利用高杆作物对刺萼龙葵进行生物防控的方法

李霄峰

(张家口市农业环境与农产品质量管理站，河北 张家口 075000)

生态学研究认为，外来生物入侵是导致生物多样性丧失的一个重要原因[1]，入侵生物往往具有较强的生命力和繁殖力，与本地种争夺生存资源，破坏原有的生态平衡，并严重影响人类的经济生活。刺萼龙葵(拉丁名SolanumrostratumDunal，英文名Buffalobur)是近年来影响较大的新型外来入侵生物，已在我国多个省份发生，其对农业生产和生态环境的危害已受到社会的高度关注[2]。对其开展的防控技术研究已有很多[3]，其中基于竞争替代策略的生物防控技术由于具有节约人力且无环境公害等优点而受到植保专家的推崇[4]。国内已有一些学者开展了该方面的应用型研究，如：杨殿林等采用草木樨(MelilotussuaveolensLedeb.)+冰草(AgropyroncristatumL.)+羊草(LeymuschinensisTzvel.)的植物组合在天然草原中连续多年种植有效地控制了刺萼龙葵种群[5]。张国良、付卫东等先后试验了披碱草(ElymusdahuricusTurcz.)搭配冰草(AgropyroncristatumL.)、沙打旺(AstragalusadsurgensPall.)搭配无芒雀麦(Bromus inermis Leyss.)、以及紫花苜蓿(Medicago sativaL.)等多种牧草配以科学管理，可持续而有效地抑制刺萼龙葵对天然草原的入侵[6-8]。以上几种生物替代方法其主要思路是利用多年生牧草的越冬优势逐步将一年生入侵杂草排挤出入侵生境，而该类方法并不适用于受入侵后的农田。农田环境的特殊性在于其栽培的也是一年生作物，如何在被刺萼龙葵入侵后的农田恢复生产，并通过选择合适的主栽品种结合有效的农艺措施来逐步降低入侵危害是本研究要解决的核心问题。根据生态学理论和农业生产经验，高矮植物间作时可发生根冠竞争。在冠层中占优势的植物减少了竞争对手的光合作用，并间接影响到其根部的营养吸收和水分蒸腾[1]，根冠竞争可导致高杆作物的生长优势不断加强，低矮作物不断受到抑制，因此我们认为利用高杆作物合理密植是一种有效减弱入侵植物扩张的方法，再结合一定的农艺措施，应该可以达到较好地综合防治效果。

本研究选用两种典型的高杆作物玉米和向日葵，种植在被刺萼龙葵入侵过的耕地中，观察其对入侵植物的抑制效果，并加入地膜处理，对塑料地膜的除草效果进行评估。研究既可指导农业生产，又为恢复群落生态提供一定的技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于河北省张家口市万全区安家堡乡田茂庄村。当地属于东亚大陆性季风气候，四季分明，昼夜温差大，年均气温6.9℃，年均降水量464 mm，年均积温2 788 ℃，年日照时间约2 828h，无霜期116～135d，土壤类型为淡栗钙土。试验地面积2/15 ha，为刺萼龙葵重度发生区，刺萼龙葵平均盖度在80%左右。

1.2 试验材料

刺萼龙葵，又名黄花刺茄，是原产美国西南部的一年生杂草。该物种主要通过竞争水分、光照及营养物质对农作物造成排挤性危害，破坏入侵地的生态系统；并且其植株全株具刺，能直接损伤牲畜的皮毛、口腔和消化道，含有对动物呼吸中枢具麻醉作用的神经毒素茄碱，牲畜误食后可中毒死亡，其还是马铃薯甲虫以及几种线虫和花叶病毒、真菌丝孢菌类病原体的寄主。目前，该植物已在美国、俄罗斯和澳大利亚等国家广泛蔓延，并已在我国的辽宁、吉林、山西、河北、北京、内蒙古以及新疆等地成功入侵[9]。

1.3 试验方法

在刺萼龙葵的重度发生区农田开展试验。开春后清洁田园，将地面干枯刺萼龙葵植株铲除，对试验小区进行机械翻耕，耙平。以种植玉米和向日葵做为两个处理组，不种植任何作物为对照组。玉米品种为巡天2008，株行距20 cm ×40 cm；向日葵品种为星火一号，株行距40 cm × 80 cm；同时在每组试验中另加一个小区铺设0.008 mm塑料地膜做地膜控草对比，观察防草效果。

1.4 数据收集及处理

选择刺萼龙葵的种群密度、株高和地上部单株干重三个生长指标对其是否受到抑制进行评估。10月底收集数据，在各小区内随机设四个1 m × 1 m样方，收割所有刺萼龙葵地上部植株，于105 ℃下烘干2h后称重。以每样方内的植株总干重除以样方内株数计算刺萼龙葵单株平均干重。

平均值间的比较采用单因素方差分析(One-Way ANOVA)，用 Excel 2007统计分析并做图。

2 结果与分析

2.1 替代作物抑制刺萼龙葵的效果

试验结果如图1所示，从刺萼龙葵的发生密度上观察(图1-I)，玉米组与对照组相比并无显著差异，但向日葵组使刺萼龙葵的发生密度降低了49%，且差异达到极显著水平(P=0.000 03<0.01)；其次，单株干重指标(图1-II)也有明显差异，两处理组的单株干重均低于对照组，玉米的抑制作用较强，使刺萼龙葵单株干重降低了83%(P=0.012 97<0.05)，向日葵使刺萼龙葵的单株干重下降了33%(P=0.040 43<0.05)，差异显著；此外，从株高指标上来观察(图1-III)可以发现玉米组的刺萼龙葵其平均株高高于其它两组，而向日葵组和对照组之间无太大差别，差异并不显著。株高指标主要与栽植密度有关，玉米组的栽植密度较高导致了该组中的刺萼龙葵呈现出一种普遍高细的形态。

2.2 覆盖地膜抑制刺萼龙葵的效果

如图2所示，从种群密度指标观察(图2-I)，地膜的控草效果非常明显，大幅降低了刺萼龙葵的发生密度，以对照组为例，覆盖地膜使刺萼龙葵的密度下降了53%，并达到了极显著的水平(P=0.000 01<0.01)，抑制率超过一半；在种植了替代作物的两个组中效果同样很好，玉米与覆膜联合作用使刺萼龙葵密度降低了69%(P=0.000 01<0.01)，向日葵与覆膜联合作用使刺萼龙葵密度降低了72%(P=0.000 01<0.01)。

但从生物量指标上看(图2-II)，情况则正相反。使用覆膜栽培的组刺萼龙葵的单株生物量明显超过露地组，试验时发现在塑料地膜组中出现了最大的刺萼龙葵个体，其单株干重达到了25 g；株高指标(图2-III)也符合这一特点，在地膜组中刺萼龙葵个体普遍相对较高，数据表明地膜覆盖导致了一种极端化的结果，其大大降低了入侵植物的种群密度，却增加了单株个体的生物量和株高，其原因在后面进一步讨论。

3 讨论与结果

在草害严重的荒地中如何复垦是个由来已久的农业问题，其中最大的困难在于如何处理越冬的草籽，早期人们通过深耕、沤肥等方法可以减少一部分杂草的萌发，但通常都需要三年左右的时间才能使土地恢复产量。近代工业化以后，除草剂和土壤封闭剂的使用很好地解决了这一问题，但也带来了环境公害和地力退化等更复杂的问题，因此我们试图通过一种相对较环保的生物替代方式来解决荒地复垦的问题。首先就是筛选出一种合适的作物品种，可以在与杂草的竞争中占据生长优势；其次，就是优化栽培方法，地膜是目前为止最好的物理除草方式，因此我们通过选择高杆作物密植结合覆盖塑料地膜的方式来解决杂草入侵的问题。

试验结果揭示了生物替代与覆盖地膜两种处理方式的控草效果。替代作物并不能明显减少刺萼龙葵的种群密度，但对于个体大小有明显抑制作用；而地膜覆盖的作用相反，可以大幅减少刺萼龙葵的种群密度，但对单株刺萼龙葵的生长却有较明显地促进作用。导致这一结果的原因是替代作物的竞争作用只有在生长后期才较明显。在生长初期，作物的株高优势并不显著，其与入侵植物还未发生空间资源上的竞争，因此入侵植物的初始数量并不会明显减少，而在生长后期随着高杆作物的空间优势不断加强，其对入侵植物的抑制作用也愈加明显，但受到抑制的入侵植物通常并不会枯萎凋亡，而是通过提前开花结实完成生活史从而避免不利的生长条件。因此仅从种群密度上观察，竞争性替代作物并不能显著降低入侵植物的种群密度，但会明显减少其个体的质量。另一方面，塑料地膜的机械阻挡作用可在生长早期就防止杂草的大量出现，但是在地膜的种苗出口或破损处，入侵植物幼苗会得到特别适宜的水热条件，因此在这些地方往往会有特别巨大的刺萼龙葵植株冒出，其个体远大于对照组中的植株。在试验进行时为客观评价地膜影响效果，未拔除从地膜破口处长出的刺萼龙葵植株，这些植株由于个体较大，对于结果中单株干重产生了较大影响(图2-II)，考虑到在实际农业生产中，地膜铺设后都会进行中耕除草，因此覆膜的实际效果应会优于试验结果。

向俊等对北京郊区刺萼龙葵天然种群的调查表明：禾本科、菊科和桑科的一些物种在抗衡刺萼龙葵的进一步扩展上具有一定的潜力。在生态干预策略上，可立足于若干具一定优势的本地物种，在刺萼龙葵发展到单优种群之前对其实行生态更替和铲除[10]。玉米和向日葵是禾本科和菊科中典型的高杆作物，在本研究中，其对入侵植物刺萼龙葵都较明显的影响，这与向俊的野外调查结果吻合。两者相比玉米处理组的抑制作用更强，我们认为这与玉米的栽培密度更高有关。另从灌溉条件上讲，我们的实验地属于水浇地，较利于玉米生长，而向日葵较耐旱，因此在旱地条件下，向日葵也是很好的选择。

试验完成后我们发现在选择测量指标时存在很多不足，如未考虑到对刺萼龙葵结实量进行测定。试验中发现，入侵植物在受到抑制时，会提前结实，因此观察生物抑制效果时种群密度指标几乎没有太大变化，株高指标由于受到栽植密度的影响较大，因此也不能很好地反映抑制效果，但处理组与对照组的单株结实量却有极大差异，受到抑制的个体较小，结实量较低，而生长条件好的植株个体极大，果实累累，但因考虑不足，未对该指标进行测定，在今后的试验中我们将会逐渐完善方案。

综上所述，在被刺萼龙葵入侵后的农田中可以采用高杆作物密植的方法恢复生产，根据土壤条件选择合适的高杆作物合理密植，特别要加入覆膜等农艺措施来加强才能达到较好的控草效果，此外，在作物生长中期开展一至两次除草可以达到最好的防治效果。

参考文献：

[1] 牛翠娟,娄安如,孙儒泳,等.基础生态学(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2007.

[2] 王维升,郑红旗,朱殿敏,等.有害杂草刺萼龙葵的调查[J].植物检疫,2005,19(4):247-248.

[3] 郭章碧,张国良,付卫东,等.外来入侵植物刺萼龙葵的研究概况及展望[J].山东农业大学学报(自然科学版),2011,42(3):460-464.

[4] 庞立东,孙余卓.刺萼龙葵的入侵机理与控制策略研究进展[J].中国植保导刊,2016,36(8):20-25.

[5] 杨殿林,皇甫超河,刘红梅,等.恶性杂草刺萼龙葵入侵天然植被快速恢复方法:中国,CN102860206A[P].2013-01-09.

[6] 张国良,付卫东,张瑞海,等.一种遏制刺萼龙葵入侵天然生态系统的方法:中国,CN103650879A[P].2014-03-26.

[7] 张国良,付卫东,张瑞海,等.一种生态修复刺萼龙葵入侵草场的方法:中国,CN103650881A[P].2014-03-26.

[8] 付卫东,张国良,张瑞海,等.一种利用多年生牧草生态修复刺萼龙葵入侵退化草场的方法:中国,CN103621215A[P].2014-03-12.

[9] 钟艮平,沈文君,万方浩,等.用GARP生态位模型预测刺萼龙葵在中国的潜在分布区[J].生态学杂志,2009,28(1):162-166.

[10] 向 俊,李翠妮,刘全儒,等.北京外来入侵植物刺萼龙葵的生态状况[J].生态学杂志,2011,30(03):453-458.