龍葵對棉花生長的影響及其經濟閾值分析

韓睿，張全成，王小麗，林萍，魏迎鳳，王俊剛

（石河子大學農學院/新疆綠洲農業病蟲害治理與植保資源利用重點試驗室，新疆石河子 832003）

0 引言

【研究意義】龍葵（Solanum nigrumL.），茄科茄屬植物，一年生雙子葉惡性雜草。成株高大、莖粗、分枝多，與棉花競爭生長空間[1]，部分果實成熟時期與棉花吐絮期重疊，導致棉花采收時其漿果污染棉絲。當前新疆棉田龍葵的發生量在逐年增多[2]，局部危害持續加重[3]，已上升為新疆部分區域棉田的主要雜草[4，5]。研究龍葵對棉花生長發育、產量及品質的影響，分析龍葵的經濟危害允許水平和經濟閾值，對棉田龍葵防治有重要意義。【前人研究進展】雜草與作物在競爭過程中，其密度是重要因素[6]。黃頂菊密度超過0.5株/m 行長時，棉花莖粗減小，且蕾鈴數、果枝數等產量因子顯著降低[7]；三裂葉豚草與棉花競爭生長，密度達到0.2 株/m2行長時，棉花株高抑制率達13%[8]；在紫荊澤蘭的競爭干擾下，棉花單株鈴數隨著紫荊澤蘭密度的增加而逐漸降低[9]；田旋花密度達到3～5 株/m2時，產量指標均顯著低于空白對照[10]；扁稈藨草種群密度超過20 株/m2時，會顯著降低棉花產量[11]；龍葵與棉花也存在種群密度競爭，影響棉花生長發育指標和生理指標[12]。【本研究切入點】龍葵是棉田的惡性雜草，嚴重危害棉花生長發育。在龍葵與棉花競爭過程的研究中，關于其經濟危害允許水平及其經濟閾值尚不清楚。需研究棉田龍葵對棉花生長和產量性狀的影響及其防治經濟閾值。【擬解決的關鍵問題】研究不同密度龍葵下的棉花生長、產量及其構成因素和纖維品質，構建龍葵密度對棉花產量損失率的最優回歸模型，分析其經濟危害允許水平和經濟閾值，為棉田龍葵有效防除提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試棉花品種為新陸早60號。

1.2 方法

選取石河子大學試驗場多年連作棉田為試驗地，壤土，肥力中上，于4月19日播種棉花。小區面積為2.3 m×1 m，雜草出苗后保留龍葵，清除其它雜草，5月25日將龍葵定植為6個密度，分別為0、1、4、7、10、15 株/m2，龍葵密度多則拔除，少則移栽，龍葵與棉花共同生長，除雜草之外的其它管理措施均按當地大田正常進行，期間10 d拔除其它雜草1次。每個處理重復3次。8月3日測定棉花株高、莖粗和主莖節數，棉花采收時測定鈴數、單鈴重、衣分、纖維長度等。

1.3 數據處理

數據采用MSExcel和SPSS20.0軟件進行統計和顯著性分析。對不同密度龍葵與棉花產量測定值進行回歸分析，主要采用直線（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）模型等5種數學模型，依據其相關程度篩選出最佳的擬合模型，根據龍葵密度與棉花產量損失的相關模型和棉花生產所允許的產量損失水平，確定棉花的經濟危害允許水平及經濟閾值。經濟危害允許水平（EIL）＝[CC/（Y×P×E）]×100%，其中，CC為雜草防除費用，Y為棉花產量，P為棉花價格，E為防除效果。

2 結果與分析

2.1 不同密度龍葵對棉花農藝性狀的影響

研究表明，龍葵對棉花的株高、莖粗、主莖節數存在影響，且各指標隨密度的增加而呈現降低趨勢。不同密度龍葵抑制棉花株高，密度≥4 株/m2時，影響顯著（P＜0.05），對照與1、4株/m2與7、10與15 株/m2之間無顯著差異（P＞0.05）。密度≥7株/m2時，莖粗顯著變小（P＜0.05），其中15株/m2時，莖粗最小，為0.73 cm。棉花主莖節數當龍葵密度＜7 株/m2時，與0、1、4 株/m2之間不存在顯著差異（P＞0.05），7 與10 株/m2無顯著差異（P＞0.05），15株/m2時主莖節數最少（P＜0.05）。表1

表1 不同密度龍葵下棉花農藝性狀變化Table 1 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on agronomic characters of cotton

2.2 不同密度龍葵對棉花不同部位結鈴數影響

研究表明，不同密度龍葵對棉花不同部位結鈴數影響明顯。龍葵密度為15 株/m2時，棉花整株不結鈴。當龍葵密度≤10株/m2時，棉花上部鈴鈴數之間無顯著差異（P＞0.05）；對于中部鈴，各處理與對照存在顯著差異（P＜0.05），其中10 株/m2最少，為1.00個；棉花在龍葵密度10株/m2時無下部鈴，而龍葵密度為7 株/m2時，顯著低于對照（P＜0.05），為1.00個。圖1

圖1 不同密度龍葵下棉花不同部位結鈴變化Fig.1 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on number of bolls in different parts of cotton

2.3 不同密度龍葵對棉花單鈴重的影響

研究表明，龍葵對棉花不同部位單鈴重無顯著影響（P＞0.05）。其中上部鈴在7 株/m2時，單鈴重最大，為5.48 g。中部鈴在10 株/m2時，單鈴重最大，為5.53 g。下部鈴在7株/m2時，單鈴重最大，為5.46 g。圖2

圖2 不同密度龍葵下棉花不同部位單鈴重變化Fig.2 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on the single boll weight in different parts of cotton

2.4 不同密度龍葵對棉花產量的影響

研究表明，不同密度龍葵對棉花產量影響顯著，且棉花產量隨著龍葵密度的增加而呈現遞減趨勢。棉花經龍葵脅迫后，試驗組與對照相比，產量減少3 461.33、4 181.99、4 428.12、4 701.04 kg/hm2（P＜0.05）。龍葵密度為1 株/m2時，與0、4 株/m2相比，衣分含量無顯著差異（P＞0.05），與7、10、15 株/m2相比，衣分含量存在顯著差異（P＜0.05），龍葵密度7 株/m2時，衣分含量最低，為38.23%。隨著龍葵密度的增加，產量損失率逐漸遞增，1 株/m2時棉花產量損失率最小，為60.92%。15 株/m2時產量損失率最大，達到100.00%。表2

表2 不同密度下龍葵對棉花產量變化Table 2 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on yield of cotton

2.5 不同密度龍葵對棉花品質指標的影響

研究表明，不同密度龍葵對棉花品質指標存在影響，纖維長度和纖維整齊度之間無顯著差異（P＞0.05）。龍葵密度為1 株/m2時，棉花短纖維指數最大，為13.20%，相較于其它處理之間存在顯著差異（P＜0.05）。龍葵密度為10 株/m2時，棉花纖維強度最小（P＜0.05），為28.28 cN/tex。表3

表3 不同密度下龍葵對棉花品質指標變化Table 3 Effects of different densities of Solanum nigrum L.on quality of cotton

2.6 不同密度龍葵與棉花產量損失的回歸分析

研究表明，對數和冪函數模型的擬合效果最好，其次為線性和二次曲線模型，指數曲線的擬合效果最差。5種擬合模型的R2依次為對數＞冪函數＞直線＞二次曲線＞指數，F檢驗，指數、二次曲線、直線3種模型的擬合效果低（P＞0.05）。對數模型y=12.594 ln（x）+ 58.025（R2=0.981；F=208.501；P=0.000 1）擬合效果最佳，能較好地表示棉花產量損失率與龍葵密度之間的關系。表4

表4 不同密度龍葵與棉花產量損失的回歸分析Table 4 Regression analysis between Solanum nigrum L.and cotton yield loss

2.7 龍葵的經濟危害允許水平及經濟閾值

研究表明，龍葵的經濟危害允許水平因防除措施的不同而存在差異，人工除草對應的經濟危害水平為4.98%，96%精異丙甲草胺EC 防除龍葵對應的經濟危害水平為6.30%。圖3

圖3 不同密度龍葵與棉花產量損失的曲線擬合Fig.3 Curve fit of Solanum nigrum L.density and yield loss of cotton

由擬合的棉花產量與龍葵密度的關系模型y=12.594 ln（x）+58.025 得出棉花田防治龍葵的相應經濟閾值。人工拔除龍葵的經濟閾值為0.016 株/m2，96%精異丙甲草胺EC 防除龍葵的經濟閾值為0.017株/m2。表5

表5 龍葵的經濟危害允許水平及經濟閾值Table 5 The economic infestation level and economic threshold of Solanum nigrum L.

3 討論

雜草是農田生態系統中植物多樣性的重要組成部分，與作物競爭水、肥、空間和光照等，影響作物農藝性狀和產量品質[14，15]。在反枝莧與棉花競爭時，隨著反枝莧密度增加，棉花莖粗、果枝數、鈴數和單鈴重明顯減小，產量也明顯下降[16]。當棉田中田旋花密度達到3～5 株/m2時，棉花產量指標顯著低于對照[10]。在黃頂菊的競爭干擾下，棉花產量隨黃頂菊密度的增加逐漸降低[17]。試驗結果表明，隨著棉田龍葵密度增加，棉花株高、莖粗、主莖節數均呈遞減趨勢，產量也顯著降低。且棉株中部鈴數量相較于對照存在顯著差異，當龍葵密度為1 株/m2時，產量損失率達60.92%；在15 株/m2時棉花不結鈴。棉花品質是評價棉花優劣的重要指標[18，19]，在雜草脅迫與競爭下，棉花纖維品質也會受到一定影響[20]。高密度假高粱會導致棉花部分纖維品質指標下降，但影響程度不盡相同[21]。試驗研究表明，不同密度龍葵對棉花纖維整齊度和纖維長度無顯著影響，而對短纖維指數和纖維強度存在顯著影響，但沒有發現其規律性。

雜草經濟閾值的研究多采用數學模型描述雜草與作物的競爭關系[22]。研究紫荊澤蘭密度與湖北地區棉花產量的關系，其損失率符合冪函數模型y=3.049x1.031[9]；比較好地擬合了黃頂菊與棉花產量損失關系，其模型則是對數函數y=22.79 ln（x）+9.027 7[7]。已知試驗區域2019年棉花產量（Y）為5 400.00 kg/hm2，籽棉收購價（P）為4.7 元/kg，人工除草費用平均一次300 元/hm2，棉花生長過程中共每年平均除草4 次，龍葵的人工防除費用（CC）為1 200 元/hm2，防除效果（E）為95.00%。進行化學防除時，藥劑費用和施藥用工總計約546.0元/hm2，藥效在75.00%左右[13]。研究結果表明，新疆北疆地區棉花產量損失率與龍葵密度符合對數模型y=12.594 ln（x）+58.025。當采用人工拔除田間龍葵時，其經濟閾值為0.016株/m2；采用96%精異丙甲草胺EC 進行滴灌除草時，其經濟閾值為0.017 株/m2。龍葵對棉花生產的影響顯著，應早發現早防除。至于其他區域龍葵防治經濟閾值，尚需結合當地環境因素、物候條件、管理水平制定適宜當地的防治策略與防治指標。

4 結論

龍葵與棉花競爭過程中，棉花的株高、莖粗、主莖節數隨龍葵密度的增加而降低，棉花中部結鈴數、產量和品質等經濟性狀均受到顯著影響，龍葵密度達到15 株/m2時，棉花產量損失率為100%。新疆石河子棉花產量損失率與龍葵密度符合對數函數y=12.594 ln（x）+58.025，龍葵人工防除的經濟危害允許水平為4.98%，經濟閾值為0.016株/m2（即田間密度為160株/hm2時需人工防除）。