三种花生田土壤处理除草剂优化配施技术研究

杨富军，曲明静，路兴涛，刘海龙，王绍伦，陈小姝，高华援*，李春雨

(1. 吉林省农业科学院花生研究所，吉林 公主岭 136100； 2. 山东省花生研究所，山东 青岛 266100； 3. 泰安市农业科学研究院，山东 泰安 271000)

花生是吉林省重要的油料和经济作物，常年种植面积在150.4khm2左右[1]。近年来，随着种植面积的不断扩大，田间杂草防除已成为生产上的一大难题。花生苗前土壤处理是花生田杂草防除策略之一[2-4]。然而，市场上土壤封闭处理除草剂品种繁多、防除效果良莠不齐，且受杀草谱限制、除草不净，后期仍需二次用药或人工除草，费时费工；在实际用药时农民常任意加大剂量来增强防除效果，易造成除草剂药害和土壤污染[4-8]。

自土壤封闭处理除草剂投入应用以来，科研人员就对不同除草剂的安全性、用量和防治效果进行大量研究，筛选出大量安全性良好的花生田土壤封闭处理除草剂，其共同表现为前期防治效果卓著，当持效期过后需及时二次防控。现在市场上安全性和防除效果较好的花生土壤封闭除草剂有960g·L-1精异丙甲草胺EC、330g·L-1二甲戊灵EC和235g·L-1乙氧氟草醚EC，前两者主要防除禾本科杂草，及部分阔叶杂草；后者对阔叶杂草防除效果高于禾本科，其杀草谱与960g·L-1精异丙甲草胺EC等酰胺类除草剂互补[9-14]。本研究采用二次饱和D-最优设计[15-18]，研究960g·L-1精异丙甲草胺EC、330g·L-1二甲戊灵EC和235g·L-1乙氧氟草醚EC三种除草剂最佳配施方案，以此拓宽杀草谱、增强防除效果，降低后期人工劳动成本[19-20]，形成除草剂高效配施技术来指导农业生产。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试除草剂为960g·L-1精异丙甲草胺EC(先正达(苏州)作物保护有限公司)，330g·L-1二甲戊灵EC(德国巴斯夫股份有限公司)，235g·L-1乙氧氟草醚EC(上海惠光化学有限公司)。供试花生品种为吉花4号。

1.2 试验田情况

试验安排在吉林省农业科学院公主岭院区花生研究所试验田，土壤为黑钙土，基本肥力状况见表1。试验田主要杂草为稗草(Echinochloacrusgalli)、马唐(Digitariasanguinalis)、铁苋菜(Acalyphaaustralis)、藜(Chenopodiumalbum)、苘麻(Abutilon theophrasti)，且田间杂草多年发生危害均一致。

表1 供试土壤养分含量

1.3 试验设计

设3个因素，即不同土壤处理除草剂施用剂量：960 g·L-1精异丙甲草胺EC(X1，g·hm-2)、330 g·L-1二甲戊灵EC(X2，g·hm-2)和235 g·L-1乙氧氟草醚EC(X3，g·hm-2)，以杂草干重(Y1，kg·hm-2)和花生荚果产量(Y2，kg·hm-2)为目标函数，采用二次饱和D-最优设计布置田间参数试验，三因素的设计见表2。试验小区统一施花生专用肥(N∶P2O5∶K2O=11∶16∶18) 750.00 kg·hm-2一次性作基肥施入。

花生种植规格：小垄单行播种，垄距0.60 m，穴距0.14 m，每穴播2粒。采用随机区组排列，重复3次，共计30个小区，小区面积43.20 m2，相邻小区间设保护行，防止药剂间相互干扰。选择晴朗无风的天气播种(5月25日)，不覆盖地膜，播种后用利农背负式电动喷雾器将各处理药液均匀喷撒在土表，兑水量450L·hm-2，施药1次。

1.4 调查方法

参照《农药田间药效试验准则》(二)(GB/T 17980.126-2004)要求进行。采用绝对值调查法，施药后15 d、30 d和45 d调查各处理的防效，每个小区固定5点取样，每点0.20 m2，计1.00 m2内残留杂草种类、株数。施药后80 d，将每个小区平均分为两部分，第一部分杂草全区收获(8月14日)，记录杂草种类和株数，并于105℃杀青30 min后再于80℃烘干至恒重，记录杂草干重。第二部分花生全区收获(9月23日)，实收计产。

1.5 数据统计与分析

采用Excel 2010进行数据统计分析和图标制作，用DPS软件数据处理系统进行方差分析(Duncan新复极差法)及二次多项式回归方程模拟和分析，试验指标以平均值±标准误(Mean±SE)表示。

表2 二次饱和D-最优试验设计

2 结果与分析

2.1 杂草干重分析

2.1.1 回归方程的建立

以表3中960 g·L-1精异丙甲草胺EC(X1)、330 g·L-1二甲戊灵EC(X2)、235 g·L-1乙氧氟草醚EC(X3)的施用剂量编码值为变量，以杂草干重(Y1)为因变量，进行二次多项式回归分析[21-24]，得到杂草干重和三种除草剂施用剂量编码值之间的回归方程：

Y1= 632.64-476.68X1-702.65X2-806.06X3+312.83X12+585.61X22+673.22X32+465.30X1×X2+416.29X1×X3+708.64X2×X3………… (1)

对回归方程(1)进行F检验，F=55279.08>F0.01(9，20)=3.46，回归关系极为显著；且饱和最优设计的总自由度和回归自由度相等，试验结果的测定值和估计值的相关系数R=0.99，表明两者高度拟合，说明该效应方程能较准确地反映这三种除草剂施用剂量编码值和杂草干重之间的关系，利用其可进行各项指标的分析。

表3 不同组合的杂草干重和花生荚果产量

注：不同大、小写字母分别表示处理间差异极显著 (p<0.01)和显著(p<0.05)。

Note: Different capital and small letters in the same column mean significant difference among treatments at 0.01 and 0.05 levels, respectively.

2.1.2 单因子效应分析

在回归方程中，无量纲编码代表了三种除草剂的施用剂量，所以各个因子的重要程度可通过比较各偏回归系数绝对值的大小来反应[25-26]。从杂草干重回归方程可知，各因子对杂草干重影响作用大小依次为：235g·L-1乙氧氟草醚EC>330g·L-1二甲戊灵EC>960g·L-1精异丙甲草胺EC。

利用“降维法”将任意2因子的值固定为0水平，得到另一个因子对杂草干重的单因子效应回归方程(2)、(3)、(4)，并将各单因子方程绘制成图1。

Y11=632.64-476.68X1+312.83X12

X11∈[ -1.000,1.000]………… (2)

Y12=632.64-702.65X2+585.61X22

X12∈[ -1.000,1.000]………… (3)

Y13=632.64-806.06X3+673.22X32

X13∈[ -1.000,1.000]………… (4)

对其分别求导，令导函数分别为零，得：

X11=0.7619 ∈ [ -1.000,1.000]

X12=0.5999 ∈ [ -1.000,1.000]

X13=0.5987 ∈ [ -1.000,1.000]

图1 三种除草剂施用剂量对杂草干重的单因子效应分析 Fig.1 Single factor effect analysis of three herbicides on dry weight of weeds

从单因子方程及图1可以看出，在[-1.000,1.000]范围内，当喷施单一除草剂时，三种除草剂的防除效果对杂草干重的影响均呈抛物线形，且抛物线开口向上；当除草剂处于低浓度水平时，杂草干重随着除草剂施用量的增加而降低，其中杂草防除效果最好的是235 g·L-1乙氧氟草醚EC，其次是330 g·L-1二甲戊灵EC和960 g·L-1精异丙甲草胺EC。

当X11为0.7619时，即960 g·L-1精异丙甲草胺EC施用剂量为1141.71 g·hm-2时，杂草干重达到最低，为451.05 kg·hm-2。当960 g·L-1精异丙甲草胺EC施用剂量小于1141.71 g·hm-2时，杂草干重随施用剂量的增大而降低；当施用剂量大于1141.71 g·hm-2时，杂草干重基本保持不变。

当X12为0.5999时，即330 g·L-1二甲戊灵EC施用剂量为890.94 g·hm-2时，杂草干重达到最低，为421.87 kg·hm-2。当330 g·L-1二甲戊灵EC施用剂量小于890.94 g·hm-2时，杂草干重随施用剂量的增大而降低；当施用剂量大于890.94 g·hm-2时，杂草干重基本恒定。

当X13为0.5987时，即235 g·L-1乙氧氟草醚EC施用剂量为140.88 g·hm-2时，杂草干重达到最低，为391.36 kg·hm-2。当235 g·L-1乙氧氟草醚EC施用剂量小于140.88 g·hm-2时，杂草干重随施用剂量的增大而降低；当施用剂量大于140.88 g·hm-2时，杂草干重变化趋于平稳。

2.1.3 杂草干重极值配施方案

Y1max(0.3363，0.2450，0.3657)=319.00kg·hm-2，即试验因素X1、X2、X3分别取0.3363、0.2450、0.3657时，杂草干重最低，为319.00kg·hm-2，此时三种除草剂施用剂量分别为865.92g·hm-2、693.31g·hm-2、120.35g·hm-2。

2.2 荚果产量分析

2.2.1 回归方程的建立

同理，依据二次饱和D-最优设计的结构矩阵与试验荚果产量结果(表3)，获得三种除草剂施用剂量的编码值与花生荚果产量之间的回归模型：

Y2=4122.39+128.23X1+296.71X2+534.92X3-311.84X12-257.12X22-443.37X32-11.65X1X2+127.38X1X3-242.50X2X3………… (5)

式中：X1代表960 g·L-1精异丙甲草胺EC的施用剂量编码，X2代表330 g·L-1二甲戊灵EC的施用剂量编码，X3代表235 g·L-1乙氧氟草醚EC施用剂量编码值。上述回归方程的估计值和试验结果的测定值相关系数R=0.99，表明两者高度拟合，说明该效应方程能较准确地反映三种除草剂施用剂量编码值和荚果产量之间的关系，回归方程真实可靠，可进行各项指标的分析。

2.2.2 单因子效应分析

从荚果产量回归方程可知，各因子对荚果产量影响作用大小依次为：235 g·L-1乙氧氟草醚EC>330 g·L-1二甲戊灵EC>960 g·L-1精异丙甲草胺EC。采用“降维法”，同样得出产量的单因子效应回归方程(6)(7)(8)，并将各单因子方程绘成图2。

Y21=4122.39+128.23X1-311.84X12

X21∈[-1.000,1.000]………… (6)

Y22=4122.39+296.71X2-257.12X22

X22∈[-1.000,1.000]………… (7)

Y23=4122.39+534.92X3-443.37X32

X23∈[-1.000,1.000]………… (8)

对其分别求导，令导函数分别为零，得：

X21=0.2056 ∈[ -1.000,1.000]

X22=0.5770 ∈[ -1.000,1.000]

X23=0.6032 ∈[ -1.000,1.000]

图2 三种除草剂施用剂量对花生荚果产量的单因子效应分析Fig.2 Single factor effect analysis of three herbicides on peanut pod yield

从单因子方程及图2可以看出，在[-1.000,1.000]范围内，当单一喷施除草剂时，三种除草剂施用效果对花生荚果产量的影响亦呈抛物线形，抛物线开口向下，当除草剂处于低浓度水平时，荚果产量随着除草剂施用量的增加而提高，其中产量效果最好的除草剂是235 g·L-1乙氧氟草醚EC，其次是330 g·L-1二甲戊灵EC，960 g·L-1精异丙甲草胺EC效果最差。

当X21为0.2056时，即960 g·L-1精异丙甲草胺EC施用剂量为781.23 g·hm-2时，荚果产量达到最高，为4135.57 kg·hm-2。当960 g·L-1精异丙甲草胺EC施用剂量小于781.23 g·hm-2时，荚果产量随施用剂量的增大而提高；当960 g·L-1精异丙甲草胺EC施用剂量大于781.23 g·hm-2时，产量则随施用剂量的增加而降低。

当X22为0.5770时，即330 g·L-1二甲戊灵EC施用剂量为878.19 g·hm-2时，荚果产量达到最高，为4207.99 kg·hm-2。当330 g·L-1二甲戊灵EC施用剂量小于878.19 g·hm-2时，荚果产量随施用剂量的增大而提高；当330 g·L-1二甲戊灵EC施用剂量大于878.19 g·hm-2时，产量则随施用剂量的增加而降低。

当X23为0.6032时，即235 g·L-1乙氧氟草醚EC施用剂量为141.28 g·hm-2时，荚果产量达到最高，为4283.73 kg·hm-2。当235 g·L-1乙氧氟草醚EC施用剂量小于141.28g·hm-2时，荚果产量随施用剂量的增大而提高；当235g·L-1乙氧氟草醚EC施用剂量大于141.28g·hm-2时，产量则随施用剂量的增加而降低。

2.2.3 荚果产量极值配施方案

Y2max(0.3155,0.3031,0.5657)=4338.88 kg·hm-2。即试验因素X1、X2、X3分别取0.3155、0.3031、0.5657时，荚果产量最高，为4338.88 kg·hm-2，此时除草剂施用剂量分别为852.44 g·hm-2、725.66 g·hm-2、137.98 g·hm-2。

2.3 最优配施方案优化

选用频率分析法对试验所得的数学回归模型进行优化，在[-1.000,1.000]范围内，将编码值划分为-1.000、-0.2912、0.1925、1.000等4个水平，一共有43=64个处理组合，以杂草干重不超过600.00 kg·hm-2为目标，经过计算得出杂草干重低于600.00 kg·hm-2的处理组合有11个，对其进行频率分析。表4可见，在95%的置信区间内，杂草干重低于600.00 kg·hm-2的优化配施方案：960g·L-1精异丙甲草胺EC 735.48～924.44 g·hm-2+330 g·L-1二甲戊灵EC 662.12～813.37 g·hm-2+235 g·L-1乙氧氟草醚EC 104.78～128.72 g·hm-2，三者最佳配施比例为1:0.72～1.11:0.11～0.18。

同理，以荚果产量4000.00 kg·hm-2为目标，算出超过4000.00 kg·hm-2的处理组合有16个，95%置信区间内，荚果产量超4000.00 kg·hm-2的优化配施方案为：960 g·L-1精异丙甲草胺EC 727.32～883.87 g·hm-2+330 g·L-1二甲戊灵EC 648.54～792.32 g·hm-2+235 g·L-1乙氧氟草醚EC 123.82～143.30 g·hm-2(表5)，三者最佳配施比例为1∶0.73～1.09∶0.14～0.20。

表4 配施方案杂草干重低于600.00 kg·hm-2时因素取值频率分布

表5 配施方案花生荚果产量超过4000.00 kg·hm-2时因素取值频率分布

表6 试验因素的优化组合频数分析

以优化整体配施效果，提高杂草防除效果和花生荚果产量为目标，采取多函数集合的多频率分析方法，取95%置信区间，从模拟的组合方案中筛选出杂草干重≤600kg·hm-2、荚果产量≥4000kg·hm-2的高效除草和花生高产的组合有9个(表6)，相应优化配施方案为：960 g·L-1精异丙甲草胺EC 644.06～808.74 g·hm-2、330 g·L-1二甲戊灵EC 701.66～866.41 g·hm-2、235 g·L-1乙氧氟草醚 EC 111.04～137.11 g·hm-2。

3 讨 论

除草剂合理混用可以产生增效作用，减少单剂用药量，扩大杀草谱，延长施药适期，降低在作物和土壤中的残留，减轻药害，提高对作物的安全性，还可以省工、降低防治成本等，因此，混施也越来越多地得以应用[27-28]。由于不同农田生态中草相、土壤地力等方面存在差异，研究如何科学合理混配尤为重要[29-31]。除草剂在土壤中因土壤有机质和粘粒的吸附使一定数量的除草剂失去除草作用，因此当土壤有机质含量高，质地黏重时除草剂用高药量，当土壤有机质含量低，质地疏松时除草剂用低药量[28]。本试验所选试验地质地较为黏重，在苗期调查时浓度较高配施组合均未发现除草剂药害，安全性良好。之后各组合生育期内不再进行任何人工除草，至收获时取得较高荚果产量的组合均表现为小区内杂草数量少且干重低。整体来看，配施较单施杀草谱广，杂草防除效果和花生产量效果规律均为三种除草剂配施>二种除草剂配施>一种除草剂单施>未施除草剂；配施浓度升高除草效果增强，但浓度过高就会引起产量效果和安全性下降[13-14,20]。因此，除草剂配施时注意配施比例和剂量[5,14]，防止造成除草剂药害。

饱和D最优设计作为精确度较高的试验设计之一，其理论值与实测值之间具有极高的相关性，现被广泛应用于农业试验研究之中[17,25,27]。本试验的理论值与实测值的相关系数均达极显著水平，建立的两组数据模型具有较强的适用性。通过分析采用二次饱和D-最优设计建立的杂草干重(Y1)、荚果产量(Y2)与试验因子(Xi)之间回归模型发现，在[-1.000, 1.000]范围内，三种除草剂对花生田杂草均有明显的防除效果，其除草效果和产量效果的大小顺序均为：235g·L-1乙氧氟草醚EC>330g·L-1二甲戊灵EC>960g·L-1精异丙甲草胺EC；在置信区间95%范围内、杂草干重低于600.00 kg·hm-2时形成的优化配施方案为960g·L-1精异丙甲草胺EC 735.48～924.44g·hm-2、330g·L-1二甲戊灵EC 662.12～813.37g·hm-2、235g·L-1乙氧氟草醚EC104.78～128.72g·hm-2，杂草干重最小值(319.00kg·hm-2)时三者的施用剂量则分别为865.92g·hm-2、693.31g·hm-2、120.35g·hm-2，此方案在上述优化方案范围内；在置信区间95%范围内、荚果产量超过4000.00 kg·hm-2时形成的优化配施方案为960 g·L-1精异丙甲草胺EC 727.32～883.87 g·hm-2、330 g·L-1二甲戊灵EC 648.54～792.32 g·hm-2、235 g·L-1乙氧氟草醚EC 123.82～143.30 g·hm-2，荚果产量最高产(4338.88 kg·hm-2)时三者施用剂量则分别为852.44g·hm-2、725.66g·hm-2、137.98g·hm-2，也符合上述优化方案要求。

4 结 论

本研究得到杂草干重和花生荚果产量两套回归模拟方程，对其进行优化筛选，确立了960g·L-1精异丙甲草胺EC 644.06～808.74g·hm-2、330 g·L-1二甲戊灵EC 701.66～866.41 g·hm-2、235g·L-1乙氧氟草醚EC 111.04～137.11g·hm-2时，即可获得较高的除草效果，又可取得花生高产；但杂草干重最低、荚果最高产量的方案却不在此范围内，故在生产中可根据具体生产目的进行优化配施方案的设计。本试验是在公主岭进行的，实际生产中由于不同区域的杂草种类和土壤类型存在差异，因此其他生态类型区域关于此三种除草剂的优化配施剂量尚需进一步研究。