二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸的除草活性及对水稻安全性的比较

王正博, 王 豪, 于佳星, 李 俊, 董立尧

(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, 南京 210095)

水稻田防除杂草的措施有多种,其中化学防除具有省工、省时、见效快等优点,是目前农田杂草防控最有效的手段[1-3]。目前水稻田常用防除禾本科杂草的除草剂有五氟磺草胺、苯噻酰草胺、二氯喹啉酸、氰氟草酯、敌稗等[4-5];防治阔叶类和莎草科杂草有灭草松、吡嘧磺隆、氟吡磺隆等[6-7],随着上述除草剂的长期使用,导致某些地区杂草对除草剂产生严重的抗药性,在推荐剂量下无法达到较好的防治效果[8-9],因此开发杀草谱宽、安全性高的稻田除草剂具有重要意义。

二氯喹啉草酮是由北京法盖银科技有限公司研发的具有自主知识产权的新型除草化合物,该化合物以喹啉环和三酮基团为先导结构合成(图1),应用于水稻田防除一年生杂草如无芒稗Echinochloacrus-gallivar.mitis、马唐Digitariasanguinalis、鳢肠Ecliptaprostrata、陌上菜Linderniaprocumbens、异型莎草Cyperusdifformis等,特别对高龄稗草Echinochloacrus-galli防治效果好[10-11],但其实际应用面积小。二氯喹啉酸,又名快杀稗,是BASF公司开发的一种激素型除草剂,可以有效防除稻田稗草、雨久花Monochoriakorsakowii、水芹Oenanthejavanica等杂草,其中对稗草有很高活性[12],但由于二氯喹啉酸的长期使用,目前很多地区的稗草对其产生了抗药性,且抗性程度日趋严重[13-14]。

图1 二氯喹啉草酮(a)和二氯喹啉酸(b)的结构

二氯喹啉草酮是二氯喹啉酸的一个衍生物,关于两者在除草活性及对水稻安全性方面的比较,国内外未见报道,而且外界对二氯喹啉草酮评价褒贬不一。因此,本文的主要目的是明确二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸对水稻田杂草生物活性以及对水稻安全性的差异,为二氯喹啉草酮田间推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻:粳稻‘淮稻5号’和籼稻‘湘两优900’,均由江苏省农业科学院提供。供试杂草种子来源见表1。

表1 供试杂草信息1)

供试药剂:20%二氯喹啉草酮可分散油悬浮剂,定远县嘉禾植物保护剂有限责任公司;25%二氯喹啉酸悬浮剂,河南瀚斯作物保护有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1供试杂草和水稻的培养

参照Fang等室内整株生物测定法[16],将土和肥按2∶1比例混合均匀后,装入规格为边长7 cm且底部打孔的小白盒中,底部吸水至土壤水分饱和,然后分别在不同的小白盒中播种20粒杂草种子及10粒水稻种子,并覆盖1～2 cm的细土,保持土壤湿润,置于温室中培养(昼夜温度30℃/25℃,光照为自然光照),待杂草和水稻长到1叶期,进行间苗定株,保证植株密度及大小一致,在杂草3～4叶期、水稻1.5叶期及水稻3.5叶期分别进行茎叶喷雾处理。

1.2.2二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸室内除草生物活性测定

准确称取一定量的药剂,采用倍量稀释法设定5～6个剂量,二氯喹啉草酮和二氯喹啉酸有效剂量(下同)设为0、37.5、75、150、300、600 g/hm2。采用农业部南京农业机械化研究所生产的3WP-2000型行走式生测喷雾塔进行喷雾(主轴转动速度96 mm/r,喷雾高度300 mm,喷头有效喷幅350 mm,喷头流量390 mL/min,行走距离1 340 mm,喷雾面积0.469 m2,喷液压力为0.3 MPa),将供试植株的塑料盆钵置于喷雾塔中,喷头匀速前进,使药液均匀分布在供试植株上,待药液完全被植株吸收后,将供试植株置于温室中培养,药剂处理20 d后,剪取并测定杂草地上部分鲜重,计算杂草地上部分鲜重抑制率。采用SPSS 20统计软件求出抑制杂草地上部分鲜重90%的剂量(GR90)。

鲜重抑制率=[(对照杂草鲜重-处理杂草鲜重)/对照杂草鲜重]×100%。

1.2.3二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸在水稻和稗草间的选择性指数

待水稻长到1.5、3.5叶期时进行茎叶处理,二氯喹啉草酮和二氯喹啉酸有效剂量设为0、37.5、75、150、300、600 g/hm2。药后20 d测定水稻地上部分鲜重,计算水稻地上部分鲜重抑制率,利用SPSS 20统计软件求出抑制水稻地上部分鲜重10%的剂量(GR10)。

以统计分析所得的抑制水稻地上部分鲜重10%的剂量(GR10)和抑制杂草地上部分鲜重90%的剂量(GR90),计算二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸在水稻和杂草之间的选择性指数(Z)[17]。

Z=抑制水稻生长10%的剂量(GR10)/抑制杂草生长90%的剂量(GR90);

以选择性指数(Z)的大小来确定二氯喹啉草酮和二氯喹啉酸对水稻的安全性。当Z<2表示对作物不安全;当2≤Z≤4表示对作物相对安全;当Z>4表示对作物安全[17]。

1.3 数据分析

药后20 d测定杂草和水稻地上部分鲜重,每处理4次重复,试验重复3次。采用SPSS 20统计软件进行回归分析和配对样本t测验,计算GR10、GR90,并对药剂处理的鲜重之间进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸对水稻田主要杂草的生物活性

从表2可知,当二氯喹啉草酮和二氯喹啉酸有效剂量为600 g/hm2时,两种除草剂对稗、无芒稗、硬稃稗Echinochloaglabrescens、西来稗Echinochloacrus-gallivar.zelayensis、鳢肠的鲜重抑制率均高于94%,其GR90为107.35～558.58 g/hm2;对马唐和耳叶水苋Ammanniaauriculata的鲜重抑制率低于85%,对抗二氯喹啉酸西来稗和千金子Leptochloachinensis的鲜重抑制率低于50%;不同的是二氯喹啉草酮对丁香蓼Ludwigiaprostrata和异型莎草的鲜重抑制率分别为92.17%、94.33%,均显著高于二氯喹啉酸(83.64%,85.57%)。

表2 二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸对水稻田主要杂草的生物活性1)

2.2 二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸对水稻的安全性

据目测,在水稻1.5叶期,两种除草剂处理后7 d,水稻表现出相似受害症状,水稻叶片黄化,株高明显受到抑制。药后20 d,二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸对1.5叶期粳稻(‘淮稻5号’)、籼稻(‘湘两优900’)和稗草选择指数为2.53～3.58,对1.5叶期水稻安全性差(表3、5、6)。

表3 二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸对1.5叶期水稻和稗草的鲜重和鲜重抑制率1)

药后20 d,二氯喹啉草酮600 g/hm2处理对3.5叶期粳稻(‘淮稻5号’)和籼稻(‘湘两优900’)的鲜重抑制率分别为4.72%和3.71%,各处理水稻鲜重与对照组无显著性差异,在水稻和稗草之间选择性指数大于4,对两种水稻均安全。二氯喹啉酸对两种类型水稻(‘淮稻5号’‘湘两优900’)和稗草之间的选择性指数分别为4.04和7.97,对两种水稻均安全(表4、5、6)。

表4 二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸对3.5叶期水稻和稗草的鲜重及鲜重抑制率1)

表5 不同时期施用二氯喹啉草酮和二氯喹啉酸对稗草的生物活性

表6 二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸在水稻与稗草间的选择性指数

3 结论与讨论

近年来水稻田的杂草危害呈加重趋势,对水稻生产造成严重威胁,因此水稻田杂草的化学防控越来越受重视[1]。二氯喹啉草酮是水稻新型除草剂[11],基于二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸的结构相似性,对比研究两种除草剂的生物活性,本研究发现二氯喹啉草酮600 g/hm2处理对稗属Echinochloaspp.杂草具有高抑制作用,对千金子抑制作用差,这与孙文忠等[18]研究发现二氯喹啉草酮田间喷施750 g/hm2, 药后20 d对稗草和千金子的鲜重防效分别为94.34%和34.08%的结果一致。二氯喹啉草酮对鳢肠、丁香蓼、异型莎草具有高的抑制作用,这与王红春等[10]报道的二氯喹啉草酮对部分阔叶类和莎草科杂草活性高的研究结果一致。本研究还发现在有效剂量为600 g/hm2时,二氯喹啉草酮对丁香蓼、异型莎草的生物活性高于二氯喹啉酸,初步推断二氯喹啉草酮可以用于防除水稻田部分阔叶类和莎草科杂草。在推荐剂量下,二氯喹啉草酮对抗二氯喹啉酸的西来稗抑制作用较差,可能是与二氯喹啉酸产生了不同程度的交互抗性,其交互抗性机理有待于进一步研究。

‘淮稻5号’和‘湘两优900’ 是长江流域播种面积较大的水稻品种[19-20],也分别是粳稻和籼稻的代表品种,因此本试验选择这两个品种进行安全性评价。研究发现二氯喹啉草酮和二氯喹啉酸对1.5叶期水稻安全性差,选择性指数均小于4,所以两种除草剂不宜在水稻低龄叶期使用。对于相同叶期水稻,二氯喹啉草酮对粳稻的GR10大于籼稻,说明二氯喹啉草酮对不同类型水稻安全性为:粳稻>籼稻。据观察水稻喷施二氯喹啉草酮后的症状与喷施二氯喹啉酸相似,前期水稻出现新叶黄化、株高受到抑制,但随着施药叶期增大,植株逐渐恢复叶色及株高[21-22]。这种相似的症状可能是由于二氯喹啉草酮与二氯喹啉酸有相同的喹啉环结构。据了解二氯喹啉草酮的田间推荐剂量和药剂成本均高于二氯喹啉酸[23-24],这些增加了二氯喹啉草酮在水稻田推广的难度,也是二氯喹啉草酮田间应用面积小的重要原因。本研究是在温室进行盆栽试验模拟大田情况,后续拟通过田间试验加以验证。

综上所述,本着高效、安全、经济的原则,不推荐二氯喹啉草酮用于防除水稻田禾本科杂草,仅对部分阔叶类和莎草科杂草发生严重的稻田,二氯喹啉草酮可以作为补充除草剂。