芝麻对稗草的化感作用及其大田生态价值评价

钱久李 刘子艳 黎华寿

摘要[目的]验证古农书中记载的芝麻化感作用，筛选出适宜推广的芝麻品种。[方法]选择10个常规芝麻品种，采用实验室生物培养测定与大田种植相结合的方式，构建综合生态价值评价体系。[结果]赣芝3号对稗草抑制作用最强，与对照相比稗草根长减少了20.270 mm，差异显著；S05小区有8种杂草未被发现或极少发现，对杂草品种抑制效应最强；品种间大田多样性指数差异较大；芝麻产量最高的品种为武宁里；间种增产效果品种间差异不显著。[结论]10个芝麻品种间化感作用存在差异，综合生态效益最大的为武宁里黑芝麻。

关键词 芝麻；化感作用；生态价值；评价

中图分类号 S181 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）09-073-05

Abstract[Objective]To verify the allelopathy of sesame in ancient agriculture literatures，and to screen the variety suitable for generalization.[Method]Ten varieties of sesame were selected.The methods of laboratory bioassay and field planting were adopted； comprehensive ecological value evaluation system was constructed.[Result]The variety of Ganzhi 3 had the greatest inhibitory effects on E.crusgalli； root length decreased by 20.270 mm compared with the control，showing significant differences.S05 had the strongest inhibitory effects on weeds，and only 8 kinds of weeds were not found.Field diversity index had relatively great differences among varieties.Wuningli black sesame had the highest yield.There were no significant differences between the varieties of sesame.[Conclusion]There are differences in allelopathy between the varieties of sesame.Wuningli black sesame has the greatest comprehensive ecological benefit.

Key words Sesame； Allelopathy； Ecological value； Evaluation

芝麻（Sesamum indicum）原名胡麻，又称油麻、脂麻等，是我国广泛种植的油料作物之一。中国古代农书记载了大量芝麻与杂草、竹子、米仓蛀虫等之间的相互作用，且在江西等地，烧荒或新垦山坡地时，仍有种植1～2茬芝麻的民间传统习惯[1]，以达到防止块根类野生植物的繁殖，抑制藤本、草本等各种杂草的滋生，促进土壤熟化，减少病虫草害等效果[2-4]。芝麻与其他生物间的相生相克现象实质是植物间的化感作用。有学者研究表明，芝麻易发生连作毒害，芝麻在收获后根系分泌物会遗留在土壤中，对土壤微生物繁殖有促进作用，可以促进谷类作物生长，但对豆科、茄科、甘薯等不利[6-7]；芝麻茎叶淋溶液、根系分泌液及残体腐解液对受体种子油菜、萝卜、黄瓜具有化感效应[8]。

目前芝麻大田杂草的防止措施研究均以除草剂为主，芝麻与其他作物如大豆、花生、甘薯等间作研究较多，但均未讨论间作模式下芝麻对田间杂草的化感作用。有研究表明化感作用的强弱与作物的品种有较大关系[9-10]，也有学者认为目前多数研究采用一种作物对应一种杂草的简单模式研究作物与杂草的种间关系不能完全代表自然生态系统的复杂性[11]。鉴于此，笔者以江西省10个常规芝麻品种为研究对象，通过实验室生物培养测定和大田种植调查方式，比较研究芝麻品种对受体稗草[Echinochloa crusgalli （L.） Beauv]的化感作用差异、大田杂草多样性指标的差异以及对间作作物和间作田间杂草的影响差异，并尝试综合评价10个研究对象的生态效益，以期为芝麻化感品种的选育提供基础数据以及为芝麻间作模式研究提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 試验材料

供试芝麻种子源自江西省农业科学院，为江西省常用育种推广品种。10个芝麻品种中白芝麻5种，分别为15001、89-02、S05、赣芝3号、中赣02；黑芝麻5种，分别为B10001、B12001、B4006、B509、武宁里。受体稗草收获于华南农业大学农学院基地。供试间种玉米（高油101）、大豆（东大3号）购于广东省农业科学院。

试验地位于华南农业大学农学院农场，土壤肥力中等，土壤本底值：有机质（17.7±0.5） g/kg；全氮（1.89±0.07） g/kg；全磷（0.28±0.03） g/kg；全钾（9.8±0.3） g/kg。

1.2 试验设计

1.2.1 实验室共培法生物培养测定试验[12]。

称取灭菌后的洁净河沙200 g置于口径9 cm的塑料杯中，播种催芽一致的芝麻种子20颗，用1/2 hoagland培养液湿润河沙。10种芝麻每种5杯，对照为不种芝麻5杯，共55杯，置于（28±1） ℃，12 h光照条件下培养。每天浇培养液保持河沙湿润。培养12 d后芝麻长出2～4片真叶，拔去芝麻，种植已催芽且长势较为一致的稗草种子10颗，7 d后测稗草根长、苗高及鲜重。

1.2.2 大田调查试验。

农场熟地面积1 225 m2（35 m×35 m），深耕耙匀后分为100个小区，每小区面积9 m2（3 m×3 m），设空白自然长草区4个，单种玉米3个，单种大豆3个，每个芝麻品种对应设置芝麻单种3个，芝麻-玉米间种3个，芝麻-大豆间种3个，均采用条播种植方式。大田试验于60 d施用复合肥1次，不施农药与除草剂。

芝麻、玉米与大豆收获时对应每小区内按W法各取9株，测定单株产量和地上部植株干重；完全收获后收割小区内全部杂草地上部。统计各指标间差异，杂草和芝麻地上部干重比较相关性等，并设定评价指标体系，综合评价10个芝麻品种的生态效益。

1.3 数据处理

采用SPSS 20.0 软件进行数据处理与统计分析。采用单因素方差分析法（one-way ANOVA）和最小显著差异法（LSD）比较不同数据间的差异。采用Excel 2010和SigmaPlot 12.5软件统计分析作图表。

2 结果与分析

2.1 实验室共培法生物培养测定10个芝麻品种的化感作用

稗草是芝麻大田常见杂草之一。由表1可以看出，在实验室共培法条件下，10个芝麻品种对稗草的化感抑制效应差异很大。其中，仅赣芝3号对稗草的根长生长具有抑制作用，与对照相比其根长减少了20.270 mm，差异显著，其余品种则呈不同程度的促进作用，89-02品种促进作用达显著水平；对稗草苗高影响方面，各品种差异不大，仅B509和中赣02表现出抑制效应，与对照相比苗高分别减少了1.597和1339 mm，差异不显著；对稗草鲜重影响方面，15001和赣芝3号表现出抑制效应，但均未达显著水平，B10001和89-02则表现出强烈的促进效应，与对照相比鲜重增加量均为0009 g，差异显著。从化感影响因子方面看，赣芝3号对稗草根长（-0.225）、苗高（-0.029）和鲜重（-0.049）表现一致的抑制效应；15001仅表现对稗草鲜重的抑制效应（-0.195）；S05、中赣02和B509则表现出对稗草苗高的抑制效应，化感影响因子分别为-0.010、-0.050和-0.060（图1）。

2.2 大田调查芝麻生长期田间杂草多样性

调查结果表明，芝麻大田杂草主要有16种（其余杂草数量极少，调查小区内没有出现或者极少出现），不同的芝麻品种差异表现出对杂草种类的抑制效应差异较大。由表2可以看出，S05小区有8种杂草未被发现或极少发现，对杂草品种抑制效应最强；中赣02小区中出现了15种，相对抑制效应最弱；89-02、B12001、B4006、和B509小区中各有6种杂草未被发现或极少发现；武宁黑芝麻可以抑制4种杂草。此外，马唐、牛筋草、荠菜和千金子4种杂草在10个芝麻品种中均被发现，莲子草、马齿苋、王不留行和野苋则在9个品种出现。

BergerParker优势度指数特别适合用于群落中优势种的评价[13]。芝麻作为目标农作物，研究其品种在农田中能否成为优势种具有重要意义。由表2可以看出，有少数品种芝麻的优势度指数并没有比杂草的高，甚至还出现了优势度低于杂草的现象，如S05（0.076）低于千金子（0.135）和荠菜（0810），B10001（0.117）低于荠菜（0.132）等，说明S05和B10001品种与对应的杂草品种相比竞争能力较弱。武宁里（0.339）、B4006（0.272）、15001（0.262）则表现出明显的竞争优势，如武宁里的优势度指数是其田间优势杂草王不留行（0.082）的4.13倍，B4006与15001与对应优势杂草相比也分别是其2.89倍和1.60倍。

依据试验设计，统计10个品种处理小区多样性指标。由表3可以看出，ShannonWinner多样性指数值最低的3个品种分别为S05（1.013）、89-02（1.166）和B12001（1.342），与该指标最高值品种B509（1.799）相比，指标差额分别达到0.786、0.633和0.457，说明这3个品种处理小区物种多样性较低，对目标作物芝麻生长有利；均匀性指数用来描述群落中的个体的相对丰富度或所占比例，与ShannonWinner多样性指数规律较为一致；Simpson优势集中性指数是一项描述一些占主导地位的物种所占比例的粗略的指标。由表3可以看出，指数值由高到低排列前3位分别是武宁里（0.132）、15001（0.106）和B4006（0.100），分别是最低值中赣02（0030）的4.40倍、3.53倍和3.33倍；Simpson多样性指数是指在无限大小的群落中，随机取样得到同样的2个标本的概率，由表3可以看出，由高到低排列前3位的分别是89-02（22.769）、中赣02（10.008）和赣芝3号（9.079），分别是最低值15001（5.384）的4.229倍、1.859倍和1.686倍。

2.3 大田调查芝麻产量与收获后杂草干重

从表4可以看出，10个芝麻处理小区杂草生物量均显著低于对照，且芝麻品种间差异较大，其中89-02（30.833 g）田间杂草干重最小，仅为对照小区的6.02%；其次为品种武宁里（36.167 g），杂草干重为对照小区的7.06%，且89-02与武宁里品种之间杂草干重无显著差异。芝麻产量各品种差异显著，产量最高值为武宁里（1 879.667 g），其次为赣芝3号（1 157.667 g）和89-02（1 002.667 g），且3個品种间产量差异显著。芝麻秸秆干重各品种间差异较大，但与产量规律有较小差异，如秸秆干重最高品种为武宁里（4 996.000 g），其次为89-02（4 470.667 g）和赣芝3号（3 767.333 g）。芝麻有效生长（产量/秸秆干重×100%）指标值表现为：B10001（59.50%）>B509（44.62%）>武宁里（37.62%）>B12001（33.35%）>S05（32.57%）>赣芝3（30.73%）>15001（25.47%）>中赣02（24.14%）>89-02（22.43%）>B4006（19.92%）。此外，由图2可以看出，芝麻秸秆干重与杂草干重呈负指数相关关系，相关系数达0.845 3。

2.4 不同芝麻品种对间种玉米和大豆单株生长影响

由表5可以看出，与对照相比，芝麻品种对玉米产量和玉米秸秆干重影响差异不显著，品种间存在差异，其中间作玉米产量由高到低的芝麻品种前3种分别为B4006（135.9 g）、S05（112.3 g）和B12001（108.2 g），分别是对照玉米（77.9 g）产量的1.74倍、1.44倍和1.39倍；玉米秸秆干重最高值为B4006（231.0 g），是对照（153.7 g）的1.50倍，呈促进作用，最低值为B12001（131.0 g），仅为对照的8523%，呈抑制效应，且最高值与最低值之间存在明显差异。芝麻品种对间作大豆产量影响差异较大，最高值为中赣02（10.6 g）和B4006（9.5 g）分别是对照（3.7 g）的2.86倍和2.57倍，呈显著的促进作用，最低值B509（1.6 g ）与赣芝3号（2.3 g）则为对照的43.24%和62.16%，呈显著的抑制效应；对大豆整株干重影响与对照相比差异均不显著，最高值为品种武宁里（34.8 g）和B10001（34.8 g），是对照的1.77倍，呈促进效应，仅赣芝3号（14.3 g）1个品种呈抑制效应，为对照的72.59%。

2.5 生态效益评价

芝麻化感作用研究最终目标是选择对杂草具有较强化感抑制效应的芝麻品种，并将其应用于农业生产中。该研究以15001品种为参照，其余9个品种与之相比取相对值，按照图3评价指标进行综合评价分析，评价因子分为2类，一类为生态效益增强因子取正值，包括芝麻优势度指数、均匀性指数、优势集中性指数、单种芝麻产量、芝麻秸秆干重、间种玉米产量、大豆产量、玉米秸秆干重、大豆秸秆干重9个指标，另外一类为生态效益削弱因子取负值，包括对稗草化感作用中的根长、苗高、鲜重、大田杂草种类、ShannonWinner多样性指数、Simpson多样性指数、杂草干重7个指标。经统计得出生态效益为武宁里（1.126）>B10001（0.899）>赣芝3号（0.527）>89-02（0.278）>B509（0098）>中赣02（0.106）>B4006（0.024）>S05（0.041）>15001（0.006）> B12001（-0.063）。说明最适宜推广的芝麻品种为武宁里，最不适宜推广的品种为B12001。

3 讨论

3.1 不同芝麻品种对稗草的化感作用

有研究表明，芝麻对香附子（Cyperus rotundus）、白茅（Imperata cylindrica L）、铺地黍（Panicum repens L）等有抑杀作用[5]。该研究中室内生物培养测定选择了芝麻地常见杂草稗草作为受体，试验结果表明芝麻对稗草具有化感作用，且芝麻品种的差异对稗草的化感抑制效应差异很大，仅赣芝3号对稗草的根长、苗高和鲜重表现出一致的化感抑制作用，15001、中赣02和B509则分别表现出对鲜重、苗高的部分化感抑制作用。大田试验中，赣芝3号、中赣02、B10001处理小区均有发现极少量稗草，與周忠香[14]研究结果比较一致，分析原因可能是大田种植作物生长环境复杂，赣芝3号等抑稗品种化感物质浓度不足以产生抑制效应，同时也证明了芝麻品种差异引起的化感抑草作用效果差异。此外，室内试验测定为幼苗期芝麻根系分泌物的化感作用，大田调查杂草种类时期为芝麻盛花期，芝麻不同生长周期化感作用的差异也是重要原因。进一步以盆栽灭菌土壤验证芝麻品种和生长时期的差异对受体稗草的影响，将使研究结果更具科学意义。

3.2 不同芝麻品种对大田杂草群落的影响

周忠香[14]调查了解到芝麻地杂草主要以禾本科的马唐、稗为主，阔叶杂草以苋科为主，出现频率为38.46%。该研究大田试验调查结果表明，芝麻大田杂草主要有16种（其余杂草数量极少，调查小区内没有出现或者极少出现），不同的芝麻品种差异表现出对杂草种类的抑制效应差异较大。S05小区有8种杂草未被发现或极少发现，对杂草品种抑制效应最强；中赣02小区中16种杂草出现了15种，相对抑制效应最弱。该研究中马唐、牛筋草、荠菜和千金子4种杂草在10个芝麻品种中均被发现，莲子草、马齿苋、王不留行和野苋则在10个芝麻品种中有9个品种出现，与周忠香[14]研究结果较为一致。

3.3 不同芝麻品种生态价值评价

卫文星等[15]在1994年提出了运用模糊权重法综合评价作物品种，认为模糊权重法评价作物品种的关键在于评价因素的选取和权重矩阵的确定。黎华寿等[16]在2000年运用综合指标法评价了稻稻菜菜生态农业模式配置，侧重于生态输出。该研究在生态价值评价体系构建中，重点关注10个芝麻品种的经济效益，兼顾间种效益与化感作用，将一级评价指标单种经济效益权重设为0.5，间种经济效益和大田生态多样性各为0.2，对稗草的化感作用权重指标为0.1，与前人品系筛选参考指标一致。

4 结论

该研究结果表明，10个芝麻品种对稗草的化感作用、田间杂草的种类和生物量、多样性指数、间种玉米和大豆的单株产量等存在差异。通过综合生态评价指标体系分析计算，得出生态效益最大的为武宁里黑芝麻的结论。

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