全 文 ：中国生态农业学报 2013年 8月 第 21卷 第 8期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Aug. 2013, 21(8): 998−1003


* 公益性行业(农业)科研专项经费项目(201303022)和河北省科技计划项目(12220301D)资助
** 通讯作者: 王贵启(1971—), 男, 研究员, 主要从事农田杂草综合治理方面的研究。E-mail: hbweed@163.com
李秉华(1972—), 男, 硕士, 副研究员, 主要从事农业生态学和生物学方面的研究。E-mail: binghua-li@163.com
收稿日期: 2013-01-24 接受日期: 2013-04-02
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2013.00998
免耕夏玉米田杂草防治关键期研究*
李秉华 1 张永信 2 边全乐 3 李宗领 4 王贵启 1**
(1. 河北省农林科学院粮油作物研究所 石家庄 050035; 2. 河北省花卉管理中心 石家庄 050081;
3. 中国农学会 北京 100125; 4. 河北省林业厅退耕还林工程管理办公室 石家庄 050081)
摘 要 杂草防治关键期是农田杂草综合治理的关键内容。2010 年和 2011 年通过玉米不同时期共生杂草和
免除杂草的田间小区试验, 对河北省石家庄市免耕夏玉米田的杂草消长动态与杂草防治关键期进行了研究。
结果表明, 田间杂草以牛筋草、马唐等禾本科杂草为主, 相对多度 94.93%以上。玉米播种后 21 d时田间杂草
密度最大, 之后杂草密度开始不断降低。玉米播种后相对时期 0~20.41%内萌发的杂草对玉米的产量影响最大;
玉米播种后相对时期 19.09%~42.73%内玉米与杂草的竞争强度最高, 是需要对田间杂草严格控制的时期。对
玉米共生杂草或免除杂草的相对时期与玉米相对产量的关系进行拟合, 玉米与杂草共生的相对时期与玉米相
对产量的关系(杂草防治关键期的始期)符合改进的 Logistic 模型, 玉米苗后免除杂草的相对时期(杂草防治关
键期的终期)与玉米相对产量的关系符合 Gompertz模型。当杂草对玉米产量造成可接受的产量损失率为 3%时,
免耕夏玉米田的杂草防治关键期开始于玉米相对时期的 14.15%, 结束于 56.62%。
关键词 免耕 夏玉米 杂草防治 关键期 杂草综合治理
中图分类号: S451.1; Q948 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2013)08-0998-06
Critical period of weed control in no-tillage summer maize fields
LI Bing-Hua1, ZHANG Yong-Xin2, BIAN Quan-Le3, LI Zong-Ling4, WANG Gui-Qi1
(1. Institute of Food and Oil, Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050035, China; 2. Hebei Provincial
Flowers and Plants Management Center, Shijiazhuang 050081, China; 3. Chinese Association of Agricultural Science Societies, Beijing
100125, China; 4. Office of Cropland Conversion to Forest, Hebei Province Forestry Bureau, Shijiazhuang 050081, China)
Abstract The critical period for weed control (CPWC) is a key consideration in integrated weed management programs. This study
aimed to determinate CPWC in no-tillage summer maize fields and to discuss the internal mechanisms of weed control. The results
were pivotal in designing management strategies to minimize weed infestation during critical periods of crop development. Field
studies on the dynamics of weed community and CPWC were conducted in 2010 and 2011 near Shijiazhuang in Hebei Province.
Weed densities were investigated in 1 m × 1 m quadrats within field plots. Two treatments of weed infestation and weed-free were
adopted in no-tillage summer maize fields. The results showed that the main species of the weed community belonged to the grass
family, with a relative density above 94.93%. Eleusine indica (L.) Gaertn. and Digitaria sanguinalis (L.) Scop. were the dominant
species of the weed community. Weed density increased until 21 d after maize planting and continuously decreased thereafter. Weed
germinating during 0~20.41% of the maize growth period heavily influenced maize yield, with an increasing yield loss of
28.54%~37.51%. Weed infestation was most intensive during the 19.09%~42.73% of the growth period, with an increasing yield loss
of 27.00%~46.22%. The best-fit curve between relative time of weed infestation (start time of CPWC) and relative yield of maize
was a modified Logistic model. Also the best-fit curve between relative time of weed-free (end time of CPWC) and relative yield of
maize was a Gompterz model. The models had high coefficients of determination (R2 > 0.99). Based on the models, CPWC in
no-tillage summer maize field was 14.15%~56.62% of the growth period; with an acceptable relative yield loss of 3%. However,
CPWC was likely to be slightly affected by weed density.
Key words No-tillage, Summer maize, Weed control, Critical period, Integrated weed management
(Received Jan. 24, 2013; accepted Apr. 2, 2013)
第 8期 李秉华等: 免耕夏玉米田杂草防治关键期研究 999


玉米是世界重要的粮食作物, 2011 年我国玉米
播种面积 3 354 万 hm2, 约占粮食作物播种面积的
30.33%, 是我国种植面积最大的粮食作物[1]。目前免
耕已经代替翻耕成为河北省夏玉米田耕作的主要方
式。研究表明农田免耕具有提高土壤养分[2]、改善
土壤结构[3]、增加土壤蓄水量[4−5]、降低温室气体排
放[6]和土壤风蚀量[7]、减轻耕作强度等优点。草害严
重影响玉米生产, 杂草严重危害的面积占玉米播种
面积的 20%, 每年玉米因杂草危害减产达 10%以上[8]。
为了更有效率和经济地对杂草进行防控, 就需要从
耕作栽培、农机、生物学、基因和化学等多方面对
农田杂草进行综合治理[9]。
杂草防治关键期(critical period of weed control,
CPWC)是农田杂草综合治理过程中的关键组成部分,
是作物生育期内为了防止不可接受的产量损失而必须
对杂草进行防治的一段时间[10]。国内外对杂草防治关
键期的研究非常重视, 相继对玉米[11−12]、小麦[13−14]、
花生[15]、油菜[16]和大豆[17]等多种作物进行了杂草防治
关键期的相关研究, 为这些作物田杂草的综合治理奠
定了基础。田间杂草的发生动态是由杂草的生物学特性
决定并受到生态因子的影响, 翻耕条件下田间杂草
基本与玉米同时萌发, 而免耕条件下杂草先于玉米萌
发[18], 杂草发生的数量和生物量高于翻耕玉米田[19]，
因此免耕玉米田的杂草可能比翻耕田的杂草更容易获
得对玉米的竞争优势, 而大部分玉米田杂草防治关键
期的研究是针对翻耕农田进行的[12,20]。随着夏玉米免
耕面积的扩大和杂草综合治理研究的需要, 有必要对
免耕夏玉米田杂草防治关键期进行深入研究。
本文通过 2 年的对比试验, 对免耕夏玉米田杂
草防治关键期进行了研究, 比较了杂草密度对杂草
防治关键期的影响, 并使用玉米的相对产量和相对
时期作为模型变量, 以便于不同生态条件下的杂草
防治关键期的比较, 以期从生态经济学角度为免耕
夏玉米田杂草的综合治理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地基本情况
试验在河北省农林科学院粮油作物研究所堤上
试验站进行, 该试验站位于华北平原河北省石家庄
市丽阳镇(37°53′N, 114°42′E), 海拔 51 m。土质为壤
土, 土壤碱解氮含量 98.5 mg·kg−1, 有效磷含量 36.0
mg·kg−1, 有效钾含量 94.0 mg·kg−1, 有机质含量 21
g·kg−1。田间杂草发生均匀, 农技管理措施一致。
1.2 试验方法
1.2.1 田间设计
试验于 2010 年和 2011 年在连续免耕的试验地进
行, 上茬免耕种植小麦, 品种为“石新 733”。小麦收获
后留麦茬高度 20 cm, 玉米播种前喷洒百草枯 750
g·hm−2 杀除上茬小麦田遗留杂草。种植的玉米品种为
“浚单 20”, 分别于 2010年 6月 23日和 2011年 6月 20
日免耕人工点播播种, 种植密度均为 6 万株·hm−2, 行
距 50 cm, 每小区面积为 8 m2, 田间小区完全随机区组
排列, 每处理重复 4次。玉米收获时间分别为 2010年 9
月 29日和 2011年 10月 8日。
1.2.2 田间杂草发生与消长调查
田间杂草发生调查于 2010 年和 2011 年进行,
玉米播种后 21 d时对整个生育期不除草处理进行调
查, 采用对角线法每小区调查 3 个 0.25 m2的样点,
调查样点内杂草的种类和株数。杂草发生的频度和
相对多度采用下式[21]计算:
频度=某种杂草出现的样点数/总样点数×100%
(1)
相对多度=某种杂草的密度/
各种杂草的密度和×100% (2)
杂草消长动态调查于 2011年进行, 分别于玉米
播种后 21 d、48 d、63 d、84 d时调查玉米整个生育
期不除草处理的杂草密度, 每处理对角线法调查 3
个 0.25 m2样点。
1.2.3 不同共生杂草时间对玉米产量的影响
2010年玉米与杂草共生时期为玉米相对时期的
0、20.41%、41.84%、62.24%、84.69%、100%, 2011
年玉米与杂草共生时期为玉米相对时期的 0、19.1%、
42.7%、57.3%、78.2%、100%, 在各相对时期之前保
留田间杂草与玉米共生, 共生时期结束后进行人工
除草, 之后保持田间无草。相对时期的计算公式为:
相对时期=(处理日期−玉米播种日期)/
(玉米收获日期−玉米播种日期)×100% (3)
1.2.4 不同免除杂草时间对玉米产量的影响
2010年保留在玉米相对时期 0、20.41%、41.84%、
62.24%、84.69%、100%后出苗的杂草, 2011年保留在
玉米相对时期的 0、19.1%、42.7%、57.3%、78.2%、
100%后出苗的杂草, 各相对时期之前进行人工除草并
保持田间无草。
1.2.5 玉米产量测定与数据分析
玉米收获时收取整个小区的玉米穗, 晒干脱粒
后称取粒重, 计算玉米的相对产量和产量损失率:
相对产量=处理区产量/全生育期免除杂草处理
区产量×100% (4)
产量损失率=100%−相对产量 (5)
某段时间内产量损失率的增加率=某共生杂草
时期玉米的相对产量(某免除杂草时期玉米的相对
产量)−下一共生杂草时期玉米的相对产量(上一免除
1000 中国生态农业学报 2013 第 21卷


杂草时期玉米的相对产量 ) ( 6 )
杂草防治关键期的始期模型采用改进的
Logistic模型[10]:
Y=1/{exp[c×(T−d)]+f}+(f−1)/f (7)
式中, Y 为玉米的相对产量, T 为玉米与杂草共生的
相对时期, d为相对时期的拐点, c和 f是常数。杂草
防治关键期的终期模型采用 Gompterz 模型[22]进行
描述:
Y=a×exp[−b×exp(−k×T)] (8)
式中, Y 为玉米的相对产量, a 为玉米整个生育期保
持无草时的相对产量的渐近值, b和 k为常数, T为玉
米免除杂草的相对时期。
数据的整理、计算和绘图使用 Excel 2007, 方差
分析和模型的参数估计使用 SPSS 12.0。相对产量经
反正弦转换后进行单因素随机区组的方差分析, 多重
比较方法为 Duncan 法 ; 模型参数估计使用
Levenberg-Marquardt法。
2 结果与分析
2.1 田间杂草发生与消长动态
调查结果表明(表 1), 2010年和 2011年试验田杂
草群落中禾本科杂草的密度最大 , 马唐 (Digitaria
sanguinalis)、牛筋草 (Eleusine indica)和狗尾草
(Setaria viridis)的发生频度均为 100%; 禾本科杂草
在杂草群落中的相对多度分别达 96.19%和 94.93%,
其中密度最大的草种是牛筋草 , 相对多度分别达
77.09%和 72.28%, 其次是马唐 , 相对多度分别为
15.59%和 15.97%。田间双子叶杂草的发生密度较低,
在杂草群落中的相对多度分别为 3.81%和 5.07%, 其
中密度最大的双子叶杂草是反枝苋(Amaranthus re-
troflexus)。2011年的杂草密度明显低于 2010年, 杂
草发生量为后者的 58.45%。
由图 1 可知 2011 年田间杂草消长的变化动态,
表 1 不同年份夏玉米田间杂草密度比较
Table 1 Comparison of weed density in the summer maize field in different years plant·m−2
年份
Year
马唐
Digitaria sanguinalis
牛筋草
Eleusine indica
狗尾草
Setaria viridis
马齿苋
Portulaca oleracea
铁苋菜
Acalypha australis
反枝苋
Amaranthus retroflexus
2010 186.3 921.5 42.0 0.5 1.5 43.5
2011 114.0 515.9 47.7 0.8 6.1 29.3

玉米播种后 21 d, 田间杂草密度达到最大, 平均密
度为 713.8 株·m−2, 之后随着植株的生长, 玉米−杂
草以及杂草−杂草间对光照、空间和水肥等生态因子
的竞争强度加剧, 长势差的植株开始死亡, 杂草密
度开始不断下降, 自疏效应明显。

图 1 免耕夏玉米生长期间田间杂草的变化动态
Fig. 1 Dynamics of weed density in no-tillage maize fields
during growth period

2.2 杂草不同共生和免除时间对玉米产量的影响
如表 2所示, 玉米产量的损失率与共生杂草或
免除杂草的时间有显著相关性 , 不同时期间的产
量损失率差异显著。产量损失率随着玉米与杂草共
生时间的延长而增加 , 随免除杂草时间的延长而
降低。在玉米不同时间共生杂草试验中, 玉米与杂草共
生期 19.09%~42.73% (相对时期, 下同)内玉米产量损失
率的增加率 2010年和 2011年分别为 46.22%和 27.00%,
明显高于其他共生期内玉米产量损失率的增加率, 是
玉米与杂草各共生时期内产量损失率增加最快的时期。
不同时期免除杂草的试验表明 , 玉米相对时期
0~20.41%内萌发的杂草对玉米产量影响最大, 产量损
失率的增加率分别为 37.51%和 28.54%, 之后萌发的杂
草由于与玉米竞争的强度越来越弱, 随免除杂草时期
的延长, 杂草对玉米产量的影响程度也逐渐降低。玉米
相对时期 78.18%后萌发的杂草对玉米产量反而有一定
的促进作用。
2010 年和 2011 年杂草与玉米共生全部生育期
处理的产量损失率达 62.94%和 44.66%, 2010年玉米
的产量损失率明显高于 2011年, 说明田间杂草的密
度越大杂草与玉米的竞争强度就越大, 玉米产量的
损失率也越大。从不同共生时间可以看出, 当玉米
与杂草的共生时间相近时, 2010 年杂草在各相对时
期造成的产量损失率高于 2011年, 并且共生时间越
长杂草密度对玉米产量影响的差别就越大。
2.3 免耕夏玉米田杂草防治关键期的确定
根据表 2 中不同共生(免除)杂草的相对时期与
相对产量的关系, 使用 SPSS 对杂草防治关键期模
型进行参数估计, Logistic模型和Gompertz模型的参
第 8期 李秉华等: 免耕夏玉米田杂草防治关键期研究 1001


表 2 杂草不同共生和免除时间对玉米产量的影响
Table 2 Effect of different weed interference and weed-free period on relative corn yield
共生杂草 Weed interference 免除杂草 Weed-free
年份
Year
玉米相对生长时期
Relative growth
period of maize (%)
产量
Yield
(kg·8m−2)
相对产量
Relative yield
(%)
产量损失增加率
Increase rate of
yield loss (%)
产量
Yield
(kg·8m−2)
相对产量
Relative yield
(%)
产量损失增加率
Increase rate of
yield loss (%)
0.00 4.85±0.02 100.00a — 1.99±0.06 41.24e 37.51
20.41 4.47±0.04 92.18b 7.82 3.80±0.03 78.75d 13.28
41.84 2.23±0.05 45.96c 46.22 4.44±0.03 92.03c 5.43
62.24 2.13±0.04 43.99c 1.97 4.71±0.04 97.46b 2.86
84.69 1.81±0.04 37.38d 6.61 4.84±0.05 100.32a −0.32
2010
100.00 1.80±0.03 37.06d 0.32 4.83±0.05 100.00a —
0.00 4.63±0.04 100.00a — 2.58±0.04 53.91e 28.54
19.09 4.38±0.04 94.50b 5.50 3.94±0.07 82.45d 13.72
42.73 3.13±0.05 67.50c 27.00 4.60±0.05 96.17c 1.74
57.27 2.68±0.03 57.98d 9.52 4.68±0.05 97.91b 2.36
78.18 2.57±0.04 55.60d 2.38 4.80±0.06 100.27a −0.27
2011
100.00 2.56±0.05 55.34d 0.26 4.78±0.05 100.00a —
同列数据后不同小写字母表示在 0.05水平差异显著 Different small letters in the same column mean significant difference at 5% level.

数列于表 3。玉米共生杂草的相对时期与玉米相对
产量的关系符合改进的 Logistic 模型 , 2010 年和
2011 年 Logistic 曲线模型的决定系数(R2)分别为
0.992 9和 0.999 8; 玉米免除杂草的相对时期与玉米
相对产量的关系符合 Gompertz模型, 2010年和 2011
年 Gompertz曲线模型的决定系数(R2)分别为 0.998 4
和 0.999 6, 说明模型都是真实有效的。
表 3 杂草防治关键期模型的参数估计
Table 3 Parameter estimates for the critical period of weed
control (CPWC) models
Gompertz Logistic 年份
Year a b k c d f
2010 99.90 0.878 4 0.061 43 0.184 6 27.97 1.649
2011 100.36 0.621 9 0.060 63 0.125 6 28.43 2.242


当玉米可接受的产量损失率为 3%时, 根据杂草
防治关键期的模型可知, 2010年和 2011年杂草防治
关键期的始期分别为玉米相对时期的 14.15%和
14.31%, 终期分别为 56.62%和 48.36%, 因此本地区
免耕夏玉米田的杂草防治关键期为玉米生育期的
14.15%~56.62%。杂草防治关键期从始期到终期的绝
对天数, 2010年和 2011年分别需要 41.62 d和 37.46 d,
2011 年的杂草防治关键期的相对时期和绝对天数都
低于 2010 年, 其原因可能是 2010 年的杂草密度明
显高于 2011年, 造成杂草防治关键期的延长。
3 讨论与结论
本研究表明, 玉米产量与杂草密度有显著的相
关性, 杂草密度越大对玉米产量的影响也越大[23]。
本研究区免耕夏玉米田杂草群落中牛筋草等禾本科
杂草的相对多度较大, 是玉米田杂草防治的主要靶
标。玉米免耕播种后 21 d 左右田间杂草密度达到
最高 , 与夏大豆田杂草密度达到峰值的时间基本
一致 [24−25]。免耕夏玉米田杂草防治关键期的始期之
前杂草与玉米的竞争强度很低, 因此该时期之前不
需要对杂草进行防治。随着植株生长, 杂草防治关
键期内杂草和玉米间竞争激烈, 该时期内必须将杂
草密度控制于杂草的生态经济防治阈值之下, 才能
保证玉米产量损失低于可接受的产量损失率。杂草
防治关键期终期之后萌发的杂草对玉米产量影响很
小, 这部分杂草不再需要对其进行防治。因此, 通过
明确杂草防治关键期, 就可以确定杂草防治的时期
和目标, 从而避免杂草防治的盲目性、降低除草剂
投入和减轻化学除草剂对环境的压力。
薛敬哲等[26]分别对不同耕作条件下玉米田的关
键无草期进行了研究, 结果表明免耕玉米田的关键
无草期与翻耕玉米田近似; 由振国等[12]对黄淮海地
区旋耕玉米田杂草的生态经济防治阈期进行了研究,
结果表明杂草生态经济防治阈期为玉米苗后总生育
期的 11.2%~50.9%(可接受的产量损失率为 3%)。本
研究结果表明, 免耕夏玉米田的杂草防治关键期最
早开始于玉米播种后相对时期的 14.15%, 最迟结束
于 56.62%(可接受的产量损失率为 3%), 与前人的研
究结果基本一致。国外的研究表明, 玉米的播种时
间[27]、种植方式[28]、农田氮肥用量[29]和杂草种类[30]
等因素都可能对杂草防治关键期造成影响, 因此需
要进一步加强不同生态条件对杂草防治关键期影响
1002 中国生态农业学报 2013 第 21卷


机理的研究, 以期更准确地预测农田杂草的防治关
键期。
杂草防治关键期的范围与设定的可接受产量损
失率有关 , 一般将可接受的产量损失率设定为
2%~5%[31]。从杂草防治关键期的模型可知, 当可接
受的产量损失率提高时 , 杂草防治关键期会缩短 ,
反之则需要在较长时间内控制田间杂草的密度保持
在生态经济防治阈值之下, 投入更多的防治成本。
因此需要根据本地区农田的除草成本、玉米的产量
和价格、国家政策、市场规模以及杂草形成的生态
效益等因素对可接受的产量损失率进行综合评估 ,
并综合运用杂草的生态经济防治阈值等生态经济指
标, 提高杂草综合治理决策的准确性[20]。
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