石榴替代控制紫茎泽兰的种植模式研究

朱文达,颜冬冬,何燕红,李 林,欧阳灿彬,曹坳程*

(1.湖北省农业科学院 植保土肥研究所,湖北 武汉 430064;2.中国农业科学院 植物保护研究所,北京 100193；3.华中农业大学 园艺林学学院/园艺植物生物学教育部重点实验室,湖北 武汉 430070)

紫茎泽兰Eupatoriumadenophorum为菊科多年丛生型半灌木草本植物,是一种世界性入侵杂草[1]。自1949年从缅甸和越南传入我国云南南部,紫茎泽兰现已在云南、广西、贵州等省广泛分布,并正以每年20 km的速度向东、向北扩散[2]。紫茎泽兰因发生量大、繁殖迅速、传播速度快、易形成单种优势群落等特点快速成为我国危害最为严重的外来入侵恶性杂草,已被列入我国公布的首批外来入侵物种名单之首。

通过多年的研究,针对紫茎泽兰的综合防控提出了人工拔除、机械刈割、化学防除、生物防治等技术措施。人工拔除费时费力,一旦无资金支持,防治即停止。机械刈割仅能短时间控制地上部分的生长,紫茎泽兰残根断茎仍可萌生新的幼苗。除草剂虽然能有效地防除紫茎泽兰[3],但是大量施用除草剂,会导致非靶标植物的死亡,对生态环境造成较大污染。传统的生物防治策略也未发挥大作用[4-6]。近年来,诸多学者开展了牧草与紫茎泽兰竞争作用的研究,发现非洲狗尾草(Setariasphacelata)[7]、白茅(Imperatacylindrical)[8]、百喜草(Paspalumrtotatltm)[9]、黑麦草(Loliumperenne)和紫花苜蓿(Medicagosativa)[10]对紫茎泽兰具有很强的竞争作用,能有效抑制或取代紫茎泽兰。但是牧草替代紫茎泽兰受地域和经济因素的限制,且牧草经济效益低,农民的种植热情不高。在前期的研究中我们通过种植油菜的方法来控制紫茎泽兰,取得了较好的防治效果和经济效益[11]。

据农业部2008年度普查,紫茎泽兰在我国西南地区发生总面积达到1423万hm2,其中农田占10.8%,草地占14.7%,林地占31.9%,其它生境(荒山、荒滩)占42.6%。针对林地及荒地荒滩,选择种植何种经济林木或果树,一方面有效地替代紫茎泽兰,另一方面产生较大的经济效益,提高防治效果,是目前首要解决的问题。本文首先在西昌市袁家山林区比较了落叶松(Larixgmelinii)、桉树(Eucalyptusrobusta)和石榴(Punicagranatum)对紫茎泽兰的替代作用,然后研究了石榴地不同的栽培措施对石榴果实虫果和产量的影响,旨在探讨石榴替代控制紫茎泽兰的种植模式,为林地及荒地荒滩地区紫茎泽兰的生态控制提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

研究地点位于四川省凉山州西昌市袁家山,地理位置为102.29° E、27.92° N,海拔1500～1800 m,常年最高积温6979 ℃·d,最低积温4086 ℃·d,年均气温14～17 ℃;属于亚热带季风气候区,干湿分明,冬半年日照充足、少雨干暖,夏半年云雨较多、气候凉爽；年均降雨量1000～1100 mm;日照充沛,年均日照时数2000～2400 h；无霜期达230～306 d。紫茎泽兰在当地为优势植物种群。

1.2 试验方法

1.2.1 不同人工林对紫茎泽兰的替代作用 于2013年在西昌袁家山上,分别选择不同的人工林木群落:桉树林(造林密度2.0 m×3.0 m,树龄6年)、落叶松林(2.0 m×3.5 m,树龄12年)、石榴林(2.5 m×2.5 m,树龄5年),并设置空旷露地作为对照。在所研究的林分中,均应用对角线法,布设5个面积为1 m×1 m 的小样方,于2013年8月测量各样方中紫茎泽兰的发生量、株高和鲜重。同时取1 m2内的紫茎泽兰的鲜样送往湖北省农科院农业测试中心测量其氮、磷、钾和水分含量,每个处理重复4次。全氮量的测定采用凯氏定氮法,全磷量和全钾量的测定采用高频电感藕合等离子体原子发射光谱法(ICP法)。

1.2.2 不同栽培措施对石榴产量的影响 于2013～2014年,在西昌袁家山上,采取4种栽培措施进行紫茎泽兰的防除和石榴树的栽培管理。处理1:2013年11月人工拔除紫茎泽兰；在整个生育期间不施肥，不整枝,不施用杀虫剂,果实不套袋。处理2:2013年11月翻耕土壤；见草后打百草枯1次；冬季养鸡200只/667 m2,每株石榴施农家肥10 kg;不整枝,不施用杀虫剂,果实不套袋。处理3:2013年11月翻耕土壤；不打除草剂；全年养鸡200只/667 m2,每株石榴施农家肥10 kg；2013年12月和2014年4月分别进行整枝和抹芽；施用杀虫剂4次,果实套袋。处理4:2013年11月翻耕土壤；见草即施用百草枯防治(3次)；每株施用农家肥25 kg；2013年12月和2014年4月分别进行整枝和抹芽；施用杀虫剂4次,果实套袋。处理5:不除草,无任何人工栽培措施,作为对照。

在2014年8月,调查各处理中石榴树上桃蛀螟(Dichocrocispunctiferalis)和桃小食心虫(Carposinaniponensis)的发生情况;统计各处理中石榴的结果数、虫果数、烂果数和裂果数,测定石榴的产量。于收获期间,在天气晴好、光照强度变化较小的14:30～15:30时间段，使用ST-80C数字式照度计,分别测量石榴林顶部、离地表180、90和10 cm处的光照强度。每小区5点对角线取样,每样点重复测量3次,取平均值。透光率(Light penetration rate, LPR)的计算公式如下: LPR=测定层光强/顶部光强×100。

1.3 数据分析

采用SPSS分析软件对调查参数进行描述性分析、单因素方差分析(One-Way ANOVA)及多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同人工林对紫茎泽兰的替代作用

2013年8月对落叶松林、桉树林、石榴林和空旷露地紫茎泽兰株高、发生密度和鲜重的调查结果见表1,从中可以看出：空旷露地紫茎泽兰生长旺盛,发生量大,株高为124.25 cm,密度为110.25株/m2，单位面积鲜重达4494.03 g/m2；在人工林中紫茎泽兰的生长被抑制,落叶松林和桉树林对紫茎泽兰的发生密度和鲜重有显著的抑制效果,但对紫茎泽兰株高的抑制作用不显著；石榴林对紫茎泽兰株高、密度和鲜重的抑制作用极显著,紫茎泽兰的株高降低了70.42%,发生密度降低了96.15%,鲜重减少了99.67%。

与空旷露地相比,落叶松林、桉树林和石榴林下单位面积紫茎泽兰吸收的氮、磷、钾量亦显著降低,降低率分别为33.50%～99.62%、32.79%～99.67%和32.06%～99.66%(表2)。其中石榴林中紫茎泽兰吸收的氮、磷、钾量最少,即石榴林中紫茎泽兰竞争消耗的养分最少。

结合紫茎泽兰的发生情况和紫茎泽兰对养分的吸收情况,石榴林对紫茎泽兰的替代效果最佳；但是在石榴林中仍有少量紫茎泽兰发生，若不进行人工干预,则紫茎泽兰不能根除。

注:同列数据后附有相同的小写或大写字母表示在0.05或0.01水平下差异不显著。下同。

表2 不同林木下紫茎泽兰对养分的吸收情况

2.2 不同栽培措施下石榴林间光照差异

在石榴收获期调查石榴林间的透光率,结果(表3)显示：在离地180 cm处,各处理间透光率无显著差异；在离地90 cm和10 cm处,处理3和处理4的透光率显著高于其他处理的；处理2、3和4均无紫茎泽兰的发生,但处理3和处理4分别于2013年12月和2014年4月进行了整枝和抹芽,石榴的枝条密度适宜,因此田间透光率较高。

2.3 石榴林的虫害发生情况

调查石榴林桃小食心虫和桃蛀螟的发生为害情况，结果见表4。在处理5(对照)中,石榴树上桃小食心虫和桃蛀螟的发生量最大,其中桃小食心虫的发生量平均为13.00头/株,形成虫孔20.75个/株;桃蛀螟的发生量为3.00头/株,形成桃蛀螟虫孔5.50个/株。处理1中拔除紫茎泽兰对桃小食心虫的发生有显著的抑制作用,但对桃蛀螟的发生无影响。处理2、3、4中石榴桃小食心虫和桃蛀螟的发生量均接近0,表明冬季养鸡或施用化学杀虫剂均能有效地抑制虫害的发生。

表3石榴林不同高度层的透光率%

处理180cm处透光率90cm处透光率10cm处透光率117.83±1.99aA2.59±1.13bB1.67±0.95cC216.46±2.36aA3.21±1.46bB1.52±0.49cC318.37±3.07aA9.28±1.08aA6.98±0.71aA418.03±3.26aA8.86±1.42aA4.89±0.18bB520.82±7.95aA2.46±0.21bB0.99±0.79cC

表4 不同栽培措施下石榴桃小食心虫和桃蛀螟的发生情况

2.4 石榴的结果情况

在果实采收后,统计石榴总果实、虫果、烂果、裂果和商品果的数量。从表5中可以看出：处理3和处理4中石榴的果实数量显著高于其他处理的,达到79.75～81.00个/株,且产生的虫果、烂果、裂果的数量接近0,基本上都是商品用的无虫果；处理1和处理2的果实总数显著降低,但是处理2中的虫果、烂果数量显著低于处理1的；处理5的果实数量最少,有用商品果的数量亦最少。上述结果表明综合进行土壤翻耕、杂草防除、施肥、整枝、抹芽、化学除虫、套袋等栽培技术措施,能显著提高石榴商品果实的产量。

2.5 石榴的产量和产值

由表6可见：处理4的石榴单果重、单株果实重和单位面积产量均显著高于其他处理的,且石榴产值达106450.50元/hm2,是对照(处理5)的8.4倍，这是因为各种栽培措施的综合使用一方面增加了石榴的单果重,另一方面增加了商品果的数量(表5),从而大大增加了石榴的产量和产值；但是栽培过程中消耗的劳动力成本亦最高,最终处理4的石榴净利润仅为60325.50元/hm2(表7)。与处理4相比,处理3通过全年养鸡代替化学除草和部分农家肥,降低了生产成本,增加了养鸡的收入,最终石榴林的净利润达122571.75元/hm2。在处理2中，虽然石榴的产值仅为47771.55元/hm2,但增加了养鸡的产值75000元/hm2,减少了栽培管理所需的劳动力成本,最终石榴林的净利润亦达到了107096.55元/hm2。成本和产值分析结果(表7)表明,处理3的石榴林净利润最高；但是在人力资源缺乏的地区,石榴林中养鸡(处理2)是最佳的种养模式。

表5 不同栽培措施下石榴的结果情况 个/株

表6 不同栽培措施下石榴的产量和产值

注:石榴价格2元/kg。

表7 不同栽培措施下石榴林的成本、产值和净利润 元/hm2

注:翻耕4人工/667 m2;人工除草2人工/667 m2;化学除草0.3人工/667 m2,百草枯成本15元/667 m2;农家肥200元/t;土鸡净利润=10元/kg×2.5 kg/只×200只/667 m2;整枝、抹芽4人工/667 m2;套袋8人工/667 m2;化学杀虫0.3人工/667 m2,杀虫剂成本10元/667 m2;人工费100元/人工。

3 结论与讨论

替代控制成功与否与替代植物的特性、种植区域的环境条件密切相关。前人研究指出在平原或坡地,在紫茎泽兰刈割后,种植大豆能快速有效地抑制紫茎泽兰的生长,同时给农民带来较高的经济效益[12]。在牧区,选用非洲狗尾草[7]、百喜草[9]、黑麦草和紫花苜蓿[10]替代紫茎泽兰,能有效地控制紫茎泽兰,同时为牲畜提供充足的牧草。在林区种植青冈林、油茶青冈、油茶柏树混交林等对紫茎泽兰的生长能起到显著的生态控制效果[13]。除了经济林外,果树亦是替代紫茎泽兰的首选树种。本研究在西昌的林区或山地进行,常见的经济林木落叶松和桉树对紫茎泽兰的发生密度和鲜重有显著的抑制效果,但对紫茎泽兰株高的抑制作用不显著。石榴林中紫茎泽兰的株高降低了70.42%,发生密度降低了96.15%,鲜重减少了99.67%,石榴林中紫茎泽兰竞争消耗的养分最少,表明石榴林对紫茎泽兰的替代效果最佳。相比于作物替代和牧草替代,果树替代利用的是贫瘠的荒地资源或林地资源,既可以提升土地的利用价值,又不与粮食生产争地,而且能够退耕还林。相比于林木替代,果树替代产生的经济价值更高,能有效地提高农民种植的积极性。

替代植物的栽培技术是影响替代成功与否的关键因素,替代区域的地表处理、适时种植、适宜的种植方式、科学施肥以及伴生杂草的防治亦是需要考虑的因素[14]。选择大豆替代紫茎泽兰时,进行土壤的旋耕处理可以实现紫茎泽兰100%的防除;在不翻耕的情况下,播种大豆前,刈割紫茎泽兰亦能有效地抑制紫茎泽兰的生长,且随着大豆种植密度的增加,抑制效果更显著[12]。施肥可以提高非洲狗尾草、伏生臂形草的竞争能力[15];不施或少施肥并增加黑麦草的刈割次数,可以降低紫茎泽兰的竞争力,提高黑麦草的替代控制效果[16-17]。本研究结果表明通过合理的栽培措施,对石榴林下紫茎泽兰的防治效果可以达到100%。其中,在人力资源缺乏的情况下,冬季翻耕土壤、化学除草1次、施用有机肥(10 kg/株)结合林下养鸡是石榴林最佳的种养模式。紫茎泽兰种子萌发需要光照[18],经土壤翻耕处理后紫茎泽兰种子被深埋于4 cm土层下从而出苗率下降,发生量减少。鸡可以吃土中越冬的虫蛹,减少来年虫量,提高石榴商品果的数量;鸡在林间频繁的踩踏活动,有助于抑制紫茎泽兰的生长;鸡粪可以培肥林地,是最好的有机肥料;林下鸡的鸡肉肥美,经济价值高。因此在石榴林下养鸡,结合配套的栽培措施是替代紫茎泽兰、提高石榴产量、增加林地收入的最佳种养模式。

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