豆科牧草三叶草和紫云英与鲜食糯玉米间作对田间杂草的防治效果

王东升， 黄忠阳， 李伟明， 刘庆叶， 陈莉莉， 吴旭东*

(1.南京市蔬菜科学研究所，江苏 南京210042；2.南京农业大学 资源与环境科学学院， 江苏 南京 210095)

玉米(ZeamaysL.)是禾本科玉蜀黍属1年生草本植物，植株高大，茎强壮，是全世界总产量最高的农作物。鲜食糯玉米作为重要的特用玉米，其籽粒淀粉含量70%～75%，蛋白质含量10%以上，脂肪含量4%～5%，多种维生素含量2%，赖氨酸含量比普通玉米高16%～74%，是高叶酸功能性食品，对维持人体正常生理功能必不可少，其消化率比普通玉米高20%以上。鲜食糯玉米所具有的营养和独特风味受到越来越多人的青睐，在调结构、转方式和增效益应用方面具有很大潜力[1]。目前玉米田的杂草危害问题突出，是造成玉米减产、品质下降的主要因素之一，且随着玉米种植范围不断扩大，加之外源杂草入侵，杂草种类和数量逐年增多，全国玉米种植面积有90%以上受杂草危害。杂草适应性极强，通常与农作物争光、水和空间，田间杂草的发生与危害严重制约作物产量的提高，即使在现代农业良好的防除条件下，杂草危害仍造成农作物减产 10%左右，若不防除则会造成 45%～96%的产量损失[2]。化学除草是玉米生产中杂草防除的重要措施之一，对快速控制玉米田杂草危害和实现增产增收起到重要作用。但由于长期滥用除草剂，导致杂草种群发生变化，抗药性增加，危害加重，不利于食品安全的维护。因此，采取科学有效的措施控制杂草发生及危害，是提高作物产量和品质的重要手段。研究表明，豆科绿肥植物三叶草、紫云英与禾本科作物间作，利用其生物固氮功能可为作物生长提供氮素，在种间竞争和互作过程中增强禾本科作物生长势[3]。三叶草是多年生豆科植物，因其生物量大，碳氮比高，同化能力强，生长迅速，产草量大而被作为牧草广泛种植。随着有机农业的兴起，近年来在欧洲逐渐开始应用于禾本科植物间作，取得了良好的应用效果[4-6]。紫云英是重要的绿肥作物，其固氮能力强，利用效率高，特别是在植株腐解时可以大量激发土壤氮素，同时其也是重要的优质饲料和蛋白质补给饲料。目前，对绿肥牧草产业的研究相对较多，但将绿肥牧草引入鲜食糯玉米间作系统，增加经济效益的同时抑制杂草生长的相关研究较少。鉴于此，利用豆科牧草(三叶草和紫云英)与鲜食糯玉米间作模式，研究不同间作处理对玉米田间杂草的抑制效果以及对玉米产量、品质和经济效益的影响，旨在探寻豆科牧草与鲜食糯玉米间作的最佳模式，以期为玉米种植中杂草绿色防控技术的大面积应用和推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在江苏省南京市江宁区横溪镇蔬菜花卉科学研究所试验园区进行，园区总面积15 292 hm2。试验地土壤为黄棕壤，土壤基本性质为pH 4.91、全氮0.99 g/kg、全磷0.47 g/kg、碱解氮92.58 mg/kg、速效磷48.53 mg/kg和速效钾144.42 mg/kg。

1.2 供试材料

玉米品种为鲜玉糯4号，种子市购；三叶草与紫云英种子均为市购。好汉有机肥由南通惠农生物有机肥有限公司提供，总养分≥5%，有机质≥45%。复合肥由安徽省司尔特肥业股份有限公司生产，N+P2O5+K2O≥45%，N、P、K养分等量。

1.3 试验设计

以豆科牧草三叶草和紫云英与鲜食糯玉米间作，共设3个处理，分别为空白对照(CK)：单种玉米；T1：三叶草-玉米间作；T2：紫云英-玉米间作。每个处理3次重复，随机分布。小区面积为24 m2(长12 m、宽2 m)，小区间间隔40 cm。

1.4 试验过程

2018年7月16日在对应处理小区撒播三叶草(密度150 kg/hm2)和紫云英(密度为75 kg/hm2)，8月15日定植鲜食糯玉米(小区定植120株)。分别在玉米拔节期、喇叭口期、成熟期进行取样测定，各小区沿对角线随机调查3点，每点调查面积0.25 m2。拔出调查区内的所有杂草，按种类记录杂草株数，取3 点平均数，计算株防效；按照杂草种类分别称取杂草鲜重，取3 点平均数，计算鲜重防效。在玉米采收期根据成熟情况分次采收，称重，测定玉米的可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量。玉米最后1次采收后，收割三叶草和紫云英，称重，计算经济效益。

1.5 测定指标及方法

可溶性糖含量采用费林试剂滴定法测定[7]，可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝法测定[8]，维生素C含量用2,6-二氯靛酚滴定法测定[9]。利用Microsoft Excel 2003 和SPSS 22.0进行数据分析与作图，差异显著性采用单因素方差分析评价，多重比较采用最小显著极差法(LSD)。

株防效=(空白对照区杂草株数-处理区杂草株数)/空白对照杂草株数×100%

鲜重防效=(空白对照区杂草鲜重-处理区杂草鲜重)/空白对照杂草鲜重×100%

2 结果与分析

2.1 杂草防治效果

2.1.1 杂草种类 从表1看出，在玉米生长前期(拔节期)，CK处理的田块杂草共有7种，而T1、T2处理的田间杂草均为5种；玉米生长后期，3个处理的田块杂草种类保持在5～6种。发生的杂草种类隶属于禾本科、马齿苋科、苋科、大戟科和茄科等5科，其中，1年生禾本科杂草种类最多，共有3种，占总数的43%。大多数杂草均为混生群落，同一田块至少有3种以上的杂草同时危害，单一种类较少见。禾本科的马唐、稗草和苋科的反枝苋属于优势种群，在各个时期和各处理中均占有较大比重。

表1 不同处理玉米3个生长时期的杂草密度

注：玉米同一生育期同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

Note: Different lowercase letters in the same row indicate significance of difference at the same growth stage of maize atP<0.05 level. The same below.

2.1.2 杂草密度 从表1可知，在玉米生长期间，杂草的总草密度均表现为CK>T2>T1，且随着玉米生育进程推进，各处理杂草密度均增加。总体看，在玉米生长期，T1、T2均有一定的杂草防治效果，但以T1效果更优，T1在玉米拔节期、喇叭口期和成熟期，其杂草的总草密度均最小，杂草防治效果显著。

2.1.3 杂草鲜重 由表2可知，各处理的杂草鲜重随玉米生育进程推进均呈上升趋势，但不同处理间，杂草的总鲜重均表现为CK>T2>T1。总体看，在玉米不同生长时期，T1、T2均能明显抑制杂草鲜重增长，其中以T1的杂草鲜重抑制效果最优。

表2 不同处理玉米3个生长时期的杂草鲜重

2.1.4 杂草的株防效 由表3可知，在玉米拔节期、喇叭口期和成熟期，T1与T2的杂草株防效分别为62.14%和31.82%、72.27 %和52.25%、69.13%和48.39%。说明，在玉米生长期间，T1的杂草株防效稳定大于T2，特别在拔节期，T1的杂草株防效是T2的1.95倍。

表3 不同处理玉米3个生长时期的杂草株防效

2.1.5 杂草的鲜重防效 由表4可知，在玉米拔节期、喇叭口期和成熟期，T1与T2的杂草鲜重防效分别为71.92%和46.26%、66.35%和38.02%、81.95%和67.33%。说明，在玉米的生长期间，T1的杂草鲜重防效稳定高于T2，特别在喇叭口期，T1的杂草鲜重防效是T2的1.75倍。

表4 不同处理玉米 3个生长时期的杂草鲜重防效

2.2 不同间作处理鲜食糯玉米的产量

由表5可知，2种间作处理均能明显提高鲜食糯玉米产量，增产效果较好。T1和T2的产量较CK分别增加32.32%和16.91%。说明，豆科牧草与鲜食糯玉米间作可显著增加玉米产量，其中以T1的增产效果最优，其增产率是T2的1.91倍。

表5不同处理鲜食糯玉米的产量及增产率

Table 5 Yield and growth rate of fresh edible waxy corn of different treatments

处理Treatment折合产量/(kg/hm2)Yield较CK增产率/% Growth rate compared with CKCK10 965±317 b-T114 509±1 400 a32.32T212 819±382 a16.91

注：同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level.

2.3 不同间作处理鲜食糯玉米的品质

由图1可知，2种间作处理均能明显提高鲜食糯玉米品质，不同处理的玉米籽粒可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量均表现为T1>T2>CK，3个处理间均差异显著。说明，豆科牧草与鲜食糯玉米间作可显著提升鲜食糯玉米的品质和口感。

2.4 不同处理的经济效益

经测产，三叶草和紫云英折合产量分别为10 000 kg/hm2和12 000 kg/hm2，结合2018年江苏省的鲜食糯玉米、三叶草、紫云英市场价格(玉米3元/kg，三叶草、紫云英均为0.5元/kg)计算经济效益(表6)。CK、T1、T23种种植模式的纯收益分别为32 685元/hm2、46 027元/hm2和41 807元/hm2， T1、T2的纯收益较CK分别增加13 342元/hm2和9 122元/hm2。说明，豆科牧草与鲜食糯玉米间作可大幅提高种植收益。

注：图中不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the figure indicate significance of difference atP<0.05 level.

图1不同处理鲜食糯玉米籽粒的可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量

Fig.1 Soluble sugar, soluble protein and Vc content in fresh edible waxy corn of different treatments

表6 不同处理的经济效益

3 结论与讨论

玉米田间杂草种类较繁多，杂草发生危害越来越重，加之目前生产上玉米茎叶除草剂多为混配药剂，除草剂的大量使用，使某些杂草对除草剂产生抗性[10-13]，因此玉米杂草是造成玉米减产的主要原因之一。探究新的种植模式以抑制杂草生长，从而减少化学除草剂的使用迫在眉睫。有研究认为，杂草冠层光合有效辐射玉米间作大豆处理与玉米单作处理的差异极显著，这可能是通过合理间套作，促使作物形成生态位优势，增加遮阴程度，减少地表光合有效辐射量，从而达到抑制杂草生长的目的[14-15]。玉米与豆科植物间作种植从系统物质生产、土壤肥力维持、生物多样性保护、水土保持、病虫草害和有害污染物控制等方面对农田生态系统均有一定作用[16]。玉米与大豆间作系统不仅能提高土壤利用率并能有效利用间作系统的整体资源，增加作物净作生物量，从而达到提高作物产量和品质的目的[17]。大豆虽然可与根瘤菌共生，但其固定的氮比豆科牧草少，豆科牧草(如三叶草等)利用共生的根瘤菌可把大气中的氮转化为植物可利用的氮，从而减少植物对氮肥的需求[18-20]。

利用豆科牧草(三叶草和紫云英)与鲜食糯玉米间作模式，研究玉米单作、玉米-三叶草间作和玉米-紫云英间作不同处理对杂草防治效果与玉米产量及品质的影响。结果表明，杂草防治效果上，玉米间作三叶草处理杂草的总草密度及鲜重在玉米拔节期、喇叭口期和成熟期均最低，玉米间作紫云英处理的抑制杂草密度和鲜重的效果次之，玉米单作处理则一直维持在较高的杂草密度和重量水平，养分流失严重；在杂草鲜重防效及株防效上，玉米间作三叶草处理的防效均大于间作紫云英的处理，说明鲜食糯玉米间作三叶草对田间杂草有明显的抑制作用。在玉米产量和品质上，玉米产量三叶草间作、紫云英间作处理较单作玉米处理分别增加32.32%和16.91%；玉米间作豆科牧草处理鲜食糯玉米品质优于玉米单作处理，其中以间作三叶草的鲜食糯玉米品质最优。在种植经济效益方面，鲜食糯玉米间作三叶草和紫云英处理均能提高纯收益，尤其以间作三叶草的经济效益好，较玉米单作处理增加13 342元/hm2，优于间作紫云英处理(9 122元/hm2)。综上表明，鲜食糯玉米间作三叶草不仅可有效抑制田间杂草生长，减少除草剂使用，降低除草人工成本，减少环境污染，还能明显增产提质，提高经济效益，是开拓环境友好型农业生产的重要种植模式。