玉米秸秆对4种农田杂草生长的抑制作用

张丽娟, 李凌绪, 周 斐, 万方浩,2, 罗小勇*

(1.青岛农业大学农学与植物保护学院, 山东省农作物病虫害综合防控重点实验室, 青岛 266109;2. 中国农业科学院植物保护研究所, 北京 100193)



玉米秸秆对4种农田杂草生长的抑制作用

张丽娟1, 李凌绪1, 周 斐1, 万方浩1,2, 罗小勇1*

(1.青岛农业大学农学与植物保护学院, 山东省农作物病虫害综合防控重点实验室, 青岛 266109;2. 中国农业科学院植物保护研究所, 北京 100193)

通过室内试验研究了玉米秸秆不同部位对鳢肠、反枝苋、马唐、稗等农田杂草幼苗生长的影响,并通过盆栽试验研究了玉米茎粉末对供试杂草的防治潜力。结果表明,玉米秸秆根、茎、叶均可显著抑制供试杂草胚根(种子根)的生长,但对供试杂草胚轴(胚芽鞘)生长的作用不一。在不同的部位中,以玉米茎的活性更高。盆栽试验结果表明,玉米茎粉末对供试杂草有较好的防治效果,用量为10 g/kg时对4种供试杂草的株高抑制率和鲜重防效均高于80%。

玉米秸秆; 农田杂草; 生长抑制

杂草作为重要的有害生物,在田间与农作物共生,通过争夺水分、养分、阳光、空间等影响作物的生长,导致作物减产。据统计,每年因杂草危害造成农作物减产9.7%,全世界达2亿t,而中国因草害年损失农产品近40亿kg,通过杂草防除可挽回约90亿kg[1]。目前,防除农田杂草最有效的手段是化学除草,但长期大量使用化学除草剂容易增加环境压力、影响农田生态系统,并可能形成杂草抗药性。

我国农作物秸秆资源丰富,作物秸秆及其腐解产物既可通过释放营养元素及有机物起到肥田、提高地力的作用,又可通过释放化感物质促进或抑制植物生长,有助于防除农田杂草、解决作物连作障碍等问题,在农业生产上具有广阔的应用前景[2-5]。一些研究发现,玉米秸秆具有较强的化感作用,其水浸提液对荠菜、黄瓜、生菜、茄子等植物种子的发芽及幼苗生长均具有明显的抑制作用[6-7],还田覆盖可有效防控玉米田和水稻田杂草[8-9]。本文进一步研究了玉米秸秆不同部位对马唐、稗、鱧肠、反枝苋4种主要农田杂草生长的抑制作用,旨在进一步挖掘其除草潜力,为利用玉米秸秆防除农田杂草提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试杂草:禾本科杂草为马唐(Digitariasanguinalis)、稗(Echinochloacrusgalli),阔叶杂草为鳢肠(Ecliptaprostrata)、反枝苋(Amaranthusretroflexus),以上杂草的种子均采自山东省夏津县棉田。

供试植物材料:供试植物材料为夏玉米的秸秆,于玉米采收期采自即墨高盛农场,品种为‘泰玉14’。分别采集根、茎、叶,室内晾干,粉碎,过40目筛, 4℃下储存备用。

主要仪器:HP1000GS-B型全智能人工气候箱,武汉瑞华仪器设备公司;AR2140型万分之一电子天平,奥豪斯国际贸易(上海)有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 供试杂草的培养

取受试植物的种子,在0.2%次氯酸钠溶液中浸泡10 min,然后用去离子水冲洗5次,洗去残余的药液。将种子用纱布包裹,流水冲淋4 h供其吸水后,用去离子水冲洗数次并均匀置于预先铺设吸水纸的方盘(20 cm×30 cm)内,添加去离子水浸湿种子至不漂浮,加盖后置全智能人工气候箱(HP1000GS-B型,武汉瑞华仪器设备有限责任公司)内发芽。人工气候箱的设置条件为:14 h(25℃)和10 h(20℃)的自动循环,相对湿度为60%。待供试植物幼苗的胚根(种子根)达到3～5 mm时取出备用。

1.2.2 玉米不同部位粉末对杂草幼苗生长的影响

采用琼脂混粉法[10-11]。取玉米秸秆不同部位的粉末,加入到琼脂水溶液中,混匀,使其浓度为2.5、5、10 g/L,并分注至25 mL小烧杯中。琼脂的最终浓度为0.5%。待琼脂凝固后,将已发芽的供试杂草种子转入混有玉米秸秆粉末的琼脂中,每烧杯5粒,每杯为一个处理,每处理重复3次,以不加玉米秸秆粉末的琼脂水溶液为对照。而后将所有烧杯用锡纸封口并置于已消毒的小纸箱内,放入全智能人工气候箱(设置条件同上)中遮光培养。马唐、稗和反枝苋培养48 h后,鳢肠培养72 h后,测量杂草幼苗胚轴(胚芽鞘)和胚根(种子根)的长度,计算抑制率：

1.2.3 玉米茎粉末对杂草生长的盆栽试验

将取自青岛农业大学校园内的土壤自然风干,过20目筛,加入玉米茎粉末混匀,使其浓度分别为1.0、5、10.0 g/kg,装入直径为10 cm的花盆中。在花盆中分别播入已催芽露白的鳢肠和马唐种子各50粒,覆细土至刚好盖住杂草种子,采用底部自然吸水方式保持土壤湿润,置日光温室内培养,培养条件为白天25～35℃,夜间20～25℃,自然光照。每一盆作为一个处理,每处理重复3次,以不加玉米茎粉末为对照,播种后21 d观察记录杂草株高和地上部鲜重,计算株高抑制率及鲜重防效。

株高抑制率(%)=

鲜重抑制率(%)=

2 结果与分析

2.1 玉米不同部位粉末对杂草幼苗生长的影响

2.1.1 玉米根粉末对杂草幼苗生长的影响

玉米根粉末对供试杂草幼苗的生长具有一定的抑制作用(表1)。不同浓度的玉米根粉末均显著抑制了4种供试杂草胚根(种子根)的生长,抑制率分别为：鱧肠81.18%～91.40%、反枝苋74.20%～86.12%、马唐62.85%～91.19%和稗67.19%～89.76%,且呈现良好的剂量关系;但对供试杂草胚轴(胚芽鞘)生长的活性不一,在5 g/L和 10 g/L处理浓度下可显著抑制鳢肠胚轴的生长,抑制率达61.35%～72.85%,对反枝苋胚轴的生长仅在10 g/L时有比较明显的抑制作用,抑制率为52.65%。但对马唐和稗胚芽鞘的生长在各供试浓度下均无明显抑制作用。

2.1.2 玉米茎粉末对杂草幼苗生长的影响

玉米茎粉末对杂草幼苗生长的影响见表2。可见,不同浓度的玉米茎粉末对4种供试杂草的胚根(种子根)生长均表现出较强烈的抑制作用,抑制率达85%以上;但对供试杂草胚轴(胚芽鞘)生长的活性差异较大,在5 g/L和 10 g/L的高浓度下可比较明显地抑制鳢肠和反枝苋胚轴的生长,抑制率分别达40.72%～88.91%和48.87%～58.44%,而对马唐胚芽鞘生长的抑制率只有16.71%～30.27%。在各供试浓度时对稗胚芽鞘的生长无明显抑制作用。

表1 玉米根粉末对供试杂草幼苗生长的影响1)

1) 表中数据为3次重复平均值±标准误。每种杂草同行不同小写字母表示不同浓度处理之间在0.05水平上差异显著。下同。

Data in the table are mean ± standard error (n=3). Different lower letters in the same row for each weed indicate significant difference at 0.05 level. The same below.

表2 玉米茎粉末对供试杂草幼苗生长的影响

2.1.3 玉米叶粉末对杂草幼苗生长的影响

玉米叶粉末对杂草幼苗生长的影响(表3)与玉米根粉末相似。在不同浓度下对4种供试杂草的胚根(种子根)生长均表现出明显的抑制作用,抑制率分别为鱧肠69.88%～82.77%、反枝苋66.39%～81.49%、马唐58.06%～84.63%和稗64.31%～79.53%;但对供试杂草胚轴(胚芽鞘)生长的活性不一,浓度为5 g/L和 10 g/L时可明显抑制鳢肠和反枝苋胚轴的生长,抑制率均高于50%,而对马唐和稗胚芽鞘的生长却无明显抑制作用。

表3 玉米叶粉末对供试杂草幼苗生长的影响

综合来看,玉米根、茎、叶的粉末均可显著抑制供试杂草胚根(种子根)的生长,在较高浓度时对鳢肠和反枝苋的胚轴生长有一定抑制作用,但对马唐和稗的胚芽鞘生长活性很低;在不同的器官中,以玉米茎粉末的抑制活性更高。

2.2 玉米茎粉末对杂草生长影响的盆栽试验

为了验证玉米茎粉末对杂草的防治作用,进一步采用室内盆栽法测定了其对鳢肠、反枝苋、马唐和稗生长的影响(表4)。可见,当玉米茎粉末用量为5 g/kg时能显著抑制4种供试杂草的株高(均高于46%),且有较好的鲜重防效(均高于55%);随着玉米茎粉末用量的增加防效进一步提高,用量为10 g/kg时对4种供试杂草的株高抑制率和鲜重防效均高于80%。在4种供试杂草中,玉米茎粉末对反枝苋的效果最好,在用量为5 g/kg时株高抑制率和鲜重防效均高于92%。

表4 玉米茎粉末防治马唐等杂草的盆栽试验1)

1) 表中数据为3次重复平均值±标准误。每种杂草同列不同小写字母表示不同浓度处理之间在0.05水平上差异显著。

Data in the table are mean ± standard error (n=3). Different lower letters in the same column for each weed indicate significant difference at 0.05 level.

3 结论与讨论

玉米秸秆中含有DIMBOA(2,4-二羟基-7-甲氧基-1,4-苯并噁嗪-3-酮)等化感物质,具有防御杂草的重要作用[7,12-13]。玉米秸秆还田覆盖可有效降低农田杂草的密度和发生量[7,14],每公顷覆盖玉米秸秆5 400～7 200 kg对水稻田稗、千金子、莎草、水苋菜、鸭舌草的控制效果可达80%以上[9]。本研究采用琼脂混粉法研究了玉米秸秆不同部位对马唐、稗、反枝苋、鳢肠等4种农田主要杂草幼苗的生长抑制作用,结果表明,其根、茎、叶粉末能显著抑制供试杂草胚根(种子根)的生长,且在高浓度下对反枝苋、鳢肠胚轴的生长也有明显的抑制作用,但对马唐、稗胚芽鞘的生长却无明显的效果,说明其作用存在一定的选择性。许多研究表明,植物不同组织的化感活性之间可能存在较大的差异,这与各组织中所含有的化感物质种类及数量不同有关[11,15-18],玉米也不例外。刘小民等[7]研究了玉米秸秆不同器官水浸液对荠菜幼苗生长的抑制作用,发现活性成分主要存在于它的根部和茎叶部,本研究也发现玉米根、茎、叶均存在抑制杂草幼苗生长的活性,但以茎部的活性更高。为了进一步验证玉米茎对供试杂草的防治潜力,本文采用室内盆栽法测定了玉米茎粉末对鳢肠、反枝苋、马唐和稗生长的影响。结果表明,在土壤中混入玉米茎粉末用量高于5 g/kg时,能显著抑制鳢肠、反枝苋、马唐和稗的生长,说明玉米秸秆具有防治农田马唐、鳢肠、反枝苋、稗等杂草的潜力。特别是对于玉米后茬的棉花、花生等作物,若能有效利用玉米的秸秆粉末在播种前混施于土壤中,既可降低杂草的发生数量,又可补充土壤养分、提高土壤的生物有效性,一举两得。研究表明,玉米秸秆虽然对小麦幼苗生长有抑制作用但可促进大豆和玉米幼苗生长[19],还可增加皮棉产量[20],说明它对大豆、棉花等作物及玉米自身生长的安全性较高,应用前景广阔。

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(责任编辑:田 喆)

The growth inhibition effects of corn straw on four weeds in farmland

Zhang Lijuan1, Li Lingxu1, Zhou Fei1, Wan Fanghao1,2, Luo Xiaoyong1

(1. College of Agronomy and Plant Protection, Qingdao Agricultural University; Key Lab of Integrated Crop Pest Management of Shandong Province, Qingdao 266109, China; 2. Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China)

The growth inhibition effects of corn straw on some weeds, such asEcliptaprostrate,Amaranthusretroflexus,DigitariasanguinalisandEchinochloacrusgalli, in farmland were researched under laboratory conditions. Then a pot experiment was conducted to test the potential of corn stem for weed control. The results indicated that the root, stem and leaf of corn straw all obviously inhibited the growth of radicle (seminal root) of the tested weeds. The corn straw powder showed different activities on the growth of hypocotyl (coleoptile) of the tested weeds. The stem showed higher activity than other organs. The results of pot experiments indicated that the corn stem controlled the tested weeds effectively. The plant height-inhibiting rate and fresh weight-controlling effect were both more than 80% when 10 g/kg of corn stem powder was used.

corn straw; farmland weed; growth inhibition effect

2016-01-06

2016-02-23

公益性行业(农业)科研专项(201303031);山东省“泰山学者”建设工程专项

S 45

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2016.06.009

* 通信作者 E-mail：luo-xiaoyong@163.com