千金子对水稻生长和产量性状的影响及其防治经济阈值

朱文达 周普国 何燕红 杨峻 林荣华 齐文全 李林 欧阳灿彬

摘要：【目的】研究稻田千金子對水稻生长和产量性状的影响及其防治经济阈值，为稻田千金子科学防除提供技术指导。【方法】在大田条件下，研究不同密度（0、1、2、5、10、20、40和80株/m2）千金子对水稻田间透光率、水肥吸收和水稻产量性状的影响，采用模型拟合法分析不同密度千金子与水稻产量损失率间的函数关系，并根据经济危害允许水平推导千金子的防治经济阈值。【结果】随着千金子密度的增加，其株高显著增高（P<0.05，下同），并通过株高优势争夺水稻田间光照，当千金子密度≥10株/m2时，离地70 cm处的透光率显著降低至10.00%以下，离地25 cm处田间透光率低于1.00%。千金子可同时竞争稻田土壤的水肥营养，进而影响水稻生长，导致水稻有效穗数、穗长、实粒数和千粒重等产量性状显著降低，水稻产量锐减，产量损失率增加。相关性分析结果表明，水稻各产量性状间，除穗长和空秕粒数无显著相关性外（P>0.05），其他产量性状间的相关性均达显著或极显著（P<0.01）水平。二次曲线模型y=-0.0151x2+2.2760x+0.8114能较好地拟合千金子密度与水稻产量损失率间的关系。根据经济危害允许水平和二次曲线模型，人工防除千金子的经济阈值为5.39株/m2，10%氰氟草酯EC化学防除的经济阈值为0.76株/m2。【结论】千金子可竞争水稻的田间光照和土壤水肥，影响水稻的产量性状，导致水稻严重减产。采取化学防治稻田千金子具有显著的经济优势。

关键词： 千金子；水稻；光照强度；养分吸收；产量性状；经济阈值

中图分类号： S451 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）05-0863-07

Abstract：【Objective】Influence of Leptochloa chinensis（L.） Nees. on the growth and yield properties of rice and its control economic threshold were studied in order to provide technical guidance for the scientific control of L. chinensis in rice field. 【Method】The effects of different densities of L. chinensis（0，1，2，5，10，20，40，80 plant/m2） on light penetration rate of rice，absorption of water and nutrition， yield properties of rice were investigated in field conditions. Then the functional relationship between different densities of L. chinensis and rice yield loss rate was researched by using model fitting method. Finally，economic thresholds for control of L. chinensis were derived on the basis of economic infestation levels（EIL）. 【Result】With the increasing density of L. chinensis，its plant height increased significantly（P<0.05， the same below）. L. chinensis competed for the light in rice field with advantage of plant height. When the density of L. chinensis was ≥10 plants/m2，the light penetration rate at 70 cm above the ground was less than 10.00% and at 25 cm was less than 1.00%. At the same time， L. chinensis competed with rice for water and nutrition in the soil of rice field，which affected the growth of rice and decreased yield properties of rice such as effective ear number，ear length，full grain number and weight of 1000 grains. The rice yield sharply decreased and rice yield loss rate increased. The result of correlation analysis showed that among all yield properties of rice， except ear length and blighted grain number had no significant correlation（P>0.05）， the correlation of other yield properties all reached significant level or extremely significant（P<0.01） level. The quadratic curve model（y=-0.0151x2+2.276x+0.8114） could well fit the relationship between the density of L. chinensis and rice yield loss rate. According to EIL and the quadratic curve model，the economic threshold for artificial control of L. chinensis was 5.39 plant/m2，and the economic threshold for chemical control by 10% cyhalofop-butyl EC was 0.76 plant/m2. 【Conclusion】L. chinensis competes with rice for light，water and nutrition of soil in the rice field，and affects the yield properties of rice，resulting in the serious yield reduction. Chemical control for L. chinensis has obvious economic advantage.

Key words：Leptochloa chinensis（L.） Nees.； rice； light intensity； nutrient absorption； yield property； economic threshold

0 引言

【研究意义】随着直播稻技术的推广，稻田杂草群落结构发生变化。千金子[Leptochloa chinensis（L.） Nees.]具有旱生喜湿、成株率高、出草早且分蘖能力强、植株产种量高、与水稻共生期长及对常用除草剂不敏感等生物学特性，是直播稻田的主要杂草（吴长兴等，2000；董立尧等，2003b）。因此，研究千金子对直播稻田间光照和水肥的竞争能力及对水稻生长和产量性状的影响，明确其经济危害允许水平和经济阈值，对千金子的科学防治具有重要指导意义。【前人研究进展】前人已对稻田千金子的发生规律、防除技术、抗药性、生态经济阈值和防除临界值等进行系统研究。千金子在水稻直播后4 d即可出苗，一般只有一个发生高峰期，在单季晚稻直播田和连作晚稻直播田中，千金子的发生高峰期在播后1周，在早稻直播田中发生高峰期在播后2周（吴长兴等，2000；董立尧等，2003b，2005）。通过耕作制度（Chauhan and Ope?a，2012）、金色胡须草（Chrysopogon serrulatus）粗体物和分离物（Chuah et al.，2014）及化学除草剂（朱文达等，2011）等均可综合防治千金子，其中化学除草剂氰氟草酯能有效防控各个叶龄的千金子，且防效在90%以上（刘庆虎等，2016），但目前千金子对氰氟草酯已逐渐产生抗药性（夏向东等，2013；文马强等，2017；Yu et al.，2017）。在不影响水稻产量的前提下，明确千金子在直播稻田的容忍程度至关重要，不同水稻种类及防治措施对其防治经济阈值均有影响。张颂函等（1996）研究发现，长江下游上海地区的水稻产量损失率与千金子密度呈直线相关，人工防除经济阈值为1.73～2.31株/m2，化学防除因使用药剂不同，其防除经济阈值变幅为0.26～1.03株/m2。董立尧等（2003a）研究了千金子对安徽地区直播中稻汕优63的危害，发现水稻产量损失率与千金子密度的关系为拟合二阶多项式，人工防除千金子经济阈值为3.47株/m2，化学防除经济阈值为0.51～0.73株/m2。吴尚等（2015）研究了千金子对江西早稻中佳早17、中稻皖稻103和晚稻荣优225的影响及其防除经济阈值，发现早稻、中稻和晚稻的产量损失与千金子密度的关系以幂函数拟合的效果最佳，人工防除经济阈值分别为2.26、3.52和3.56株/m2，化学除草经济阈值分别为0.06～0.09、0.59～0.72和0.25～0.32株/m2。【本研究切入点】前人研究侧重于分析千金子对水稻产量性状的影响，不同密度的千金子如何通过竞争水稻田的生长空间和水肥进而影响水稻生长的研究报道较少。【拟解决的关键问题】研究大田条件下千金子对水稻田间光照、水肥和水稻产量性状的影响，明确千金子影响水稻产量的根本原因，同时建立千金子与水稻产量损失率间的函数关系，根据经济阈值确定防治指标和防治措施。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试水稻品种为鄂粳912，由湖北省农业科学院粮食作物研究所提供。

1. 2 试验方法

试验于2016年在湖北省农业科学院南湖农场直播稻田中进行。试验地地势平坦，肥力均匀，排灌方便。土壤为黏壤性水稻土，pH 6.80，有机质含量2.10%，全氮含量0.18%，碱解氮、有效磷和有效钾含量分别为122.2、15.3和150.4 mg/kg。

直播稻田水稻播种量为75 kg/ha，千金子密度分别设为0（对照区）、1、2、5、10、20、40和80株/m2，共8个处理，每处理重复4次。小区面积4 m2（2 m×2 m），完全随机区组排列。试验开始时人工拔除所有杂草，水稻直播的同时在育苗区播种千金子种子，待千金子长至1叶1心期，在试验区按照设定密度人工种植千金子幼苗。整个试验区人工拔除其他杂草。

1. 3 调查项目及方法

在水稻生长旺盛期选择晴朗天气（2016年9月1日），于中午光照强度变化小的时间段，使用ST-80C数字式照度计（北京师范大学光电仪器厂）分别测量离地表150、70和25 cm处的光照强度（LI），分别记作LI150、LI75和LI25。每小區采用5点对角取样法，每个样点重复测量3次，取平均值，然后计算离地70和25 cm处的透光率（Light penetration rate，LPR），LPR=LI/LI150×100，式中，LI为测定层光强。

调查水稻株高、千金子的株高和鲜重，同时取单位面积内（1 m2）的千金子鲜样送至湖北省农业科学院农业测试中心测定其水含量和氮、磷、钾含量，每处理重复4次。全氮量采用开氏定氮法测定，全磷量和全钾量采用高频电感藕合等离子体原子发射光谱法测定，水含量参考GB/T 5009.3—2003进行测定。

于水稻成熟期，每小区随机采取5穴水稻进行考种，包括有效穗数、穗长、饱满籽粒数、空秕粒数、空粒率、千粒重和产量，并计算产量损失率。

产量损失率（%）=[对照产量-处理产量对照产量]×100

1. 4 数据处理及统计分析

采用DPS v16.05进行方差分析和Duncans多重比较。对水稻产量损失率与千金子密度进行回归分析，以不同回归模型进行拟合，基于显著水平和拟合误差水平确定最优拟合模型。根据水稻预期产量（Y）、稻谷市场价格（P）、防除效果（E）及杂草防除费用（C）等因素，计算水稻的经济危害允许水平（EIL），EIF（%）=C/YPE×100。

2 结果与分析

2. 1 千金子对水稻株高及田间光照的影响

千金子是一种恶性杂草，在直播稻田中竞争水稻的生长空间，最终表现在千金子和水稻的株高变化。由表1可看出，无千金子时（对照区），水稻株高为113.14 cm；千金子密度控制在1～2株/m2时，千金子和水稻的株高相近；当千金子密度≥5株/m2时，千金子的株高逐渐增高，水稻的株高则逐渐降低。表明千金子通过株高优势争夺田间的上部空间。

千金子对上部空间的竞争主要影响水稻田间的光照，随着千金子密度的增加，稻田的光照条件急剧恶化（表1）。当千金子密度≥10株/m2时，离地70 cm处的透光率显著降低至10.00%以下（P<0.05，下同），离地25 cm处田间透光率低于1.00%。

2. 2 千金子對水稻田间水肥的影响

千金子在稻田中可集聚惊人的生物量，进而影响水稻生长。由表2可看出，随着千金子密度的增加，其积累生物量及吸收的水肥量激增，密度增至80株/m2时，其鲜重达8088.00 kg/ha，水分重量达5076.16 kg/ha，全氮、全磷和全钾量分别达16.61、4.02和41.34 kg/ha。在一定土壤条件下，千金子吸收的水肥量越高，说明水稻吸收的水肥量就越少，即严重影响水稻的生长。

2. 3 千金子对水稻产量性状的影响

随着千金子密度的增加，水稻穗部发育受到明显抑制。千金子密度从0株/m2增加至80株/m2时，水稻有效穗数从12.52穗/株下降至3.40穗/株，穗长从21.53 cm下降到18.58 cm；千金子密度≥10株/m2时，有效穗数显著下降；千金子密度≥40株/m2时，穗长显著下降（表3）。相关性分析结果（表4）表明，水稻有效穗数和穗长与千金子密度呈极显著负相关（P<0.01，下同）。

千金子对水稻籽粒发育也有显著影响，其密度从0株/m2增加至80株/m2时，水稻实粒数从88.45粒/穗下降至57.35粒/穗，空秕粒数由13.71粒/穗增加至30.91粒/穗，对应的空粒率由13.42%增加到35.18%，千粒重由23.42 g显著下降至21.01 g。当千金子密度≥5株/m2时，各指标开始出现明显改变（表3）。相关性分析结果（表4）表明，千金子密度与水稻的实粒数和千粒重呈极显著负相关，与水稻的空秕粒数和空粒率呈显著或极显著正相关。

随着千金子密度的增加，水稻产量不断下降。当千金子密度为1～5株/m2时，水稻产量为5684.54～6259.52 kg/ha，处理间无显著差异（P>0.05，下同），产量损失率在1.07%～10.15%；当千金子密度为10株/m2时，水稻产量开始显著降低；当千金子密度增加至80株/m2时，水稻产量降至864.04 kg/ha，产量损失率达86.34%（表3）。相关性分析结果（表4）表明，千金子密度与水稻产量呈极显著负相关，与水稻的产量损失率呈极显著正相关。

水稻各产量性状间，除穗长与空秕粒数无显著相关性外，其他产量性状间均呈显著或极显著（P<0.01，下同）负相关或正相关（表4）。表明随着千金子密度的增加，各产量性状显著降低，最终导致水稻产量锐减。

2. 4 千金子密度与水稻产量的回归模型筛选结果

采用5种拟合模型研究水稻产量损失与千金子密度间的曲线拟合关系，结果（图1）表明，以二次曲线模型的拟合效果最好，其次为线性、对数和幂函数模型，指数曲线的拟合效果最差。回归分析结果（表5）表明，5种拟合模型的R2依次为二次曲线>幂函数>线性>对数>指数，F测验也发现指数模型的拟合效果最低（P>0.05）。基于曲线拟合和回归分析，发现二次曲线模型y=-0.0151x2+2.2760x+0.8114能最好地拟合水稻产量损失率与千金子密度间的关系。

2. 5 稻田千金子经济危害允许水平及防除阈值的确定

设水稻鄂粳912的预期产量（Y）为7500.00 kg/ha，稻谷市场收购价（P）为1.5元/kg，人工拔除千金子的防除费用（C）为2250.0元/ha，防除效果（E）为95%。选用10%氰氟草酯EC有效成分用量100 g/ha进行化学防除时，药剂费用和施药用工总计约450.0元/ha，防效在95%以上（朱文达等，2011）。千金子的经济危害允许水平因防除措施的不同而存在差异，人工拔除对应的经济危害允许水平为12.63%，10%氰氟草酯EC防除千金子对应的经济危害允许水平为2.53%。

根据水稻的经济危害允许水平，由拟合的水稻产量损失与千金子密度的关系模型y=-0.0151x2+ 2.2760x+0.8114得出直播水稻田千金子防治的相应经济阈值。计算结果（表6）表明，人工防除千金子的经济阈值为5.39株/m2 ，即当水稻田千金子密度达5.39株/m2以上时，即需要进行人工防除。进行10%氰氟草酯EC化学防除时，千金子的经济阈值为0.76株/m2。

3 讨论

杂草与作物间具有错综复杂的竞争关系，杂草可争光、抢水和夺肥，导致作物产量急剧下降（林文雄等，2004；Xuan et al.，2005；王海斌等，2012）。水稻田间因杂草种类不同，对光照和水肥的竞争能力亦有显著差异。鸭舌草主要竞争水稻田下层光照，不影响水稻穗部光照，但其在水稻田集聚的生物量较大，竞争田间的水分和养分，从而影响水稻生长（朱文达等，2012b）。旱莲草则可争夺水稻田整个生长空间的光照，进而显著影响水稻的生长（朱文达等，2012a）。直播稻田的千金子发生密度大、分蘖能力强、植株产种量高且与水稻共生期长，成为稻田杂草的优势种群（董立尧等，2003b）。本研究结果表明，随着稻田千金子密度增加，千金子株高和鲜重显著提升，对水稻田间的光照和土壤中水肥的吸收能力显著增强，千金子成为稻田的优势种群，导致水稻有效穗数、穗长、实粒数和千粒重等产量性状显著降低，空秕粒数显著增加，最终致使水稻严重减产。说明千金子竞争直播稻田间光照和土壤中水肥，使水稻植株间的透光条件及土壤中可供水稻利用的水肥大幅降低是导致水稻产量锐减的根本原因。

一般采用数学模型来描述杂草与作物间的竞争关系（Holst et al.，2007；喻大昭等，2008）。水稻田间杂草的类型不同，水稻产量与杂草密度间的关系也存在差异，如对数模型、二次曲线模型和平方根模型可分别较好地拟合水稻产量损失与空心莲子草密度、旱莲草密度和鸭舌草密度间的关系（喻大昭等，2008；朱文达等，2012a，2012b）。针对同一种杂草，杂草与作物竞争的模型也会受到作物品种、播种密度、土壤水肥条件、环境光温条件及杂草草相等因素的影响。管丽琴等（2001）研究发现水稻产量损失与稗草密度间呈直线关系；朱文达（2005）报道，水稻产量损失与稗草间的关系用对数模型拟合效果最佳；张纪利等（2015）发现二次曲线模型能最好地拟合双季早稻和晚稻的产量损失与稗草密度的关系，与水稻产量损失和千金子密度的模型变化有相似性。关于水稻产量损失与千金子密度的关系，董立尧等（2003a）报道，长江下游中稻的产量损失率与千金子密度的关系符合二阶多项式；吴尚等（2015）发现长江中游直播早、中、晚稻的产量损失与千金子密度间的关系用幂函数拟合效果最佳。本研究发现，湖北地区二次曲线模型可较好拟合中熟晚粳品种鄂粳912的产量损失与千金子密度间的关系，根据二次曲线模型和经济危害允许水平，人工防除千金子的经济阈值为5.39株/m2，化学防除（10%氰氟草酯EC）千金子的经济阈值为0.76株/m2，化学防治具有显著的经济优势。此外，当千金子密度达人工防治经济阈值的5.39株/m2时，离地70 cm处的透光率低于12.68%，因此，水稻上部空间透光率是稻田杂草防控的重要参数。

4 结论

随着稻田千金子密度增加，千金子通过株高优势争夺水稻田间的生长空间及光照，同时吸收土壤中大量的水分和养分，最终导致水稻严重减产。二次曲线模型y=-0.0151x2+2.2760x+0.8114能最好地拟合水稻产量损失率与千金子密度间的关系。根据二次曲线模型和经济危害允许水平，人工和化学防除千金子的经济阈值分别为5.39和0.76株/m2，即化学防治经济优势显著。

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（责任编辑 王 晖）