膜间喷施乙草胺对张杂谷10号生理特性及产量的影响

赵夏童，刘韶光，宋喜娥，原向阳，董淑琦，郭美俊，宁娜，郭平毅

(山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801)

谷子一直是我国农业生产的主要粮食作物之一[1,2]，也是我国旱区农业结构调整的主要优势作物[3]。谷子具有营养丰富，抗逆性强等特点[4]，其中张杂谷10号具有高产、稳产、抗病、抗倒伏、分蘖能力强、米质优良等优点。目前，我国谷子年种植面积逐渐缩减，主要原因之一是谷田杂草危害，人工除草不仅体力劳动繁重，而且常年因草害减产30%～50%左右，严重时甚至绝收[5,6]。近年来，覆膜穴播技术解决了谷子免间苗、保全苗的技术难题，且有关地膜覆盖对杂草防除的影响已有报道。张小叶[7]研究表明黑色地膜覆盖条件下甜高粱田间杂草防除率达到了100%；郭大辛[8]研究表明普通白色地膜杂草株防效可达65.63%并促进增产。但膜间杂草种类多，危害重，不仅严重影响谷子的产量和品质，也给后期的机械化中耕和收获带来不便，成为制约谷子现代化生产的主要障碍，其次谷子粒小苗弱，对除草剂抗性较差，极易发生药害，也使化学除草技术在谷田的应用受到限制。

乙草胺具有低毒，高效，安全，持效期长，残留量小等众多特点[9]，已成为除草剂的首选药剂。乙草胺属于选择性芽前处理除草剂[10]，对禾本科杂草的防除效果优于阔叶杂草。在土壤中持效性为45 d左右[11]，可避免作物在生育期遭遇杂草危机。刘本华[12]研究表明在玉米播后苗前，用50%乙草胺乳油108 mL·667 m-2，药后28 d，对杂草的株防效89.7%，对玉米安全且增产；潘少丽等[13]研究表明90%乙草胺乳油最适宜施用量为3 L·hm-2，可有效防除甘薯田禾本科的杂草和部分阔叶杂草，最高防效可达90%以上，增产25.3%；而吾尔古丽·艾麦提[14]表明麦类、谷类作物对乙草胺敏感，不宜施用。乙草胺直接在作物上喷施会严重抑制其出苗，且不直接在作物上喷施(过道或行间)也可能对苗期作物产生逆境胁迫，当植物处于逆境时，体内活性氧和自由基的浓度急剧升高导致植物细胞不能正常代谢，进而对细胞产生伤害，影响其正常生长发育，可以看出除草剂对作物来说是一种逆境胁迫，为适应这种胁迫植株体内的保护酶系统会发生一系列的变化。黄蕾等[15]研究表明谷子苗期喷施阔世玛不安全，会使丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性升高，显著提高谷子的抗逆性[16]；叶亚新等[17]研究表明适宜浓度的15%精吡氟禾草灵乳油处理萝卜幼苗可提高幼苗的SOD、POD活性，缓解除草剂的胁迫。因此，本试验在不直接接触谷子的基础上，通过膜间喷施乙草胺，研究除草剂对谷子叶片保护酶系统、杂草防效及产量的影响，寻求膜间喷施乙草胺的最佳剂量，为膜间喷施技术提供新方法及理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种：张杂谷10号由河北省张家口农科院提供。

供试药剂：乙草胺(有效成分含量：50%)由山东乐邦化学品有限公司提供。

1.2 试验设计

试验在山西省太谷县申奉村试验田进行，采用随机区组设计，地膜覆盖栽培，行距为70 cm。在播种前，将750 kg·hm-2的复合肥均匀撒播并参混到土壤中。2017年5月23日播种，除草剂施用在2017年5月24日下午4:00，天气晴朗、无风。乙草胺的施用剂量如表1所示，采用同一型号手持压缩喷雾器膜间进行均匀喷施， 兑水量为450 kg·hm-2，每个实验区为2 m×5 m，重复3次，共15个小区。由于播种后未降雨，土壤干旱，导致出苗推迟，2017年6月30日出苗，试验分别在苗期第7天，第14天，第21天进行指标测定。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生理指标的测定

测定超氧化物歧化酶活性采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法，测定过氧化物酶的活性采用愈创木酚法[18]，测定丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法[19]。

表1 供试药剂及用量/ L·hm-2Table 1 Herbicide and dosage

1.3.2 杂草防效的测定

施药45 d评价除草剂功效。45 d后调查各小区膜间杂草的株数，计算株防效。

株防效=[(对照区杂草株数-施药区杂草株数)/ 对照区杂草株数]× 100%

1.3.3 产量构成的测定

待谷子成熟期，每个小区采用蛇形取样法随机取9株带回室内考种，对其穗长、穗重、千粒重、产量进行测定。

1.4 统计分析

使用软件DPS6.5和Excel2010进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 膜间喷施乙草胺对张杂谷10号SOD活性的影响

超氧化物歧化酶与植物的抗逆和衰老有着密切关系，具有保护植物免受活性氧损伤的作用。由图1可见，膜间喷施乙草胺对苗期各个测定时期谷子叶片中的SOD活性影响各异。在7月9日和7月16日2个测定时期，不同剂量乙草胺处理后谷子叶片SOD活性随着施药剂量的增加呈先升高后降低的趋势。当7月9日经各剂量乙草胺处理后叶片中的SOD活性与CK相比具有显著差异，同时，T1处理SOD活性，较CK显著提升了24.96%，而T2，T3，T4处理较CK显著下降(P<0.05)，SOD活性分别下降20.57%，26.93%，31.97%。7月16日，SOD活性在T1，T2处理较CK显著增加了17.65%，20.44%；T3，T4处理较CK显著下降了18.26%，46.48%。在7月23日，SOD活性仅有T4处理，与CK相比显著提升13.36%。

2.2 膜间喷施乙草胺对张杂谷10号POD活性的影响

图1 乙草胺处理对谷子叶片SOD的活性影响Fig.1 Effects of acetochlor treatments on SOD activity in millet leaves 注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。Note: Means with different small letters are significant differences(P<0.05). The same below.

由图2可见，7月9日，不同处理下，谷子叶片POD活性随着施药剂量的增加呈先升高后降低的趋势。其中T1处理较CK显著增加13.58%，T2处理较CK显著增加28.21%；7月16日，不同处理之间POD活性的变化较CK无显著差异；而7月23日，T4处理，POD活性与CK相比达到显著差异水平，显著降低了15.63%。在7月9日，T1，T2处理POD活性升高，T3，T4处理，叶片中POD活性呈下降趋势，这说明谷子受到低剂量(2.25～4.5 L·hm-2)的胁迫作用后POD活性随乙草胺剂量的升高而增强，高剂量伤害谷子本身的过氧化物酶系统，导致POD活性显著低于CK。

图2 乙草胺处理对谷子叶片POD的活性影响Fig.2 Effects of acetochlor treatments on POD activity in millet leaves

2.3 膜间喷施乙草胺对张杂谷10号MDA含量的影响

MDA是反应植物在逆境胁迫下膜系统受害程度的重要指标之一。由图3可知，乙草胺处理下， 7月9日，各处理的MDA含量均有不同程度的升高，其中T4处理，谷子叶片中的MDA含量高于其它各个处理，为27.90 μmol·g-1。7月16日，各处理叶片中MDA含量与CK差异显著，MDA含量分别为18.10，23.48，25.03，22.85，24.26 μmol·g-1，各处理之间也差异不显著。7月23日，各处理之间无显著差异。整体而言，张杂谷叶片中的MDA含量随着乙草胺喷施浓度的增加而增加，各个处理组与CK无显著差异，均接近于CK水平。

图3 乙草胺处理对谷子叶片中MDA含量的影响Fig.3 Effects of acetochlor treatments on MDA content in millet leaves

2.4 膜间喷施乙草胺对谷子产量及杂草防效的影响

由表2可见，与CK相比，T1、T2处理对谷子穗长无显著差异，T3、T4处理显著降低了7.76%，7.86%；T1、T2处理对谷子穗重具有显著增效作用，增长了14.52%，6.25%，但T3、T4处理穗重显著降低(P<0.05)。对于千粒重的影响，各处理与CK相比均无显著差异。从穗数来看，随着喷施乙草胺剂量的增加，穗数呈浓度梯度效应，其中T3、T4处理组的穗数减少量与CK达到显著水平(P<0.05)，分别减少了16.61%，27.19%。

随着乙草胺剂量的增加，谷子产量变化呈现出先上升后下降的趋势，其中T1处理产量最高，较CK达显著水平(P<0.05)，增加13.89%。T1较T2、T3、T4处理产量分别提高15.38%，34.39%，46.71%，产量整体趋势表现为T1>CK>T2>T3>T4,其中除了T1处理在除草的同时促进谷子产量的增加，其余组膜间喷施乙草胺均使谷子不同程度减产，但较之CK，T2处理水平上差异不显著，T3、T4处理水平上谷子减产较CK差异显著(P<0.05)。总体而言，膜间施用不同剂量乙草胺与谷子产量关系密切，而T1、T2处理可在膜间施用。

对于杂草的防除，乙草胺的杂草防除效果随着剂量的增加而增加，T1、T2、T3、T4处理的相对杂草防效为74.21%，87.62%，94.51%，97.18%，其中T1处理较T2处理的相对杂草防效差异不显著，T3处理较T4处理的相对杂草防效差异不显著，T1处理较T3、T4处理的相对杂草防效存在显著差异，膜间乙草胺T1、T2处理的除草效果优良，在产量方面也具有明显的优势。

表2 膜间喷施乙草胺对于谷子产量性状及杂草防效的影响Table 2 Effects of different concentrations of acetochlor on yield and weed control of millet

注：同列数据后不同字母表示在0.05水平差异显著。

Note：Different small letters show significant difference at the 0.05 level in the same row.

3 讨论与结论

(1)除草剂的使用在现在已是促进作物增产的一种主要方式，但除草剂使用不当容易对作物产生药害。作物处于逆境中时，就会产生氧化胁迫现象，活性酶(AOS)就会在作物体内累积，产生大量自由基，导致植物组织结构受到损害[20～22]。SOD和POD的主要功能就是清除植物体内产生的自由基，参与分解H2O2，从而防止AOS在植物体内积累，降低对植物的危害，保证植物的生长发育[23]。本试验结果表明，随着乙草胺剂量的增加，谷子叶片中SOD、POD活性呈现先上升后下降的趋势，这说明膜间喷施乙草胺，谷子体内发生氧化胁迫反应，遭遇逆境，并且在乙草胺药效期内，药剂施用时间越长，SOD、POD活性降低，趋于正常水平，同时SOD、POD活性的高低也可以反映出谷子受到乙草胺药害胁迫程度逐渐降低至恢复正常水平。

(2)谷子处于逆境中，叶片内自由基，活性氧大量生成，诱发膜脂氧化作用，产生丙二醛[24,25]，使细胞膜的功能和结构受损，细胞膜的通透性增加，从而严重损害细胞组织，影响植物的正常发育[26]。本试验表明喷施乙草胺的初始阶段，谷叶中MDA的含量随着乙草胺剂量的不断上升而增加，这说明谷子苗期受到乙草胺的胁迫，致使谷子产生药害，但与23日测定时发现叶片中MDA的含量相比于前期降低，且与CK无显著差异。这说明随着时间推移，谷子通过进一步调节自身的生理代谢来增强抗逆能力，乙草胺对于谷子药害也随时间推移而逐渐减弱，谷子恢复正常生长。

(3)相关研究表明，谷子产量与谷穗的生长情况及籽粒的生长有密切的关系[27]。因此,可以通过研究不同剂量乙草胺对谷子的穗数、穗长、穗重、千粒重的影响来反映乙草胺对谷子产量及其生长发育情况的影响。本试验表明，乙草胺不同剂量对谷穗及籽粒的生长发育造成影响，而其产量在T1处理水平上较CK相比有显著差异，产量增加，T2处理较CK产量无显著差异，T3，T4水平上与CK相比减产作用显著。

(4)朱春根等[28]研究表明，麦田喷施50%乙草胺乳油20，30，45 d防除硬草可达93%以上；刘祥英等[29]研究表明，花生田喷施900 g·L-1乙草胺 EC 20，40 d，株防效达81%以上，本试验表明膜间喷施乙草胺T1，T2处理相对杂草防除效果达74%以上，T3，T4处理相对杂草防除效果达94%以上。综合分析可得，在T1至T2范围内，膜间喷施乙草胺能抑制谷田杂草生长，同时不会造成谷子减产。

综上所述，谷田膜间喷施乙草胺因控制草害而影响谷子的营养生长及产量，同时谷子也通过调节自身的SOD，POD活性，MDA含量等生理代谢来缓解乙草胺的不利影响，杂草防除率随剂量增加而升高，但高剂量(6.75～9 L·hm-2)会显著降低产量，其中在膜间喷施2.25 L·hm-2乙草胺最为适宜，谷子生长发育安全且除草效果较好，产量增加，可推荐谷田膜间施用，而喷施6.75、9 L·hm-2乙草胺其杂草防除率高达94%以上，但会造成减产，应谨慎喷施使用。