劉 朋，黃小宇，楊大力，唐 瑩，林韻深，蔣成愛(ài)，吳啟堂

（廣東省高校土壤環(huán)境與廢物資源農(nóng)業(yè)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣州 510642）

覆蓋在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，通過(guò)改變土壤與大氣相交面狀況，在土壤表面形成具有緩沖作用的物理阻隔層，使土壤中水、肥、熱等狀況得以改善，具有保溫保濕、抗蟲(chóng)防病、抑制雜草等功效[1-2]，此外地表進(jìn)行覆蓋處理可顯著降低土壤溫度，緩解土壤高溫的出現(xiàn)，溫差變化較小有利于作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育[3-4]。水是植物生長(zhǎng)的必要條件，植物對(duì)水分的吸收通過(guò)根系作用實(shí)現(xiàn)，種植區(qū)土壤的覆蓋有利于減少土壤水分的蒸發(fā)，改變土壤水分在不同土層的分布，長(zhǎng)期干旱地區(qū)覆蓋處理可減少表層土壤水分的蒸發(fā)，保持土壤水分[5]。

不同材料的覆蓋效果存在極顯著差異，秸稈類材料的覆蓋通過(guò)它感作用及物理屏障作用可以顯著抑制茶園雜草的生長(zhǎng)，而有機(jī)酸類物質(zhì)的分泌可抑制雜草種子的萌芽[6]，還可增加土壤肥力，為動(dòng)植物及微生物提供所需營(yíng)養(yǎng)[7-8]。但是，秸稈類材料的覆蓋會(huì)隨著時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸腐爛變薄，控草效果隨之變差[9]，前期試驗(yàn)還表明，稻草覆蓋控草效果不理想。黑膜覆蓋控制雜草生長(zhǎng)是現(xiàn)在流行的一種生態(tài)控草模式，黑膜覆蓋調(diào)節(jié)土壤面層狀況，不會(huì)出現(xiàn)溫度劇烈變化，對(duì)植物根系生長(zhǎng)有利[1，2，5，11]。有研究表明黑膜覆蓋能完全抑制玉米種植期田間雜草的生長(zhǎng)，且能顯著提高作物產(chǎn)量[10]。但是膜材料的覆蓋不利于雨水的進(jìn)入，在干旱地區(qū)不利于作物生長(zhǎng)，且不利于肥料的滲入，施肥時(shí)需要掀開(kāi)黑膜，或者直接逐棵施到作物的根部，增加人工成本。所以找到一種既可以控制雜草生長(zhǎng)，又能透水透肥的材料至關(guān)重要。無(wú)紡布及某些特殊處理的紙類物質(zhì)雖可以達(dá)到控草效果且方便雨水的滲入，但是這類材料價(jià)格較昂貴，容易腐爛，控草成本較高。因此本次試驗(yàn)嘗試化纖黑網(wǎng)覆蓋抑制雜草，并與黑膜覆蓋控草措施對(duì)比，進(jìn)行作物種植，通過(guò)測(cè)定雜草生物量、作物產(chǎn)量等衡量措施的效果。

1 材料與方法

1.1 供試材料

抗老化特級(jí)黑色8針黑網(wǎng)（奧峰遮陽(yáng)網(wǎng)編織有限公司）；農(nóng)用黑地膜（東莞市碩泰實(shí)業(yè)有限公司）；鎘/鋅超富集植物——東南景天（采自浙江衢州古老鉛鋅礦山）[12]；甜玉米重金屬低累積品種（JZY，本課題組研究發(fā)現(xiàn)）[13]。

土壤來(lái)自于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)某地塊，基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 不同控草模式種植超富集植物東南景天

本試驗(yàn)選址在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)某農(nóng)場(chǎng)污染土地上，比較當(dāng)下流行控草技術(shù)黑膜覆蓋，本次新加入控草技術(shù)黑網(wǎng)覆蓋以及無(wú)覆蓋空白對(duì)照，種植東南景天。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間為2016年11月7日，土地平整完成后均勻劃分為14個(gè)1 m×1 m的正方形地塊。取經(jīng)過(guò)皇竹草干化后的污泥，用木錘敲碎，然后混勻并均勻平鋪在每塊試驗(yàn)地上，施加量3 kg·m-2，與土壤拌勻后將14塊地進(jìn)行隨機(jī)分布（2塊地備用）。在確定土地處理方式后，按隨機(jī)等量原則用竹筒在每個(gè)小區(qū)取一個(gè)樣，作為試驗(yàn)初期土壤樣品。取樣完成后，進(jìn)行相應(yīng)的土壤處理，然后用模具進(jìn)行挖孔扦插種植東南景天，種植密度為5株×5株。

試驗(yàn)期間月平均氣溫19.57℃，月平均降水95.10 mm。試驗(yàn)開(kāi)始后，分別于2017年4月7日、5月7日以及6月7日測(cè)定了3次雜草生物量，并計(jì)算雜草控制率：雜草控制率=（空白處理雜草生物量均值-控草措施雜草生物量均值）/空白處理雜草生物量均值×100%。最后一次收集雜草的同時(shí)，收集東南景天，并取一定量的東南景天作為植物樣，測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。超富集植物東南景天對(duì)重金屬的提取率計(jì)算方法：植物對(duì)重金屬的提取率=植物地上部分干重×干重條件測(cè)定的重金屬濃度/（單位體積×修復(fù)前土壤重金屬濃度×土壤容重）×100%，其中單位體積指長(zhǎng)、寬各為1 m，厚度為20 cm，土壤容重在此取值為1.3 g·cm-3。

1.2.2 不同控草模式種植低Cd玉米

試驗(yàn)為期70 d，開(kāi)始時(shí)間為2017年6月27日，試驗(yàn)期間月平均氣溫29.25℃，月平均降水249.62 mm。上一個(gè)試驗(yàn)結(jié)束后翻耕平整土地，原有處理不變，利用原有黑網(wǎng)以及新的黑膜（黑膜從地里取出后被拉伸以及缺口過(guò)大所以更換），玉米種植方式為3株×2株，每穴播3粒種子，玉米植株長(zhǎng)到20 cm后間苗一次，每穴最后留一株苗繼續(xù)生長(zhǎng)。7月26日，試驗(yàn)期間第一次除草并收集雜草生物量。玉米生長(zhǎng)期間追加大喇叭口肥，施用量為22.5 g·m-2[14]，并對(duì)每塊試驗(yàn)小區(qū)用聚乙烯塑料板進(jìn)行封擋，在小區(qū)低洼處設(shè)置兩個(gè)集水器，收集每個(gè)小區(qū)的地表徑流，并分析徑流中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、磷及鉀的濃度。2017年9月6日最后一次收集雜草，同時(shí)收集玉米籽粒以及莖葉并將其制作成樣品備測(cè)。另外采集試驗(yàn)結(jié)束后的土壤，測(cè)定土壤重金屬鎘、鋅全量。

表1 土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Main characteristics of experimental soil

1.3 樣品的采集與測(cè)定

1.3.1 樣品的采集與制備

土壤樣品的采集與制備：土地平整完成后用竹筒在每個(gè)小區(qū)取一個(gè)樣（取樣深度0～20 cm，取3點(diǎn)混合成一個(gè)樣），作為試驗(yàn)初期土壤。玉米收獲后每個(gè)小區(qū)再次取一個(gè)樣，取樣方法同上。土壤樣品取回后自然風(fēng)干，剔除植物殘?bào)w，磨碎過(guò)20目篩，取其中一部分土壤磨碎再過(guò)100目篩。樣品均保存在自封袋中備用。

植物樣品的采集與制備：新鮮的植物樣收獲后經(jīng)過(guò)自來(lái)水沖洗干凈后再用蒸餾水洗3次，切碎晾干表面水分，然后裝在信封袋內(nèi)，記錄烘干前重量。將樣品置于烘箱內(nèi)105℃殺青30 min，完成后轉(zhuǎn)移至65℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，記錄信封袋加干樣質(zhì)量，兩次差值為水分質(zhì)量。將烘干至恒重的植物樣用植物粉碎機(jī)粉碎，置于封口袋內(nèi)備用。

水樣的采集與制備：采集回來(lái)的水樣經(jīng)過(guò)離心、過(guò)濾后測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.3.2 樣品的測(cè)定

重金屬的測(cè)定參照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其余指標(biāo)參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[15]（表2）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理以及作圖采用Excel 2016輔助完成，統(tǒng)計(jì)分析采用IBM SPSS Statistics 22中的單因素方差分析方法（One-way ANOVA），處理間的差異顯著性水平設(shè)定為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 輪作體系中植物生物量

2.1.1 東南景天及雜草生物量

表3是3次雜草以及東南景天生物量，可以看出覆蓋黑膜與覆蓋黑網(wǎng)對(duì)于雜草控制差異性并不顯著，但是兩種處理與空白對(duì)照相比差異顯著，說(shuō)明黑網(wǎng)與黑膜對(duì)雜草控制均能取得顯著效果。對(duì)東南景天生物量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以看出，空白對(duì)照與覆蓋黑膜、覆蓋黑網(wǎng)處理之間生物量存在顯著差異，但是覆蓋黑膜與覆蓋黑網(wǎng)兩個(gè)處理間無(wú)顯著差異，與空白對(duì)照相比均有較好的增產(chǎn)效果。試驗(yàn)進(jìn)行7個(gè)月內(nèi)，覆蓋黑網(wǎng)對(duì)雜草的控制率3次分別為93.08%、93.12%、77.99%；覆蓋黑膜對(duì)雜草的控制率3次分別為100%、98.39%、87.39%，表明兩種覆蓋處理均對(duì)雜草具有較好的控制效果。

2.1.2 玉米和雜草生物量

8月底連續(xù)數(shù)次臺(tái)風(fēng)侵襲導(dǎo)致玉米倒伏甚至折斷，所以籽粒嚴(yán)重減產(chǎn)，莖葉被吹斷導(dǎo)致莖葉產(chǎn)量也不夠準(zhǔn)確，但是雜草生物量幾乎不受臺(tái)風(fēng)影響，可以正常統(tǒng)計(jì)。表4再次證明覆蓋黑網(wǎng)與覆蓋黑膜對(duì)雜草的控制效果均較好，且兩處理間差異不顯著。

表2 不同指標(biāo)測(cè)定方法Table 2 Different indexs measurements

表3 不同處理雜草以及東南景天生物量（kg·m-2）Table 3 The weed and Sedum alfredii Hance biomass between different treatments（kg·m-2）

2.2 輪作體系中作物的鎘鋅含量

2.2.1 東南景天鎘鋅含量及提取率

如表5所示，覆蓋黑網(wǎng)處理的超富集植物東南景天鎘含量均值達(dá)45.49 mg·kg-1，顯著高于覆蓋黑膜和空白對(duì)照處理。覆蓋黑膜處理與空白對(duì)照相比差異不顯著，均值在30～40 mg·kg-1之間。與覆蓋黑膜相比，覆蓋黑網(wǎng)的東南景天鋅含量也顯著升高。鎘、鋅提取率與東南景天重金屬含量以及生物量相關(guān)，覆蓋黑網(wǎng)處理鎘、鋅提取率最高，而空白對(duì)照東南景天受雜草影響生物量較低，所以重金屬提取率也最低。

2.2.2 玉米植株和土壤鎘鋅含量

表6和表7為玉米籽粒、莖葉及試驗(yàn)結(jié)束后土壤重金屬鎘、鋅含量，Duncan法分析P＞0.05，表明各處理不存在顯著差異。由于試驗(yàn)中覆蓋黑網(wǎng)處理的初期土壤重金屬含量較其他兩個(gè)處理稍低，所以生長(zhǎng)的玉米莖葉及籽粒重金屬含量也相對(duì)偏低，但總體并無(wú)顯著差異。3種處理玉米籽粒鎘含量低于國(guó)家食品標(biāo)準(zhǔn)限值，鎘含量≤0.1 mg·kg-1（GB 2762—2017食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量）。試驗(yàn)后土壤重金屬鎘、鋅濃度較試驗(yàn)前雖略有降低，但不同處理間不存在顯著差異。

表4 玉米莖葉生物量和玉米種植期間雜草生物量（g·m-2）Table 4 Maize stem and leaf and weeds biomass during planting（g·m-2）

2.3 玉米追肥后地表徑流營(yíng)養(yǎng)元素濃度

表8為玉米追施喇叭口肥后3次地表徑流水樣營(yíng)養(yǎng)元素的測(cè)定結(jié)果，取平均值后覆蓋黑膜處理的無(wú)機(jī)氮、磷以及鉀均大于其余兩個(gè)處理，覆蓋黑網(wǎng)和空白對(duì)照濃度相當(dāng)。

3 討論

有研究采用其他覆蓋處理對(duì)惡性雜草的綜合防效達(dá)85%以上[16-17]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，覆蓋黑網(wǎng)對(duì)雜草有相似的顯著的控制效果。與無(wú)覆蓋空白相比，覆蓋能控制雜草的原因首先是覆蓋物的物理屏障作用，其次是覆蓋物對(duì)光照的阻隔作用，非透明材料覆蓋能顯著抑制雜草的發(fā)生，雜草生長(zhǎng)受到抑制則有足夠的空間和光照等供給目標(biāo)作物，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)[17]。本試驗(yàn)表明在黑網(wǎng)密度合適的情況下，通過(guò)對(duì)光照的阻隔作用，也能達(dá)到控制雜草生長(zhǎng)的效果。而且覆蓋處理與空白對(duì)照相比，東南景天生物量顯著增加，說(shuō)明雜草確實(shí)會(huì)影響作物產(chǎn)量，造成作物減產(chǎn)。

表5 東南景天鎘、鋅含量及提取率Table 5 The concentration and extraction rate of Cd,Zn in Sedum alfredii Hance

表6 玉米籽粒及莖葉重金屬鎘、鋅濃度（mg·kg-1）Table 6 The contents of Cd，Zn in maize grains and stem leaf mixture（mg·kg-1）

表7 試驗(yàn)前后土壤鎘、鋅含量（mg·kg-1）Table 7 The contents of Cd,Zn in the soil before and after the experiment（mg·kg-1）

表8 3次地表徑流營(yíng)養(yǎng)元素濃度（mg·L-1）Table 8 Surface runoff nutrient elements concentrations three surface runoff collectes（mg·L-1）

覆蓋黑網(wǎng)處理的東南景天鎘含量均值為45.49 mg·kg-1，覆蓋黑膜處理在30～40 mg·kg-1之間，廣州地區(qū)偏酸性雨水能夠滲入黑網(wǎng)，覆蓋可能活化土壤中的重金屬[18]，有利于東南景天的吸收，但是該現(xiàn)象還有待更多的試驗(yàn)證實(shí)。覆蓋黑膜雖然有助于控制雜草生長(zhǎng)，但是黑膜的不透水性不利于追肥和保存水分，本試驗(yàn)結(jié)果也初步表明玉米追肥后地表徑流營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷、鉀濃度均存在覆蓋黑網(wǎng)小于覆蓋黑膜，而與無(wú)覆蓋空白相當(dāng)?shù)默F(xiàn)象。然而，本次試驗(yàn)中由于3次地表徑流均較大，收集容器太小，未能全部準(zhǔn)確收集地表徑流，也沒(méi)有全過(guò)程跟蹤測(cè)定，因此還需要更完善的試驗(yàn)來(lái)準(zhǔn)確測(cè)定。

黑網(wǎng)控草效果與黑膜相當(dāng)，相比現(xiàn)有化學(xué)藥物控草，該方法具有環(huán)境友好性。在經(jīng)濟(jì)方面，黑網(wǎng)價(jià)格為15 510元·hm-2，本次使用的黑網(wǎng)在使用2年后仍然可以繼續(xù)使用，按3年計(jì)算,年均控草材料成本為5175元·hm-2。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)2次小區(qū)試驗(yàn)研究，得出以下初步結(jié)論：

（1）作物種植過(guò)程中覆蓋黑網(wǎng)能有效抑制雜草生長(zhǎng)，控草效果與覆蓋黑膜相近。

（2）黑網(wǎng)覆蓋除了能夠?qū)崿F(xiàn)有效控制雜草、節(jié)省除草人工成本外，施肥時(shí)不用掀開(kāi)，玉米追肥后地表徑流化肥養(yǎng)分濃度與無(wú)覆蓋對(duì)照相當(dāng)。