替代物种与除草剂对紫茎泽兰的防效及其互作效应

崔宇琛 ,钏 丽,温丽娜,范泽文,张付斗，*,马光宗,申时才，,徐高峰，,杨韶松，+,徐 云，,郑凤萍，

1云南大学资源植物研究院，云南 昆明 650504;2云南省农业科学院农业环境资源研究所，云南 昆明 650205;3云南省澜湄农业生物安全联合研究中心，云南 昆明 650205

外来入侵有害生物严重影响农林生产及生态安全，备受世界各国生态学领域的重视和社会的关注(Huangetal.,2009;Kleunenetal.,2015；Macketal.,2000)。紫茎泽兰Ageratinaadenophora(Spreng.)自20世纪经中越边境传入我国云南以来，已迅速扩展分布于云南、贵州、四川、广西、西藏等西南地区，波及各类农林生态系统和自然植被生态系统，造成了生物多样性的严重丧失和生态系统的破坏(黄梅芬等,2008;Zhaoetal.,2012)。

自20世纪80年代以来，我国对紫茎泽兰的防控技术进行了大量探索并取得重要成就。如研究人工根除的时期、条件和管理等(Wanetal.，2010)，经济林、牧草、果树和作物的种间竞争性(华劲松,2013;李林等,2016;朱文达等,2015,2018;Shenetal.,2021)，除草剂的种类、用量和次数等(刘宗华等,2013)。实践表明，紫茎泽兰具有很强的繁殖、竞争和生态适应能力，多以单优种群出现，连片密集分布,可迅速侵占农田、林地、天然草地、路边和闲置空地等，物理防治费时费工，很难见效(Poudeletal.,2019;Wanetal.,2010)。化学防治紫茎泽兰以草甘膦、苯嘧磺草胺、嘧磺隆和毒莠定等除草剂为主，尽管防效高、见效快和成本低，但是这些药剂基本为非选择性的灭生型除草剂，难以解决其环境污染严重、群落演替加速和药害风险高等生态负面影响(曹坳程等,2005;张林龙,2012)。利用其他具有经济价值和生态价值的物种对其种间竞争实施替代控制，被视为具有生态安全性的绿色防控途径，如牧草、大豆Glycinemax(Linn.) Merr.、油菜BrassicachinensisL.、石榴PunicagranatumL.和菊芋HelianthustuberosusL.等被认可为有效替代控制紫茎泽兰的植物，但该方法具有见效慢和滞后性强等局限性(高宾尚等,2017)。

在外来入侵植物的综合治理中，首要措施是运用生态位占据、种间互作和资源竞争等原理，筛选和应用具有竞争优势的物种实施生物取代、群落构建和生态调控，创造不利于紫茎泽兰生长发育的条件，有效降低其入侵性(Lietal.,2015)。然而，在紫茎泽兰发展成为单优种群的适生区/境，在替代控制的基础上往往需要结合物理或化学措施，才能实现安全、高效和绿色的防控目标。由于当前生产常用的物理和化学措施普遍不具备选择性，也给防控的安全性带来了极大困难。为此，本文针对紫茎泽兰的替代物种及其选择性除草剂的应用，研究了不同替代物种和除草剂对该入侵植物的防控效果及其互作效应，提出了以高丹草Sorghumbicolor×S.sudanense替代控制为基础并结合三氯吡氧乙酸增效的技术措施，旨在获得高效、安全与持久防控紫茎泽兰的重要途径，为构建综合治理技术体系提供基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

植物材料：前期预试验选出替代物种材料高丹草、非洲狼尾草PennisetumsquamulatumFresen、黑麦草LoliumperenneL.和紫茎泽兰。高丹草、非洲狼尾草、黑麦草均由云南省农业科学院嵩明科技园资源保存扩繁圃选出。

试剂耗材：480 g·L-1三氯吡氧乙酸EC (Triclopyr)(山东埃森化学有限公司)、21%氨氯吡啶酸SL (Aminopyralid)(杭州颖泰生物科技有限公司)、200 g·L-1氯氟吡氧乙酸EC (Fluroxypyr)[安道麦辉丰(江苏)有限公司]和75%二氯吡啶酸SG (Clopyralid)(江苏瑞邦农化股份有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 替代物种对紫茎泽兰的竞争试验 替代控制试验测定对入侵植物紫茎泽兰的竞争能力，采用相对产量(relative yield,RY)(De Wit,1960)、相对产量总和(relative yield total,RYT)(Fowler,1982)、竞争平衡指数(competitive balance index，CBa)(Wilson,1988)进行竞争作用和替代物种及其密度评价。首先在塑料大棚中的试验地分别划出2 m×2 m的试验小区，并用塑料板进行四周隔离。2021年5月初从云南省昆明市嵩明县小街镇(103°12′051″E，25°11′283″N，海拔1876.4 m)野外紫茎泽兰发生区挖取该入侵植物幼苗，挑选2～3叶长势均匀一致的幼苗，分别移栽在各试验小区。待其成活后的第3天，以高丹草、黑麦草和非洲狼尾草作为替代物种，分别按照与紫茎泽兰1∶1、3∶1和5∶1的密度试验。试验同时设置紫茎泽兰单独种植20株·m-2，以及高丹草、黑麦草和非洲狼尾草分别单独种植20、60和100株·m-2，作为未竞争的对照。试验共设置19个混生和单独生长的处理，各处理均设4次重复，完全随机区组排列。

1.2.2 除草剂对紫茎泽兰的防效和对替代物种的选择性测定 基于1.2.1对紫茎泽兰竞争试验的替代物种，在塑料盘(20 cm×50 cm)内撒播紫茎泽兰、高丹草、黑麦草和非洲狼尾草种子各24盆，并在昼夜温度为28 ℃/22 ℃、相对湿度75%RH、每天光照12 h(8∶00—20∶00)的温室中培养，供除草剂毒力生物测定。对苗后10 d的幼苗期进行间苗，控制密度为40株·盆-1，生长至第40天的生长旺盛期进行试验。

分别按照三氯吡氧乙酸900 g·hm-2、氨氯吡啶酸1200 g·hm-2、氯氟吡氧乙酸450 g·hm-2和二氯吡啶酸270 g·hm-2的推荐用量，按照推荐量的0.50、0.75、1.00、1.25和1.50倍进行生物活性测定，按600 L·hm-2兑水，对茎叶喷雾处理，并设置喷清水(未施药)处理作为空白对照(CK)，每处理均设4次重复。

1.2.3 替代控制与除草剂应用防控紫茎泽兰的互作效应 在前期单独替代试验和除草剂试验基础上，开展替代物种和除草剂互作效应试验，具体组合方案见表1。

表1 替代物种、除草剂及其组合处理Table 1 Alternative species and herbicide treatment and dosage

1.3 调查方法与数据处理

1.3.1 替代物种对紫茎泽兰的竞争试验 对在温室中培养至第75 d的紫茎泽兰进行株高(cm)、分枝(枝·株-1)、地上部生物量/产量(叶+茎鲜重)、根冠比(根鲜重/地上部鲜重)和叶面积比(总叶面积/总鲜重)等表型特征调查；每小区随机挖出5株紫茎泽兰植株，自来水冲洗并晾干水分后称鲜重。

1.3.2 除草剂对紫茎泽兰的防效和对替代物种的选择性测定 在施药后25 d，调查各处理的地上部分植株并换算单位面积的鲜重(g·m-2)。分别与空白对照(CK)比较，按照防效/%=(CK-TR)×100/CK公式计算出不同除草剂及其用药水平的防治或抑制效果。式中CK为空白对照的植株鲜重(g·m-2)；TR为处理的植株鲜重(g·m-2)。以不同除草剂用量下的紫茎泽兰鲜重防效(%)，建立毒力回归方程并求解出对该靶标杂草防效90%的用量(即LC90值)；通过对替代物种的抑制率(%)建立毒力回归方程求解出对其他非靶标植物10%的用量(即LC10值)；进一步求解选择性指数(EI)=非靶标植物的LC10值/靶标杂草LC90值。选择性指数越大，表明对紫茎泽兰的防治效果及对替代物种的安全性越高。

1.3.3 替代控制与除草剂应用防控紫茎泽兰的互作效应 除草剂施用后25 d,调查紫茎泽兰的地上部分生物量(鲜重)，依据1.3.2的方法计算出各处理对紫茎泽兰的实际防效(%)；基于替代控制但未施用除草剂下(处理1或处理2)对紫茎泽兰的防效(X)，以及各除草剂不同用量下的防效(Y)，参照除草剂生物测定联合作用的Gowing法公式及其改进评价方法，计算出理论防效E0=X+Y(100-X)/100；E-E0>5%为增效作用；E-E0<5%为拮抗作用；E-E0介于±5%为加成作用，E-E0值越大，增效作用越显著。

用Excel整理数据，用SPSS 13.0进行统计分析，使用邓肯新复极差法进行差异显著性分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 替代物种对紫茎泽兰的竞争作用及其影响

3个替代物种在不同密度下对紫茎泽兰的竞争作用及其表型影响测定表明，竞争平衡指数CBa可以看出3种替代植物对紫茎泽兰的竞争力，黑麦草相对最弱，其次是非洲狼尾草，高丹草相对最强。黑麦草在与紫茎泽兰的密度比为1∶1时，其竞争力没有紫茎泽兰强(RYT<1且CBa<0)；密度为3∶1时，竞争力基本与紫茎泽兰相等(CBa=0)；密度为5∶1时，竞争力大于紫茎泽兰(CBa>0)，且能通过竞争作用将紫茎泽兰排除出去(RYT=1)。高丹草和非洲狼尾草与紫茎泽兰在密度为1∶1时，与紫茎泽兰的竞争能力相等(CBa=0)；密度为3∶1及以上时，其竞争力强于紫茎泽兰(CBa>0)，且可通过竞争排除紫茎泽兰(RYT>1)。同时，不同物种在不同密度比处理时，高丹草替代控制的效果相对较好，为33.8%～55.1%；其次是非洲狼尾草，替代控制效果为32.0～46.9%；替代控制作用较差的黑麦草，防效只有27.6%～40.3%(表2)。通过对紫茎泽兰在替代物种不同密度混种处理的株高、分枝和叶面比等表型及其可塑性测量分析(图1)，该入侵植物在受到竞争力越强的替代物种竞争时，其株高矮化、分枝较少的表型越明显，而且可塑性越低。

表2 不同替代物种对紫茎泽兰的竞争作用及其替代控制效果Table 2 Competition and replacement control effects of different alternative species on A. adenophora

图1 不用替代物种与密度比例对紫茎泽兰形态特征的影响Fig.1 Morphological characteristics of A. adenophora under different alternative species and density ratios

2.2 不同除草剂对紫茎泽兰的防效及对替代物种的安全性

三氯吡氧乙酸和氨氯吡啶酸在推荐用量的0.50倍时对紫茎泽兰的防效达70.0%以上，在推荐用量1.25～1.50倍时防效达90.0%以上；而氯氟吡氧乙酸和二氯吡啶酸在生产常规用量下对紫茎泽兰的防效较低，在1.50倍时防效也仅63.3%和50.9%。4种除草剂在0.50倍应用下对3种替代植物均未表现抑制作用，而1.50倍用量均有一定的抑制程度，其中氨氯吡啶酸相对较严重，对3种替代植物的抑制率分别为20.2%、22.7%和25.5%(表3)。

4种除草剂对紫茎泽兰的生物活性大小为二氯吡啶酸>氨氯吡啶酸>三氯吡氧乙酸>氯氟吡氧乙酸,对替代植物的选择性大小为三氯吡氧乙酸>二氯吡啶酸>氯氟吡氧乙酸>氨氯吡啶酸，对高丹草的安全性较好，其次是非洲狼尾草，黑麦草相对最不安全。按照化学除草“安全第一、防效次之”的基本原则，供试的4种除草剂以三氯吡氧乙酸相对最好，该除草剂对紫茎泽兰的LC90为1062.0 g·hm-2，对高丹草、非洲狼尾草和黑麦草选择性指数(EI)分别为3.75、2.79和2.67；其次是二氯吡啶酸，对紫茎泽兰毒力最强，LC90为902.1 g·hm-2，但对高丹草、非洲狼尾草和黑麦草选择性指数(EI)分别为1.32、1.47和1.09(表4)。

2.3 替代物种和除草剂的互作效应

由表5可知，在未施用除草剂情况下，以高丹草和非洲狼尾草作为替代物种，在替代种与入侵种的密度为3∶1时(处理1和处理2)，对紫茎泽兰的替代控制效果分别为40.2%和37.7%。单独应用除草剂(处理A系列)，施用三氯吡氧乙酸530.0、690.0、850.0和1060.0 g·hm-2时(处理A3～A6)，防效分别为68.3%、72.8%、80.1%和89.0%；施用二氯吡啶酸450.0、585.0、720.0和900.0 g·hm-2时(处理A7～A10)，防效分别为46.4%、58.3%、71.9%和88.5%。各除草剂用量下所测定的防效(%)与其毒力回归方程(表4)计算结果一致。

替代物种与除草剂组合，以高丹草作为替代物种(处理B系列)，应用三氯吡氧乙酸(处理B3～B6)，对紫茎泽兰的实际防效(E)为86.7%～97.3%，分别较理论防(E0)81.0%～93.4%大5%，表现为互作增效；而应用二氯吡啶酸(处理B7～B10)，对紫茎泽兰的实际防效(E)-理论防效(E0)介于±5%，表现为加成作用。以非洲狗尾草作为替代物种(处理C系列)，应用三氯吡氧乙酸(处理C3～C6)，对紫茎泽兰的防效同样表现为加成作用；应用二氯吡啶酸(处理C7～C10)，则表现为拮抗作用[(E-E0)<(±5%)]。进一步对高丹草替代控制结合三氯吡氧乙酸的增效组合分析(处理B3～B6)，三氯吡氧乙酸690.0～850.0 g·hm-2时，防效为90.6%～95.4%；与单独应用三氯吡氧乙酸1060.0 g·hm-2(处理A6)相比，可减少应用该除草剂210.0～370.0 g·hm-2(达到20.0%～35.0%)。

表3 不同除草剂对替代作物和紫茎泽兰的防效Table 3 Control effects of different herbicides on alternative species and A. adenophora

表4 除草剂对不同植物的毒力回归方程Table 4 Regression equation of herbicide toxicity to different plants

表5 替代物种与除草剂防控紫茎泽兰的互作效应Table 5 Interaction effect of alternative species and herbicide application on A. adenophora

3 讨论

外来入侵植物的防控中，对种间竞争作用的研究并利用于替代控制，一直是生态防控的重要课题。研究证实,利用具有经济价值和生态价值的物种实施替代控制，是对重大入侵植物实施绿色防控的重要途径。该项技术的关键是对替代物种竞争作用的评价、筛选和利用。研究表明,牧草特高和多年生黑麦草对胜红蓟AgeratumconyzoidesL.有较好防效(李勤奋等，2012)；红薯Ipomoeabatatas(L.) Lam.在薇甘菊MikaniamicranthaKunth幼苗期有很好的替代控制效果，薇甘菊在其竞争作用下的株高、分枝、叶、茎节不定根和生物量等均受到显著抑制(申时才等，2012)；紫茎泽兰与非洲狗尾草混种条件下，紫茎泽兰根系长度、体积、表面积和生物量比单种时减小，表明非洲狗尾草地下竞争能力强于紫茎泽兰(蒋智林等，2014)；在紫茎泽兰入侵早期利用黄花蒿进行替代控制，可以抑制紫茎泽兰种群数量的扩增，降低紫茎泽兰的根冠比(孙娜娜等，2015);百喜草PaspalumnotatumFlugge对紫茎泽兰中、轻度入侵的区域有较强的替代控制作用，在重度入侵的区域有明显的抑制生长的作用(龙忠富等，2011)；黑麦草和紫花苜蓿MedicagosativaL.与紫茎泽兰以高密度和小比例的方式种植时，紫茎泽兰的株高和干重受到明显的抑制，紫茎泽兰表现出较弱的竞争性(于亮等，2009)。这些结果表明，替代物种因其生物学、生态学的不同，对某一入侵植物的竞争作用差异显著。本研究结果表明，黑麦草、非洲狼尾草和高丹草在与紫茎泽兰的竞争中，替代控制效果不仅与替代物种的竞争力相关，而且受到替代物种的密度显著影响，其中竞争优势强的高丹草可在与紫茎泽兰密度比为1∶1时应用于替代控制，但竞争优势不强的黑麦草则需要在与该入侵植物的密度比达5∶1方能有效替代。

外来植物的表型及其可塑性，通常是衡量其入侵性的重要指标(Lambers &Poorter,1992)，外来入侵植物在入侵地域/生境受到生物或非生物因子的胁迫时，能够通过形态、生理和生活史等方面积极主动地调整，以应对逆境所带来的压力而维持生存(熊韫琦和赵彩云,2020)。例如薇甘菊在受到干旱胁迫下，尽管茎节减少、主茎缩短，但能增加分枝寻找可利用的资源(张付斗等,2011)。本研究发现，紫茎泽兰在竞争力较强的高丹草5∶1的高密度压力下，其株高、分枝、根冠比和叶面积比等各项指标均受到强烈抑制且可塑性低；而在竞争力较弱的黑麦草1∶1的低密度压力下，各表型指标与其单独生长的差异不大且可塑造性相对较强。结果进一步表明入侵植物紫茎泽兰在受到生物因子的胁迫，其表型可塑性能否在种间竞争中生存，也是影响替代控制效果的关键。

安全防控是化学防治的首要事项，非选择性灭生型除草剂可作为长期防控紫茎泽兰等重大入侵植物的重要手段。刘宗华等(2013)研究表明，使用草甘膦+苯嘧磺草胺+苯嘧磺草胺专用助剂喷施对紫茎泽兰的防除效果与持效性较高。朱文达等(2013)的研究表明，采用苯嘧磺草胺、甲嘧磺隆不仅能有效抑制紫茎泽兰开花结果，还能很好地控制发生密度。卢向阳等(2012)的研究表明，氨氯吡啶酸持续控制紫茎泽兰更好，24%氨氯吡啶酸用量为3000～6000 g·hm-2时，紫茎泽兰复发率仅为0～8.5%。江赢等(2011)认为，41%草甘膦异丙胺盐水剂、50%草甘膦可湿性粉剂对紫茎泽兰的防治效果较好。目前，报道的这些防控紫茎泽兰的除草剂普遍具有高效、广谱性强的特点，常常局限于紫茎泽兰的单优群落防控应用。同时也由于这些除草剂选择性差，在应用中难以保障对其他作物/植物的药害,特别是在替代控制入侵植物的过程中的应用也鲜见报道。本研究开展了三氯吡氧乙酸、二氯吡啶酸、氯氟吡氧乙酸、氨氯吡啶酸对紫茎泽兰的防治效果试验，同时测定分析了不同替代物种的选择性指数，发现三氯吡氧乙酸与二氯吡啶酸不仅对紫茎泽兰的毒力活性高(LC90值分别为1062.0 和902.1 g·hm-2)，同时对高丹草和非洲狼尾草的安全性强，如相对最安全的三氯吡氧乙酸对对高丹草、非洲狼尾草和黑麦草选择性指数分别达到3.75、2.79和2.67。

综上所述，本研究通过替代物种和除草剂对紫茎泽兰的防控效果及其选择性研究，进一步证实替代控制与化学防治的合理结合可实现互作增效，例如在高丹草替代控制紫茎泽兰的基础上，可减少三氯吡氧乙酸的用量210.0～370.0 g·hm-2，与未替代控制而单独使用该除草剂达到相同90%防效的用量相比减施20.0%～35.0%。这些研究结果为创新和发展以替代控制为核心的综合治理体系，进一步提供了依据。