油菜和小麦秸秆水浸提液对千金子种子萌发和幼苗生长的影响及其应用

李 茹， 陈国奇， 张玉华， 刘庆虎， 张 凯， 董立尧

(1.江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所，江苏 淮安 223001; 2.南京农业大学植物保护学院/农作物生物灾害综合治理教育部重点实验室，江苏 南京 210095)

随着水稻轻型栽培技术的大面积推广和选择性除草剂的大量使用，千金子(Leptochloachinensis)在南方稻区的危害加重，并已经成为仅次于稗属杂草(Echinochloaspp.)的恶性杂草，严重威胁着水稻生产[1-7]。在水直播稻田，千金子发生量1 m210株即可导致水稻减产50%，发生量1 m250株即可导致水稻减产89%[4]。千金子是一年生禾本科杂草，在中国主要分布于长江流域及其以南各个省份，陕西省亦有分布[8]。千金子种子萌发适宜较高的温度条件(15 ℃以上)[9-11]，出苗时间基本与直播稻同步，分蘖及繁殖能力强，但整个生育期总积温较低，因此千金子与水稻共生时间长、争水肥能力强，并且其种子在水稻收获前就已成熟、落粒至田间[3,5]。此外，千金子对许多水稻田常用除草剂不敏感[12]，并且已经对其专杀除草剂氰氟草酯产生了抗药性[13]。因此，水稻田千金子危害防控需要更多的关键技术。

利用化感作用和秸秆覆盖控制杂草是重要的绿色控草技术[14-17]。小麦、油菜秸秆覆盖还田可因化感作用和物理阻碍而控制后茬作物田间杂草的生长发育。董立尧等的研究结果表明，扬麦158茎和根的水提取液对千金子的抑制作用非常明显，其中化感物质主要为有机酸，因此在收割前茬小麦时可采取高留秆且旋耕耙田上水泡3 d左右的措施防控直播稻田杂草[18]。秸秆覆盖可截断杂草的光资源，抑制其生长，进而减少化学除草剂的施用[19]。水稻秸秆6 000 kg/hm2覆盖麦田可显著减少杂草危害并使小麦增产[20]。稻田覆盖小麦秸秆4 000 kg/hm2可使田间禾本科杂草和阔叶杂草密度分别降低46%和71%，并使水稻增产22%[21]。并且，已有许多研究结果表明，前茬作物秸秆适量还田通常不影响当茬作物的出苗和生长[17,20-22]，反而能通过多方面的作用促进作物增产[5,9,16-17]。但也有研究者发现秸秆覆盖可能会导致除草剂的药效下降，不利于某些杂草的杀除[23]。因此，欲在水稻田采用前茬作物秸秆还田方法降低千金子危害，需明确前茬作用秸秆对千金子种子萌发和幼苗生长的抑制作用。

本研究以滤纸培养皿法分析江苏地区5个品种小麦和5个品种油菜秸秆水浸提液对千金子种子萌发和幼苗生长的影响，并模拟秸秆覆盖，探讨其对对千金子和水稻萌发及生长的影响，以期为明确和完善秸秆还田控草技术提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

油菜及小麦秸秆均于2013年6月田间成熟收获后采集，其中油菜品种为史立丰、宁杂21、浙油、沪油、秦油10号，小麦品种分别为宁麦13、宁麦17、郑麦9023、淮麦20、扬麦13。千金子种子2012年采自于连云港市赣榆县休闲田，水稻种子为武运粳21(市购)。土壤取自南京城郊农田，经与有机栽培基质按1∶1比例混匀、风干后备用。

1.2 小麦和油菜秸秆水浸提液对千金子萌发及生长的影响试验

分别将5种油菜和5种小麦秸秆洗净、晒干后粉碎，分别按照1∶10、1∶15的质量比加无菌蒸馏水，于25 ℃振荡24 h，用4层纱布过滤后分别得到相应的秸秆水浸提液(浓度分别记为0.100 g/ml、0.067 g/ml)，用0.067 g/ml水浸提液再分别配制0.033 g/ml、0.017g/ml的水浸提液，备用。采用滤纸培养皿法[11]，将千金子种子先用0.5% NaClO溶液浸泡10 min，无菌蒸馏水冲洗干净，在直径10 cm培养皿中铺垫2层滤纸，每皿放置20粒千金子种子，加入10 ml秸秆浸提液，光照培养箱内培养(培养温度为白天30 ℃，夜间25 ℃，白天和夜间时间各12 h)。用清水作对照，每组处理4次重复。10 d后记录萌发种子数，测定根长、芽长，计算种子萌发率、萌发抑制率。

1.3 小麦和油菜秸秆覆盖对千金子和水稻出苗及幼苗生长的影响试验

选取直径为14 cm、高9 cm的塑料碗，装约4 cm深(面积为0.011 5 m2)的土壤，分别播入20粒千金子种子和20粒水稻种子，覆盖薄层细土，用下渗法将土壤湿润。然后将0.5 cm长秸秆分别均匀覆盖在塑料碗中，秸秆覆盖梯度为每碗0 g、2.5 g、4.5 g、6.5 g、8.5 g，每个梯度4个重复。将塑料碗放入培养箱中(培养条件同方法1.2)，20 d后测量种子萌发率、株高、根长及地上鲜质量。

1.4 数据统计分析

种子萌发率计算公式：种子萌发率=(萌发种子数/供试种子数)×100%；萌发、根长、芽长抑制率计算公式：抑制率=[(对照组数值-处理组数值)/对照组数值]×100%。

化感指数(RI)[23-24]计算公式：处理组数值(T)大于或等于对照组数值(C)时，RI=1-C/T；处理组数值(T)小于对照组数值(C)时，RI=T/C-1。RI值介于-1至1之间时，RI的绝对值越大表示化感作用越强，RI>0为促进，RI<0为抑制[24-25]。

采用SPSS16.0软件对不同秸秆覆盖量处理下千金子萌发率、根长抑制率和芽长抑制率分别进行单因素方差分析(LSD法)。

2 结果与分析

2.1 小麦和油菜秸秆水浸提液对千金子种子萌发的影响

从供试的油菜和小麦品种看，总体而言油菜秸秆水浸提液对千金子种子萌发抑制作用强于小麦秸秆水浸提液，其中沪油、史立丰、浙油等品种对千金子种子萌发的抑制作用明显(图1)。史立丰抑制作用最强，0.100 g/ml浓度处理对千金子种子的萌发抑制率达到95%，0.067 g/ml浓度处理对千金子种子的萌发抑制率高达92.5%。0.100 g/ml沪油、浙油秸秆水浸提液对千金子种子的萌发抑制率也分别达到80.0%和58.8%。供试的小麦品种中，仅郑麦6023表现出对千金子种子萌发具有明显的抑制作用，在0.100 g/ml浓度下对千金子种子萌发的抑制率为61.3%。

图1 不同油菜和小麦品种秸秆水浸提液对千金子种子萌发的抑制作用Fig.1 Inhibition of aquatic straw extract solutions of different varieties of oilseed rape and wheat on seed germination of Leptochloa chinensis

2.2 小麦和油菜秸秆水浸提液对千金子幼苗生长的影响

5个品种油菜秸秆水浸提液均对千金子幼苗根生长具有抑制作用(图2)。其中0.100 g/ml水浸提液处理下，沪油、史立丰、秦油10号、浙油、宁杂21对千金子幼苗根生长的化感指数分别达到-0.91、-0.99、-0.91、-1.00、-0.79，对千金子幼芽生长的化感指数分别达到-0.87、-0.97、-0.03、-0.62、-0.01；0.067 g/ml水浸提液处理下，对千金子幼苗根生长的化感指数分别达到-0.38、-0.99、-0.46、-0.99、-0.25。在5个小麦品种中，平均化感指数最大的是郑麦9023，扬麦13无抑制效果(图2)。0.100 g/ml水浸提液处理下，宁麦17、扬麦13、郑麦9023、淮麦20、宁麦13对千金子幼苗根生长的化感指数分别为-0.83、-0.13、-0.90、-0.63、-0.66，但对千金子幼苗幼芽生长的化感指数分别为0.11、0.17、-0.65、0.14、0.24。可见，除郑麦9023外，其他4个小麦品种秸秆水浸提液可促进千金子幼芽的生长。

图2 不同品种小麦和油菜秸秆浸提液对千金子幼苗生长的化感指数Fig.2 Allelopathic indices of aquatic straw extract solutions of different varieties of wheat and oilseed rape on Leptochloa chinensis seedling growth

2.3 小麦秸秆覆盖对千金子和水稻出苗及幼苗生长的影响

用对千金子种子萌发、幼苗抑制效果较好的郑麦9023秸秆进行覆盖试验。无秸秆覆盖时，千金子种子出苗率为91.25%，水稻种子出苗率为98.75%。随着秸秆覆盖量从0.14 kg/m2增加到0.48 kg/m2，千金子种子出苗率急剧下降至18.75%，根长、芽长抑制率分别为88.97%和89.87%(表1)。0.37 kg/m2秸秆覆盖量对千金子出苗、幼苗根和芽生长的抑制率达80%以上。同时郑麦9023秸秆覆盖对供试水稻出苗和幼苗生长无显著影响，甚至在0.48 kg/m2的秸秆覆盖量下对水稻生长具有一定的促进作用。

表1郑麦9023小麦秸秆覆盖对千金子和水稻出苗及幼苗生长的影响

Table1EffectofwheatZhengmai9023stubblecoverageonseedlingemergenceandgrowthofLeptochloachinensisandrice

秸秆覆盖量(kg/m2)出苗率(%)千金子水稻根长抑制率(%)千金子水稻芽长抑制率(%)千金子水稻091．25a98．75----0．1486．25a97．50a46．06c7．53a29．95c10．18a0．2548．75b96．75a64．49b4．84a62．43b12．71a0．3728．75c95．00a82．95a-2．22a84．42a12．38a0．4818．75c93．44a88．97a7．31a89．87a13．43a

同一列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

2.4 油菜秸秆覆盖对千金子和水稻出苗及幼苗生长的影响

用对千金子种子萌发、出苗抑制作用较强的油菜品种史立丰秸秆进行覆盖试验。随着秸秆覆盖量从0.14 kg/m2增加到0.48 kg/m2，千金子种子出苗率急剧下降至21.25%，根长、芽长被抑制率分别为88.03%和86.94%，综合化感指数达到-0.71(表2)。史立丰油菜秸秆覆盖对供试的水稻种子出苗和幼苗生长无显著影响。

表2史立丰油菜秸秆覆盖量对千金子和水稻出苗及幼苗生长的影响

Table2EffectofoilseedrapeShilifengstubblecoverageonseedlingemergenceandgrowthofLeptochloachinensisandrice

秸秆覆盖量(kg/m2)出苗率(%)千金子水稻根长抑制率(%)千金子水稻芽长抑制率(%)千金子水稻091．25a98．75----0．1461．25b98．75a61．32b7．53a49．47b-0．88a0．2542．50bc93．50a67．43ab4．84a62．77b-1．60a0．3738．75bc89．50a72．48ab-2．22a62．83b-1．42a0．4821．25c87．25a88．03a7．31a86．94a-0．98a

同一列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

3 讨 论

化感作用是自然界普遍存在的一种现象，利用化感作用控制杂草己成为杂草绿色防除领域的重要研究内容[1,14,20，26-28]。前茬作物秸秆还田可因覆盖作用及潜在的化感作用影响杂草的萌发生长[29]。王国忠等研究结果表明秸秆还田能推迟并缩短杂草的发生高峰期[30]。高婷等研究结果表明小麦秸秆全量还田可以推迟禾本科杂草5 d出苗并且杂草发生量显著减少[31]。本研究发现小麦、油菜秸秆水浸提液对千金子的种子萌发和生长有一定的抑制作用，但不同品种秸秆水浸提液对千金子根长与芽长的影响存在明显差异，供试油菜品种对千金子的抑制作用较供试小麦品种强，油菜品种史力丰和浙油、小麦品种郑麦9023对千金子的种子萌发和生长具有较好的抑制作用，并且抑制作用随着水浸提液浓度的上升而逐渐增强，具有明显的浓度效应。由于水直播稻田前期水分较为充足，因此可以通过深旋耕将前茬作物秸秆绞碎混入土壤中，上水泡田 2～3 d，浸出化感物质，然后待稻田里的水自然落干后将催芽露白的稻种播下，利用前茬作物秸秆浸出的化感物质来控制千金子。

秸秆覆盖对后茬作物杂草也有明显的抑制作用。一方面秸秆覆盖对喜光杂草的生长产生抑制作用，从而促进作物生长。范丙全等调查发现与不覆盖对照相比，棉花花蕾期覆盖秸秆可有效降低田间杂草数量，促进棉花生长发育[32]。另一方面，覆盖的秸秆释放出的次生代谢物质也会抑制杂草的生长发育。贾春虹等研究发现麦秸覆盖对玉米田马唐等产生明显抑制作用[33]。冒宇翔等研究结果表明5 400 kg/hm2玉米秸秆覆盖还田对水稻田千金子、稗草、水苋菜和鸭舌草等的种子萌发具有很好的控制效果，抑制率达90%以上[34。本试验结果也表明小麦郑麦9023秸秆覆盖量达到 3 700～4 800 kg/hm2、油菜史立丰秸秆覆盖量达到4 800 kg/hm2时对千金子种子萌发及幼苗生长具有突出的抑制作用，并且对水稻幼苗生长无不利影响，甚至具有一定的促进作用，且小麦秸秆覆盖对千金子的抑制作用较油菜秸秆覆盖略强。对于旱直播田，可将前茬小麦及油菜秸秆高茬覆盖复播还田，旋耕耙平后播种，可一定程度地抑制田间千金子的发生。但Norsworthy等认为前茬秸秆的化感抑草作用与环境条件密切相关[35]。此外，也有研究者发现秸秆覆盖可能会导致部分除草剂对某些杂草的防效下降[22]。生产实践中秸秆覆盖还田抑草作用的利用还需要进一步完善。

前茬作物秸秆的资源量大，合理利用，既可作为农业生产中重要的肥料来源和潜在的碳库能源，提升土壤有机质含量和质量，增加速效养分含量和土壤氮素有效性[23]，又可抑制杂草的种子萌发和生长，进而减少化学除草剂使用量。因而，利用前茬作物秸秆还田控草有望成为农田杂草综合治理和除草剂减量使用中的重要措施。

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