河西走廊玉米与豆科作物间作田化学除草及对作物安全性的研究

张锦伟 梁茜 孙建好 赵建华 谢亚琼 靖俊杰 贾春虹 赵尔成

摘要

玉米與豆科作物复合种植是河西走廊地区重要的粮经作物栽培模式，杂草危害是该复合种植体系中普遍存在的重要问题。本文采用田间裂区试验设计的方法研究了5种除草剂（或配方）对玉米与3种豆科作物大豆Glycine max、赤小豆Vigna umbellata和菜豆Phaseolus vulgaris间作田杂草的防除效果和对两类作物的安全性。结果表明，除草剂对杂草的防效为81.67%～91.55%，显著高于当地常规玉米单作的化学除草处理（P＜0.05），5种药剂处理对苗期玉米无明显药害，而对3种豆科作物幼苗均有不同程度的不利影响。玉米收获期900 g/L乙草胺EC、900 g/L乙草胺EC+87.5% 2，4滴异辛酯EC和900 g/L乙草胺EC+10%唑嘧磺草胺SC 3种药剂处理条件下三种间作组合的玉米+豆科作物总产量均高于空白对照，且与各自的人工除草处理相当或更优;本试验5种药剂处理条件下玉米与3种豆科作物间作组合的玉米+豆科作物总产量均与玉米单作常规化学除草处理相当或更优。研究结果可为西北河西走廊地区玉米与豆科作物间作模式下田间杂草的安全、高效化学防除提供技术参考。

关键词

玉米豆科作物间作; 杂草控制; 除草剂; 安全性

中图分类号：

S 482.4

文献标识码： B

DOI： 10.16688/j.zwbh.2022134

Chemical control of weeds and its safety in the intercropping fields of maize and legume crops in the Hexi Corridor Region

ZHANG Jinwei1， LIANG Qian1， SUN Jianhao2， ZHAO Jianhua2， XIE Yaqiong3， JING Junjie1，

JIA Chunhong1*， ZHAO Ercheng1*

（1. Institute of Plant Protection， Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Beijing 100097， China;

2. Institute of Soil， Fertilizer and Water Saving， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou 730070， China;

3. Sinochem Agriculture Holdings， Beijing 100031， China）

Abstract

Intercropping of maize and legume crops （IMLC） is an important multiple cropping pattern in the Hexi Corridor Region （HCR） and other related regions. Weeds are the major problematic factors in the fields of this pattern. A splitplot design experiment was conducted in Zhangye research station in HCR to detect the efficacy and safety of five herbicides （including mixture formulations） in the IMLC field， including maize intercropped with Glycine max， Vigna umbellata and Phaseolus vulgaris. Results indicated that control efficacy of the five selected herbicides ranged from 81.67% to 91.55%， which were all significantly higher than farmer chemical control practice on weeds in sole maize planting pattern （P＜0.05）. Nearly no obviously injured symptom of the selected herbicide treatments was found on maize seedlings， while some adverse influence on all the three legume crops seedlings. At harvest time， total maize+legume crop silage yield （TMLSY） of acetochlor 900 g/L EC， acetochlor 900 g/L EC+2，4Dethylhexyl 87.5% EC and acetochlor 900 g/L EC+flumetsulam 10% SC was better than that of the blank control， similar and even better than that of manual weeding. Compared with maize planted solely with farmer practice in herbicide treatment， TMLSY of the three IMLC were similar and even better by the five selected herbicides （including mixture formulations） treatments. The above results will give some critical technology reference for weed control in the IMLC pattern in HCR， northwest of China.

Key words

maizelegume crops intercropping; weed control; herbicide; safety

玉米和大豆是我国两种重要的粮食作物，在我国居民饮食消费和畜禽养殖中占有重要地位［13］， 2020年播种面积分别约为4 133万hm2和986.7万hm2［4］。玉米与豆科作物的间（套）作是一种高效利用土地、土壤养分和灌溉用水等农业资源，提高作物群体产量的重要栽培模式［59］，而且还能保持土壤肥力、降低氮素土壤累积和排放［10］、改善土壤微生物群落组成［11］，是一种系统提升经济和生态效益的重要手段［1213］，近年来在我国农业科研和生产实践中的应用越来越多。我国西北河西走廊地区虽气候干旱但高山冰雪融水使得灌溉条件相对较好，且光照充足，对农作物的生长发育相对有利，是西北地区重要的商品粮食生产基地。玉米是该地区主要的粮食作物，常年种植面积在20万hm2左右［14］。与全国其他玉米产区类似，河西走廊地区玉米田杂草种类丰富，数量较多，也是影响该地玉米生产的重要因素［15］。通过在玉米行间种植豆科作物，利用豆科作物的占位效应，可以有效减少杂草的发生量。党晶晶等［16］研究发现夏玉米与绿豆或红小豆间作均可有效减少田间马唐Digitaria sanguinalis和牛筋草 Eleusine indica等杂草的发生;玉米与豇豆［17］、黑绿豆和向日葵等［18］按照不同的比例间作均可对杂草发生起到良好的抑制作用。因此，玉米与豆科作物复合种植对加快构建绿色种植制度，保障我国粮食安全具有重要意义［19］。

然而，随着种植面积和复种指数的提高，禾本科豆科作物复合种植模式导致田间光资源分布不对称［20］，为一些杂草营造了有利的生长环境，导致杂草发生危害依然严重［2122］，成为影响作物产量的重要限制因素［2324］。在我国粮食作物集约化种植的背景下，化学除草依然是玉米和大豆田主要的杂草防除手段 ［2426］。但随着除草剂使用年限的延长，杂草对除草剂的抗性逐渐增强，使得除草效果下降，且不同作物品种对除草剂的耐受性不同［2728］，除草剂的筛选及复配使用显得尤为重要 ［2930］。截至目前，虽然已登记可分别用于玉米田和大豆田的除草剂种类较多（玉米田和大豆田分别有46个和 41个单剂有效成分，各有1 000多个登记产品），但实际生产中同时可用于二者的除草剂可能仅有乙草胺等1～2种，而可用于其他小宗豆科作物田的除草剂种类更少［31］。

本研究在玉米和3种豆科作物（大豆、赤小豆和菜豆）间作模式下，研究5种土壤处理除草剂（或配方）对田间杂草的防除效果和对间作作物的安全性，旨在为我国河西走廊地区玉米豆科作物复合种植模式条件下杂草的安全、高效化学防除提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验在甘肃省张掖市甘州区小满镇王其闸村甘肃省农业科学院张掖试验场（38°50′N，100°23′E）开展，试验地土壤为黏壤土，肥力均匀，有机质含量 24.0 g/kg，碱解氮含量 95.4 mg/kg，有效磷含量 77.1 mg/kg，速效钾含量 13.2 mg/kg。试验地灌溉条件良好。试验期间的温度、降水和光照情况如图1所示。试验地杂草群落构成如图2所示，其中稗Echinochloa crusgalli、藜Chenopodium album和節节草Equisetum ramosissimum是主要杂草。

1.2 供试作物品种及种植密度

本试验选用当地主栽玉米和豆科作物品种进行间作种植，玉米为粮饲兼用品种‘金凯3号（本试验

用作青贮），豆科作物分别为大豆Glycine max（‘长农15）、菜豆Phaseolus vulgaris（‘阿芸一号）、赤小豆Vigna umbellata（当地特色主栽品种，俗称熊猫豆）。采用当地常规透明塑料膜覆盖种植玉米，膜宽70 cm，每膜播种2行玉米，行距50 cm，株距20 cm;膜间为50 cm宽裸地，按株距20 cm播种豆科作物1行（每穴2粒，详见图3）。两类作物的播种日期均为2020年5月1日。

1.3 除草剂

900 g/L乙草胺EC，87.5% 2，4滴异辛酯EC，960 g/L精异丙甲草胺EC，66%乙·莠·滴辛酯SC，山东滨农公司生产;10%唑嘧磺草胺SC，辽宁海佳农化有限公司生产。

1.4 试验设计

试验按照两因素裂区设计，豆科作物因素处于主区，除草剂处理因素处于副区。副区共设7个处理（以下涉及剂量均为有效成分用量），分别为900 g/L乙草胺EC 1 215 g/hm2、900 g/L乙草胺EC+87.5% 2，4滴异辛酯EC（1 215+591）g/hm2、960 g/L精异丙甲草胺EC+87.5% 2，4滴异辛酯EC（1 080+591）g/hm2、960 g/L精异丙甲草胺EC+10%唑嘧磺草胺SC（1 080+45）g/hm2、900 g/L乙草胺EC+10%唑嘧磺草胺SC（1 215+45）g/hm2 5个药剂处理，每个间作组合另设空白和人工除草对照，此外设1个玉米单作土壤喷施66%乙·莠·滴辛酯SC 2 227.5 g/hm2处理（当地常规玉米单作栽培方式），试验共22个处理，每个处理重复3次，共计66个小区，小区为长方形，面积为16.8 m2。所有药剂均使用人工背负式电动喷雾器（市售圆锥雾喷头）于覆膜前一次性土壤喷雾处理，施药兑水量600 L/hm2。施药后人工播种玉米和豆科作物。

1.5 调查方法

1.5.1 药效调查

施药后33 d（2020年6月3日）于每小区膜间裸地（豆科作物种植行）和玉米行间各随机取3个0.25 m2样方，分类计数样方内每种杂草的数量，并剪取每种杂草地上部分分别称量鲜重。

1.5.2 安全性调查

于药效调查时，每小区随机选取3段长度为4 m的玉米和豆科作物种植行，计数该长度范围内玉米和豆科作物的成株数量，随机选取10株玉米测量株高;参考NY/T 1155.62006 《农药室内生物测定试验准则 除草剂 第6部分：对作物的安全性试验 土壤喷雾法》［32］的药害评价方法从豆科作物的叶片形态、植株冠层、高度等方面进行目测打分，以此评价除草剂对豆科作物生长的影响。打分标准为：无明显药害，0%～10%;轻微药害，11%～30%;中度药害，31%～50%;严重药害51%～100%（百分数数值指与空白对照正常生长植株相比的药害程度，具体参见上述试验准则）。

于玉米收获期（2020年9月18日），每小区随机取3个样点，每个样点连续取10株玉米，测量株高，分别称量植株总重和玉米穗重;豆科作物每个样点连续取5株，摘取全部豆荚称重，同时称量秸秆重。作物收獲后随机取适量玉米植株（含穗）、赤小豆、菜豆和大豆植株分别测定玉米秸秆和鲜穗、豆科作物秸秆和籽粒的粗蛋白和干物质含量。

1.6 数据处理

不同药剂处理对杂草的防除效果采用杂草地上部分鲜重防效作为统计分析指标（公式1）;对作物安全性的影响采用成苗数、株高、健康度打分、产量等评价指标。运用SPSS 22.0中两因素方差分析程序检验玉米与3种豆科作物间作条件下药剂处理的除草效果和对玉米生长的影响，百分数数据进行必要的平方根反正弦转换;除草剂处理对间作条件下各豆科作物苗期生长和产量影响的指标分别采用单因素方差分析的方法进行统计分析，运用Levene法进行方差齐次性检验，若方差齐性，采用LSD检验进行组间多重比较，若方差非齐性，采用GamesHowe检验进行组间多重比较。差异显著水平为α=0.05。

鲜重防效=FWCK-FW处理FWCK×100%（1）

2 结果与分析

2.1 不同除草剂处理对玉米豆科间作田杂草的防除效果

两因素方差分析结果表明（表1），豆科作物种类

（P=0.161）、不同除草剂种类（P=0.641）及其二者的交互作用（P=0.457）对除草效果的影响均不显著。因此，通过进一步固定豆科作物种类因素，比较所选5种除草剂制剂（或配方）与当地常规玉米单作土壤喷雾施用66%乙·莠·滴辛酯SC处理对杂草的防除效果。结果表明，5个药剂处理防效在81.67%～

91.55%之间，均高于当地常规玉米栽培处理（防效72.73%），但5个药剂处理间差异并不

显著（P=0.713＞0.05）（图4）。5种药剂处理对杂草的总防效排序为900 g/L乙草胺EC+87.5% 2，4滴异辛酯EC（91.55%）>960 g/L精异丙甲草胺EC+10%唑嘧磺草胺SC（90.10%）>900 g/L乙草胺EC+10%唑嘧磺草胺SC（88.50%）>900 g/L乙草胺EC（87.84%）>960 g/L精异丙甲草胺EC+87.5% 2，4滴异辛酯EC（81.67%）。

2.2 不同除草剂处理对玉米和豆科作物苗期生长的影响

施药后33 d，与不同豆科作物间作和不同除草剂处理两因素及其交互作用对玉米成苗率（P豆科作物=0.191， P除草剂=0.114， P交互作用=0.565）和株高（P豆科作物=0.577， P除草剂=0.624， P交互作用=0.221）均无显著影响（表2）。与当地玉米常规单作并采用常规化学除草剂处理相比，3种不同间作条件下采用5种不同除草剂处理对玉米苗期的成苗数和株高均无显著影响（图5）。

不同除草剂处理对3种豆科作物苗期生长的影响结果表明，除900 g/L乙草胺EC+87.5% 2，4滴异辛酯EC（处理2）大豆和菜豆的出苗率较低外，其他4种药剂处理对3种豆科植物的出苗均无显著影响，但对植株生长均具有一定程度的不利影响（属轻微至中度药害）。相比较而言，960 g/L精异丙甲草胺EC+10%唑嘧磺草胺SC（处理4）对3种豆科作物的健康程度影响最小，960 g/L精异丙甲草胺EC+87.5% 2，4滴异辛酯EC处理（处理3）对赤小豆和菜豆的影响相对较小（表3）。

2.3 不同除草剂处理对玉米和豆科作物产量的影响

玉米收获期两类作物生物量测定结果（表4）表明：玉米大豆间作模式下，除960 g/L精异丙甲草胺EC+87.5% 2，4滴异辛酯EC处理（处理3）外，其他4个药剂处理的作物总生物量均高于空白对照，且与人工除草相当或更高，处理3总生物量的降低主要是由于玉米产量的降低引起。该间作模式下，大豆籽粒产量均低于0.05 t/hm2，秸秆产量除900 g/L乙草胺EC+10%唑嘧磺草胺EC（处理5）较低外，其他4个处理的产量均达1.5 t/hm2以上。

玉米菜豆间作模式下（表5），除960 g/L精异丙甲草胺EC+10%唑嘧磺草胺SC（处理4）的总生物量较低外，其他4个药剂处理的总生物量均高于空白对照，且与人工除草处理相当（P＞0.05）;该间作模式下菜豆可有0.214～0.327 t/hm2的籽粒产量和0.715～0.880 t/hm2的秸秆产量收获。

与玉米菜豆间作模式的结果类似，玉米赤小豆间作模式下（表6），除960 g/L精异丙甲草胺EC+10%唑嘧磺草胺SC（处理4）外其他4个药剂处理的总生物量均高于空白对照，且与人工除草差异均不显著（P＞0.05）。处理4玉米产量低于其他药剂处理，是导致总生物量降低的主要原因。不同药剂处理条件下，赤小豆可有0.123～0.264 t/hm2的籽粒产量、0.935～2.145 t/hm2的秸秆产量收获，赤小豆秸秆产量明显低于人工除草处理。

为了探究玉米与不同豆科作物间作后总生物量之间的差异，通过固定除草剂处理因素，以豆科作物种类为分析因子，结果表明（表7）：玉米与本研究所选的3种豆科作物间作均可达到与玉米单作相当的总生物量产出（P＞0.05），三者总生物量排序为（玉米赤小豆）＞（玉米菜豆）＞（玉米大豆）;玉米与菜豆间作对玉米株高无显著影响，而与大豆和赤小豆间作玉米株高显著降低（P＜0.05）;与大豆间作条件下大豆籽粒产量仅为0.025 t/hm2，但可收获秸秆1.776 t/hm2;与菜豆间作条件下菜豆可收获籽粒0.255 t/hm2，秸秆0.770 t/hm2;与赤小豆间作条件下赤小豆可收获籽粒0.190 t/hm2，秸秆1.496 t/hm2。圖5显示了玉米与3种豆科作物间作生长后期（2020年8月初）相互伴生生长的状态，为以上研究结果提供了一定的佐证。此外，青贮玉米收获期对玉米秸秆、鲜穗与豆科作物秸秆、籽粒的干物质和粗蛋白含量测定结果（表8）表明，豆科作物秸秆、籽粒的干物质和粗蛋白含量均明显高于玉米秸秆和鲜穗。

3 结论与讨论

化学除草是当前我国玉米和大豆栽培生产中杂草防除的主要手段。

目前，国内外对玉米豆科作物间（套）作除草剂的研究主要集中在单一作物（玉米或大豆）除草剂应用的研究领域［3335］，适用于复合种植模式的除草剂种类（或配方）并不多见。除草剂的合理混用具有扩大杀草谱、提高除草效果与选择性，降低对作物的危害和施药成本等优点［36］。本研究所选的5种除草剂（配方）对玉米豆科作物间作田间杂草总体防效均在80%以上，其中，900 g/L乙草胺EC+87.5% 2，4滴异辛酯EC、960 g/L精异丙甲草胺EC+10%唑嘧磺草胺SC和900 g/L乙草胺EC+10%唑嘧磺草胺SC 3个处理的药效均高于900 g/L乙草胺EC处理（对照单剂），而960 g/L精异丙甲草胺EC+87.5% 2，4滴异辛酯EC与对照单剂的药效差异也不显著，说明这4种除草剂复配配方均可用于河西走廊地区玉米豆科作物间作田间杂草的防除。从各药剂处理总体防效上看，当地常规玉米单作条件下土壤喷施66%乙·莠·滴辛酯SC处理的杂草防效仅为72.73%，而玉米与3种豆科作物间作条件下5种药剂处理的除草效果均在80%以上。这主要是由于当地玉米覆膜栽培条件下，土壤喷雾先于覆膜操作，后续的覆膜压土操作在一定程度上破坏了除草剂施药后的药土层结构，尤其是对膜间裸地的影响较大，因此，通过间作豆科作物发挥其占位效应，在一定程度上间接控制了杂草的发生，提高了药效。此外，根据当地田间实际的杂草群落构成，所选5种药剂处理对节节草Equisetum ramosissimum和问荆E.arvense的防效都较差，这在一定程度上也降低了各药剂处理的总防效。

在药剂处理对玉米与3种豆科作物安全性的影响方面，5种除草剂处理对苗期玉米的影响较小，而对3种豆科作物均有不同程度的药害，主要表现为叶片皱缩、叶缘有灼伤症状、植株冠层也相对较小;玉米收获（青贮）期产量调查结果显示，除960 g/L精异丙甲草胺EC+87.5% 2，4滴异辛酯EC（处理3）对玉米大豆间作和960 g/L精异丙甲草胺EC+10%唑嘧磺草胺SC（处理4）对玉米菜豆间作和玉米赤小豆间作的总产量低于各自的人工除草对照处理外，其他药剂处理条件下玉米与3种豆科作物的群体产量均高于各自的空白对照，且与人工除草的群体产量相当。可见，除上述两种处理组合条件下，900 g/L乙草胺EC（处理1）、900 g/L乙草胺EC+87.5% 2，4滴异辛酯EC（处理2）和900 g/L乙草胺EC+10%唑嘧磺草胺SC（处理5）3个药剂（或配方）均可用于玉米与3种豆科作物间作田的杂草防除，而处理3对玉米分别与菜豆和赤小豆的间作组合、处理4对玉米与大豆的间作组合也具有良好的安全性。

在玉米与不同豆科作物间作所获得的群体产量差异方面，本研究结果表明玉米与3种豆科作物间作后的群体产量均可达到与当地传统玉米单作采用常规化学除草模式相当的水平。在本研究的间作模式下玉米与豆科作物同步混合收获，虽然间作模式对群体产量影响不大，但是增加的豆科作物秸秆和籽粒提高了青贮饲料的干物质和粗蛋白含量（表8），这对提高青贮饲料的营养价值具有重要意义。

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（责任编辑：田 喆）