龙葵对棉花生长的影响及其经济阈值分析

韩睿，张全成，王小丽，林萍，魏迎凤，王俊刚

（石河子大学农学院/新疆绿洲农业病虫害治理与植保资源利用重点试验室，新疆石河子 832003）

0 引言

【研究意义】龙葵（Solanum nigrumL.），茄科茄属植物，一年生双子叶恶性杂草。成株高大、茎粗、分枝多，与棉花竞争生长空间[1]，部分果实成熟时期与棉花吐絮期重叠，导致棉花采收时其浆果污染棉丝。当前新疆棉田龙葵的发生量在逐年增多[2]，局部危害持续加重[3]，已上升为新疆部分区域棉田的主要杂草[4，5]。研究龙葵对棉花生长发育、产量及品质的影响，分析龙葵的经济危害允许水平和经济阈值，对棉田龙葵防治有重要意义。【前人研究进展】杂草与作物在竞争过程中，其密度是重要因素[6]。黄顶菊密度超过0.5株/m 行长时，棉花茎粗减小，且蕾铃数、果枝数等产量因子显著降低[7]；三裂叶豚草与棉花竞争生长，密度达到0.2 株/m2行长时，棉花株高抑制率达13%[8]；在紫荆泽兰的竞争干扰下，棉花单株铃数随着紫荆泽兰密度的增加而逐渐降低[9]；田旋花密度达到3～5 株/m2时，产量指标均显著低于空白对照[10]；扁秆藨草种群密度超过20 株/m2时，会显著降低棉花产量[11]；龙葵与棉花也存在种群密度竞争，影响棉花生长发育指标和生理指标[12]。【本研究切入点】龙葵是棉田的恶性杂草，严重危害棉花生长发育。在龙葵与棉花竞争过程的研究中，关于其经济危害允许水平及其经济阈值尚不清楚。需研究棉田龙葵对棉花生长和产量性状的影响及其防治经济阈值。【拟解决的关键问题】研究不同密度龙葵下的棉花生长、产量及其构成因素和纤维品质，构建龙葵密度对棉花产量损失率的最优回归模型，分析其经济危害允许水平和经济阈值，为棉田龙葵有效防除提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试棉花品种为新陆早60号。

1.2 方法

选取石河子大学试验场多年连作棉田为试验地，壤土，肥力中上，于4月19日播种棉花。小区面积为2.3 m×1 m，杂草出苗后保留龙葵，清除其它杂草，5月25日将龙葵定植为6个密度，分别为0、1、4、7、10、15 株/m2，龙葵密度多则拔除，少则移栽，龙葵与棉花共同生长，除杂草之外的其它管理措施均按当地大田正常进行，期间10 d拔除其它杂草1次。每个处理重复3次。8月3日测定棉花株高、茎粗和主茎节数，棉花采收时测定铃数、单铃重、衣分、纤维长度等。

1.3 数据处理

数据采用MSExcel和SPSS20.0软件进行统计和显著性分析。对不同密度龙葵与棉花产量测定值进行回归分析，主要采用直线（y=ax+b）、对数（y=alnx+b）、二次曲线（y=ax2+bx+c）、幂函数（y=bxa）和指数（y=beax）模型等5种数学模型，依据其相关程度筛选出最佳的拟合模型，根据龙葵密度与棉花产量损失的相关模型和棉花生产所允许的产量损失水平，确定棉花的经济危害允许水平及经济阈值。经济危害允许水平（EIL）＝[CC/（Y×P×E）]×100%，其中，CC为杂草防除费用，Y为棉花产量，P为棉花价格，E为防除效果。

2 结果与分析

2.1 不同密度龙葵对棉花农艺性状的影响

研究表明，龙葵对棉花的株高、茎粗、主茎节数存在影响，且各指标随密度的增加而呈现降低趋势。不同密度龙葵抑制棉花株高，密度≥4 株/m2时，影响显著（P＜0.05），对照与1、4株/m2与7、10与15 株/m2之间无显著差异（P＞0.05）。密度≥7株/m2时，茎粗显著变小（P＜0.05），其中15株/m2时，茎粗最小，为0.73 cm。棉花主茎节数当龙葵密度＜7 株/m2时，与0、1、4 株/m2之间不存在显著差异（P＞0.05），7 与10 株/m2无显著差异（P＞0.05），15株/m2时主茎节数最少（P＜0.05）。表1

表1 不同密度龙葵下棉花农艺性状变化Table 1 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on agronomic characters of cotton

2.2 不同密度龙葵对棉花不同部位结铃数影响

研究表明，不同密度龙葵对棉花不同部位结铃数影响明显。龙葵密度为15 株/m2时，棉花整株不结铃。当龙葵密度≤10株/m2时，棉花上部铃铃数之间无显著差异（P＞0.05）；对于中部铃，各处理与对照存在显著差异（P＜0.05），其中10 株/m2最少，为1.00个；棉花在龙葵密度10株/m2时无下部铃，而龙葵密度为7 株/m2时，显著低于对照（P＜0.05），为1.00个。图1

图1 不同密度龙葵下棉花不同部位结铃变化Fig.1 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on number of bolls in different parts of cotton

2.3 不同密度龙葵对棉花单铃重的影响

研究表明，龙葵对棉花不同部位单铃重无显著影响（P＞0.05）。其中上部铃在7 株/m2时，单铃重最大，为5.48 g。中部铃在10 株/m2时，单铃重最大，为5.53 g。下部铃在7株/m2时，单铃重最大，为5.46 g。图2

图2 不同密度龙葵下棉花不同部位单铃重变化Fig.2 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on the single boll weight in different parts of cotton

2.4 不同密度龙葵对棉花产量的影响

研究表明，不同密度龙葵对棉花产量影响显著，且棉花产量随着龙葵密度的增加而呈现递减趋势。棉花经龙葵胁迫后，试验组与对照相比，产量减少3 461.33、4 181.99、4 428.12、4 701.04 kg/hm2（P＜0.05）。龙葵密度为1 株/m2时，与0、4 株/m2相比，衣分含量无显著差异（P＞0.05），与7、10、15 株/m2相比，衣分含量存在显著差异（P＜0.05），龙葵密度7 株/m2时，衣分含量最低，为38.23%。随着龙葵密度的增加，产量损失率逐渐递增，1 株/m2时棉花产量损失率最小，为60.92%。15 株/m2时产量损失率最大，达到100.00%。表2

表2 不同密度下龙葵对棉花产量变化Table 2 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on yield of cotton

2.5 不同密度龙葵对棉花品质指标的影响

研究表明，不同密度龙葵对棉花品质指标存在影响，纤维长度和纤维整齐度之间无显著差异（P＞0.05）。龙葵密度为1 株/m2时，棉花短纤维指数最大，为13.20%，相较于其它处理之间存在显著差异（P＜0.05）。龙葵密度为10 株/m2时，棉花纤维强度最小（P＜0.05），为28.28 cN/tex。表3

表3 不同密度下龙葵对棉花品质指标变化Table 3 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on quality of cotton

2.6 不同密度龙葵与棉花产量损失的回归分析

研究表明，对数和幂函数模型的拟合效果最好，其次为线性和二次曲线模型，指数曲线的拟合效果最差。5种拟合模型的R2依次为对数＞幂函数＞直线＞二次曲线＞指数，F检验，指数、二次曲线、直线3种模型的拟合效果低（P＞0.05）。对数模型y=12.594 ln（x）+ 58.025（R2=0.981；F=208.501；P=0.000 1）拟合效果最佳，能较好地表示棉花产量损失率与龙葵密度之间的关系。表4

表4 不同密度龙葵与棉花产量损失的回归分析Table 4 Regression analysis between Solanum nigrum L.and cotton yield loss

2.7 龙葵的经济危害允许水平及经济阈值

研究表明，龙葵的经济危害允许水平因防除措施的不同而存在差异，人工除草对应的经济危害水平为4.98%，96%精异丙甲草胺EC 防除龙葵对应的经济危害水平为6.30%。图3

图3 不同密度龙葵与棉花产量损失的曲线拟合Fig.3 Curve fit of Solanum nigrum L.density and yield loss of cotton

由拟合的棉花产量与龙葵密度的关系模型y=12.594 ln（x）+58.025 得出棉花田防治龙葵的相应经济阈值。人工拔除龙葵的经济阈值为0.016 株/m2，96%精异丙甲草胺EC 防除龙葵的经济阈值为0.017株/m2。表5

表5 龙葵的经济危害允许水平及经济阈值Table 5 The economic infestation level and economic threshold of Solanum nigrum L.

3 讨论

杂草是农田生态系统中植物多样性的重要组成部分，与作物竞争水、肥、空间和光照等，影响作物农艺性状和产量品质[14，15]。在反枝苋与棉花竞争时，随着反枝苋密度增加，棉花茎粗、果枝数、铃数和单铃重明显减小，产量也明显下降[16]。当棉田中田旋花密度达到3～5 株/m2时，棉花产量指标显著低于对照[10]。在黄顶菊的竞争干扰下，棉花产量随黄顶菊密度的增加逐渐降低[17]。试验结果表明，随着棉田龙葵密度增加，棉花株高、茎粗、主茎节数均呈递减趋势，产量也显著降低。且棉株中部铃数量相较于对照存在显著差异，当龙葵密度为1 株/m2时，产量损失率达60.92%；在15 株/m2时棉花不结铃。棉花品质是评价棉花优劣的重要指标[18，19]，在杂草胁迫与竞争下，棉花纤维品质也会受到一定影响[20]。高密度假高粱会导致棉花部分纤维品质指标下降，但影响程度不尽相同[21]。试验研究表明，不同密度龙葵对棉花纤维整齐度和纤维长度无显著影响，而对短纤维指数和纤维强度存在显著影响，但没有发现其规律性。

杂草经济阈值的研究多采用数学模型描述杂草与作物的竞争关系[22]。研究紫荆泽兰密度与湖北地区棉花产量的关系，其损失率符合幂函数模型y=3.049x1.031[9]；比较好地拟合了黄顶菊与棉花产量损失关系，其模型则是对数函数y=22.79 ln（x）+9.027 7[7]。已知试验区域2019年棉花产量（Y）为5 400.00 kg/hm2，籽棉收购价（P）为4.7 元/kg，人工除草费用平均一次300 元/hm2，棉花生长过程中共每年平均除草4 次，龙葵的人工防除费用（CC）为1 200 元/hm2，防除效果（E）为95.00%。进行化学防除时，药剂费用和施药用工总计约546.0元/hm2，药效在75.00%左右[13]。研究结果表明，新疆北疆地区棉花产量损失率与龙葵密度符合对数模型y=12.594 ln（x）+58.025。当采用人工拔除田间龙葵时，其经济阈值为0.016株/m2；采用96%精异丙甲草胺EC 进行滴灌除草时，其经济阈值为0.017 株/m2。龙葵对棉花生产的影响显著，应早发现早防除。至于其他区域龙葵防治经济阈值，尚需结合当地环境因素、物候条件、管理水平制定适宜当地的防治策略与防治指标。

4 结论

龙葵与棉花竞争过程中，棉花的株高、茎粗、主茎节数随龙葵密度的增加而降低，棉花中部结铃数、产量和品质等经济性状均受到显著影响，龙葵密度达到15 株/m2时，棉花产量损失率为100%。新疆石河子棉花产量损失率与龙葵密度符合对数函数y=12.594 ln（x）+58.025，龙葵人工防除的经济危害允许水平为4.98%，经济阈值为0.016株/m2（即田间密度为160株/hm2时需人工防除）。