稗草對雙季稻生長的影響及其防除經濟閾值研究

張紀利，吳尚，石緒根，李保同，湯麗梅

(江西農業大學農學院，江西 南昌 330045)

稗草對雙季稻生長的影響及其防除經濟閾值研究

張紀利，吳尚，石緒根，李保同*，湯麗梅

(江西農業大學農學院，江西 南昌 330045)

摘要：稗草是中國南方雙季稻稻田的惡性雜草，對水稻生產造成嚴重威脅。為明確稗草對雙季稻生長的影響及其經濟危害允許水平，采用添加系列試驗和模型擬合的方法研究了不同稗草密度下水稻生長與產量性狀的變化規律。結果表明，在稗草的競爭干擾下，雙季早、晚稻的株高、分蘗數、有效穗數、每穗實粒數、千粒重及產量均隨稗草密度的增加而逐漸降低。指數模型y=beax可以較好地擬合稗草對早稻分蘗數、有效穗數和產量的影響，而二次曲線模型y=ax2+bx+c擬合稗草與株高、每穗實粒數、千粒重和產量損失間的關系最佳；二次曲線模型y=ax2+bx+c均可較好地擬合稗草與晚稻株高、分蘗數、有效穗數、每穗實粒數、千粒重、產量和產量損失間的關系。稻田使用化學除草劑(丁草胺、二氯喹啉酸、五氟磺草胺)防除時，雙季早、晚稻稻田稗草的經濟危害水平分別為1.64%～2.91%和1.28%～2.28%，經濟閾值分別為0.63～1.23株/m2和1.30～1.85株/m2。稗草對水稻生長有抑制作用, 并導致水稻產量損失；通過對經濟閾值分析，化學除草劑防治稗草具有明顯的經濟優勢。

關鍵詞：稗草；雙季稻；回歸分析；經濟危害允許水平；經濟閾值

DOI：10.11686/cyxb2014365http://cyxb.lzu.edu.cn

張紀利，吳尚，石緒根，李保同，湯麗梅. 稗草對雙季稻生長的影響及其防除經濟閾值研究. 草業學報, 2015, 24(8): 44-52.

Zhang J L, Wu S, Shi X G, Li B T, Tang L M. Influence of barnyardgrass (Echinochloacrusgalli) on the growth of double-cropping paddy rice and its economic threshold. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(8): 44-52.

收稿日期：2014-08-26；改回日期：2014-11-18

基金項目：國家科技支撐計劃課題(2012BAD14B14)資助。

作者簡介：張紀利(1988-),男,山東臨沂人,在讀碩士。E-mail：707535301@qq.com

通訊作者*Corresponding author. E-mail：libt66@163.com

Influence of barnyardgrass (Echinochloacrusgalli) on the growth of double-cropping paddy rice and its economic threshold

ZHANG Ji-Li, WU Shang, SHI Xu-Gen, LI Bao-Tong*, TANG Li-Mei

CollegeofAgronomy,JiangxiAgriculturalUniversity,Nanchang330045,China

Abstract:Barnyardgrass (Echinochloa crusgalli) is an important weed in double-cropped paddy fields in southern China and a significant threat to rice production. To determine the influence of barnyardgrass on the growth of double-cropped paddy rice and its economic infestation threshold, the growth and yield of paddy rice under different barnyardgrass densities were investigated using field experiments and modelling. Results showed that plant height, tiller numbers, effective spikes, grain numbers/panicle, 1000-grain weight and grain yield of double-cropped early and late rice decreased with increasing barnyardgrass density. The exponential regression model “y=beax” was able to adequately describe the relationship between barnyardgrass density and tillers, effective spikes and yield of double-cropped early rice, while a quadratic regression model “y=ax2+bx+c” was best for plant height, grains/panicle, 1000-grain weight and yield loss. A quadratic regression model “y=ax2+bx+c” was best able to describe the relationship between barnyardgrass density and plant height, tillers, effective spikes, grains/panicle, 1000-grain weight, grain yield and yield loss of double-cropping late rice. Herbicides (butachlor, quinclorac, or penoxsulam) were applied to control barnyardgrass; the economic infestation levels for barnyardgrass were 1.64%-2.91% and 1.28%-2.28% in double-cropped early and late paddy fields, respectively, and the economic thresholds were 0.63-1.23 plant/m2and 1.30-1.85 plant/m2, respectively. Barnyardgrass severely inhibited rice growth and yield. Herbicide application effectively and economically controlled barnyardgrass.

Key words:barnyardgrass (Echinochloa crusgalli); double-cropping paddy rice; curve fit; economic infestation level; economic threshold

稗草(Echinochloacrusgalli)屬于禾本科(Gramineae)稗屬(Echinochloa)一年生植物，是全球分布最廣、對水稻產量影響最大的惡性雜草[1-2]。稗草作為稻田主要的伴生性雜草，由于其與水稻(Oryzasativa)的親緣近似性，且生育期、株型、養分需求等生物學特性與水稻極其相似，二者間的生存競爭非常激烈[3-4]。近些年來，國內外學者對稗草的生物生態學特性[5-9]、防治方法[10-13]及抗藥性[14-17]等方面進行了大量研究，而有關其在不同類型稻田的危害和防治指標報道相對較少。楊賢燕等[18]報道氮沉降增加可能會提高稗草而降低陸稻的競爭力，且在溫度較低的情況下，這種趨勢更明顯；韓豪華等[19]報道抗草潛力不同的水稻品種混合種植，在一定程度上能增強抗草潛力弱的品種對稗草的抑制能力；劉章勇和清治有[20]研究稗草對不同種植密度水稻生長和產量的影響發現，低密度處理的水稻分蘗數顯著高于高密度處理，而高密度處理的葉面積指數、單位面積干物重和產量顯著高于低密度處理；朱文達[21]報道水稻在稗的競爭干擾下，植株的分蘗數、有效穗數、千粒重及產量均隨稗草密度的增加而逐漸降低；張建中等[22]報道移栽稻田在不同稗草密度下，低、中、高3種產量水平稻田產量損失率以及稗草的生態經濟閾值(即防除指標)；管麗琴等[23]報道了水直播稻田稗的危害損失，及其與水莎草(Juncetlusserotinus)的復合防除指標。上述研究僅限于考查稗草對中稻的危害及其經濟閾值，而對中國南方雙季早、晚稻的影響及其經濟閾值尚不清楚。本研究旨在明確大田條件下不同密度稗草對雙季早、晚稻生長和產量的影響，建立稗草不同密度與水稻產量構成因子及其損失率間的函數關系，并推導出早、晚稻稻田稗草的防治經濟閾值模型，為制定南方雙季稻田稗草的防治指標和控制措施提供科學依據。

1材料與方法

1.1　供試土壤與作物

試驗在江西農業大學農業科技園稻田進行，試驗地冬季閑田。土壤為紅色壤土，pH值5.54，有機質含量18.2 g/kg，全氮1.06 g/kg，堿解氮103.2 mg/kg，有效磷16.2 mg/kg，有效鉀156.2 mg/kg。小區面積4 m2(2 m×2 m)，小區間筑埂隔開。供試水稻品種為中佳早17(早稻)和榮優225(晚稻)，分別于2013年4月25日和7月25日移栽，栽插密度均為14.3 cm×14.3 cm，每穴秧苗2株，各處理肥、水等田間管理措施均相同。

1.2　試驗設置

試驗設0，1，3，6，9，12，15，18和21株/m29個稗草密度處理，每處理4次重復，共計36個小區，隨機區組排列。水稻移栽時立即集中撒播稗草種子，待1葉1心期按試驗設計在水稻行間進行均勻定植，并在試驗期間每隔5 d檢查1次，及時查苗補缺，人工拔除其他雜草。

1.3　調查方法與數據處理

在水稻成熟期，各小區隨機選取5穴，考查全部水稻植株株高、分蘗數、有效穗數及每穗實粒數，自然晾干后，測定其千粒重；各小區單收單放，測定其實際產量[24]。試驗結果用Excel進行數據處理，用SPSS軟件進行差異顯著性分析。采用直線(y=ax+b)、對數(y=alnx+b)、二次曲線(y=ax2+bx+c)、冪函數(y=bxa)和指數(y=beax)模型，對不同密度稗草與水稻各有關性狀特征值進行回歸分析，依據相關程度篩選出最佳的擬合模型。根據稗草密度與水稻產量損失的相關模型和水稻生產所允許的產量損失水平，確定稗草的經濟危害允許水平及經濟閾值。經濟危害允許水平(EIL)根據朱文達[21]使用的EIL(%)=[CC/(Y×P×E)]×100公式進行計算，其中CC為雜草防除費用，Y為水稻產量，P為水稻價格，E為防除效果。

2結果與分析

2.1　不同稗草密度對雙季稻農藝性狀的影響

水稻的株高和分蘗數隨著稗草密度的增加而下降，雙季早、晚稻被抑制的強度存在差異(表1)。從株高來看，早稻在稗草密度為18株/m2、晚稻在稗草密度為12株/m2時，株高分別下降7.17%和3.13%，與無草對照差異顯著；而在稗草密度均為21株/m2時，早、晚稻株高分別下降8.83%和6.25%，與無草對照差異均達極顯著水平。從分蘗力來看，在稗草密度均為6株/m2時，早、晚稻的分蘗數分別減少12.87%和10.58%，與無草對照差異顯著；早稻在稗草密度為12株/m2、晚稻在稗草密度為9株/m2時，分蘗數分別減少18.62%和13.18%，與無草對照差異達極顯著水平；在稗草密度均為21株/m2時，早、晚稻分蘗數分別減少達33.79%和25.02%。稗草密度越高，水稻株高被抑制越強，分蘗數越少，說明稗草的發生危害嚴重阻礙了水稻的生長發育。

表1　不同密度稗草對水稻生理性狀的影響

注：同列數據后不同大小寫字母分別表示在1%和5%水平差異顯著，下同。

Note: Data followed by different capital or small letters mean the significance at 0.01 or 0.05 level. The same below.

對稗草密度與水稻株高進行曲線擬合和回歸分析，雙季早、晚稻擬合效果(R2)均為二次曲線>直線>指數函數>對數>冪函數。對函數進行F值檢驗，5種函數模型均能較好的擬合稗草密度與早稻和晚稻株高之間的關系(P<0.01)。綜合函數模型的R2和F值顯著性分析，二次曲線函數y=-0.0033x2-0.1906x+66.4220和y=-0.0031x2-0.1661x+79.8588能分別較好地表示雙季早、晚稻株高與稗草密度之間的關系(表2)。對稗草密度與水稻分蘗數進行曲線擬合和回歸分析，早稻擬合效果(R2)為指數函數>二次曲線>直線>對數>冪函數，而晚稻擬合效果(R2)為二次曲線>指數函數>直線>對數>冪函數。對函數進行F值檢驗，5種函數模型均能較好的表示稗草密度與早、晚稻分蘗數之間的關系(P<0.01)。從函數模型的R2和F值顯著性綜合分析，指數函數y=344.1558e-0.0196x和二次曲線函數y=0.1006x2-7.2235x+451.5893能分別較好的表示早、晚稻分蘗數與稗草密度之間的關系(表2)。

2.2　不同稗草密度對雙季稻產量性狀的影響

2.2.1對有效穗和每穗實粒數的影響雙季早、晚稻有效穗數和每穗實粒數隨稗草密度增加而逐漸降低，且對早稻的影響大于晚稻(表3)。早稻在稗草密度為6株/m2、晚稻在稗草密度為9株/m2時，有效穗數分別減少8.67%和7.07%，與無草對照差異顯著；在稗草密度均為21株/m2時，早、晚稻有效穗數分別減少27.89%和21.44%。從每穗實粒數來看，在稗草密度均為12株/m2時，早、晚稻每穗實粒數分別降低3.83%和3.13%；在稗草密度均為21株/m2時，早、晚稻每穗實粒數分別降低8.83%和6.25%(表3)。

表2　不同密度稗草與水稻株高和分蘗力的回歸分析

對稗草密度與水稻有效穗數進行曲線擬合和回歸分析，早稻擬合效果(R2)為指數≈二次曲線≈直線>對數>冪函數，而晚稻擬合效果(R2)為二次曲線≈直線>指數>對數>冪函數。對函數進行F值檢驗，5種函數均能較好地表示稗草密度與早、晚稻有效穗數之間的關系(P<0.01)。從函數模型的R2和F值顯著性綜合分析，指數函數y=323.8855e-0.0155x和二次曲線函數y=-0.0217x2-3.0901x+340.0063能分別較好地表示早、晚稻有效穗數與稗草密度之間的關系(表4)。對稗草密度與水稻每穗實粒數進行曲線擬合和回歸分析，早、晚稻擬合效果(R2)均為二次曲線>對數>指數>冪函數>直線。對函數進行F值檢驗，5種函數均能很好地表示稗草密度與水稻每穗實粒數之間的關系(P<0.01)。綜合各回歸模型的R2值和F值顯著性分析，二次曲線函數y=0.0045x2-0.2777x+88.6828和y=0.0035x2-0.6113x+92.5525能分別較好地表示早、晚稻每穗實粒數與稗草密度之間的關系(表4)。

2.2.2對千粒重的影響雙季早、晚稻千粒重隨著稗草密度增加而下降，且對早稻的影響大于晚稻(表3)。早稻在稗草密度為12株/m2時，千粒重下降4.23%，與無草對照差異顯著，在密度為15株/m2時下降5.50%，與無草對照差異達極顯著水平，在密度為21株/m2時下降低達7.93%；而晚稻在稗草密度為18株/m2時，千粒重下降5.01%，在密度為21株/m2時下降5.78%，與無草對照的差異仍未達極顯著水平(表3)。

對稗草密度與水稻千粒重進行曲線擬合和回歸分析，早、晚稻擬合效果(R2)均為指數≈直線≈二次曲線>對數>冪函數。對函數進行F值檢驗，5種函數模型均能很好地表示稗草密度與千粒重之間的關系(P<0.01)。綜合各回歸模型的R2值和F值顯著性分析，二次曲線函數y=0.0005x2-0.0863x+25.6162和y=0.0003x2-0.0792x+26.155能較好地表示早、晚稻千粒重與稗草密度之間的關系(表4)。

表3　不同密度稗草對水稻產量性狀的影響

2.2.3對水稻產量及其損失的影響雙季早、晚稻產量隨著稗草密度的增加而逐步降低，且對早稻的影響大于晚稻(表3)。早稻在稗草密度為3株/m2時，產量較無草對照減少7.48%，差異達到顯著水平，在密度為6株/m2時減少12.55%，差異達到極顯著水平；而晚稻在稗草密度為6株/m2時，產量較無草對照減少8.73%，差異達到顯著水平，在密度為9株/m2時減少14.60%，差異達到極顯著水平。在稗草密度均為21株/m2時，早、晚稻產量分別減少36.38%和35.05%。

從水稻產量與稗草密度進行曲線擬合和回歸分析，早稻擬合效果(R2)為指數>二次曲線>直線>對數>冪函數，晚稻擬合效果(R2)為二次曲線>直線>指數>對數>冪函數。對回歸模型進行F測驗，5種模型均能較好地表示水稻產量與稗草密度之間的關系(P<0.01)。從各回歸模型的R2值、F值顯著性及曲線的實際擬合效果綜合分析，指數函數y=7348.9885e-0.0216x和二次曲線函數y=0.5944x2-150.6998x+8218.9218能較好地表示稗草密度與雙季早、晚稻產量之間的關系(表5)。對水稻產量損失與稗草密度進行曲線擬合和回歸分析，早、晚稻擬合效果(R2)均為二次曲線>直線>冪函數>對數>指數。對回歸模型進行F測驗，5種模型均能較好地表示水稻產量與稗草密度之間的關系(P<0.01)。從各回歸模型的R2值、F值顯著性及曲線的實際擬合效果綜合分析，二次曲線函數y=-0.0206x2+2.1376x+0.3093和y=-0.0073x2+1.8543x-1.1167能分別較好地表示稗草密度與雙季早、晚稻產量損失之間的關系(表5)。

2.3　水稻田稗草經濟危害允許水平及防除閾值的確定

按照目前的水稻生產水平，設雙季早、晚稻產量分別為7500和8625 kg/hm2，稻谷收購價分別為2.48和2.76元/kg。稻田稗草一般采用人工除草或化學防除。人工除草的成本較高，在江西省南昌地區1季水稻一般除草3次，共需人工費2250元/hm2，除草效果90%左右。移栽稻田化學除草一般施藥1次，常用除草劑有50%丁草胺(butachlor)乳油、 50%二氯喹啉酸(quinclorac)可濕性粉劑、2.5%五氟磺草胺(penoxsulam)懸浮劑，除草

表4　不同密度稗草與水稻有效穗數、每穗實粒數和千粒重的回歸分析

成本分別為275，290和515元/hm2(其中藥劑成本分別為75，90和315元/hm2，施藥人工費均為200元/hm2)，防除效果約分別為90%，90%和95%。顯然，稗草的經濟危害允許水平因水稻類型和防除措施的不同而存在差異，人工除草和50%丁草胺乳油、50%二氯喹啉酸可濕性粉劑、2.5%五氟磺草胺懸浮劑化學防除時，早稻經濟危害允許水平分別為13.44%，1.64%，1.73%和2.91%，晚稻分別為10.50%，1.28%，1.35%和2.28%。根據水稻的經濟危害允許水平，由擬合的稗草密度與水稻產量損失的關系模型y=-0.0206x2+2.1376x+0.3093(早稻)和y=-0.0073x2+1.8543x-1.1167(晚稻)得出稻田稗草防治的經濟閾值。人工防除、50%丁草胺乳油、50%二氯喹啉酸可濕性粉劑和2.5%五氟磺草胺懸浮劑防除稗草的經濟閾值，早稻分別為6.56，0.63，0.67和1.23株/m2，晚稻分別為6.43，1.30，1.34和1.85株/m2(表6)。

表6　稗草的經濟危害允許水平及經濟閾值

3討論

稗草與水稻具有親緣近似性，在生長期、株型及對營養的需求等生物學特性方面與水稻極為相似，是稻田中最重要也最難防除的一年生伴生性雜草，且稗草為C4植物而水稻為C3植物，C4植物在生長勢、抗逆性及對水分、光照、土壤養料的競爭上大大強于C3植物，因此，稗草極易造成水稻產量的重大損失[21,25]。本研究結果表明，稗草阻礙了水稻的生長發育，導致水稻株高下降，分蘗和有效穗數減少，同時千粒重和產量均顯著降低，這與前人的報道結果相一致[21-23]。同時研究發現，稗草對雙季早稻的抑制效果強于晚稻，這可能與早稻移栽后溫度低、秧苗緩苗期長，從而導致其與稗草的競爭不如晚稻有關，或因早、晚稻品種的不同而導致與稗草競爭的差異所致。

雜草與作物間的競爭關系一般采用數學模型來描述[25-27]。張建中等[22]發現中稻產量與稗草密度間的關系可用對數函數進行擬合，管麗琴等[23]證實中稻產量損失與稗草密度呈直線關系，朱文達[21]報道稗草對一季晚稻分蘗數、有效穗數及千粒重的影響可用指數模型進行擬合，而與產量及產量損失間的關系用對數模型擬合效果最佳。本研究表明，雙季早稻分蘗數、有效穗數和產量與稗草間的關系可用指數模型進行擬合，而株高、每穗實粒數、千粒重和產量損失與稗草間的關系用二次曲線模型擬合的效果最好，晚稻株高、分蘗數、有效穗數、每穗實粒數、千粒重、產量和產量損失與稗草間的關系用二次曲線模型擬合的效果均最佳(P<0.01)。對于雜草與作物競爭模型的評價，除了與實際觀測值擬合效果好及簡單易用外，還應考慮作物品種、播種密度、肥水條件、環境氣候和草相等因素的影響，進一步整合這些因素將使模型更加科學、合理。

依據防治經濟閾值進行雜草治理是一種簡便有效的方法[21,26-29]。本試驗采用人工除草時，計算的雙季早稻和晚稻稻田稗草經濟閾值分別為6.56和6.43株/m2，低于張建中等[22]試驗結果(9.29～17.13株/m2)，但較朱文達[21]報道的結果(1.09株/m2)明顯高；而采用50%丁草胺乳油、或50%二氯喹啉酸可濕性粉劑、2.5%五氟磺草胺懸浮劑化學防除時，其經濟閾值分別為0.63～1.23株/m2和1.30～1.85株/m2，明顯低于張建中等[22]試驗結果(7.53～11.71株/m2)，與朱文達[21]報道的結果(0.84～0.86株/m2)相近似，其原因可能與各地氣候條件、作物品種以及除草成本等差異有關。經濟閾值的計算除直接與作物產量水平、產量價格和防除成本有關外, 還受水稻生產技術水平和稻田草相等諸多因素的影響。因此，在稗草的實際防治中，還應結合當地的具體情況綜合考慮，制定切實可行的防治經濟閾值。

4結論

稗草對水稻生長具有顯著的抑制作用，其抑制效應與稗草的密度呈正相關，主要表現在植株的株高、分蘗數、有效穗數、每穗實粒數和千粒重下降，從而導致水稻產量降低；通過對稗草的經濟危害允許水平及經濟閾值分析，化學除草劑防治稗草具有明顯的經濟優勢。

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