羊草控制少花蒺藜草危害的技术研究*
时间：2023-02-13 17:15:08 来源：千叶帆 本文已影响人
刘 辉，董晓兵，齐冬梅，陈双燕，陈满军，田志鹏，苑庆飞，安志军，刘公社，*
(1.中国科学院植物研究所北方资源植物重点实验室，北京 100093；
2.开鲁县小街基镇人民政府，内蒙古 小街基镇 028417)
少花蒺藜草(CenchrusspinifexCav.)是禾本科蒺藜草属一年生草本植物，须根系发达，分蘖力极强；
繁殖方式为种子繁殖，在整个生育期内其种子随时可萌发，并能开花结实。其在任何土壤都能生长，耐贫瘠、耐干旱、耐修剪、抗沙埋，具有极强的适应性和竞争力，极少有病虫害发生。属于典型的外来入侵毒害草，被收录在《中华人民共和国进境植物检疫性有害生物名录》。
少花蒺藜草原产于北美洲及热带沿海地区的沙质土壤上[1]，20世纪30年代在我国首次发现，20世纪80年代侵入内蒙古通辽市科尔沁草原，并在科尔沁草原及周边地区快速蔓延。在科尔沁沙地不同生境下种群分布情况不一，其传播与人工干扰有着密切的关系[2]；
与其他牧草争光、争水肥，抑制当地植物的生长，对生态系统造成严重破坏，也给畜牧业生产和人们的出行带来严重影响[3]，并且具有化感作用，可以降低苜蓿和无芒雀麦种子的萌发速度[4]。
目前，研究人员针对少花蒺藜草的生物学特性[2，5-6]、危害性[1，7]、防除方法[8-11]等方面开展了一些研究，防除方法主要是加强检疫、物理防除、化学防除，且以化学防除为主；
物理铲除费时费力，机械翻耕后防除效果逐年下降[8]，化学防除有造成环境污染的不确定因素。关于生物防治的方法已有初步探索，赵艳等人研究了紫花苜蓿不同播种行距的防除效果[4]，王坤芳等人研究了彰武县草原监理站提供的羊草种子草原补播的防除效果[8]，均有一定的作用，但无法从根本上清除。
羊草(Leymuschinensis(Trin.)Tzvel.)是赖草属多年生根茎型牧草，广泛分布于欧亚草原区东部，是我国禾本科牧草中利用价值较高的优良饲草[1]。羊草具有耐寒耐旱、耐瘠薄等优良特性，网状根系发达，适合进行沙地毒害草治理。
本研究在科尔沁沙地少花蒺藜草危害严重的区域，通过机械翻耕、羊草种植、刈割抑制等措施相结合的方法，研究羊草品种、播种量对少花蒺藜草的发生规律及生长繁殖特性的影响，以期从根本上抑制少花蒺藜草的传播和危害，为科尔沁沙地修复性建设及相关部门制定决策提供科学的理论依据。
1.1 研究区自然概况
研究地点为内蒙古通辽市开鲁县小街基镇，位于科尔沁沙地北端，属大陆性温带干旱、半干旱季风气候，光照充足，气候温和，年均温5.7℃～6.4℃，年均降雨量341.8 mm，降雨集中在6月—8月，雨热同期；
年均无霜期143 d。地带性植被主要呈现典型草原类型，当地乡土牧草有羊草、大针茅、克氏针茅、冷蒿等。因受降雨量小、气候干燥、风沙大以及土壤贫瘠等不利自然因素影响，样地属于少花蒺藜草重度危害地区，草原生产力水平极低，且地表遍布常年积累少花蒺藜草刺苞。
1.2 试验材料
试验品种选用中科1号羊草，对照材料为开鲁县小街基镇采集的野生羊草种子。供试土壤为风沙土，土壤pH值8.01，有机质8.4 g/kg，速效氮69.05 mg/kg，速效磷8.4 mg/kg，速效钾242.9 mg/kg；
属低氮、低磷、中钾、贫有机质的碱性土。
1.3 研究方法
1.3.1试验设计
设计不同羊草材料间的对比试验，材料为中科1号羊草(Z)和本地野生羊草(Y)；
同时设置不同播种量的对比试验，播种量分别为15 kg/hm2、30 kg/hm2、45 kg/hm2，中科1号羊草和野生羊草3个播种量试验代号分别为Z1、Z2、Z3，Y1、Y2、Y3，对照处理不种植(CK)，共7个处理，其他管理相同。每个处理随机选择3处作为重复小区，小区面积30 m×30 m，共计21个小区。在每个小区按照“Z”字形各选取5个样方，样方面积1 m×1 m，测定植株密度、株高、盖度和生物量。
全程机械化作业，流程为：翻耕-旋耕-镇压-播种-镇压，翻耕深度20 cm，旋耕深度15 cm，播种深度2 cm，播种行距20 cm，播种时配施225 kg/hm2的氮磷钾复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)作为底肥。制定高效节水种植方案，灌溉采用喷灌的方式，适时灌溉，每次灌水量150～225 m3/hm2，使表层5 cm左右的土壤达到田间持水量的70%～80%，促进种子萌发。羊草幼苗5叶期单次灌水量增加到300～375 m3/hm2，使表层10 cm左右的土壤达到田间持水量的70%～80%，后期管理同大田。
1.3.2样品测量及分析
2019年6月下旬播种，8月中旬统计羊草和少花蒺藜草植株密度，9月下旬刈割，留茬5 cm。2020年和2021年羊草4月上旬返青，5月上旬抽穗，6月上旬开花，种子于7月上旬成熟；
少花蒺藜草5月下旬出苗，6月—7月快速生长，7月下旬抽穗，8月下旬种子成熟。7月上旬羊草种子和饲草收获时分别测量羊草和少花蒺藜草的株高、盖度，种子收获后割草，留茬5 cm，两者分开晾晒3 d后测定干草生物量。灌水、施肥后羊草第2茬草开始生长，此时少花蒺藜草种子利用光热和水肥资源再次萌发生长，于8月下旬测定羊草和少花蒺藜草的株高、盖度。羊草种子第2年开始每年7月上旬收割，收割时少花蒺藜草尚未结实，因此未统计少花蒺藜草的刺苞数。
密度：单位面积内植株个体数；
株高：单株内自地面量至最长枝条穗顶端的拉直距离；
盖度：植物地上部分植投影的面积占地面的比率；
干草生物量：留茬5 cm，割草后晾晒2～3 d，含水量低于14%时称重。
1.3.3数据处理
数据分析采用Microsoft Excel 2010，SPSS 17.0进行显著性分析。
2.1 羊草对少花蒺藜草密度的影响
2.1.1不同处理第1年对羊草密度的影响
2019年8月16日统计羊草密度(图1)，相同羊草材料随着播种量的增大，羊草密度显著增加(P<0.05)。相同播种量条件下，中科1号羊草相比野生羊草密度显著提高；
播种量为15 kg/hm2、30 kg/hm2、45 kg/hm2时(Z1、Z2、Z3)，中科1号羊草的密度分别是野生羊草Y1、Y2、Y3的5.4倍、5.0倍和4.9倍，密度最大为115.2株/m2。
注：Y1、Y2、Y3、Z1、Z2、Z3分别表示野生羊草和中科1号羊草的3个播种量；
图像上方不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)，下同。
2.1.2不同处理第1年对少花蒺藜草密度的影响
2019年8月16日统计少花蒺藜草密度(图2)。未播种羊草的区域少花蒺藜草密度达306.4株/m2，相同羊草材料随着播种量的增大，少花蒺藜草的密度降低；
野生羊草不同播种量之间差异不显著(P>0.05)，中科1号羊草不同播种量之间差异显著。相同播种量条件下，中科1号羊草相比野生羊草少花蒺藜草密度显著降低(P<0.05)，Z3处理播种后50 d左右对少花蒺藜草密度的抑制率可达34.92%。
注：图形上方百分率数字代表密度抑制率，下同。
2.2 羊草对少花蒺藜草株高的影响
2.2.1羊草播种后第2年对少花蒺藜草株高的影响
2020年分别于7月6日(羊草成熟期)和8月23日(第2茬草生长45 d)2次统计羊草和少花蒺藜草的株高(表1)。相同材料羊草不同播种量株高无显著差异，材料间差异显著(P<0.05)，野生羊草株高变异系数普遍高于中科1号羊草；
2次测量野生羊草株高平均值分别为90.3 cm、43.0 cm，中科1号羊草株高分别为108.1 cm、53.1 cm，2个时期分别高19.7%、23.5%。随着羊草播种量的增加，对少花蒺藜草株高抑制率均增强，Z3处理2个时期抑制率分别达到32.39%、42.86%。相同播种量的中科1号羊草抑制率强于野生羊草，2次平均增强18.83%；
相同羊草处理8月23日抑制率高于7月6日，平均增强14%。
表1 羊草播种后第2年对少花蒺藜草株高的影响
2.2.2羊草播种后第3年对少花蒺藜草株高的影响
2021年分别于7月4日和8月21日2次统计羊草和少花蒺藜草的株高(表2)，结果显示，相同羊草材料不同播种量株高无显著差异，材料间差异显著(P<0.05)；
2次测量野生羊草株高平均值分别为90.1 cm、41.9 cm，中科1号羊草株高分别为113.3 cm、52.9 cm。随着羊草播种量的增加，对少花蒺藜草株高抑制率均增强，Z3处理2个时期抑制率分别达到54.70%、91.67%。相同播种量的中科1号羊草抑制率强于野生羊草，2次平均增强32.31%；
相同羊草处理8月21日抑制率高于7月4日，平均增强27.01%。
表2 第3年播种量对羊草和少花蒺藜草株高的影响
2.3 羊草对少花蒺藜草盖度的影响
2.3.1羊草播种后第2年对少花蒺藜草盖度的影响
相同材料不同播种量的羊草盖度2时期统计差异显著(P<0.05)；
相同播种量的中科1号羊草盖度显著大于野生羊草，2个时期平均增加27.03%。8月23日羊草盖度高于7月6日，平均高出12.90%。除8月23日Z2和Z3处理少花蒺藜草盖度差异不显著外，各试验处理2时期差异均显著。随着羊草播种量的增加，对少花蒺藜草盖度抑制率均增强，Z3处理2个时期盖度抑制率分别达到79.08%、79.22%。相同播种量的中科1号羊草抑制率强于野生羊草，2时期平均增强31.41%；
相同羊草处理8月23日盖度抑制率高于7月6日，平均增强8.19%。
表3 第2年播种量对羊草和少花蒺藜草盖度的影响
2.3.2羊草播种后第3年对少花蒺藜草盖度的影响
野生羊草不同播种量的羊草盖度两时期统计差异显著(P<0.05)，Z2和Z3处理羊草两时期盖度差异不显著，但均显著高于Z1处理；
相同播种量的中科1号羊草盖度显著大于野生羊草，两个时期平均增加39.8%。除Y1和Y2处理外，8月21日羊草盖度普遍低于7月4日，平均降低4.8%。
Z2和Z3处理少花蒺藜草盖度差异不显著，且基本无蒺藜草生长，其余处理蒺藜草盖度差异显著。随着羊草播种量的增加，对少花蒺藜草盖度抑制率均显著增强，Z2和Z3处理7月4日均达到99.18%，8月21日达到100%，已完全抑制少花蒺藜草生长。相同播种量的中科1号羊草抑制率强于野生羊草，两时期平均增强42.58%；
相同羊草处理8月23日盖度抑制率高于7月6日，平均增强5.16%。
表4 第3年播种量对羊草和少花蒺藜草盖度的影响
2.4 羊草对少花蒺藜草生物量的影响
2020年7月12日(羊草收割晾晒完成)统计羊草和少花蒺藜草的干草生物量(图3)，分析羊草对少花蒺藜草生物量的抑制效果。相同羊草材料不同播种量干草生物量差异显著(P<0.05)；
相同播种量中科1号羊草生物量显著高于野生羊草，平均提高96.3%。随着羊草播种量的增加，少花蒺藜草生物量显著降低，对少花蒺藜草生物量抑制率增强，Z2和Z3处理抑制率达到87.79%和88.40%。相同播种量的中科1号羊草抑制率强于野生羊草，平均增强24.42%。
图3 不同播种处理对干草生物量的影响
目前针对少花蒺藜草主要采取物理清除和除草剂喷除这两种防控措施[10]，但化学农药会造成环境污染、植被退化等一系列不可预测的生态后果。本研究采取物理(翻耕、刈割)、生物(不同羊草材料、不同播种量)相结合的方法防除少花蒺藜草。羊草是科尔沁沙地的乡土草，因此我们利用羊草开展生物防控；
因为野生羊草的发芽率较低，前人开展工作时需要很大的种子数量，不容易满足，我们采用发芽率较高的中科1号羊草品种开展研究，取得了显著效果。
3.1 羊草对少花蒺藜草密度的影响
赵艳等[4]发现利用行距为30 cm的紫花苜蓿对少花蒺藜草数量的抑制率达到92.3%。王坤芳[8]等人发现野生羊草显著抑制少花蒺藜草结实数，但对其出苗影响不显著。本研究发现，种植第一年的野生羊草对少花蒺藜草的抑制效果均低于10%，不同播种量的中科1号羊草对少花蒺藜草密度的抑制率可达34.92%，中科1号羊草的抑制效果显著优于野生羊草，可见发芽率高的羊草品种防治害草的效果更好一些。
3.2 羊草对少花蒺藜草株高的影响
吕林有[5]等人发现不同时期刈割对少花蒺藜草的再生生长有明显抑制作用，本研究刈割增强少花蒺藜草株高抑制率，第2年平均增强14.00%，第3年平均增强27.01%；
株高抑制率逐年提升，与王坤芳[8]研究结果一致。随着羊草播种量的增加，第2、3年对少花蒺藜草株高抑制率均显著增强，Z3处理2个时期抑制率第2年分别为32.39%、42.86%，而第3年分别达到54.70%、91.67%，随种植年份株高抑制率显著提升。
3.3 羊草对少花蒺藜草盖度的影响
随着羊草播种量的增加，对少花蒺藜草盖度抑制率均显著增强，2个时期盖度抑制率第2年Z3处理为79.08%、79.22%，第3年达到了99.18%和100%，羊草基本完全替代了少花蒺藜草。刈割增强少花蒺藜草盖度抑制率，第2年平均增强8.19%，第3年平均增强5.16%。对照处理翻耕后第2年2个时期对照处理盖度分别为78.4%和66.4%，第3年分别为97.8%和92.2%，翻耕后少花蒺藜草盖度逐年增加，王坤芳[8]等人也发现仅靠翻耕措施抑制效果逐年递减。羊草种植第2年8月下旬和第3年2个测定时期Z2和Z3处理少花蒺藜草盖度差异不显著，基本完全抑制，说明中科1号羊草播种量为30 kg/hm2第3年已达到很好的防除效果。
3.4 羊草对少花蒺藜草生物量的影响
随着播种量的增加，羊草对少花蒺藜草生物量抑制率增强，第2年Z2和Z3处理抑制率达到87.79%和88.40%。第3年7月上旬Z2和Z3处理羊草盖度达到93.2%和93.6%，少花蒺藜草盖度均为0.8%；
且少花蒺藜草的株高平均仅为羊草的28.5%，生物量可忽略不计，因此未统计第3年羊草对少花蒺藜草生物量的影响。
4.1通过与少花蒺藜草的竞争，中科1号羊草种植第3年盖度达到99%，彻底抑制了少花蒺藜草的生长，成为试验区的单优势种群落。
4.2羊草是多年生禾草，少花蒺藜草是一年生禾草，中科1号羊草种植抑制了少花蒺藜草的密度、株高、盖度及生物量，使得少花蒺藜草逐年减少，直到羊草种植第3年少花蒺藜草被彻底清除。
4.3中科1号羊草治理少花蒺藜草的同时，生产的优质乡土草种子和饲草可增加收益，有利于草牧业发展和乡村振兴。截至2021年6月，小街基镇1 670 hm2地块种植前存在不同程度的少花蒺藜草危害，种植羊草后第3年彻底清除。
总之，在少花蒺藜草入侵区域人工种植多年生优质牧草羊草，可以有效防除少花蒺藜草，对改善生态环境和草牧业发展具有重要意义。
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