油菜田的杂草发生特点及其防治研究概况

俞琦英,周伟军

(1.浙江省种子总站,浙江 杭州 310020;2.浙江大学,浙江 杭州 310029)

油菜是我国重要的食用油和蛋白饲料来源,居5大油料作物之首,具有适应性强、用途广、经济价值高等特点[1]。自改革开放以来,我国油菜生产发展势头迅猛,20世纪 90年代年平均种植面积已达到 625万 hm2,油菜籽年总产量超过1 200万t[2-3]。油菜种植面积占全国油料作物总面积的40%以上,其产量占全国油料作物总产量的 30%以上,菜籽油占全国食用油总量的 30%～40%[4]。近年来,随着我国产业结构的调整和高产优质油菜品种的不断育成,油菜产业面临着前所未有的发展机遇。浙江省油菜产业也有很大的回升及发展空间。

然而,我国各地油菜田杂草种类较多,对油菜的生产危害程度较严重。20世纪初,全国农田杂草考察组对长江流域的冬油菜杂草危害进行了详细的考察,结果发现草害面积达到油菜种植面积的46.9%,其中云南冬油菜草害面积超过油菜种植总面积的 60%[1,5]。杂草危害极大地影响了油菜的产量、品质以及油菜种植的经济效益。油菜生长会因杂草对水、肥、气、热、光的竞争导致营养生长受抑制,从而在生殖生长阶段因养分积累不足而导致其开花和结实率降低,产量损失严重[6]。同时,杂草还可以作为油菜害虫和病菌的宿主,增加了病虫害感染的概率,从而加重了油菜病虫害的发生[1]。此外,随着各种类型除草剂的大面积推广和使用,越来越多的杂草种类除草剂产生了不同程度的抗性。据统计,杂草危害一般可使油菜籽产量下降 15%,严重的甚至减产 50%以上[7-8]。因此,了解油菜种植地区的杂草群落特征、种群动态、发生规律,建立更加合理的杂草防除措施,提出正确的应对策略对油菜种植区域的杂草防治、增加油菜生产的经济效益具有十分重要的指导意义。

1 油菜田杂草种类及其发生规律

及时把握杂草防除的关键期,可为确定适宜的除草时期、除草次数及除草剂喷施剂量等提供合理的参考依据[9-10]。

1.1 油菜田杂草种类

我国冬油菜主产区的杂草有:稗草、牛繁缕、看麦娘、千金子、猪殃殃、小飞蓬、棒头草、繁缕、碎米荠、稻槎菜、播娘蒿、大巢菜、波斯婆婆纳、硬草、雀舌草、早熟禾等。春油菜主产区的杂草主要有:遏蓝菜、小藜、野燕麦、苍耳、灰绿藜、苣荬菜、小蓟、苘麻、反枝苋、凹头苋、萹蓄等[5,10]。因栽培耕法的改变、生态条件的变化、以及不同除草剂的交替使用等缘故,部分油菜种植区的优势杂草也发生了相应的变化[11]。

根据油菜田间的草相,杂草类型大致可分为:(1)以禾本科杂草为主,主要是看麦娘等;(2)以阔叶杂草为主,主要是猪殃殃、牛繁缕、荠菜等;(3)禾本科与阔叶草混生,主要是猪殃殃、牛繁缕和看麦娘等混生[12-14]。根据赵永根等[15]监测发现,油菜田间具体草相组成比例在年度间也会表现出一定的差异。

1.2 油菜田杂草发生规律

油菜田杂草的出土时间和数量与油菜种植时的气候条件、土壤环境等自然因素以及与栽培管理、人为防治等人为因素密切相关。一般来说,多雨、高湿条件下杂草发生相对较严重;而油菜移栽后气候干燥、土壤湿度低,则杂草发生相对程度较轻。通常油菜整地移栽后 3～5 d杂草开始出苗,10月下旬至 12月上旬为冬前出苗高峰,这批杂草出苗量约占油菜全生育期杂草的 70%～80%,是造成杂草危害的主体,对油菜生长和产量影响最大[5]。12月至翌年 2月上旬为杂草越冬期,2月中旬至 3月上旬为杂草春季出苗高峰,这批杂草数量较少,且由于冬油菜此时营养体已较大,杂草的竞争能力较小,因此对油菜产量的影响也相对较小[2,9,12]。据赵永根等[15]报道,不同茬口油菜田杂草草相及发生量都表现出不同的特点,棉花和大豆作为前茬口的油菜田杂草危害显著重于花生和甘薯作为前茬口的油菜田,可能是因为花生和甘薯在收获时进行过动土耕翻,杂草不宜生长,其后茬油菜田内杂草因此发生较轻。

2 油菜田的杂草防除方法

油菜田杂草防除当前采取化学防除为主,还有(1)农作防除;(2)综合防除;(3)转基因抗除草剂油菜的开发和应用;(4)理化诱变抗除草剂突变体的筛选和研究。

2.1 农作防除

2.1.1 轮作换茬

合理安排茬口布局,实行多种形式的轮作换茬。生态环境和耕作方式的改变会导致杂草群落发生相应的变化,如牛繁缕等双子叶植物是油菜田中较难防除的杂草,可采取油菜和大小麦轮作的方式来防除[16]。此外,还可进行水旱轮作,使喜旱杂草种子在潮湿土壤中因生境不适而减少,从而降低其危害。同样,也可将水田改为旱田,使喜湿杂草种子在干旱条件下大量死亡[1]。

2.1.2 合理密植、培育壮苗

推广育苗移栽,有效减轻草害。进行合理密植和加强栽培管理,能有效增强油菜抗逆力,达到以苗压草的目的[5]。采用育苗移栽的方式,等到杂草出土后,油菜苗已长高到 20 cm左右,杂草为害较轻[16]。另外提倡使用高温堆肥,杀灭杂草种子,培育壮苗。

2.1.3 中耕培土及机械深耕

尤其在冬油菜越冬期间和油菜移栽后杂草发生期,对油菜行间土壤适时进行中耕培土,加强中后期人工锄草,可大幅度减少田间杂草的生长,减轻杂草的危害[17-18]。对油菜田进行一次深翻耕,将土表的杂草种子翻入下层土壤,刻意减少杂草的出土数量[1]。机械除草效率高、灭草快,对环境没有污染[19],对土壤微生物的活动及对覆盖残余的薄膜等塑料降解都有很好的效果[20]。

2.2 化学防除

2.2.1 播前土壤处理

如氟乐灵等一般用于直播油菜播前土壤处理。氟乐灵对看麦娘、稗草等禾本科杂草和部分阔叶杂草 (如牛繁缕、雀街道舌草等)有较好的防除效果。此类除草剂只对刚萌发的杂草幼苗有效,对已出土的幼苗防除效果差,因此不适宜在杂草长大后喷施[21-22]。

2.2.2 芽前或移栽前土壤处理

对于移栽油菜,在油菜移栽前用草甘膦等灭生性除草剂进行田间喷雾,可灭除田间已出土杂草,如乙草胺、敌草胺等酰胺类除草剂。乙草胺主要用于防除油菜田看麦娘、稗草等禾本科杂草,也可防除牛繁缕等部分阔叶双子叶杂草。乙草胺为芽前除草剂,对开始萌动的杂草防除效果好,对已经出土的杂草防除效果下降,因此须适期用药,防除看麦娘应在 1叶之前[23]。在油菜移栽前 1 d,施用胺苯磺隆有效成分 20～30 g·hm-2,对水 600～750 kg·hm-2,对油菜田看麦娘、牛繁缕、繁缕、大巢菜、泥胡菜、猪殃殃、碎米荠均有良好的防除效果[1]。

2.2.3 苗后茎叶喷施除草剂

当田间阔叶类杂草如猪殃殃、婆婆纳或卷耳居多,而且油菜为甘蓝型,可选择专杀阔叶类杂草的除草剂,如草除灵;当田间以禾本科杂草如早熟禾和棒头草为主时,可选择专杀禾本科杂草的除草剂,如吡氟禾草灵等。当田间以阔叶类杂草和禾本科杂草均有相当程度发生时,可两药混用[1]。

2.3 综合防除

2.3.1 实行油菜与大小麦轮茬和除草剂的交替复配使用

一直以来,油菜田除草剂能同时防除单子叶和双子叶杂草的效果有限,一般对禾本科杂草防除效果较好的除草剂对阔叶杂草防除效果却较差[13]。如油菜田除草剂盖草能等对禾本科杂草有较好的防除效果,但对阔叶杂草防除效果较差。使用该类除草剂可有效减少下一代油菜田中的禾本科杂草种子来源,在油菜种植下一茬的作物中禾本科杂草也将显著地减少[5]。前茬为油菜的大小麦田中优势草种多为阔叶杂草,如使用苯甲合剂等除草剂,既可有效防除麦田的阔叶杂草又可为下茬轮作的油菜减少田间阔叶杂草的种子来源,最终将形成良性循环。有研究表明,实行油菜、水稻、麦类作物轮茬及交替使用不同类型除草剂,可以明显减少主要草种且对顽固型杂草有较好的控制作用。上述方法可有效防除油菜田看麦娘和猪殃殃总草量的 80%～90%,同时又可调剂地力,改良土壤,促进各茬作物的增产[24]。

2.3.2 草情的监测在杂草防治工作中有重要作用

草情的监测是制定杂草防除的一个有效方法,它是选择除草剂种类及喷施时期、剂量等除草方案的基础[5]。对于杂草危害较轻的油菜田可用敌草胺、乙草胺、氟乐灵、杀草丹等除草剂作播前或播后苗前土壤处理;对草害较重的油菜田,则更适合采用茎叶喷施的处理办法,以看麦娘为主而猪殃殃较少的地块宜使用盖草能、精稳杀得、精禾草克等,在看麦娘与猪殃殃并重的地块则最好使用盖草能与高特克混剂。对于草情较重的地块,可以播种后覆盖稻草,能抑制杂草、提高地温和培肥地力[25]。此外,还要注意草龄的控制,草龄过大或过小都会影响防效,禾本科杂草在 3～5叶期防治较好,而阔叶杂草在 2～3叶期时喷施除草剂防效较好[26]。

2.4 转基因抗除草剂油菜的开发

随着基因工程技术的迅速发展,转基因技术越来越受到育种研究者们的青睐。近年来,世界上的农业育种专家们已育成了转基因抗除草剂的油菜品种。抗除草剂转基因油菜已在北美油菜生产中大量应用,较多的有抗草甘膦、抗草丁膦、抗咪唑啉酮、抗溴苯腈等类型[27]。目前,全球种植的转基因抗除草剂油菜占油菜种植总面积已由 2001年的11%上升到如今的 50%左右[1,28],为社会带来了较大的收益。李俊等[29]将外源基因定向插入甘蓝型油菜 C基因组中,获得了高抗除草剂甘蓝型油菜。顾宏辉[30]利用抗除草剂转基因油菜小孢子胚状体筛选获得了抗性植株。刘凡等[31]利用小孢子子叶胚状体和农杆菌共培养获得了抗除草剂转基因抗性植株。然而,抗除草剂转基因油菜存在一些风险如基因的漂移等,可能会破坏生物的多样性。与油菜亲缘相近的野生植物与油菜能够杂交,从而将油菜对除草剂的抗性基因转移于野生植物中,产生新的抗性杂草[28]。出于这些不确定性因素,许多国家都限制转基因油菜的大面积种植,这也使其发展受到了一定的约束,但其一些独特的优点仍然促使大批研究者在进行深入探索和中试研究。

2.5 理化诱变筛选抗除草剂突变体

相对抗除草剂转基因油菜的不确定因素,利用理化诱变技术筛选抗除草剂突变体得到了研究者们的普遍认可。非转基因抗除草剂油菜的选育和生产不存在抗性基因的不确定性和基因漂流的风险。因此,有许多研究机构利用此技术对油菜种子进行物理和化学等多种诱变处理方法或者对油菜子叶、下胚轴和小孢子进行离体诱变处理,创造出非转基因抗除草剂油菜新材料,其抗病性达高抗水平,产量与对照相当,芥酸、硫甙等达到国家 “双低”油菜审定标准。Swanson等[32]对刚分离的甘蓝型油菜小孢子进行辐射诱导后,立即在含有 3 mg·L-1磺酰脲的培养液中培养,所得胚状体先在萌发培养基上培养 5 d,再在含有 5 mg·L-1磺酰脲培养基中选择培养获得了抗磺酰脲除草剂的突变体。Polsoni等[33]直接将成熟的小孢子胚状体在含有除草剂的培养基中筛选、萌发,用 0.25 mmol·L-1草甘膦筛选得到了抗草甘膦突变体。Xu等[34]通过甘蓝型油菜小孢子培养,将大量小孢子胚状体放入含有草甘膦和盖草能除草剂的培养基中通过筛选也获得了抗除草剂油菜突变体。这对于选育更多类型的非转基因抗除草剂油菜具有十分重要的借鉴意义。

3 问题和展望

综上所述,在众多杂草防除途径中,化学防除是油菜生产过程中的一项较为有效的技术措施,但目前存在的主要问题是能有效防除阔叶杂草的除草剂种类较少[5]。在苗前及苗后早期的土壤处理中仅有极少量的除草剂品种,并且在油菜 3叶期前用药量过高会造成油菜抽苔后分枝结荚少,造成减产[6]。胺苯磺隆在油菜田用药量过高对后茬水稻生长也有严重影响,造成秧苗枯黄,甚至死苗,造成减产。在苗后的茎叶处理剂中,草除灵对直播油菜 2～3叶期过早使用或低温天气施药也较易产生药害[2]。并且长期、广泛、大量使用化学除草剂如高效盖草能、精喹禾灵、乙草胺会给当地杂草群落施加了很大的选择压力,影响杂草的微观进化,致使杂草抗药性生物型不断产生,造成阔叶杂草种群密度和危害上升,使油菜的产量和质量受到较大的影响[13,35-37]。因此,这需要加强基层农技推广部门对农户如何更加合理有效使用除草剂进行耐心的宣传和指导,比如如何实行油菜、大小麦轮茬栽培以及除草剂的二元或多元复配使用就是一个很好的防除途径[38]。

此外,掌握合理、科学的施药时期也很重要。一般情况下,苗龄越小的植株和越幼嫩的组织部位对除草剂越敏感[39]:油菜萌芽至 2叶期最为敏感;2叶期以后耐药能力提高;4叶期以后耐药性较强[5,14]。大多数除草剂的药害问题及其残留物对轮作中后茬敏感性作物的安全问题需要特别引起重视[6,14]。在杂草防除过程中,农户更愿意使用成本低、持效期相对较长的药剂,但这也将导致后茬药害的风险随之升高。活性高、持效长的油菜田除草剂胺苯磺隆对甘蓝型油菜相对安全,但正因为其代谢周期较长,使油菜的后茬作物水稻存在较高的药害风险[5]。有研究结果表明,露白直播稻对胺苯磺隆敏感,而移栽稻的耐药性比直播稻高出近10倍。

从上不难推出,将农业防除和化学防除相结合将是降低杂草危害的方法。只有建立更加优越的杂草综合防治体系才能弥补农业防除和化学防除的不足,这也将是未来杂草防除合理优化的主要发展方向。此外,急需开展对新型高效油菜田除草剂的创制研究[40],包括转基因和非转基因抗除草剂油菜的开发和应用。做到既能达到防除杂草、又对作物安全的双赢模式,同时也使所用除草剂对环境污染的危害降低到最低程度。因此,如何更加科学合理地安排利用已有的防除措施和创制新的抗除草剂油菜品种值得我们进一步地深入研究和探索。

[1] 赵延存,娄远来.长江下游地区油菜田杂草发生规律和综合防治 [J].杂草科学,2004(3):15-17.

[2] 冯维卓,吴建良.我国南方主要作物田的化学除草 [J].农药,2000,39(11):1-7.

[3] 傅廷栋,周永明.油菜遗传改良与生物柴油 [J].云南农业大学学报,2006,21(增刊):25-28.

[4] 张国平,周伟军.作物栽培学 [M].杭州:浙江大学出版社,2001.

[5] 张帆.丙酯草醚胁迫下油菜与大麦耐性机制及其生理信息的光谱模型构建 [D].杭州:浙江大学博士学位论文,2009.

[6] 张文芳.5-氨基乙酰丙酸对丙酯草醚胁迫下油菜和牛繁缕幼苗生长的影响及其调控机理 [D].杭州:浙江大学博士学位论文,2008.

[7] Zhou W J,Yoneyama K,Takeuchi Y,et al.In vitro infection of host roots by differentiated calli of the parasitic plant Orobanche[J].Journal of Experimental and Botany,2004,55:899-907.

[8] Song W J,Zhou W J,Jin Z L,et al.Germination response of Orobanche seeds subjected to conditioning temperature,water potential and growth regulator treatments[J].Weed Research,2005,45:467-476.

[9] 储全元,余龙生,肖满开,等.油菜田杂草发生规律与化学防除技术 [J].安徽农业科学,2006,34(6):4075-4076.

[10] 薛锦香.油菜田杂草发生规律及防除对策 [J].上海农业科技,2007(1):101

[11] 何翠娟,周伟军,金燕.上海市麦田杂草的发生、危害现状和防治对策 [J].上海交通大学学报:农业科学版,2004,22(4):393-399.

[12] 顾品强,汪祖国,王桂云.上海地区油菜田不同年型杂草种群发生规律及判别分析 [J].中国油料作物学报,2003,25(1):59-62.

[13] 张宏军,贾富勤,张佳,等.杂草对灭生性除草剂百草枯的抗性问题 [J].农药科学管理,2003,24(12):26-29.

[14] 陆晓峰,张红玲,张维根.油菜田杂草发生与防除技术研究[J].上海农业科技,2006(1):125-126.

[15] 赵永根,卞觉时,蔡良华.海门市油菜田杂草发生特点与防除技术 [J].杂草科学,2008(2):42-43.

[16] 钱帮友,凌代芬,潘世义,等.油菜田杂草防除技术 [J].安徽农学通报,2006,12(1):52-53.

[17] 张桂生.油菜田杂草综合防除技术 [J].安徽农业,2000(12):16.

[18] 白瑞贤,杜文建,袁亚章,等.连续免耕秸秆覆盖稻、麦(油)集约化高效栽培 [J].湖北农业科学,2002(2):21-22.

[19] 赵春英,赵德岩.春油菜田杂草的防除技术 [J].农业与技术,2005,25(1):148-149.

[20] Subrahmaniyan K,Zhou W J.Soil temperature associated with degradable,non-degradable plastic and organic mulches and their effect on biomass production,enzyme activities and seed yield of winter rapeseed(Brassica napus L.)[J].Journal of Sustainable Agriculture,2008,32(4):611-627.

[21] 张殿京,陈仁霖.农田杂草化学防除大全 [M].上海:上海科学技术文献出版社,1991:812-814.

[22] 吴春,傅关英,陶国才.直播油菜田化学除草 [J].上海农业科技,2001(5):63-65.

[23] 沈国强,周国军,施彩仙,等.10%丙草醚乳油防除移栽油菜田杂草试验 [J].浙江农业科学,2002(1):33-34.

[24] 刘兴旺,董丰明.防除油菜田和麦田杂草的几种除草剂[J].四川农业科技,2007(8):46.

[25] 王月星,周伟军,吴美娟,等.稻茬免耕直播油菜覆盖稻草栽培技术研究 [J].中国农学通报,2006,22(7):209-211.

[26] 胡林军.油菜田杂草综合管理技术的初步探讨 [J].杂草科学,1999(2):37-39.

[27] Senior I J,Dale P J.Herbicide-tolerant crops in agriculture:Oilseed rape as a casestudy[J].Plant Breeding,2002,121:97-107.

[28] 浦惠明.转基因抗除草剂油菜及其生态安全 [J].中国油料作物学报,2003,25(2):89-92.

[29] 李俊,方小平,王转,等.外源基因定向插入甘蓝型油菜 C基因组 [J].科学通报,2006,51(12):1406-1412.

[30] 顾宏辉.若干芸苔属植物高效胚胎发生和植株再生的研究[D].杭州:浙江大学博士学位论文,2003.

[31] 刘凡,姚磊,李岩,等.利用大白菜小孢子胚状体获得抗除草剂转基因植株 [J].华北农学报,1998,13(4):93-98.

[32] Swanson E B,Coumans MP,Brown JD.The characterization of herbicide tolerant plants in Brassica napus L.after in vitro selection of microspores and protoplasts[J].Plant Cell Reports,1988(7):83-87.

[33] Polsoni L,Kott L S,Beversdorf W D.Large scale microspore culture technique for mutation selection studies in Brassica napus L[J].Canadian Journal of Botany,1988,66:1681-1685.

[34] Xu L,Zhang G Q,Gu H H,et al.In vitro selection of herbicide resistance in microspore-derived embryos of oilseed rape(Brassica napus L.)[J].Chinese Journal of Agricultural Biotechnology,2006,3(1):33-38.

[35] 郭青云.青海春油菜田杂草化学防除技术 [J].青海大学学报:自然科学版,2002,20(1):31-33.

[36] 王信群.油菜田杂草看麦娘对不同除草剂交互抗性的监测[J].安徽农业科学,2004(1):41.

[37] 苏少泉.我国东北地区除草剂使用及问题 [J].农药,2004,43(2):53-55.

[38] 张人君,何锦豪,郑晋元,等.浙江省麦田和油菜田杂草发生种类及危害 [J].浙江农业学报,2000,12(6):308-316.

[39] Shim S I,Lee B M,Ryu E I,et al.Response of leaf acetolactate synthase from different leaf positions and seedling ages to sulfonylurea herbicide[J].Pesticide Biochemistry Physiology,2003,75:39-46.

[40] Zhang W F,Zhang F,Raziuddin R,et al.Effects of 5-aminolevulinic acid on oilseed rape seedling growth under herbicide toxicity stress[J].Journal of Plant Growth Regulation,2008,27(2):159-169.