除草剂配施对机械旱直播稻田杂草控制及稻谷产量的影响

2018-05-07孙永健孙园园严奉君蒋明金杨志远许远明

四川农业大学学报 2018年2期

孙永健，朱懿，孙园园，严奉君，蒋明金，杨志远，许远明，徐徽，马均*

（1.四川农业大学水稻研究所/农业部西南作物生理、生态与耕作重点实验室，成都 611130；2.中国气象局成都高原气象研究所，成都 610072；3.眉山市东坡区农业局，四川眉山 620032）

随着灌溉用水的日趋紧张、劳动力成本的提高，以及农业机械化规模的扩大，人工直播、机直播、机插秧等轻简栽培技术是现代农业发展趋势[1]。在规模化生产中，机械旱直播是水稻轻型栽培中最简单的种植方式[2]，其效率高、收益高、节水等突出优点日益受到人们的重视，但对机械旱直播稻配套的高产高效生产技术及其生理生态基础研究起步比较晚，技术体系还不完备[3-4]；尤其机械旱直播下，前期秧苗覆盖度低，水分管理适合杂草迅速发生且量大，杂草群落复杂，杂草与幼苗争夺光照、肥料和生长空间，严重影响稻谷产量和米质[1，5-6]；杂草防除和出苗问题已成为制约直播稻高产的主要因素。为此，前人对直播稻品种耐药性特性[7]、直播方式[8-9]、不同除草剂类型[10]及用量[11]、不同喷药时期[12]等方面已有较深入的研究，也在部分地区取得了控草、高产、高效的效果[10-14]，但研究多数在水直播、人工直播条件下进行[7-8，12]。而旱直播播前田面则必须整平耙细，开好厢沟，以提高出苗和除草效果[4，15]，但在机械旱直播条件下除草剂配施对稻田杂草防除及水稻产量形成的影响研究较少。本研究针对目前机械旱直播生产中存在的实际问题，以超级稻F优498为试材，设置不同土壤除草剂与茎叶除草剂配施处理，研究其对机械旱直播稻田杂草防除、水稻群体质量和稻谷产量，以及土壤除草剂残留的影响，并探讨分析除草剂配施的经济效益差异，探索直播水稻杂草防治的最佳时期及用药组合，以期为机械旱直播水稻生产实践提供理论指导。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2015年在四川省眉山市东坡区莲墩村国家现代农业示范区试验基地（30°07′N，103°48′E）进行。研究区域地属亚热带湿润季风气候，水稻生长季4月至9月平均气温22.6℃，降雨量574.8 mm，日照时数598.0 h，相对湿度79%（数据由四川省气象局提供）。试验田为中壤土，有机质含量19.4g/kg，全氮2.01 g/kg，速效氮107.2 mg/kg，速效磷29.1 mg/kg，速效钾77.43 mg/kg，pH 6.41。试验引进南京农业大学改良的六行条播机械旱直播机[2]，并对直播一体机的镇压部件进行再改良，旱直播机旋耕深度10.0～11.0 cm，播种深度为2.0 cm，行距为28.0 cm，播厢宽1.50 m，施肥深度 4.0～4.5 cm，覆土深度 0.7～1.0 cm，并镇压紧实。

以超级稻F优498（中迟熟杂交籼稻，生育期143 d）为材料，播种量为22.5 kg/hm2，直播前4月12日将田块翻耕平整后，用灭生性除草剂（41%草甘膦异丙铵盐）进行一次杂草防除。4月19日晒种1 d后，按水∶种=3∶2浸种，以种子90%露白为止；播前将种子阴干，以手抓种子不沾手为宜；4月24日用机械旱直播。播种后灌水按各小区面积4 m×5 m起田埂，按照除草剂常规用量说明，进行土壤除草剂×茎叶除草剂2因素随机区组试验，设2种土壤除草剂处理，在播后第2天进行喷施，分别为：

C1—丙草胺（先正达）：按30%有效成分浓度1 800 mL/hm2喷施。

C2—丁草胺（陶氏益农）：按40%有效成分浓度1 800 mL/hm2喷施。

各土壤除草剂处理下，设4种茎叶除草剂处理，在四叶一心期（5月27日）进行喷施，分别为：

S1—二氯喹啉酸（中凯农化）：按50%有效成分含量375 g/hm2喷施。

S2—苄嘧磺隆（杜邦）：按10%有效成分含量300 g/hm2喷施。

S3—氰氟草酯（陶氏益农）：按100 g/L有效成分浓度750 mL/hm2喷施。

S4—五氟磺草胺（陶氏益农）：按25 g/L有效成分浓度600 mL/hm2喷施。

并设置不喷施茎叶除草剂处理，记为S0。

出苗后各小区定植基本苗为45万株/hm2。各处理施氮量均为 180 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O 为 2∶1∶2，氮肥运筹为基肥∶蘖肥∶穗肥=5∶3∶2；磷肥仅以基肥施用；钾肥运筹为基肥∶穗肥=5∶5；基肥通过旱直播机施用 450 kg/hm2金正大复合肥（N∶P2O5∶K2O=20∶20∶20）；三叶一心叶龄期人工施分蘖肥，施氮量（纯N）为54 kg/hm2；倒2叶叶龄期人工施穗肥，施氮量（纯N）为 36 kg/hm2、施钾量（K2O）为 90 kg/hm2。各处理设3次重复，试验小区测产面积15.0 m2。其他田间管理按本研究区域高产田进行管理。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 杂草种类与数量调查

除草剂配施完全施用后0、10和20 d，各小区对角线取5点，每点0.50 m2，分别调查节节菜、稗草、千金子、异型莎草、牛筋草等杂草株数，并计算单位面积杂草总数。

1.2.2 干物质累积和叶面积指数

分别于拔节期、齐穗及成熟期，按各小区的平均茎蘖数各取代表性稻株5穴，去根后，分叶、茎鞘、穗测定地上部干物重。同时用美国生产的CID-203叶面积仪测定各生育期叶面积并计算叶面积指数（LAI）。

1.2.3 有效穗数

成熟期各小区计数具代表性稻株30穴的有效穗数，并计算平均值。

1.2.4 考种与计产

成熟期各小区随机取10株（每株茎蘖数为各小区的平均茎蘖数），测定每穗粒数、实粒数、千粒重，计算总颖花数、结实率等性状。各小区去边行，按实际收获株数计产。

1.2.5 除草剂在土壤中的残留

收获后各小区按3点取样法取稻田0～20 cm土壤，按照王万红等[16]、张倩[17]、韩娟等[18]方法，用Finnigan TRACEGC2000/MS气相色谱-质谱联用仪、高效液相色谱-紫外检测器（HPLC-UV）测定土壤中丙草胺、丁草胺、二氯喹啉酸、苄嘧磺隆、氰氟草酯、五氟磺草胺等除草剂含量。

1.3 数据分析

用Microsoft Excel 2010和DPS7.05统计软件进行数据分析，用LSD0.05检验处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 除草剂配施对机械旱直播稻田主要杂草的控制

由图1可知，机械旱直播下，稻田杂草总量（见图 1a），主要包括节节菜（见图 1b）、稗草（见图 1c）和千金子（见图1d），其他杂草牛筋草、陌上菜、马唐数量（数据未列出）相对较少。由图1a可见，在4叶期喷施茎叶除草剂前（0 d），土壤除草剂丙草胺处理（C1）的杂草数量显著高于丁草胺处理（C2），喷施茎叶除草剂后，相对于不喷施茎叶除草剂处理（S0），杂草总量均呈显著降低的趋势，但随喷药后的作用时间各茎叶除草剂间存在显著差异，以喷施五氟磺草胺处理（S4）控草最优，其次为喷施氰氟草酯处理（S3），二氯喹啉酸（S1）和苄嘧磺隆（S2）处理效果差，且与前期喷施的土壤除草剂配合效果也不太一致，甚至喷药后20 d调查C1S1和C2S2配施处理杂草总量呈上升趋势。由图1b、图1c和图1d可以看出，除草剂配施对各类杂草的控制趋势与杂草总量的防控趋势基本一致，但土壤除草剂和茎叶除草剂对各类杂草的控制作用也有所不同，仍具有一定选择性，土壤除草剂C2处理对节节菜、稗草的控制效果显著，而对于千金子影响不明显。

2.2 除草剂配施对机械旱直播水稻干物质累积及叶面积指数的影响

由表1可见，土壤除草剂丁草胺处理（C2）的干物质累积及叶面积指数（LAI）均不同程度高于丙草胺处理（C1），且随着生育进程差异增加，尤其在抽穗期和成熟期差异达显著水平。各土壤除草剂下，不同茎叶除草剂对主要生育时期干物质累积及LAI的影响不同；同一土壤除草剂下，整体以喷施五氟磺草胺处理（S4）优势较为明显，C1处理下，抽穗后S3和S4干物质累积及LAI处理间差异不显著，但S4处理相对S3处理利于抽穗至成熟期干物质累积，并缓解LAI的衰减；C2处理下，抽穗后S4处理干物质累积均显著高于其他处理，但对LAI的影响S1和S4处理间差异不显著。

图1 除草剂配施下田间单位面积杂草总量及节节菜、稗草、千金子数量动态图Figure 1 Dynamic changes of total weeds，rotala indica，barnyard and sprangletop under different herbicides combined application

2.3 除草剂配施对机械旱直播水稻产量及其构成的影响

由表2可见，机械旱直播下，土壤除草剂丁草胺处理（C2）的稻谷产量显著高于丙草胺处理（C1）；各土壤除草剂下，喷施五氟磺草胺处理（S4）均显著高于其他处理，表明播前用灭生性除草剂（41%草甘膦异丙铵盐）基础上，播种后2 d施用丁草胺和4叶期喷施五氟磺草胺除草剂的配施方法，能防除直播田绝大多数杂草（见图1），且效果明显为本试验控草增产增效最佳的除草剂配施处理。由表2还可看出，机械旱直播下，C2处理有效穗和总颖花数显著高于C1处理，但各土壤除草剂间对每穗实粒数、结实率及千粒重的影响差异均不显著。从产量与其构成因子的相关性来看，C2S4除草剂配施高产的获得主要由于在有效控制杂草生长的基础上，有效穗数及总颖花数优势显著，且保证了较高的结实率及千粒重，是相对于其他处理的优势所在。

2.4 除草剂配施对机械旱直播稻田土壤农药残留的影响

由表3可见，喷施任何一种除草剂，在水稻收获后稻田土壤中均存在农药残留，但不同的除草剂配施下土壤同一类除草剂残留量不同；土壤除草剂丙草胺处理（C1）下，土壤丙草胺含量不施茎叶除草剂（S0）显著高于其他处理，以五氟磺草胺（S4）最低；土壤除草剂丁草胺处理（C2）下，土壤丁草胺含量S0、S1、S2处理间差异不明显，但均显著高于S4处理。从各茎叶除草剂的土壤农药残留来看，二氯喹啉酸、苄嘧磺隆、氰氟草酯、五氟磺草胺均以C1处理显著高于C2处理。

2.5 除草剂配施的经济效益分析

由表4可见，不同除草剂配施各处理主要经济效益差异（不含前期相同的种子费用及机械使用费等），在除草剂配施方面，配施土壤除草剂丙草胺（C1）成本每公顷均仅高出30元，但除草效果的差异是导致产量效益及其总效益差异的主要因素。土壤除草剂丁草胺处理（C2）的稻谷产量效益显著高于C1处理；各土壤除草剂下，喷施五氟磺草胺处理（S4）产量效益均显著高于其他处理，而C1处理总成本还高于C2处理，C2S4处理能表现出更明显的经济效益。

表1 除草剂配施对机械旱直播水稻主要生育时期干物质累积及叶面积指数的影响Table 1 Effects of herbicides combined application on dry matter accumulation and leaf area index（LAI）at different growth stages

表2 除草剂配施对机械旱直播水稻产量及其构成的影响Table 2 Effects of herbicides combined application on yield and its components under mechanical dry direct-seeding

3 讨论与结论

3.1 讨论

旱直播稻田前期以湿润为主，秧苗尚小，杂草生长空间相对较大，进而利于杂草旺盛生长，危害秧苗，因此，水稻前期除草是控制杂草危害的关键，也是保证水稻高产群体构建及最终产量的前提条件[11，18-19]。整体来看，化学除草主要集中在两个时期，一是播后苗前土壤封闭处理，二是苗后茎叶处理[12]。但前人对除草管理技术研究有所不同；商广书[20]认为，在水稻直播后到出苗前进行一次土壤封闭处理，在水稻三叶期采用茎叶喷雾处理能有效防除田间大多数杂草发生；李明等[21]研究表明，在水稻生长前期结合分蘖肥进行两次封闭处理，可有效减少后期用工和药剂成本，而且对恶性杂草的防除能达到理想效果；沈素文等[13]则根据江苏省直播稻田杂草发生特点及有关农药的特性，总结出前期杂草的化学防除应遵循播前、播后出苗前“一除二封”的原则。本研究表明，直播前使用灭生性除草剂（41%草甘膦异丙铵盐）进行一次杂草防除下，相同时期、不同除草剂类型对不同类型杂草防除效果发现：C2与C1相比，除草效果明显，药效期长，但有报道指出C2对水稻幼芽有一定的危害[22]；而C1虽在后期杂草总数也较少，但除草效果缓慢，田间杂草对水稻生长有一定影响，且对稗草、节节菜，以及杂草总量的防除效果低于C2；同时本研究还表明，茎叶除草剂的选用作用显著，C2配合其他4种茎叶型除草剂均能达到一定的除草、控草效果，但结合除草效果和产量分析，C2S4效果最佳，且水稻产量最高，其余3种组合虽除草效果明显，但产量受到一定影响，C1S4虽产量相对较高，但除草效果不及C2S4，因此在选用除草剂配施方面，播种后2 d施用丁草胺和4叶期喷施五氟磺草胺除草剂的配施为最优选择。此外，本研究仅以川西平原稻作区稻-麦（油）两熟制稻田杂草为研究对象，而对于不同生态区稻田杂草种群、杂草的发生有所不同，这有待于我们进一步的研究。

表3 除草剂配施对土壤中农药残留量的影响Table 3 Effects of herbicides combined application on residues of different herbicide in soil mg·kg-1

表4 除草剂配施下主要经济效益差异分析Table 4 Effects of herbicides combined application on economic efficiency differences under mechanical dry direct-seeding yuan·hm-2

有研究结果表明，水稻播种后3～7 d，直播稻田杂草开始陆续发生，造成水稻分蘖减少，成穗率降低，水稻严重减产，尤其是田间顽固杂草影响最大，水稻减产与杂草密度、分蘖数密切相关[19]；沈素文等[23]认为，水稻播种后20 d内是直播稻田杂草发生的第一个高峰，封杀效果不好，将造成水稻产量的大幅减产。本试验研究结果表明：除草效果直接影响水稻主要生育时期干物质积累、叶面积指数、最终产量，以及最终的总效益，播前用灭生性除草剂（41%草甘膦异丙铵盐）基础上，播种后2 d施用丁草胺和四叶期喷施五氟磺草胺除草剂的配施杂草防除及产量优势明显，较其他除草剂配施处理水稻高产高效的途径为，能防除直播田节节菜、稗草、千金子等绝大多数杂草，提高抽穗和成熟期干物质累积量，并保持抽穗至成熟期较高的LAI，是机械旱直播水稻高产的重要原因，为本研究控草增产增效最佳的除草剂配施处理，可实现高产与高效的同步提高，在除草剂的选择和配施方面，进一步补充、完善了前人“一除二封”的杂草防除原则[13，23]，初步形成“一除二封三补”机械旱直播控草增产增效技术。

此外，土壤中农药残留量过高，将影响下季作物的生长，可能出现减产、绝收的结果[17]。本研究表明，喷施任何一种除草剂，在水稻收获后稻田土壤中均存在农药残留，除草剂有效成分苄嘧磺隆和五氟磺草胺土壤残留量较高，达到了0.108 3～0.218 9 mg/kg，但不同的除草剂配施下土壤同一类除草剂残留量不同，结合干物质累积及最终产量来看，获得相对高产的处理土壤残留呈不同程度的降低趋势，这可能与水稻的被动吸收有关，而不同除草剂配施在水稻籽粒、茎、叶等各营养器官的分布情况将另文发表。因此，在选用除草剂方面，应综合考虑比较选用除草剂配施效果好，对水稻伤害小，土壤低残留，稻米安全的产品。