棉花是中国主要的经济作物之一,在我国经济发展中具有不可替代的作用。目前我国已形成了长江流域、黄河流域和以新疆为主的西北内陆三大棉区。新疆凭借其独特的地理位置和自然生态优势,种植面积、单产和总产连续多年居全国第一。近年新疆棉花总产量稳步提升,2019 年新疆棉花种植面积254.05 万hm2,单位面积产量1 969.1 kg·hm-2, 总产量500.2 万t, 占全国棉花总产量的85%,继续位居全国第一。然而杂草是影响棉花优质、高产的重要因素之一,发生面积达棉田的56%,每年造成棉花减产14%~16%。杂草与棉花争夺光照、水肥、生长发育空间,可成为病虫害的转主寄主(中间宿主),且大幅增加棉田物化投入。其中扁秆荆三棱[Bolboschoenus planiculmis(F. Schmidt)]分布广泛,对棉花苗期生长影响严重,是新疆棉田恶性杂草之一。

扁秆荆三棱俗称扁秆藨草、三棱草,属莎草科三棱草属多年生草本植物,可分为地上部和地下根茎两部分。地上部:秆细小,呈三棱形;叶扁平,宽2~5 mm,先端渐窄,叶鞘长;苞片叶状,长于花序,边缘粗糙;长侧枝聚伞花序头状,或具少数辐射枝,具1~6 小穗;小穗卵形或长圆状卵形,锈褐色,花多数;果实为长圆形或椭圆形,褐或深褐色,疏被柔毛,中肋稍宽,先端稍缺刻状撕裂,具芒,有下位刚毛,生倒刺,小坚果宽扁呈倒卵形,两面稍凹。

地下部:具有匍匐根状茎和块茎,每个地下球茎不仅可以长成植株,还可生出2~5 条根茎,待根茎伸长到一定程度, 开始向上弯曲膨大并逐渐形成球茎,之后伸出土表长成新植株。扁秆荆三棱既可通过种子进行有性繁殖,又可经球茎进行无性繁殖,且喜温喜湿。棉田地膜覆盖为其提供了良好的生长环境, 部分棉田扁秆荆三棱密度可达每667 m2 1.0×105 株,从而严重抑制苗期棉花的营养吸收。

此外,扁秆荆三棱种子表面有一层蜡质层保护,加大了其防除难度。笔者概述了扁秆荆三棱的发生规律和危害状况,介绍了棉田扁秆荆三棱综合防除技术,展望了其防除技术发展方向,以期为棉田扁秆荆三棱的防除提供参考。

1 扁秆荆三棱的分布及发生特点扁秆荆三棱在我国大部分地区发生(中南部除外),主要分布在东北及华北、华东、西北[15],在新疆主要分布在南北疆平原绿洲及农田里。扁秆荆三棱有2 种繁殖方式,即种子繁殖和球茎繁殖。扁秆荆三棱的种子一般在16 ℃以上才能萌发,而20~25 ℃最利于其萌发;球茎繁殖萌发初始温度却要比种子繁殖低,一般在8~10 ℃开始萌发,而适宜的温度与种子繁殖一致。扁秆荆三棱是湿地白鹤重要的食源,也是水稻田中常见杂草之一。其喜温湿、耐盐碱、适应性强等特性及棉田的耕作制度、种植方式等改变,使其成为棉田恶性杂草之一。

张强等通过调查新疆生产建设兵团棉花蕾期杂草发现,扁秆荆三棱发生频度为6.67%,相对优势度达3.54%,为棉花蕾期常见杂草,而在铃期棉田却无扁秆荆三棱,是因为铃期棉花生长优势大于扁秆荆三棱,限制了扁秆荆三棱的生长。黄红娟等调查北疆棉田杂草发现,扁秆荆三棱在北疆的综合优势度较小(2.66),但部分地区扁秆荆三棱发生密度大, 其中新疆生产建设兵团第五师最为严重,主要是在棉花苗期造成危害。在黄河三角洲植棉区棉田杂草调查中,扁秆荆三棱在棉田的综合优势度仅为1.45,但在一些特定类型的棉田发生密度大,且对棉花的产量及品质影响严重。近年来,扁秆荆三棱在局部地区棉田发生严重,在特定类型棉田的发生频率和相对优势度较高,属于区域性优势杂草,有从棉田次要杂草上升为主要杂草的趋势,对棉花生长影响明显。

2 扁秆荆三棱对棉花的危害2.1 对棉花生长的影响扁秆荆三棱属于C4 植物, 相对于C3 植物棉花,C4 植物更容易吸收CO2、水分、养分等和利用光照,在两者竞争过程中,表现出棉花弱、扁秆荆三棱强的态势[24]。扁秆荆三棱出土后便开始影响棉花生长,并且随着危害时间的延长,对棉花生长的抑制加重。蔡晓虎等研究发现,扁秆荆三棱持续危害棉花60 d 时,棉花株高比对照低了26.55 cm,棉花果枝数也显著少于对照,且棉花的主茎节数和茎粗在扁秆荆三棱持续危害30 d 时即与对照明显不同,主茎节数显著低于对照,棉花茎粗随着其危害时间的增加而减小。2.2 对棉花产量、品质的影响杂草是限制棉花高产的重要因素之一,每年因杂草危害导致皮棉减产25.5 万t, 平均减产15%,有些杂草危害严重地区更是达到了50%。已有研究发现,扁秆荆三棱在棉田危害时间越长,对棉花产量的影响越严重,并且会使棉花纤维品质下降。棉花苗期出土的扁秆荆三棱对棉花产量影响较大,而在蕾期或铃期对产量影响较小。此外,扁秆荆三棱在棉田的密度对棉花产量也有影响,随着扁秆荆三棱密度的增加,棉花产量呈现下降趋势。由此可见,在发生早期防除棉田扁秆荆三棱可以提高棉花产量。

3 棉田扁秆荆三棱综合防治对于棉田扁秆荆三棱, 目前采取以农业防治、物理防治为主,化学防治为辅的防除策略。3.1 农业防治大部分农田杂草的主要来源是杂草种子库,杂草种子库的存在是持续危害农作物的根源。扁秆荆三棱种子和球茎均在0~10 cm 土层越冬。通过合理密植、旱- 旱轮作倒茬、土壤耕作、清洁田园、覆盖有机地膜等农业措施可以减少扁秆荆三棱入侵或土壤中扁秆荆三棱球茎、种子基数。其中土壤耕作除草效果较好。王树林等[31]提出了土壤耕层重构防除棉田杂草方式, 即利用0~20 cm 土层与20~40 cm 土层互换,并对40~55 cm 土层进行深松的土壤耕层重构方法,结果发现,杂草种子被翻入到土壤20 cm 以下,不能萌发出土,从而实现一次性防除棉田杂草。此外,增施绿肥不仅对棉田杂草的发生有抑制效果,而且可以增强棉花的竞争能力,使棉花在与杂草的竞争中占据优势。而棉田自动除草机器人的开发应用可节省大量劳动力和时间。3.2 物理防治杂草物理防治是指利用覆盖、遮光、高温等物理原理防除杂草。对于棉田扁秆荆三棱,可利用薄膜覆盖、连作种菜覆盖或秸秆覆盖的种植模式。李淑英等发现棉花与油菜连作后,油菜秸秆覆盖对棉田恶性杂草的生长有抑制作用,随着覆盖量的增加,对杂草的抑制效果提高,且可减少0~20 cm 土层杂草种子的密度。邓方宁等研究发现,棉田覆盖生物降解地膜在覆盖前期使温度升高,不仅可以抑制杂草生长,还可以保证棉花正常生长。

3.3 化学防治棉田杂草化学防除是目前防除速度相对较快、成本低的防治方法。棉田杂草化学防除方法主要分为棉花苗前土壤封闭处理和棉花苗期茎叶处理。此外,针对棉田扁秆荆三棱的防除还有化学涂抹法。扁秆荆三棱的发生程度主要由球茎和种子在土壤中的基数决定,而土壤封闭处理可以降低球茎和种子的萌发率,减少后期茎叶处理用药量。在已有研究中,氟啶草酮、二甲戊灵、扑草净、仲丁灵、氟乐灵、乙草胺等土壤封闭处理对棉田扁秆荆三棱均有较好的防效;苗后草甘膦、草铵膦、精喹禾灵、灭草松、吡嘧磺隆、苄嘧磺隆、二氯喹啉酸、五氟磺草胺、三氟啶磺隆等的茎叶定向处理均对棉田扁秆荆三棱有一定防效。其中,氟啶草酮与二甲戊灵混配土壤封闭处理和草甘膦茎叶处理防效较优。现阶段国内没有登记在棉田防除扁秆荆三棱的药剂。上述大部分茎叶处理除草剂是用于防除稻田扁秆荆三棱的,对棉花安全性较低。为了避免棉花受到药害,茎叶处理均须采用定向喷雾。涂抹法是防除棉田扁秆荆三棱的常用方法, 可防止药液飘移,避免对棉花造成药害。一般涂抹药剂为草甘膦,对扁秆荆三棱地下球茎防治效果理想。

4 展望在棉花的生长期,扁秆荆三棱与棉花在生存空间和营养物质吸收等方面形成竞争关系,这会对棉花的生长和产量造成严重影响。对于棉田扁秆荆三棱的防除应树立“预防为主,综合防治”、“由单一化学除草方式向综合防除方式转变”的理念,建立合理的耕种制度、水肥管理、科学除草体系。提出如下建议:(1)加强棉田专用化学药剂的研发。目前,国内尚无防除棉田扁秆荆三棱的登记药剂,因此,应加大防除棉田扁秆荆三棱化学药剂的研发投入,研制对环境友好的、安全的、低用量的酶抑制剂或作用机理独特的除草剂,尤其是研制复配药剂或混配药剂,克服扁秆荆三棱抗药性的同时扩大杀草谱。另外,扁秆荆三棱在棉田局部爆发的原因是球茎的蔓延,球茎中含有大量淀粉和蛋白质]。乙酰乳酸合成酶(Acetolactate synthase,ALS)抑制剂可以抑制杂草内部ALS 的活性, 从而抑制支链氨基酸的合成,最终破坏蛋白质的合成。所以,新型除草剂的研发可从ALS 抑制剂入手。(2)合理使用现有药剂。现阶段对扁秆荆三棱防除效果较好的草甘膦属于内吸性除草剂,施用后可被扁秆荆三棱叶片吸收传导至球茎致死。对于扁秆荆三棱发生情况比较严重的田块, 可以种植抗(耐)草甘膦的棉花,通过喷施草甘膦迅速降低田间杂草种群数量。但其属于灭生性除草剂,如果使用操作不当对棉花也有伤害,故对草甘膦安全剂的研究显得十分重要。(3)充分利用农业生物防治措施。尖翅小卷蛾具有防控扁秆荆三棱的潜力[13];利用对扁秆荆三棱有化感作用的植物秸秆,如向日葵、油菜、高粱等,具有良好效果。虽然还未对上述植物化感作用防除扁秆荆三棱的机理和昆虫利用技术开展深入研究,但此类技术对环境友好,不会对土壤和作物造成有害残留,符合农业可持续发展需要,为今后扁秆荆三棱的防除提供了新思路。

作者:李涛、杨德松,来源:中国棉花2020年第10期,图文编辑:天山植保,转载请注明出处!

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