别统计标记样方中杂草数量及种类，统计完成后即拔除样方中的杂草；对照区进行同样的设置和调查。冬季种植结束后，将3个处理区分别平整，将每处理区再细分为9个小区，面积约为10 m2。小区随机分布，并于2010年3月15日分别种植落葵、茄子和豆角，3次重复。在2010年4月23日进行一次后作蔬菜生长期间杂草数量及种类的调查(第4次)。

1.2.2杂草种子库试验 在田间试验进行前，在黑麦草区、菜心区和对照区，随机取3个样方，每个样方面积为50 cm×50 cm。用铁铲掀剥法[5]采集，收集样方内表层土壤(0～10 cm)，装袋并带回实验室，混匀后分别放置在3个塑料盆(80 cm×40 cm×10 cm)中，每日喷水至饱和，用诱萌法[6]观察萌发情况。自萌发开始每5 d统计1次出草数、种类，并将其拔除，直至萌发停止，累计出草数[7]。冬季种植田间试验结束后，分别在黑麦草区、菜心区和对照区再次按前述方法进行土壤取样，同样采用诱萌法统计土样中杂草种子库。

1.2.3统计分析 试验结果取3个重复观测值的平均值，先在Excel中做初步分析与处理，用SPSS 17.0统计软件进行数据的单因素方差分析(between-subjects effects)、平均数差异显著性分析(LSD检验，P<0.05)和相关性分析(Pearson correlation，Sig.2-tailed)，根据需要用Excel作图。

2 结果与分析

2.1杂草种类 在黑麦草及菜心冬种期间，第1次调查有3科3种植物，分别为石竹科牛繁缕属植物牛繁缕(Malachiumaquaticum)、禾本科看麦娘属植物看麦娘(Alopecurusaequalis)和蓼科蓼属植物大马蓼(Polygonumlapathifolium)。第2次调查有3科4种植物，新增了禾本科稗属植物稗草(Echinochloacrusgalli)。第3次调查有5科6种植物，又出现了十字花科蔊菜属植物广州蔊菜(Rorippaindica)和苋科苋属植物凹头苋(Amaranthuslividus)。在后作蔬菜种植期间，即第4次调查结果与第3次一致，有5科6种植物。可见，随着生长时间的延长，杂草种类和数量也呈逐渐增加的趋势。

2.2大田杂草的动态调查

2.2.1杂草总数变化 在试验设计的样方内，冬种期间黑麦草区杂草数量逐渐减少，但未达到显著水平(图1)；对照区的杂草总数在前3次的调查中未见显著差异(P>0.05)。菜心区的第2、3次调查均较第1次呈现显著增长的趋势(P<0.05)，但两次间差异不显著。到第4次调查，3个处理区的杂草总数明显增多，菜心区和对照区显著高于前3次调查结果(P<0.05)。对照区的杂草总数从动态上看，与菜心区相似。各阶段处理间相比较，对照区杂草数量显著高于黑麦草区和菜心区(P<0.05)，特别在调查后期，菜心区和对照区的杂草总数均分别显著高于黑麦草区(P<0.05)。

图1 试验期间4次调查样方内的杂草总数

2.2.2不同处理区主要杂草比例的变化 整个试验期间出现的主要杂草种类为牛繁缕、看麦娘、大马蓼和稗草，但在不同的处理区所出现的比例不同。在黑麦草区始终未见大马蓼。第4次与第1次相比，牛繁缕的比例从44%下降到30%，看麦娘的比例从56%下降到18%，稗草在冬种期间没有出现，但在第4次调查中的比例高达41%(图2)；在菜心区，看麦娘和牛繁缕所占比例的变化跟黑麦草区基本相似，但植株较大的大马蓼所占的比例则显著上升(P<0.05)，且第3次调查发现稗草(图3)；对照区的4次调查中，牛繁缕和看麦娘的比例也表现出下降趋势。特别的是，大马蓼在4次调查中均有发现生长，且前3次呈显著增长趋势(P<0.05)，稗草在后2两次调查中出现，但所占比例高于菜心区(图4)。比较发现，植株相对较小的看麦娘和牛繁缕在各处理区变化规律相似，但菜心区和对照区中，大马蓼的生长在后期逐渐占据优势，而在黑麦草区未出现；稗草的出现也早于黑麦草区。相对于看麦娘，大马蓼的植株高大，对土壤肥力的吸收，以及对阳光、水分的竞争方面有优势。从试验结果来看，冬季种植黑麦草可减少甚至避免农田中植株较大的杂草生长。

图2 黑麦草区4次调查主要杂草比例变化

图3 菜心区4次调查主要杂草比例变化

图4 对照区4次调查主要杂草比例变化

2.3杂草种子库试验

2.3.1土样中杂草种类 杂草种子库调查发现，杂草种类与大田调查相似，有5科6种植物，分别为牛繁缕、看麦娘、大马蓼、稗草、广州蔊菜和凹头苋。冬种后的杂草种子库试验中，对照区和菜心区共有5科6种植物，而黑麦草区只有4科5种植物，未见凹头苋(图5)。

2.3.2杂草种子库中各杂草数量 在冬种前土壤种子库中数量占优势的是牛繁缕和看麦娘(图5)。冬种后，菜心区和对照区数量占优势的杂草为看麦娘，黑麦草区则为牛繁缕；菜心区的牛繁缕、看麦娘的数量要显著高于其他处理区(P<0.05)；对照区的广州蔊菜、稗草及凹头苋数量要显著高于黑麦草区(P<0.05)。黑麦草区的牛繁缕、看麦娘和广州蔊菜较种植前显著下降(P<0.05)，且种植后的黑麦草区未见凹头苋的生长；种植后菜心区的牛繁缕、看麦娘和凹头苋数量均显著高于种植前(P<0.05)；对照区的稗草及凹头苋数量也显著高于种植前(P<0.05)。

2.3.3种植前后杂草种子库总量的变化 种植后黑麦草区土壤中杂草种子数量比种植前减少了67.85%(P<0.05)(图6)；种植后菜心区比种植前增加了74.85%(P<0.05)；而在对照区杂草种子数量降低了29.89%。另外，种植后黑麦草区的土壤杂草种子数量显著低于(P<0.05)菜心区和冬闲对照区，说明在南方的冬闲田内种植黑麦草可以减少土壤中的杂草种子数量，而闲置土地对土壤中杂草种子库的数量的抑制幅度低于种植黑麦草，但种植菜心或其他蔬菜的蔬菜连作则可能导致土壤中杂草种子数目的增加。

图5 种植前后不同处理区杂草种子库各种类数量对比

图6 种植黑麦草及菜心前后杂草种子库的数量(50 cm×50 cm)

2.4黑麦草生长与杂草之间的关系 为了探讨黑麦草生长与农田杂草变化之间的相关性，试验过程中测定了黑麦草的生长指标如株高、生长速度和产量。通过相关性分析，进一步探讨冬种黑麦草对农田杂草的防控机制。结果显示，黑麦草的株高与杂草种类呈显著负相关(P<0.05)，与杂草的数量呈显著负相关(P<0.05)；黑麦草的生长速度与杂草的种类呈极显著负相关(P<0.01)，与杂草的数量呈显著负相关(P<0.05)，并与黑麦草的株高呈极显著正相关(P<0.01)，与黑麦草产量呈显著正相关(P<0.05)；黑麦草的产量与杂草种类呈显著负相关(P<0.05)，与杂草的总数则呈负相关；另外，杂草种类与杂草数量也呈显著正相关(P<0.05)(表1)。

表1 黑麦草株高、生长速度、产量与杂草生长之间的相关性

3 讨论

3.1冬种黑麦草对农田杂草的抑制效应 本研究发现，冬种黑麦草对农田杂草的生长有一定的抑制效应。在冬季种植黑麦草和菜心后的试验田中重新种上蔬菜发现，黑麦草区内的平均杂草数目仅为菜心区的25.00%，对照区的23.28%。由于黑麦草生长旺盛，分蘖多，产量高，盖度大，冬种黑麦草创造了一种不稳定的土壤环境，破坏了杂草的生活环境，萌发即可迅速生长而抑制其他杂草的生长，使杂草不能形成优势种群[8]；另外，与杂草相比，黑麦草具有较强的竞争力，表现为在与一些杂草混种时，黑麦草的株高和地上生物量并不受混种竞争的显著影响(与单种无显著差异)，分蘖数反而高于单种，表现出很强的竞争性[9]。本研究结果虽然差异未达到显著水平，但也表现出冬种期间黑麦草区杂草数量逐渐减少，同时体现出黑麦草生长初期由于本身生长较弱而对杂草的抑制效果较差，但随着刈割管理的进行，分蘖增加，生长加快，对杂草的抑制效果逐渐明显。黑麦草株高较高，会使土壤中较小的杂草由于缺少光照致使萌发和生长受到抑制，这与尚占环等[10]认为遮阴的自然选择会降低种子的萌发机会观点相符。

在对冬种黑麦草后农田主要杂草比例变化的研究表明，冬种黑麦草对于大马蓼的抑制效果明显，因为在整个调查中，黑麦草区域没有出现大马蓼，而在其余处理中出现。虽然大马蓼植株高大，对土壤肥力的吸收，以及对阳光、水分的竞争方面有优势，但是黑麦草的生长特性看上去更适合与农田中植株较大的杂草竞争。

3.2冬种黑麦草对土壤杂草种子库的影响 杂草种子成熟后散落在地上，经翻耕等农事操作被埋在土壤中，年复一年的输入，在土壤中积存了大量的杂草种子[11]，在任何时候，田间土壤中都包含有产生于过去生长季节的杂草种子和杂草的营养繁殖器官，这构成了农田杂草种子库[12]。Symonides[13]报道农田杂草种子库的含量要明显高于其他陆地典型的植被类型。

农田土壤经过不同的农业耕作管理，对于农田杂草的抑制效果也各异，翻耕、休闲、轮作等都是常见的方式[14]。本研究发现，冬种黑麦草后土壤中杂草种子数量减少了67.85%，休闲仅降低29.89%，而蔬菜连作却增加了74.85%。说明在南方的冬闲田通过轮作，种植黑麦草可以减少土壤中的杂草种子数量，而闲置土地则对土壤中杂草种子库的影响不大，但作物连作可能导致土壤中杂草种子数目的增加。黑麦草的生长大大降低了杂草生长成熟并结籽的可能，从而减少了新增杂草种子。黑麦草根际分泌活动旺盛[15]，根际分泌的有机酸可能影响了其他杂草的萌发与生长，也有可能黑麦草对杂草存在着一定的化感作用，因而达到对杂草种子库的影响，这些机理还需要后续试验的进一步探讨。

本次试验采用诱萌、计数和鉴定幼苗[16-18]的方法调查土壤杂草种子库。由于土壤种子库在土壤中具有明显的垂直分布格局，一般数量和物种都集中在表层土壤[19-20]。Willms和Quinton[21]也发现可萌发种子在一定范围内随深度而减少。诱萌法在国内外杂草种子库的研究中使用的比较普遍，但也存在着一些缺陷，因为诱萌法耗时较长，对难打破休眠的种子也不能统计，一般只能估计60%以上的种子库[22]，所以萌发部分只是种子库的一小部分，是在设定的条件下，有活力种子的一部分萌发。本次试验的诱萌共进行了2个月，但由于诱萌法的局限及试验时的温度较低、诱萌时间较短等原因，结果得到的仅仅是一个阶段性结论，普遍性结论有待进一步完善。

4 结论

综合本试验结果，冬种黑麦草可减少农田土壤中的杂草种子的数目和杂草生长。由于黑麦草生长旺盛、分蘖强、产量高、盖度大等特性，从时间和空间上抑制了农田杂草的生长，对农田土壤中杂草的萌发、生长都具有相当强而且广泛的抑制作用，且其对生物量大的杂草有着更强的抑制作用，这对南方地区农田杂草的防治有着重要意义。

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