陈 超, 王庆海, 武菊英*, 莫重辉, 辛玉春
(1. 北京草业与环境研究发展中心, 北京 100097; 2. 农业部都市农业(北方)重点实验室,北京 100097; 3. 青海大学农牧学院, 西宁 810016; 4. 青海省草原总站, 西宁 810008)
21%氯氨吡啶酸水剂对不同生育期黄花棘豆的防控效果及对草地植被的影响
陈 超1,2, 王庆海1,2, 武菊英1,2*, 莫重辉3, 辛玉春4
(1. 北京草业与环境研究发展中心, 北京 100097; 2. 农业部都市农业(北方)重点实验室,北京 100097; 3. 青海大学农牧学院, 西宁 810016; 4. 青海省草原总站, 西宁 810008)
在黄花棘豆的不同生育期(返青期、现蕾期和初花期)以不同浓度的21%氯氨吡啶酸水剂对天然草地进行喷施,探讨其对黄花棘豆的防控效果和对草地植被的影响。结果表明,21%氯氨吡啶酸水剂对于黄花棘豆有很强的灭除效果:喷施后15 d,85%的植株表现出明显药害症状;喷施后35 d,92.5%的植株药害等级达到4级。喷施后75 d,125.0 mL/hm2处理的株防效可达85%以上;187.5 mL/hm2处理的株防效可达95%。在鲜重防效方面,高浓度和低浓度处理都可达95%以上的防控效果。不同喷施时期和喷施浓度对于草地其他植物和草产量的影响存在明显差异。对于双子叶植物,高浓度和低浓度喷施水平下其草产量都明显降低,分别降低52.5%和40.3%,降低趋势为返青期>现蕾期>初花期。单子叶植物受21%氯氨吡啶酸水剂的影响不同于双子叶植物:高浓度喷施,所有处理组草产量都显著降低,平均降低18.7%;低浓度喷施时,返青期草产量降低26.3%,现蕾期和初花期草产量增加,分别增加1.0%和10.6%。对草地植被的调查表明,21%氯氨吡啶酸水剂喷施后草地单位面积植物种数、盖度和植物多样性都有明显的降低。
氯氨吡啶酸; 黄花棘豆; 返青期; 现蕾期; 初花期; 毒害草
黄花棘豆(OxytropisochrocephalaBunge)为豆科多年生草本,主根粗大,株高10~40 cm。4月中旬开始返青,6-7月为花期,8-9月为果期。在青海省,黄花棘豆主要分布于环湖(青海湖)各县和青南高原的广大区域[1-5]。黄花棘豆生长旺盛、种子产量大、繁殖力强,在天然草地有很强的竞争力,大面积发生时常造成并加剧草场的退化[1,6],黄花棘豆可导致家畜中毒死亡,成为妨碍当地畜牧业发展的主要问题之一[3,7]。黄花棘豆全株有毒,主要有毒成分为苦马豆素,返青期、盛花期和青果期毒性都很大[3]。研究表明,黄花棘豆地上部分全草中苦马豆素含量在结果期最高,高达48.19 mg/kg[8],家畜采食少量植株即可引起中毒现象。因此,需要积极对黄花棘豆发生严重的草地进行有效控制,以保障当地畜牧业健康和可持续发展。
植物在不同生长时期对于除草剂的反应存在差异[9-12]。因此,选择合适的喷施时期和除草剂种类,不仅可以达到高效、经济的目的,还能有效降低农药施用带来的环境问题[13]。21%氯氨吡啶酸水剂为美国陶氏益农研发的新型合成激素型除草剂,可被植物茎叶和根迅速吸收,诱导植物产生偏上性反应,从而导致植物生长停滞并迅速坏死。其对于阔叶类杂草有良好的防除效果,而对禾本科等单子叶植物影响较小,可广泛用于山地、草原、种植地和非耕地的杂草防除。相关的研究表明,21%氯氨吡啶酸水剂对黄花棘豆[14-15]、黄帚橐吾[16]和白喉乌头[17]等有良好的防除效果,且农药残留低、安全性较好。本研究探讨不同生育期喷施21%氯氨吡啶酸水剂对黄花棘豆的防控效果和对草地植被的影响,以期为天然草地毒害草的防控和草地管理提供参考和依据。
1.1 试验区概况
试验区位于青海省门源县皇城乡(36°37′46″N,100°51′12″E),草地类型为高寒草甸。该地区处于青海省东部,其东部和北部与甘肃省相邻,地处祁连山系东端,属高原大陆性气候,年均温 -5℃,年降水量518 mm,主要集中在6-8月份,平均海拔3 400 m,土壤类型为高山草甸土。试验区植被总盖度在90%以上,草层高度在15~20 cm。主要植物种类有:禾本科的垂穗披碱草(Elymusnutans)、早熟禾属(Poaspp.)等;莎草科的嵩草(Kobresiamyosuroides)、青藏薹草(Carexmoorcroftii)等;蔷薇科的二裂委陵菜(Potentillabifurca)、钉柱委陵菜(Potentillasaundersiana);菊科的蒲公英(Taraxacummongolicum)、重齿风毛菊(Saussureakatochaete)、乳白香青(Anaphalislactea)、矮火绒草(Leontopodiumnanum);玄参科的肉果草(Lanceatibetica);唇形科的白苞筋骨草(Ajugalupulina)以及豆科的黄花棘豆(Oxytropisochrocephala)等。黄花棘豆在该地区的一些草场危害严重,已成为草地的优势植物,密度15~30株/m2,盖度达45%以上,产量占总产量的一半以上,并且通过种子大量扩繁使得草地逐渐退化为劣质草场,影响当地畜牧业的发展。
1.2 试验设计
试验区选择在青海省门源县黄花棘豆密度高[平均密度(18.7±4.7)株/m2]且分布较均匀的高寒草场进行。试验分3个时期进行:返青期、现蕾期和初花期,每个时期设3个处理,分别为清水对照、21%氯氨吡啶酸水剂125.0 mL/hm2和187.5 mL/hm2处理。喷药处理组面积各为100 m2(分为3个处理小区,每个小区中间留有隔离区)。使用背负式扇形喷头喷雾器(16型MATABI手压喷雾器)。
1.3 供试药剂和施药时间
供试药剂为21%氯氨吡啶酸水剂,由美国陶氏益农公司提供。施药时间为2015年6-7月,分别为返青期(6月1日)、现蕾期(6月18日)和初花期(7月10日),施药当天天气晴朗、无风(施药后24 h内没有降雨),采用背负式扇形喷头喷雾器进行人工喷施。施药处理小区按照浓度由低到高喷施,为确定小区位置和边界,进行GPS定位并同时作好标记,以便于后期调查和取样。
1.4 调查内容和分析方法
试验采用样方调查法进行测定。每个施药水平进行5点式取样,每个样点取样面积为1 m×1 m,样方数量为5个。调查每个样方内植物的种类和数量,测定其密度、盖度以及鲜重。
1.4.1 调查时间和次数
样地喷药后,对样地共进行4期的调查和测定。
第1期调查:施药24 h后,目测黄花棘豆及其他植物对药剂的反应;
第2期调查:喷药后15 d进行黄花棘豆药害的分级调查,统计黄花棘豆的残株数;
第3期调查:喷药后35 d进行黄花棘豆第2次的药害分级调查,统计黄花棘豆的残株数;
第4期调查:草地植物生物量最大时(喷药后75 d),调查黄花棘豆的残株数、地上鲜重以及单子叶和双子叶植物的种类、密度、鲜重以及草地植被盖度。
药害分级:根据植株的药害程度,进行等级划分,具体分为5级。1级:轻微危害,植株仅上部新叶或幼嫩部分受害,不明显影响植物正常生长;2级:轻度危害,植株上部叶片受害明显、叶色变黄,下部叶片无明显影响;3级:中等危害,大部分叶片卷曲、萎蔫、枯黄,难以恢复生长;4级:重度危害,叶片脱落、茎秆枯黄,不可恢复、绝产;5级:严重危害,植株死亡、干枯。
1.4.2 多样性分析
对于草地植物多样性,采用辛普森多样性指数(Simpson’s diversity index)和香农-维纳指数(Shannon-Wiener index)进行分析。计算公式如下:
其中,D/H为群落的多样性指数,S=物种数,Pi=样品中第i种个体占样品总数的比例,如样品总个体数为N,第i种个体数为ni,则Pi=ni/N。
1.5 数据分析
数据整理和绘图采用Microsoft Excel 2007,显著性分析采用SAS 8.2,显著性水平设为α=0.05,数据表示为平均数±标准差。
2.1 不同生育期喷施21%氯氨吡啶酸水剂对黄花棘豆的防控效果
21%氯氨吡啶酸水剂喷施24 h后,黄花棘豆即表现出明显的药害症状,植株出现不同程度的萎蔫和卷曲现象;喷施15 d后,85.0%的植株表现为叶片卷曲、枯黄,难以恢复生长;喷药35 d后,92.5%的植株受药害程度达4级,无法恢复生长;喷药75 d后,92.0%的黄花棘豆植株死亡、干枯(表1)。
表1 喷施21%氯氨吡啶酸水剂不同时间后黄花棘豆受药害状况
试验表明,21%氯氨吡啶酸水剂喷施浓度和喷施时间不同对于黄花棘豆的防控效果存在一定的差异。喷施75 d后,低浓度(125.0 mL/hm2)和高浓度(187.5 mL/hm2)处理的株防效都达到85%以上,并且都随生育期递进变化而防除效果更佳,即返青期<现蕾期<初花期(表2)。该结果和农田阔叶类杂草的防除效果有所不同,农田杂草通常为苗期的防除效果优于成株期或花期的防除效果,例如反枝苋[10]及一些外来入侵植物——如豚草[9]、薇甘菊[11]、飞机草[12]、紫茎泽兰[18]等。黄花棘豆为豆科的多年生植物,第二年春季返青时依靠根系储存物质为植株地上部分的生长提供养分,在不同生育期表现出对21%氯氨吡啶酸水剂不同的敏感性。在鲜重防效方面,不论高浓度还是低浓度的21%氯氨吡啶酸水剂都可达95%以上的防控效果。但是在初花期,125.0 mL/hm2处理的鲜重防效要低于现蕾期和返青期,可能是由于喷施浓度较低且此时草地植物生长旺盛,植物叶片间的重叠和遮挡而影响喷施效果,部分黄花棘豆植株并未完全枯死。通常,黄花棘豆受21%氯氨吡啶酸水剂药害后基本难以恢复,即使在第二年也极少有复发现象[15]。另外,通过对天然草地连续3年的药效调查也表明,21%氯氨吡啶酸水剂的药效可持续3年,喷施后的第3年依然对黄花棘豆有明显的抑制作用且无复发现象。
表2 21%氯氨吡啶酸水剂对黄花棘豆的防控效果(75 d)
21%氯氨吡啶酸水剂对于黄花棘豆有非常强的灭除效果,125.0 mL/hm2的喷施浓度即可达到良好的防控效果。因此,在实际的喷施中应尽量选择低浓度,既可减少农药的使用成本,也可降低药剂残留可能带来的环境问题。
2.2 21%氯氨吡啶酸水剂喷施对于对草产量的影响
21%氯氨吡啶酸水剂的喷施有效灭除了黄花棘豆,但同时也引起草地总产量的降低。在试验区,黄花棘豆平均密度为(18.7±4.7)株/m2,草产量(123.6±20.6)g/m2;在黄花棘豆发生严重的草地其产量可占总产量的50%以上。不论是低浓度还是高浓度21%氯氨吡啶酸水剂喷施后,草地总产量与对照相比均明显降低(P<0.05)(表3)。在黄花棘豆不同生育期喷施21%氯氨吡啶酸水剂,总草产量降低的程度明显不同,喷施时间越靠前,其降低趋势越明显,即返青期>现蕾期>初花期;在喷施浓度方面,高浓度处理组总草产量和黄花棘豆产量的降低趋势都较低浓度组更为明显。于红妍等[16]对黄帚橐吾的防除试验表明,21%氯氨吡啶酸水剂对黄帚橐吾有明显的防除效果,且高浓度处理的效果优于低浓度和对照组。对于黄花棘豆的产量而言,随21%氯氨吡啶酸水剂喷施浓度的增加而产量降低;在不同生育期方面,呈现随喷施时间后延而鲜重降低的趋势,除了低浓度处理组在初花期有所偏高外(表2)。黄花棘豆初花期时,草地其他植物也长势旺盛,影响了21%氯氨吡啶酸水剂的药效。结合相关的试验[15],笔者认为在喷施时间方面,草产量方面的结果支持选择在初花期进行21%氯氨吡啶酸水剂的喷施,并需要选择较低的喷施浓度。
表3 不同浓度21%氯氨吡啶酸水剂喷施对于草产量的影响1)
1) 同列数据后具有不同小写字母表示在0.05水平上差异显著;“-”表示调查区域内,黄花棘豆植株全部枯死。
Different lowercase letters within the same column indicated significant difference at the level of 0.05. “-” means yellow-hair crazyweed was all withered in the investigated fields.
21%氯氨吡啶酸水剂的喷施明显降低了黄花棘豆和草地的总产量。但是对单子叶和双子叶植物却呈现不同的效应。21%氯氨吡啶酸水剂对于单子叶植物的影响较小,其产量的降低趋势要明显小于双子叶植物(图1)。
对于双子叶植物,在黄花棘豆3个不同生育期喷施21%氯氨吡啶酸水剂,其产量都明显降低:高浓度处理降低明显,平均降低52.5%;低浓度组在现蕾期降低最为明显,降低50.9%,另2个时期降低约35.0%,平均降低40.3%。对于单子叶植物,不仅不同生育期喷施的效果不同,不同喷施浓度的效果也存在差别:所有高浓度处理组的产量与对照相比都明显降低,平均降低18.7%;而低浓度处理在不同生育期喷施呈现或增加或降低的效应。返青期喷施21%氯氨吡啶酸水剂,产量降低26.3%;在现蕾期和初花期,产量有所增加,分别增加1.0%和10.6%(图1)。
21%氯氨吡啶酸水剂的喷施降低了草地植物总产量,其中目标植物——黄花棘豆的产量显著降低,达到了很好的灭除效果。但是21%氯氨吡啶酸水剂对不同类型的草地植物存在不同的效应,表现为对单子叶植物的影响较小,对其产量的影响要小于双子叶植物;而且,喷施时间不同对草产量的影响也存在差异。赵德良和邵剑鹏[17]对黄帚橐吾的防除试验也表明,21%氯氨吡啶酸水剂明显抑制白喉乌头的生长繁殖,并对其他阔叶类植被产生了一定抑制作用,但较长时间后能促进禾本科牧草的增产。因此,喷施氯氨吡啶酸对于草地产量以及草地植物的影响还需要进一步的研究。
图1 21%氯氨吡啶酸水剂对于不同时期单、双子叶植物产量的影响Fig.1 Control effect of aminopyralid 21% AS on yield of monocotyledons and dicotyledonous plants at different growth periods
2.3 21%氯氨吡啶酸水剂喷施对植物种类和密度的影响
试验结果表明,21%氯氨吡啶酸水剂不仅对于黄花棘豆有很强的灭除效果,对于其他一些植物也有明显的抑制作用,例如双子叶植物重齿风毛菊、蒲公英等,单子叶植物早熟禾、垂穗披碱草和嵩草等。21%氯氨吡啶酸水剂喷施有效除灭了草地毒害草——黄花棘豆,但同时也影响大部分优良牧草的生长。对于另外一些植物,21%氯氨吡啶酸水剂却有明显促进生长和繁育的效应,例如对蔷薇科的二裂委陵菜、钉柱委陵菜和玄参科的肉果草等(表4)。
表4 21%氯氨吡啶酸水剂喷施对草地植物密度的影响
21%氯氨吡啶酸水剂对于草地植物密度和草产量的影响表明,降低植物的密度并不一定必然引起产量的降低。21%氯氨吡啶酸水剂喷施明显降低了禾本科牧草的密度,但是其产量却有所增加,尤其在黄花棘豆现蕾期以后进行喷施。原因为21%氯氨吡啶酸水剂喷施灭除了一些阔叶类植物后为单子叶植物或其他叶片狭窄或有特征结构的双子叶植物提供了资源和生态位,促进这类植物生物量的增加。相关的研究也表明,除草剂对于一些特定类群的植物种类其防除效果不明显,例如卓玉璞等[19]认为2,4-D丁酯对委陵菜属植物防除效果不明显;匡瑜等[20]认为2,4-滴丁酯乳油和苄嘧磺隆(猪秧净)对二裂委陵菜防除效果不显著。
2.4 21%氯氨吡啶酸水剂喷施对植被盖度和多样性的影响
结果表明,喷施21%氯氨吡啶酸水剂的草地植物辛普森多样性指数和香农-维纳指数都小于未喷施的对照组,且返青期时喷施草地植物多样性降低更为显著(P<0.05)。另外,喷施21%氯氨吡啶酸水剂的草地,其单位面积植物种类呈降低趋势,单位面积草地植物种类数比未喷施药剂的天然草地少约2种;盖度随喷施浓度的增加而降低,随喷施时间向后推移而升高,但和对照组无明显的差异(表5)。
表5 21%氯氨吡啶酸水剂喷施对草地植被的影响1)
1) 盖度一列两个数值分别表示喷药后75 d(左)和35 d(右)时草地植被的总盖度,此处仅列出平均值。Data in the coverage column are average total coverage of the grassland vegetation after spraying for 75 days (left)and 35 days (right), respectively.
除草剂的喷施降低了生态系统物种丰富度和植物多样性。黄顶成等[21]认为长期使用除草剂会降低农田植物的多样性,也造成对邻近草地和林地植被多样性的影响[22];Litt等[23]对美国东南部松林的研究表明,除草剂的使用使得松林下低于1.4 m高度的木本和草本植被丰富度大大减少;卓玉璞等[19]对天然草地毒害草的防除试验也表明,化学防除降低了群落的植物种类,对于天然草地的物种丰富度有显著影响。本研究表明,21%氯氨吡啶酸水剂喷施对于草地植物多样性、盖度和单位面积植物种类数都有明显的降低。因此,对于生态系统相对脆弱的高寒草甸,更需要加强对草地的保护和管理。
喷施21%氯氨吡啶酸水剂对于防控天然草地黄花棘豆有良好的效果,可以高效灭除黄花棘豆,但同时也造成草地其他植物的枯亡(或扩繁),引起总产草量的下降、草地植被盖度和多样性的降低。因此,在推广应用方面,需要选择合适的喷施浓度和喷施时期,以减少对于天然草地植被的影响。
(1)喷施浓度为125.0 mL/hm2即可对黄花棘豆达到良好的防控效果,建议在实际施用时采用此喷施浓度。
(2)21%氯氨吡啶酸水剂的喷施造成草地总产量和多样性的降低,且存在随生育期的前推而影响更大,故建议选择在黄花棘豆初花期进行喷施。
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(责任编辑:杨明丽)
Control effect of 21% aminopyralid AS on Oxytropis ochrocephala and grassland vegetation at different growth periods
Chen Chao1,2, Wang Qinghai1,2, Wu Juying1,2, Mo Chonghui3, Xin Yuchun4
(1. Beijing Research and Development Center for Grass and Environment, Beijing 100097, China; 2. Key Laboratory of Urban Agriculture (North), Ministry of Agriculture, Beijing 100097, China; 3. College of Agriculture and Animal Husbandry,Qinghai University, Xining 810016, China; 4. General Station of the Grassland in Qinghai Province, Xining 810008, China)
At different growth periods of yellow-hair crazyweed, herbicide spraying experiment was conducted to investigate the influence of aminopyralid 21% AS on the poisonous weed and natural grasslands under two concentration treatments. The results showed that aminopyralid 21%AS had a good inhibition to yellow-hair crazyweed and 85% ofO.ochrocephalapresented phytotoxicity symptoms 15 days after herbicide spraying, and 92.5% ofO.ochrocephalawere damage after 35 days. The plant control efficacy reached 85.0% at the dose of 125.0 mL/hm2, and 95.0% at the dose of 187.5 mL/hm2after 75 days. Aminopyralid 21%AS at the above two doses could reduce by 95% of the fresh weight on yellow-hair crazyweed. However, spraying of aminopyralid 21%AS made different effects on dicotyledonous and monocotyledons plants. For dicotyledonous plants, aminopyralid 21%AS at the above two doses significantly reduced the fresh weight, with the reduction ratio of 52.5% and 40.3%, respectively, presenting the tendency as follows: turning green period>budding period>early flowering period. The effect of aminopyralid 21%AS on monocotyledons was different from that on dicotyledonous. Under high spraying concentrations, the grass yield was dropped by 18.7%, while at the low concentration, it decreased by 26.3% at the stage of turning green period, but increased by 1.0% in the budding period and 10.6% in the early flowering period. Further more, the results showed that plant species density, coverage and plant diversity reduced significantly after spraying with aminopyralid 21% AS.
aminopyralid;Oxytropisochrocephala; turning green stage; budding period; early flowering period; poisonous and harm weeds
2015-11-15
2016-01-19
公益性行业(农业)科研专项(201203062)
S 452
B
10.3969/j.issn.0529-1542.2016.06.040
致 谢:感谢青海省门源县草原站王有良站长及草原站工作人员在试验过程中给予的大力帮助!
* 通信作者 E-mail:wujuying1@263.com