玉米田杂草综合防控措施探究

李敏华，董永义，郭 园，庄得凤，杨恒山

（内蒙古民族大学 农学院，内蒙古通辽 028043）

玉米是中国第一大作物，也是全球第一大作物，全球年产量超过10 亿t，同时玉米还是种植范围最广、单产潜力最高、用途最多的作物［1］.玉米是内蒙古地区主要粮食作物之一，其种植面积占全区耕地面积的一半左右，在全区农业生产中具有巨大的发展前景，然而其生育期正值夏季，高温多雨，杂草生长迅速，覆盖面积可达82%～86%.西辽河流域的中心城市通辽位于内蒙古东部松辽平原西部，年均降雨量300～400 mm，是我国玉米种植黄金地带.现有耕地134.74万hm2，玉米种植面积在110万hm2以上，平均单产8 250 kg·hm-2，玉米在通辽市国民经济中占有重要地位.但是玉米田间杂草多，草相复杂，杂草与玉米争夺光照、水分和土壤养分等资源，并且传播病虫害，严重影响玉米产量和品质［2］.据统计，中国每年玉米田草害面积达2 667万hm2，占播种面积的70%以上，一般可造成玉米减产20%～30%，严重地块达40%［3-4］.玉米田间主要杂草有稗草（EchinochloacrusgalliL.）、打碗花（CalystegiahederaceaWall.ex.Roxb.）、反枝苋（Ama⁃ranthusretroflexusL.）、龙葵（SolanumnigrumL.）、藜（Chenopodium albumL.）、狗尾草（Beauv.SetariaviridisL.）、苘麻（Abutilon theophrastiMedicus）等［5］.

目前，杂草防控主要以化学防控（封闭土壤处理和茎叶处理）为主，忽略了与农业防治、生物防治、机械防治有机结合的综合防控措施，导致除草剂过量使用，玉米药害、杂草抗性、土壤污染等现象频频发生.因此，明确玉米田杂草发生规律与灌溉方式、耕作方式、种植制度以及农事操作等的关系，制定科学合理的综合防控杂草措施，对指导种植者开展杂草防控、降低生产成本、减少除草剂的施用、保护农田生态环境有着十分重要意义.近年来，由于耕作制度和种植模式的改变、杂草防治技术的革新、除草剂的大量使用等人为因素，造成杂草防控难度大大增加.因此，本文综述了玉米田杂草发生数量及群落动态分布的影响因素，为有效控制玉米田间杂草的发生提供理论参考.

1 田间管理和农事操作对田间杂草群落动态的影响

1.1 不同耕作方式对玉米田间杂草群落动态变化的影响

免耕对土壤的干扰较小，加上地表秸秆残茬，在增加土壤有机质、改善土壤结构和促进生态系统良性循环等方面效果显著，并获得生态效益、经济效益及社会效益协调发展的可持续农业技术.相对于传统耕作，免耕、深松、耙耕等保护性耕作在保护生态环境方面发挥了重要作用.但是，耕作方式的差异以及除草剂的连续使用，使原有的生态系统发生改变，还会导致土壤表层理化性质发生变化，进而影响杂草的发生规律与生长发育［6］.

杜艳伟等［7］研究发现，玉米田间杂草发生状况从重到轻依次为免耕处理、秋季深松处理、春季深松处理、传统翻耕处理.与此同时，耕作方式的变化还常影响农田杂草群落结构发生变化［8］.大量研究发现［9-10］，与传统耕作相比，免耕可显著提高小麦田杂草群落均匀度和多样性组成，并且使某些优势种杂草种类发生了显著变化，原因可能是免耕减少了对土壤的翻耕，提高了杂草种子库的密度.黄春艳等［11-12］研究了不同耕作模式和稻杆覆盖免耕栽培耕作模式对玉米田杂草发生规律的影响，结果表明，不同生长阶段调查结果均显示免耕多年生杂草种类较多，但处理差异不显著.为探明不同耕作方式下烟草—水稻轮作农田杂草种子库的物种组成，张聪敏等［13］采用杂草种子萌发法进行了调查研究，发现免耕处理下杂草总密度大于翻耕处理.

同时，免耕年限长短会对杂草群落特征产生不同影响.许贤等［14］发现，免耕处理方式下玉米田杂草发生数量远远少于旋耕处理方式下杂草发生数量，并且在连续经过5～10年免耕后，杂草总体密度降低，原因可能是免耕处理使土壤表面有较多的作物残体，可以改变土壤表面环境.建议在连续免耕2～3年后，可适当进行旋耕或深松，以改善土壤通透性和杂草发生情况［15］.王能伟等［16］研究表明，免耕和深松下杂草密度较高，深耕处理下的物种丰富度和均匀度最低.目前，我国对不同耕作方式研究主要集中在玉米田杂草的发生及消长初探、玉米田杂草的生物学特性和玉米田杂草危害的产量损失及经济阀值，但对不同耕作方式对玉米田杂草群落动态变化趋势研究较少.

1.2 不同灌溉方式对玉米田间杂草群落动态变化的影响

玉米田节水灌溉方式主要有管道畦田灌、膜下滴灌、浅埋滴灌和平移式喷灌等方式，生产实践中浅埋滴灌优于其他灌溉方式［17］.目前针对浅埋滴灌玉米田杂草的综合防控报道甚少，李亮［18］在新疆连续3年的研究表明，膜下滴灌模式促进了杂草的提早发生，出草高峰期比无膜滴灌模式玉米提前了1周.崔建平［19］研究表明，膜下滴灌棉田杂草根的干重明显较低，一年生浅根杂草及阔叶杂草呈增多趋势.蒋成国［20］研究结果表明，滴灌对棉田杂草种子库影响大，物种数和单位面积的种子库密度的年际间波动明显，随着滴灌年限的增长，狗尾草、藜、龙葵、反枝苋和凹头苋等喜旱性杂草占总种子库的比例逐渐增加.郭学良等［21］研究结果表明，滴灌作为节水灌溉技术能够降低杂草危害的发生并有效增产.付浩龙等［22］研究结果表明，控制灌溉稻田杂草种类及密度要多于常规灌溉，控制灌溉能够有效地抑制稻田优势种杂草的发生，降低杂草发生数量.与传统淹灌相比，间歇灌溉能充分渗入土壤中被作物吸收，避免了地表径流，同时抑制了大量杂草的生长发育，改变了杂草的生存空间［23］.

1.3 不同耕作制度对玉米田间杂草群落动态变化的影响

耕作制度主要包括单作、间作套种、轮作和连作，合理的耕作制度不仅可以提高土地利用率，还能非常有效地抑制病虫害和杂草的生长，从而影响田间杂草群落特征［24］.目前由于作物种类单一和连作年限的增加引起了各种问题，其中重要的一点就是会增加杂草密度.例如，冬小麦连作导致了优势杂草的发生，大大增加了杂草防控难度.

作物轮作不但改变农田生态条件、改善土壤理化特性，同时在一定程度上抑制杂草的生长，并且维持田间生物多样性.有研究表明［25-26］，轮作具有很高的经济收益和生态收益，能降低次年杂草危害，对田间杂草有一定的抑制和防除作用.魏守辉等［27］研究了不同作物轮作制度对杂草种子库特征的影响，结果表明，进行玉米-小麦或大豆-小麦轮作后，杂草种子库密度和种类受到显著影响，原因可能在于通过种植不同的作物，提供了多种方式的竞争（如光照、水分），限制优势杂草的生长.AdeuxG 等［28］研究表明，实施多种作物轮作与栽培管理措施，谷物田杂草可以得到有效控制.Ulber L等［29］研究结果表明，与单作相比，各种作物轮作的控草效果比简单轮作田间杂草物种更明显，作物轮作可导致杂草种类和数量发生变化.Scherner A等［30］研究轮作对杂草群落的影响，结果表明，轮作减少了杂草的发生.

国外大量研究表明［31］，间作可以有效地抑制优势杂草的发生，提高杂草多样性指数.李广阔等［32］研究发现核桃-小麦间作和红枣-小麦间作与单作相比较，麦田杂草的种类及数量有所减少，说明间作降低了优势杂草的危害.王心星等［33］指出了玉米间作大豆模式下，许多杂草在萌芽期就呈消亡状态，并减少了农药的施用次数.这可能是通过合理的间套作，其总体优势在于充分利用空间，增加了对杂草的遮阴程度，从而抑制杂草的生长发育［34］.

1.4 不同覆盖材料对玉米田间杂草群落动态变化的影响

目前，比较常用的农田覆盖方式即秸秆覆盖和塑料薄膜覆盖.农田覆盖不仅能减少土壤表层水分蒸发，还能调节地温，促进农作物早熟.大量研究表明［35］，采用覆膜技术可以显著抑制杂草，减轻杂草危害，小麦秸秆覆盖对杂草萌发和数量的影响作用明显.

赵欣等［36］研究了水稻覆膜处理对稻田杂草多样性的影响，结果表明地膜覆盖明显降低了杂草的发生.Kelsey A等［37］研究发现覆盖作物抑制了杂草的发生.冒宇翔等［38］研究表明，玉米秸秆覆盖还田有利于控制杂草危害，而且随着秸秆覆盖还田量的增加，杂草控制效果明显上升.在农业生产过程中通常把免耕与秸秆覆盖相结合，能有效地控制杂草群落.Isik D等［39］研究发现，作物覆盖物可防止杂草通过化感作用以物理方式和化学方式萌发.

生物降解地膜是有效防止残膜对农田土壤污染途径之一，该膜在一定的时间范围内分解为水和二氧化碳等小分子物［40］.王安等［41］探讨了不同地膜对土壤温湿度、杂草控制率及芋头生长发育的影响，研究表明生物降解膜对杂草有明显抑制作用.高赟等［42］研究表明，生物降解膜和黑白相间膜能大幅度降低马铃薯田的杂草密度.许维诚等［43］研究黑色地膜覆盖在胡麻田杂草防治中的应用效果，结果表明，黑色地膜覆盖杂草防治效果显著优于白色地膜覆盖.

1.5 不同施肥方法对玉米田间杂草群落动态变化的影响

科学施肥可以维持和增强土壤肥力，提高作物产量，同时也会影响田间杂草的种类和数量，进而影响农田杂草的生物多样性［44］.化肥配施秸秆可以作为提高农田生态系统生产力和稳定性并保持生物多样性的农田施肥管理方式，氮磷钾均衡施肥杂草群落多样性低于氮磷亏缺杂草群落多样性［45］.长期均衡的施肥方式更容易形成稳定的农田生态系统，能显著降低农田杂草密度，这可能是因为杂草长期适应土壤条件及与作物竞争的结果［46］；不施肥或不平衡的施肥方式会抑制农作物的生长，农田光照透过率增强，从而增加了田间杂草的总密度［47］.采取合理的施肥方式可以形成不同养分状况的土壤环境，同时会影响各种杂草的生物多样性［48］.

不同的施肥方式对农田杂草群落的多样性也会产生影响.张海艳等［49］研究了不同施肥方式对稻麦轮作制稻田杂草群落的影响，结果表明，秸秆还田配施有机化肥、有机无机复混肥一次施用的稻田环境中，增加了杂草群落多样性且杂草密度较低.平衡施肥能提高杂草总生物量，且证明土壤pH值与速效肥显著相关，原因可能是杂草与农田作物存在一定的种内和种间联系［50］.

2 田间杂草综合防控措施研究现状

2.1 人工除草

近代以来，田间杂草防除一直以人工防除为主，通过人工拔除、割、锄等措施来有效防治杂草.无论是手工拔草，还是锄、犁、耙等防控措施，都效率低下、劳动强度大，而且用工成本高，已经不能适应现代农业和精准农业的发展趋势.

2.2 机械除草

机械除草是利用农机在耕、翻、耙等田间作业过程中将杂草铲除或深埋，该方法速度快、效率高，但随着机械在田间作业次数的增加，对农田会产生破坏作用［51］；Kunz等［52］，Wu等［53］利用相机引导除草提高了甜菜、玉米和大豆机械除草的有效性和选择性.李瑞平等［54］结果表明，玉米和大豆田机械除草后虽然杂草株数减少，但是杂草密度仍为36.50株·m-2和28.25株·m-2，分别是化学除草的8.1倍和4.5倍.Fennimore S A等［55］研究表明，采用化学除草剂的机器人，通过摄像头模块进行颜色及形状识别锁定杂草，实现图像处理功能，有效减少化学药剂对环境的污染，为玉米田间的机械化除草提供技术支持［56］.蒋郁等［57］在机器视觉识别定位技术研究的基础上，研制了一种气动式水稻株间机械除草装置，选择性地避开秧苗，能显著降低伤苗率，提高除草效果.

2.3 生物除草

生物除草是利用生物之间的生态关系、致病微生物和自身分泌的他感物质来达到控草的目的.利用生物取食关系进行杂草控制，例如农田放养一定数量的鸡可有效控制玉米田间杂草数量，维持生态平衡和生物多样性［58］.利用作物与杂草的竞争关系对杂草进行抑制，例如罗德尼燕麦能抑制杂草的生长，由于生长旺盛，对农田杂草的竞争力很强，再如菟丝子属植物通过寄生可以有效控制入侵杂草微甘菊［59］.在紫茎泽兰入侵早期利用黄花蒿进行控制可取得较好的防治效果［60］.于文莹等［61］认为，采用微生物除草剂手段控制杂草，随着菌株剂量的增加对敏感杂草的防效更显著，是最具成本效益和环境友好的杂草防治方法，可以减轻除草剂使用的压力.RadhakrishnanR等［62］利用植物源性和微生物除草剂通过分泌有毒代谢物或影响正常细胞功能来抑制杂草种群.María Pardo-Muras 等［63］研究结果表明，金雀花和金雀花土壤改良剂可以有效地控制杂草密度，对玉米和土壤没有不良副作用.Puig C G等［64］结果表明，在有机玉米种植系统中，将球茎类作物残茬作为绿肥施用于土壤中是一种可行的、环境友好的田间除草措施.

通过化感作用，大麦、油菜、水稻、黑麦、小麦、高粱和向日葵均能对杂草进行一定的抑制，Macías F A等［65］提出酚类、萜类和生物碱类除草剂的设计和开发，利用化感作用进行生物除草.马永清［66］研究发现，利用玉米的化感作用来减少甚至消除田间杂草，既可提高玉米产量，又可减少除草剂使用量，还可减轻农药对环境的污染.化感物质有助于土壤微生物活动，也对农作物杂草和病虫害有抑制作用［67］.

2.4 化学除草

化学除草是指利用化学手段来防除杂草，操作便捷，除草效率高，成本较低；但面临作物药害、杂草抗性、粮食和环境中残留带来的安全问题［68-69］.Baltazar等［70］研究认为，过分依赖化学除草会显著影响杂草群落的生物多样性.Sousa等［71］评估了北利莫埃罗市农村和城市地区使用草甘膦除草剂造成的大气污染，对环境和人口健康存在高危影响.Taner Y［72］指出除草剂会造成地表水的污染，并导致蔬菜、水果和大田作物中农药残留的累积.Norsworthy J K等［73］指出由于长期使用同一类除草剂，造成杂草产生抗药性，而使除草剂用量增加、效果降低，只有采用更加科学的杂草综合防控体系，才能够有效减缓抗性杂草的出现.李敏华等［74］研究结果表明，相比较单剂来说，混配除草剂的使用既可扩大杀草谱，又可提高药效，有助于减少除草剂的用量，减少药害的发生，并且对延缓杂草的抗药性也有一定的作用.刘俊杰等［75］研究发现，甲基二磺隆和精噁唑禾草灵复配对野燕麦有明显增效作用，并且复配后施用量减少，可降低杂草抗性和农药残留等问题.金银兰等［76］采用田间小区试验方法，从7种除草剂筛选出精异丙甲草胺对灰菜、苋菜、铁苋菜、鸭跖草、稗草、马唐均有较好的防效.

3 结语

玉米田杂草的发生和分布，受土壤耕作制度、种植模式和灌溉方式等多种因素的影响，并且杂草群落动态变化往往具有隐蔽性.因此，对国内外研究现状和玉米田杂草群落发展动态进行分析，可以帮助我们采取有效的玉米田杂草防控措施，揭示玉米田杂草群落生态学原理，减少杂草与玉米的竞争，采取适宜的绿色防控杂草控制策略，达到减药不减效的目标，从而控制除草剂对环境的负面影响.目前国内对玉米田杂草综合防控的研究主要集中在化学除草剂防治效果以及种植密度和品种对杂草发生的影响方面，而关于不同耕作方式、灌溉方式和耕作制度对玉米田杂草群落的影响相对较少，应结合地方特点及玉米田杂草的危害情况对杂草群落结构的变化趋势进行多方面的研究，从而了解其未来杂草的动态变化，制定玉米田杂草综合防治措施.