花椒地绿肥生态控草技术

江秋菊, 陈 军, 杨凤飞, 祝晓云, 邱宁宏, 邵昌余

(1.遵义职业技术学院,贵州遵义 563006; 2.遵义市种植业发展服务中心,贵州遵义 563006; 3.贵州省植保植检站,贵州贵阳 550001)

花椒树是重要的生态经济兼用树种,花椒产业是贵州省遵义市大力发展的特色农业产业之一。2019年以来,遵义市花椒栽种面积达110万亩(1 hm2=15亩)[1]。遵义气候温暖湿热,花椒地杂草生长旺盛,杂草与花椒争光、争水和争肥,部分杂草也是花椒树病虫害的中间寄主,严重影响花椒的生长[2],成为制约花椒产业健康发展的因素之一。农业生产中,花椒地主要杂草防治方法包括化学防治和人工割除,人工除草耗工、耗资且控草时间较短[3];药剂防治增加土壤污染风险,且会随着杂草逐渐产生抗药性,草害问题难以得到有效解决[4-6]。因此,研究环境友好、经济实用的花椒园杂草生态控制方法,对花椒产业的可持续发展具有十分重要的意义[7]。为践行习近平生态文明思想,牢固树立绿水青山就是金山银山的理念,坚持生态优先、绿色高质量发展,有必要探索花椒地生态控草技术,集成组装适合当地的生态控草技术模式,促进椒农增收增效。绿肥作为常见的生物有机肥料,可为土壤提供丰富的有机养分,从而提升地力[8]。研究表明,通过绿肥控草实现以草控草是一种高效经济安全的绿色生态控草方法[9-12]。目前,国内已有关于绿肥在茶园、果园对杂草控制方面的研究报道[13-17],洪春桃等筛选出黑麦草、紫花苜蓿和三叶草作为宁波地区苗圃地控草植物[13]。孙永明等通过比较几种不同控草措施的效果,认为绿肥对茶园杂草有一定的控制效果[14]。绿肥类型多样,不同草种对杂草有不同的防除效果,筛选出适宜花椒地的杂草控草绿肥种类对花椒地草害的防控具有重要意义。本研究通过种植不同种类绿肥,探讨不同种类绿肥对花椒地杂草的抑制效果,为花椒地生态控草提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

花椒试验地位于贵州省遵义市红花岗区中桥街道姚家寨花椒基地(107°2′51″E,27°42′53″N,海拔887 m),供试花椒树品种为当地红花椒,树龄为3年,长势相近,行株距2.5 m×2.0 m,平均株高1.5 m。供试土壤为黄壤,碱解氮含量73.50 mg/kg,速效磷含量31.09 mg/kg,速效钾含量98.00 mg/kg,有机质含量24.1 g/kg,肥力中等;pH值为6.87,中性土壤。

1.2 试验方法

1.2.1 试验处理及设计 采用完全随机设计,以花椒地自然生草为对照(CK),设置行间播种不同绿肥,供试绿肥种类6种:野豌豆(T1)、箭筈豌豆(T2)、绛三叶(T3)、紫云英(T4)、紫花苜蓿(T5)、鼠茅草(T6)(表1)。每个处理行间播种面积 30 m2,3个重复,绿肥播种前采用人工浅翻,深度20 cm,于2020年10月18日进行播种。为确保种子撒播均匀,撒播时用细沙5 kg/667 m2与种子拌匀在行间均匀撒播,撒播时距离树干0.5 m。

第2年杂草防治验证试验设计采用完全随机设计,以花椒地自然生草为对照(CK),选择第1年防控效果较好的野豌豆和鼠茅草绿肥,设置每个处理播种面积30 m2,重复3次,于2021年10月22日进行播种,播种方式和播种量与第1年相同。

表1 不同种类绿肥播种量Table 1 Sowing rate of different types of green manure plants

1.2.2 数据采集及记录

1.2.2.1 绿肥生长情况记录 分别于播种后49、96、148、183、211 d监测绿肥的生长情况,每小区随机选取5个点,每点设置小样方(50 cm×50 cm),样方内随机选择5株绿肥,先测定其田间高度,以平均值作为群体群落高度,再取完整的绿肥植株带回实验室,分别测定记录其植株高度、根系长度、植株鲜重,分别以平均值作为其株高、根长、株重。

1.2.2.2 杂草生产情况记录 (1)杂草种类及数量。于2021年3月14日(播种后148 d)、2021年6月20日(播种后240 d)展开调查,验证试验于2022年5月7日(播种后188 d)、2022年7月4日(播种后246 d)展开调查,每小区随机3点取样,采用0.25 m2小样方(50 cm×50 cm),现场观察记载杂草种类及每类杂草个体数量。(2)杂草密度(株/m2)。杂草密度采用样方内某种杂草的个体数量(株丛数)除以样方面积计算。(3)鲜重(g/m2)。样方内杂草连根拔出带回实验室,尽量选择根系完整的植株称量鲜草重,再除以样方面积进行计算。

1.2.2.3 杂草相对防效 各处理区相对于对照处理区的田间杂草抑制效果。

相对株防效=(对照区单位面积株数-处理区单位面积株数)/对照区单位面积株数×100%;

相对鲜重防效=(对照区单位面积鲜重-处理区单位面积鲜重)/对照区单位面积鲜重×100%[18]。

1.2.2.4 土壤样品采集与测定 于2022年8月10日取深度为0～20 cm土壤进行理化性质测定,其中,用酸度计法测定土壤pH值,碱解扩散法测定碱解氮含量,0.5 mol/L碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法测定有效磷含量,1 mol/L醋酸铵浸提-火焰光度法测定速效钾含量,重铬酸钾容量-外加热法测定有机质含量[19]。

1.2.2.5 花椒产量测定 于2022年8月10日收取果实,现场采取单株的花椒,称取果重,记录产量,并计算均值。

1.3 统计分析

采用Excel 2019进行数据处理和图表绘制,使用SPSS多重比较LSD法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 绿肥生长情况分析

绿肥的生长周期较长,均能达到211 d以上,但不同绿肥长势表现不同,211 d后群体高度均为最高,其中T1、T2、T6显著高于其他处理,分别为47.27、48.84、47.06 cm;T1、T3、T4株重在183 d达到最大,T2、T5、T6在211 d达最大,株重表现为T2、T1最重。株高表现趋势与群体高度一致,211 d 后株高最高,表现为T1、T2最高,显著高于其余处理;根系长度随时间延长逐渐增长,表现为前期(49 d)生长较快,中期(49～148 d)根系生长较稳定,后期148 d后根长最长为T5处理,最短为T6处理。以上结果表明,不同绿肥植株株重、株高、根长长势不同,野豌豆、箭筈豌豆株重高于其余绿肥,可达35～55 g/株,野豌豆株重在183 d后呈下降趋势。不同绿肥地下部分根系生长呈前期快,后期稳定的趋势;地上部分前期生长慢,后期生长快(图1)。

2.2 绿肥对杂草种类和数量的影响

由表2可知,花椒地春夏出现杂草23种,共14科;其中,菊科6种、十字花科3种,分别占杂草总种数的26%和13%。不同处理在不同季节的杂草种类不同。春季出现杂草种类9种,分别是繁缕、荠菜、婆婆纳、马兰、野艾蒿、附地菜、蔊菜、球序卷耳、碎米荠。与对照相比,不同绿肥种植地中的杂草种类数量均下降,下降比例为22.2%～66.7%,其中T6处理的杂草种类下降的比例最大,只出现3种杂草。夏季花椒地杂草种类较多,共出现17种,不同绿肥处理下,杂草种类占比下降29.4%～82.4%,绿肥处理对杂草种类的抑制作用明显,其中T1、T2和T6处理的杂草种类分别有3、3、4种,对杂草种类防控效果较好。

不同杂草密度在不同季节有明显差异(表2)。在春季,9类杂草中,繁缕密度表现为对照低于绿肥处理,荠菜、婆婆纳、蔊菜、球序卷耳、碎米荠密度均为对照大于绿肥处理。CK处理的荠菜、婆婆纳、球序卷耳密度相对较多,分别是756、420、312株/m2。绿肥处理芥菜密度表现为T1>T5>T3>T6>T4>T2,T2处理较对照下降85.2%;婆婆纳密度表现为T4>T2>T6>T3>T5>T1,T1处理较对照下降95.2%;球序卷耳密度表现为T2>T5>T3>T4>T6=T1,T1和T6处理未见该杂草生长。在夏季,杂草密度低于春季,CK处理的不同杂草密度为20～224株/m2,其中,繁缕密度最高。不同绿肥处理繁缕密度表现为T1>T3>CK>T4>T2=T5=T6,T2、T5和T6密度为0株/m2。

2.3 绿肥对杂草发生密度和鲜重的影响

不同处理杂草生长情况(表3)表明,夏季杂草密度显著低于春季,除T6处理夏季杂草鲜重低于春季外,其余处理夏季杂草鲜重显著高于春季;花椒地所有处理的杂草密度和鲜重均显著低于CK,表明绿肥生长期抑制杂草生长的效果明显;春季杂草密度表现为CK>T2>T5>T1>T3>T4>T6,T6最低,为712株/m2,杂草鲜重表现为CK>T5>T2>T6>T4>T3>T1,T1最低,为255 g/m2;夏季杂草密度表现为CK>T3>T1>T5>T4>T2>T6,T6最低,为132株/m2,杂草鲜重表现为CK>T4>T2>T1>T3>T5>T6,T6最低,为17 g/m2。

表2 不同处理的杂草种类和密度Table 2 Weed density and species of different treatments

表3 不同处理杂草生长指标Table 3 Growth indexes of weeds under different treatments

2.4 绿肥对杂草的防控效果

不同处理杂草防控效果(表4)表明,6个处理对杂草均有一定的防控效果。在春季,种植绿肥各处理相对株防效为21.2%～62.4%,相对鲜重防效62.9%～78.7%;在夏季,各处理相对株防效为17.1%～82.9%,相对鲜重防效为4.9%～99.1%。从相对鲜重防效的春夏增长变化看,除鼠茅草处理表现为夏季高于春季外,其余处理相对鲜重防效表现为春季高于夏季。综合表现T1、T5和T6处理杂草防控效果好,表明种植鼠茅草、野豌豆和紫花苜蓿能有效抑制花椒地杂草数量。

2.5 绿肥对杂草的防控效果验证

第2年野豌豆和鼠茅草杂草防控效果表明,花椒地绿肥处理杂草密度、杂草鲜重均显著低于对照处理,野豌豆和鼠茅草防控杂草的能力较好。5月,相对株防效分别为61.2%和61.1%,7月,相对株防效分别为49.9%和82.0%;5月相对鲜重防效分别78.7%和63.8%,7月相对鲜重防效分别为37.9%和86.8%(表5)。

表4 不同处理杂草防控效果Table 4 Effect of different treatments on weed control

表5 野豌豆和鼠茅草杂草防效验证Table 5 The verification of V. myuros and V. sepium on weeds control

2.6 绿肥对花椒地土壤肥力和花椒产量的影响

表6表明,各处理土壤pH值、速效磷含量、速效钾含量无显著差异;野豌豆处理下的土壤碱解氮含量显著高于鼠茅草和对照处理,鼠茅草和对照之间无显著差异;野豌豆和鼠茅草土壤有机质含量显著高于对照处理,野豌豆和鼠茅草处理间无显著变化。种植野豌豆和鼠茅草处理区花椒产量有一定增加。

表6 野豌豆和鼠茅草对土壤肥力和花椒产量的影响Table 6 Soil fertility and pepper yield under the treatments of wild pea and vulpia myuros

3 结论与讨论

3.1 不同绿肥不同季节对花椒地杂草有一定的控草效果

在春季,鼠茅草处理的花椒地杂草种类和数量均最少,杂草只有3种,数量712株/m2;野豌豆处理的花椒地杂草鲜重最低,为255 g/m2。野豌豆、鼠茅草绿肥在春季控草效果较好,这是由于春季这2种绿肥生长迅速,能有效覆盖地表,在与杂草的生长竞争中占据优势,从而减少了杂草生长种类、密度和鲜重,这与Osipitan等提出的覆盖作物生物量与杂草生物量呈负相关的观点[20]一致。在对照处理中,杂草种类最多,植物物种多样性更丰富,繁缕竞争优势并非最强,但是绿肥播种后快速萌发与生长,生态位上占据优势,大幅抑制多种杂草的发芽和生长,改变杂草的群落结构。由于繁缕繁殖力强,在各绿肥生长前期不能有效阻减繁缕发芽和生长,又由于繁缕喜温和湿润环境,所以在绿肥处理中春季繁缕发生量大,远大于对照。夏季,野豌豆防控效果有所下降,相对鲜重防效降至51.7%;这是因为野豌豆植株即将完成整个生育期,开始调萎死亡,野豌豆残体蓬松地覆盖地表,杂草拥有充足的光照和水分,因此快速生长,迅速形成优势,导致夏季杂草防控效果有所下降。箭筈豌豆、绛三叶、紫云英处理的花椒地表现出同样的趋势。夏季,鼠茅草防控杂草的能力呈上升趋势,相对株防效升至82.9%,相对鲜重防效升至99.1%。这是由于鼠茅草生育期较长,春末夏初还未完成整个生长生育时期,与杂草竞争,抑制杂草生长,特别是鼠茅草完成生育期凋萎死亡后,植株自然倒伏,紧密地匍匐地表,减少杂草需要的光照,从而实现较好的控草效果。夏季,紫花苜蓿防控能力较稳定,相对株防效和相对鲜重防效分别为67.2%和56.1%。紫花苜蓿作为多年生草本植物,根茎发达,生长期较长,夏季正处于生长旺盛时期,能有效遮蔽光照,控草能力较好,随着生育时期的延长,它高度可达1 m以上,直立生长,会给花椒生长和园区管理带来负面影响。第2年在验证鼠茅草和野豌豆的防草效果试验中,将观察期延至杂草生物量快速增加的5—7月,结果证明花椒地绿肥处理的杂草种类数、杂草密度、杂草鲜重均显著低于对照处理,野豌豆株防效和鲜重防效在5月好于7月,鼠茅草株防效和鲜重防效7月好于5月,试验结果证明野豌豆和鼠茅草均可作为花椒地防草理想栽培草种,鼠茅草的防控效果更佳,生产中可综合考虑杂草防控效果和成本进行综合推广应用。

3.2 绿肥种植有利于花椒地部分土壤养分的提升

种植野豌豆、鼠茅草1年后土壤有机质含量高于对照处理,种植野豌豆的碱解氮含量也高于对照处理,但种植鼠茅草的土壤pH值 、速效磷含量和速效钾含量的变化幅度较小。花椒地多年绿肥覆盖控草后对土壤肥力的提升效果还有待持续监测。

3.3 秋播绿肥能有效减少春夏季节杂草种类、密度和鲜重

不同绿肥与杂草的竞争力差异较大,Baraibar等提出选择适宜的覆盖作物种类,可以提高冬季覆盖作物对杂草的抑制作用[21]。6种绿肥中,鼠茅草、野豌豆和紫花苜蓿对杂草的防控效果较好。野豌豆作为豆科绿肥,生物量大,能活化更新花椒地土壤有机质,为花椒提供丰富的氮素营养;鼠茅草作为多年生绿肥,种子成本投入虽较高,但可免除3～5年的重复播种,减少劳动力成本。结合农事操作、防控效果和肥力提升等综合因素,鼠茅草、野豌豆可作为贵州省遵义地区种植3年以上花椒地的控草绿肥进行推广应用。播种时间9月下旬至10月上中旬,播种量分别为0.25 kg/667 m2和4 kg/667 m2;为保证种子分布均匀,播种时可掺混一定的比例细沙(5 kg/667 m2),拌匀撒播。野豌豆类绿肥长势高,会顺着花椒树攀援,可能对花椒生长有负面的影响,生长旺期可通过弋割等农艺措施进行调整。

3.4 生草栽培覆盖对改善土壤结构、促进养分循环等有积极作用

吕陇等在半干旱区进行覆盖种植时发现,三叶草栽培能够降低田间杂草的密度和鲜重[22]。Seefeldt等的研究表明,黑麦草覆盖种植能有效阻碍杂草生长[23]。本研究发现,花椒地不同绿肥覆盖种植均在一定程度上减少了杂草的种类、数量和鲜重,相对株防效为17.1%～82.9%,相对鲜重防效4.9%～99.1%,防控效果较好,这与付兴飞等的研究结论[24]相似。播种后,绿肥快速萌发与生长,占据优势,大幅抑制杂草的发芽和生长,降低杂草群落物种多样性。绿肥生长前期根系生长迅速,从土壤中吸收养分,进一步与杂草形成养分吸收竞争,实现对杂草的有效防控[25-26]。种植绿肥对土壤肥力有积极的影响,绿肥自然凋萎死亡后作为有机质归还于土壤,增加土壤有机质含量,改善土壤结构,对花椒增产会产生积极的作用。本研究种植绿肥未能明显提升花椒产量,其原因是该花椒树龄较小,产量还未达到丰产期,且只监测了种植绿肥1年的产量,作为多年生树种,产量还需持续监测。遵义地区生境类型复杂,不同生境条件下,种植绿肥对杂草的防控效应可能不同,因此,下一步将继续探索不同种植区域花椒生态控草技术研究。