2023, Vol. 60
2. 农业部天水作物有害生物科学观测实验站, 甘肃甘谷 741299;
3. 甘肃省农业科学院马铃薯研究所, 兰州 730070
2. Tianshui Crop Pest Scientific Observation and Experiment Station, Ministry of Agriculture, Gangu, Gansu 741299, China;
3. Potato Research Institute, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China
玉米是我国主要的粮食作物之一，在农业和工业生产中均发挥着重要作用[1]。甘肃作为全国最大和最具优势的玉米制种基地，2013年的制种面积达到10万hm2，占全国制种总面积的39.3%，制种产量为5.8亿kg，占全国制种量的42.6%[2]，然而，玉米田间杂草则成为制约玉米高产稳产的重要因素之一。据联合国粮农组织统计，每年全世界因草害造成的玉米产量损失占玉米总产量的13%[3]。近年来，随着耕作栽培制度的改变和膜下滴灌技术的大面积推广应用，覆膜玉米田杂草趋于复杂化，为害程度日趋严重，对产量造成很大影响[4]。目前对覆膜玉米田杂草的防除仍然以玉米播后膜前，采用地表药剂封锁技术防除[5]，而膜下滴灌施药，不仅可将农药精准、适时、适量地注入土壤，达到防治病虫草害的目的，而且省时、省力、节水、增产，对非靶标生物和天敌安全[6]，开展膜下滴灌土壤封闭式除草剂施用技术与田间杂草防除效果的关系研究，可以为玉米田间滴灌除草技术的合理应用及丰富滴灌施药理论提供科学依据。
滴灌施药是一种可将农药安全有效地引入植物根系周围土壤的有效方法，同时可以保持绿洲农田的大孔隙特征和土壤水分入渗性能[7-10]，因可以有效控制作物病虫害的发生，受到国内外农业工作者的普遍关注。Amber等[11]研究表明，滴灌施用毒死蜱可有效控制草地粘虫，提高农药的利用率。也有研究表明，滴灌施药在防治作物根结线虫病上有着独特的优势，如使用噻唑膦[12]等杀线虫剂对于控制蔬菜及经济作物的根结线虫病效果显著。此外，滴灌施药不仅仅局限于杀虫剂的使用，也有研究滴施苯醚甲环唑防治棉花黄萎病[13]等。除草剂在滴灌中的应用相对较晚，Mondayta等[14]报道了滴灌应用氯吡氟磺胺草醚、异丙甲草胺可有效控制油莎草；程功等[15]研究了5种土壤处理除草剂随水滴施防治烟草田杂草，不但可以有效抑制杂草生长，而且可显著改善烟草的经济和农艺性状。尽管滴灌施药在蔬菜及经济作物上取得了一些进展，但对大田作物的应用和研究少有报道，尤其对除草剂的应用尚需开展更深入的研究。本研究通过三种不同的膜下滴灌施药方式，探究土壤封闭除草剂40%乙·莠悬乳剂在不同滴灌带铺设间距下对玉米田杂草的防除效果和在土壤中的分布规律，以期为玉米膜下滴灌安全使用土壤封闭式除草剂及水药一体化技术的深入广泛应用提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料供试玉米为郑丹958，市售品种。供试药剂为40%乙·莠悬乳剂，由河北荣威生物药业有限公司生产，用量为4.5 L∙hm–2。滴灌带布设方式为“1膜1带2行”，压片式滴头，滴头间距30 cm，滴头流量为2.0~2.3 L∙h–1，酒泉大禹节水有限公司生产。
1.2 试验地概况试验地设在甘肃武威市中心灌溉试验站(37°52'N，102°50'E)。该地区属甘肃沙漠绿洲灌溉区，海拔1 730 m左右，土壤质地属灰钙质轻沙壤土，富含氮、磷、钾，土壤偏碱性，pH 7.4。土壤通透性好，孔隙率为52%，田间最大持水率为22%~25%，土壤有机质含量0.4~0.8 g∙kg–1。
1.3 试验设计本试验设滴灌带间距三个，分别为0.9 m、1.1 m、1.3 m，滴灌施药方式分别为A、B、C(详见表 1)，不同间距设土壤覆膜前喷施除草剂CK1(常规施药)和不施除草剂CK2为对照，共15个处理，每个小区面积300 m2，随机区组排列，重复3次。播种前基施农家肥20 t∙hm–2、纯氮100 kg∙hm–2、五氧化二磷50 kg∙hm–2。玉米大喇叭口期按150 kg∙hm–2追施尿素，玉米全生育期灌水3次。前茬作物为小麦，未使用除草剂。露地覆膜栽培，地膜幅宽700 mm，厚度0.008 mm，覆膜后穴播机人工穴播，每穴玉米籽粒1~2粒，播种量37.5 kg∙hm–2，每幅膜上双行种植，株行距30㎝×40㎝。
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表 1 试验各处理设置情况 Table 1 Test settings of each treatment |
除草剂滴施完毕24 h后，每小区按对角线5点取样，每点3个滴头，以滴灌原点为圆心，距离圆心0~5 cm、5~10 cm、10~15 cm，环带上分别取深度0~5 cm、5~10 cm、10~15 cm的试验土样，每个环带上取三个点，相同部位土壤进行混匀装入自封袋，做好标记，–18℃冷冻保存待检。待检土样送欧陆分析技术服务(苏州)公司进行除草剂有效成分乙草胺和莠去津含量的检测，由于莠去津在待检的所有样品中含量均较低，无法做相关分析，故本文仅探讨乙草胺在土壤中的分布情况，其中检出值低于0.05 mg∙kg–1的数据，均以0.05mg∙kg–1做分析。
1.4.2 施药时间及防效调查5月13日上午滴灌施药，共施药1次，分别于药后15 d(6月13日)目测各处理对田间杂草的防效；药后30 d(7月13日)每小区按对角线5点取样，每点1 m2，调查膜内杂草种类和株数，计算株防效；药后45 d(7月4日)按同样方法调查杂草种类和株数，并称地上部鲜物质量，计算株防效和鲜物质量防效。
| $ 株防效/\%=(对照区杂草株数-处理区杂草株数)\\ /对照区杂草株数×100 $ |
| $ 鲜物质量防效/\%=(对照区杂草鲜物质量-处理\\ 区杂草鲜物质量)/对照区杂草鲜物质量×100 $ |
利用Excel2007软件进行数据处理，采用DPS7.05软件进行最小显著差异法(LSD)检验；采用SigmaPlot14.0软件构建乙草胺在土壤中的空间分布图。
2 结果 2.1 乙草胺在不同深度土壤中的分布乙草胺在0~5 cm深度土层中的分布见图 1a，由图 1a可知乙草胺在同一滴施方式下，在土壤中的浓度以滴头为中心，径向0~15 cm范围逐渐扩散降低，其范围为0.05~1.56 mg∙kg–1，其中径向0~5 cm的浓度为0.57~1.56 mg∙kg–1，径向5~10 cm的浓度为0.38~1.0 6mg∙kg–1，径向10~15 cm的浓度为0.05~0.88 mg∙kg–1，浓度变化以径向表现为：0~5 cm > 5~10 cm > 10~15 cm。三种不同的滴施方式，相同径向土壤中乙草胺的浓度在三种处理间存在显著差异，药剂在滴头点相对集中，其中C处理浓度相对最高，其次为B处理，A处理的浓度相对最低。在同一滴施方式下，乙草胺在土壤中的浓度基本相同，不同滴灌带间距不存在显著差异。
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注：不同字母表示同一径向距离、不同处理间差异达5%显著水平。下同。 Note：Different letters showed a significant difference at a 5% level among different treatments in the same radial distance. The same below. 图 1 不同处理下乙草胺在0~5 cm(a)、5~10 cm(b)、10~15 cm(c)土层中的分布 Fig. 1 Distribution of acetochlor in 0-5 cm(a), 5-10 cm(b) and 10-15 cm(c) soil layer under different treatments |
乙草胺在5~10 cm深度土层中的分布见图 1b，由图可知同一施药方式下，乙草胺在土壤中的浓度仍然以滴头垂直方向为中心，径向由高到低依次为0~5 cm、5~10 cm、10~15 cm，其中径向0~5 cm的浓度为0.35~0.49 mg∙kg–1，径向5~10 cm的浓度为0.05~0.45 mg∙kg–1，径向10~15 cm的浓度为0.05~0.40 mg∙kg–1。三种不同滴施方式下，乙草胺以A方式滴施的浓度相对较高，其次为B方式，C方式相对较低，不同滴灌带间距乙草胺的浓度则不存在显著差异。
乙草胺在10~15cm深度土层中的分布见图 1c，在三种不同的滴施方式下，以A方式滴施的乙草胺在径向0~5 cm的浓度相对较高，0.9 m、1.1 m和1.3 m三个滴灌带下的浓度分别为0.11 mg∙kg–1、0.12 mg∙kg–1和0.11 mg∙kg–1，B方式滴施的浓度在0.05~0.06 mg∙kg–1之间，C滴施方式的浓度均低于0.05 mg∙kg–1。三种滴施方式乙草胺在径向5~10 cm和10~15 cm土壤中的浓度均小于0.05 mg∙kg–1，即三种滴施方式下，在径向10~15 cm土层药剂移动较缓，相同施药方式下不同滴灌带间差异均不显著。
2.2 乙草胺在不同滴施方式下土壤中的分布由2.1节结果可知，同一施药方式下，乙草胺在不同滴灌带间距下土壤中的浓度差异不显著，故以1.1 m滴灌带间距为例做关于不同滴施方式下乙草胺在土壤中的空间分布图(图 2)。由图可知，在三种不同滴施方式下，乙草胺在土壤中的空间分布均以滴头为中心，向水平和垂直方向逐渐扩散降低，其中垂直方向的扩散大于水平移动的距离。不同滴施方式乙草胺在径向0~10 cm和纵向0~10 cm范围空间分布存在显著差异，其中C处理清水冲洗5 min后，乙草胺的浓度相对较高，在小于1.0 mg∙kg–1范围内(图 2c)，B处理清水冲洗10 min，浓度在小于0.5 mg∙kg–1范围内(图 2b)，A处理清水冲洗20 min，其浓度含量相对较低，在小于0.2 mg∙kg–1范围内(图 2a)，并且清水冲洗时间越长，乙草胺在相同空间土壤中的浓度越低，垂直扩散加剧，径向扩散距离缩短，说明药剂在土壤中的分布与灌水量有关。
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注：图例表示乙草胺浓度，mg·kg–1。 Note：The legend shows the acetochlor concentration，mg·kg–1. 图 2 A(a)、B(b)、C(c)方式滴施后乙草胺在土壤中的分布 Fig. 2 Distribution of acetochlor in soil after drip irrigation by mode A(a), B(b) and C(c) |
通过膜下滴灌施药，乙草胺对田间杂草具有一定的防除效果，不同施药方式存在显著差异(表 2)，其中C处理对杂草的防效最好，其次为B处理，A处理的防效相对较低，而不同滴灌带间距差异不显著。药后30 d，0.9 m、1.1 m和1.3m滴灌带C处理对杂草的株防效分别为72.4%、74.2%和73.3%，鲜生物量防效分别为78.6%、80.2%和78.0%，A处理对杂草的株防效0.9 m、1.1 m和1.3 m滴灌带分别为56.5%、57.6%和55.6%，鲜生物量防效分别为62.6%、61.3%和61.2%；药后45 d，乙草胺对田间杂草的株防效和鲜生物量防效均有所降低，C处理对杂草的株防效为67.6%~68.3%，鲜生物量防效为73.5%~74.3%，B处理对杂草的株防效为58.2%~61.6%，鲜生物量防效为65.3%~67.3%，A处理对杂草的株防效为52.3%~55.6%，鲜生物量防效为58.1%~60.5%，不同滴施方式仍然存在显著差异，不同滴灌带间距则差异不明显。
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表 2 不同处理下乙草胺对杂草的防除效果 Table 2 Control efficacy of acetochlor on weeds under different treatments |
由表 2还可以看出，乙草胺通过土壤喷施后覆膜对田间杂草的株防效和鲜生物量防效均与滴灌施药存在显著差异，喷药后覆膜的方式对田间杂草的防效明显优于膜下滴灌除草，其药后30 d的株防效为80.6%~81.8%，鲜生物量防效为85.4%~86.0%，药后45 d的株防效为75.6%~78.4%，鲜生物量防效为80.4%~84.5%。
3 讨论 3.1 滴灌施药后除草剂在土壤中的分布滴灌作为一种高效的节水灌溉方法，与施药结合起来，不仅可为植物提供精确的水分和农药化学防护，而且可提高农药的利用率，减少农药使用，节省更多的劳动力，降低生产成本，在干旱和半干旱地区，该技术在减少或消除药剂对人类和非靶标有机体的影响及环境的退化中发挥着一定作用[16-17]。目前滴灌施药的种植模式已在我国农业生产中得到广泛应用，但主要用于杀虫剂方面。有研究表明，土壤的初始含水量、有机质含量、颗粒组成等理化因素对滴灌施肥、施药的水分及氮素的扩散分布存在显著影响，使药、肥在土壤中分布不同[18-20]。也有研究表明，农药剂型、滴头流量、灌水量、药液的滴灌顺序也会影响药剂在土壤中的湿润范围及水平和垂直扩散的距离[21-24]。本研究中，乙草胺以清水-药液-清水的顺序滴施，三种不同滴施方式以最后一次清水冲洗的时间有所不同，冲洗时间越长乙草胺在相同空间土壤中的浓度越低，垂直沉降明显(图 2)，说明乙草胺在土壤中的分布与灌水量有关。但药剂在土壤中的分布受多种因素影响，本研究仅对不同施药方式膜下区域药液分布和防效做了分析，药剂在土壤中的空间分布也仅提取了24 h土样进行了测定分析，后期随着时间推移药剂是否在土壤间隙继续分散、是否与灌水和径流有关尚待继续试验验证，也是这种新施药模式探索所提出的新科学问题和技术问题，而药剂本身性质、剂型、土壤特性、外界温度等其他因素如何对乙草胺的分布起作用、滴灌时间等与药效的关联性等尚不清楚，有待进一步的深入研究。
本研究中滴灌带铺设间距对乙草胺在土壤中的分布不存在显著影响，三种不同的滴施方式下，乙草胺在土壤中的浓度均是以滴头为中心，药剂浓度在径向和垂直范围逐渐降低(图 2)。就实际测定A、B、C三种方式纵向和深度扩散距离而言，A滴灌方式在径向和纵向扩散距离较大，湿润体较大，但实际调查却发现除草效果均为C滴灌方式较佳(表 2)，由此可见，除草剂滴灌使用除草实际效果与药剂有效成分在土层中分布浓度有关，并非扩散越广除草效果越佳，这正是本文探索滴施时间间隔和清水冲洗时间等目的所在，冲洗时间和冲洗顺序最终会影响药剂分散后不同土层药剂的浓度，从而造成除草效果的差异。
3.2 除草剂对杂草的防除效果化学除草是消灭农田杂草、保证作物增产的重要手段，在近代农业生产中发挥着重要作用。乙草胺作为一种高选择性、高效酰胺类的土壤处理剂，目前是我国使用最广泛的除草剂之一，主要用于玉米、大豆、花生、马铃薯等作物田间杂草的防除，对一年生禾本科杂草、部分阔叶杂草等具有较好的防除效果[25-27]。本研究通过滴灌施用40%乙·莠悬乳剂对玉米田间杂草的防除结果表明，该药剂对田间杂草具有一定的防除效果，不同施药方式存在显著差异，而不同滴灌带间距间差异不显著(表 2)。在药后30 d，以C处理对杂草的株防效和鲜生物量防效最佳，B处理次之，而A处理的防效相对较低，这可能与乙草胺在土壤中的分布有关，C方式滴施的乙草胺，在土层深度0~5 cm、径向0~15 cm范围内的浓度较其他两种滴施方式高(图 2)。而土壤封闭除草剂对杂草的防除机理正是利用药剂在表土层约1~5 cm的范围形成药膜达到杀死或抑制杂草的作用[28]，据报道在免耕方式下土壤表层0~5 cm处杂草种子库占到90%，仅1%分布在10~15 cm土层中[29]，说明药剂在表土层0~5 cm的有效分布是防除杂草的关键。另有研究表明，土壤处理除草剂对杂草的防治效果与土壤湿润以及接触的程度有关，地表土壤湿润，药滴可在湿润的地表扩散，容易形成均匀的用药层，使杂草不能生长而死亡[28，30]，滴灌施药可使药剂与土壤混匀，并保持土壤湿润，使除草效果达到最佳。程功等[15]利用滴灌施用5种不同的土壤处理剂防治烟草田间杂草，结果表明，与不施除草剂相比滴灌施药对杂草的防治效果可达90.97%以上，与微喷灌相比可达72.56%以上，并且滴灌施药在提高烟叶产量、上等烟产量、有效叶片数、叶面积系数方面，与对照间的差异达到了极显著水平。
4 结论覆膜种植玉米田膜下滴灌施用除草剂40%乙·莠悬乳剂，滴施后乙草胺在土壤中的分布与滴灌带铺设间距无关，与不同施药方式下最后一次清水冲洗时间相关(即灌水量)，冲洗时间越长乙草胺在相同空间土壤中的浓度越低，垂直沉降明显，径向扩散距离缩短。通过滴灌施药，除草剂对田间杂草具有一定的防除效果，以滴灌清水15 min-滴灌药液30 min-滴清水冲洗5 min对杂草的株防效和鲜生物量防效最佳，因此，覆膜玉米田随滴灌水施用土壤封闭除草剂是行之有效的，特别在春季劳动力比较集中时，滴灌系统省时省工省力，可为玉米田早期杂草的防除提供新方法，但是后期膜间杂草防除效果很有限，需结合中耕进行人工除草，本研究仅采取一种药剂开展了滴灌模式下除草剂使用探索，实际应用中尚需针对不同药剂类型和药剂性质开展实用技术研究。
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