大豆-甜菜轮作系统中水麻的综合治理策略：基于多战术系统方法的研究

《Weed Technology》：A system approach for waterhemp (Amaranthus tuberculatus ) management in soybean–sugar beet rotation

本刊编辑推荐：为解决大豆-甜菜轮作系统中抗除草剂水麻(Amaranthus tuberculatus)的管理难题，研究人员开展了整合窄行距种植与高投入除草剂方案的多战术综合治理研究。研究表明，含氟噻乙草酯(flumioxazin)的高投入除草剂程序可实现≥95%的水麻控制率，将种子产量降至0粒m-2，并使后续甜菜作物中水麻出苗率降低72%-92%。虽然窄行距(30-38 cm)促进冠层提前封闭(G90降低138-206 GDD)，但未显著增强控草效果。HWSC(收获期杂草种子控制)模拟未产生额外效益。该研究为抗性杂草治理提供了重要的系统化管理策略。

　　

在北美农业系统中，水麻(Amaranthus tuberculatus)已发展成为最具威胁性的杂草物种之一。这种恶性杂草不仅具备强大的生态适应能力——单株种子产量可达3万粒以上，更令人担忧的是其快速进化出的多重除草剂抗性机制。特别是在大豆(Glycine max)-甜菜(Beta vulgaris)轮作体系中，水麻的防控面临双重挑战：甜菜早期竞争力弱，有效除草剂选择有限；而大豆常用土壤残留除草剂又存在对后茬甜菜的残留药害风险。这种困境在明尼苏达和北达科他州尤为突出，该地区甜菜产量占全美三分之一，但水麻被杂草科学学会(WSSA)列为两大作物中最棘手的杂草问题。

传统依赖单一除草剂的防控策略已难以应对日益严重的抗性问题，迫切需要开发整合农艺措施与化学防治的多战术综合治理(IWM)体系。为此，明尼苏达大学领衔的研究团队在《Weed Technology》发表论文，首次系统评估了窄行距种植、高投入除草剂程序及HWSC技术协同作用对水麻种群控制的长期效应。

研究团队采用田间裂区设计，在明尼苏达州三个试验点开展为期两年的定位研究。主要技术方法包括：(1)通过地面RGB影像分析和Canopeo软件量化冠层覆盖度，采用四参数Weibull 2模型拟合冠层发育曲线；(2)设置30/38cm窄行距与56cm常规行距对比，结合7种除草剂程序（含PRE-EPOST-LPOST时序处理）；(3)通过人工模拟HWSC技术评估种子销毁效应；(4)系统监测水麻密度、生物量、单株种子产量等种群参数，并追踪后续甜菜田杂草出苗动态。

大豆冠层发育

窄行距种植使大豆冠层提前封闭，在Franklin点累积生长度日(GDD)减少206单位（窄行687±27 vs 宽行893±27 GDD），相当于提前15天达到90%冠层覆盖(G₉₀）。但冠层发育优势未转化为控草效益，所有试验点均未观察到行距对水麻控制的显著影响。

水麻控制与密度

所有高投入除草剂程序均实现≥95%的终期防控效果。其中氟噻乙草酯PRE→乳氟禾草灵(lactofen)+乙草胺(acetochlor)EPOST→2,4-D+草甘膦(glyphosate)LPOST的程序表现最佳，在Franklin和Rosemount点完全抑制种子生产（0粒m^-2）。研究首次发现乙草胺等VLCFA抑制剂类土壤残留除草剂的EPOST添加可显著提升控草持续性，这与水麻萌发窗口期长的生物学特性密切相关。

水麻种子生产

行距处理间种子产量无显著差异（窄行9,987-13,741粒m^-2 vs 宽行12,218-17,197粒m^-2）。对照区种子产量高达151,300-522,566粒m^-2，而高效除草剂程序可降低99.9%种子输入。值得注意的是，即使在高防控效果下，Rosemount点仍检测到200-300粒m^-2种子残留，这些种子成为HWSC技术的直接作用靶标。

大豆产量

窄行距在Franklin(3,963 vs 3,624 kg ha^-1)和Rosemount(3,603 vs 3,041 kg ha^-1)点显著增产，但在发生缺铁性黄化(IDC)的Moorhead点无优势。乳氟禾草灵引起15-35%的暂时性药害，但未造成显著减产。

后续甜菜田水麻出苗

高投入除草剂程序使后续甜菜田水麻出苗量降低72-92%，但HWSC模拟未产生附加效应。这表明在现有种子库规模下（年出苗率5-7%），单年种子销毁对种群抑制效果有限。

该研究通过系统验证揭示：在大豆-甜菜轮作系统中，行距调整虽促进冠层发育但控草作用有限，而基于多作用位点的高投入除草剂程序是实现水麻持续控制的核心手段。研究创新性地证实，前茬大豆的精准除草可显著缓解后茬甜菜的杂草压力，这对优化轮作体系下的抗性治理策略具有重要实践意义。然而，单年HWSC技术未能显现预期效果，提示针对水麻等长寿种子库杂草，需建立连续多年的多战术干预体系。该研究为构建作物轮作背景下的杂草种群动态模型提供了关键参数，也为探索HWSC技术与除草程序的时空耦合模式指明了新方向。