郭文磊 冯莉 田兴山
摘要：为探明高温火焰在果园除草中的应用前景，利用1台自制的火焰设备，比较分析不同液化石油气（LPG）剂量下火焰处理对果园常见一年生杂草的防除效果。结果表明，牛筋草对火焰的敏感性低于阔叶杂草皱果苋和苦蘵;随着杂草叶龄的增加，火焰处理对杂草的防除效果总体降低;处理后7 d，LPG剂量为52.5～87.5 kg/hm2时，火焰处理对6叶期之前的杂草株防效达80.6%～96.1%，对10叶期之后的杂草株防效为41.5%～79.4%，LPG剂量为122.5～175.0 kg/hm2时，火焰处理对各类杂草株防效在77.6%～100.0%之间，鲜重防效在80.5%～100.0%之间。
关键词：火焰设备;火焰灭草;防效;杂草;叶龄
中图分类号：S451.1文献标志码：A文章编号：1003-935X（2019）02-00-
Effect of Flame Weeding in Orchards
GUO Wenlei，FENG Li，TIAN Xingshan
（Plant Protection Research Institute，Guangdong Academy of Agricultural Sciences/
Guangdong Provincial Key Laboratory of High Technology for Plant Protection，Guangzhou 510640，China）
Abstract：To determine the feasibility of flame weeding in orchards，the efficacy against annual weeds of LPG at five doses applied using a home-made flaming machine was determine. The sensitivity of Eleusine indica to flaming was lower than that of the broadleaf weeds Amaranthus viridis and Physalis angulata. Efficacy decreased with weed growth stage. LPG at 52.5～87.5 kg/hm2 controlled 80.6%～96.1% of weeds before the 6-leaf stage，and 41.5%～79.4% of those at or beyond the 10-leaf stage. When LPG was used at 122.5～175.0 kg/hm2，flaming treatment killed 77.6%～100.0% of weeds，with 80.5%～100.0% fresh weight reduction at 7 days after treatment.
Key words：flaming machine; flame weeding; control effect; weeds; leaf stage
收稿日期：2018-11-21
基金项目：广东省公益研究与能力建设专项资金（编号：2014A020208048）。
作者简介：郭文磊（1989—），男，山东菏泽人，博士，助理研究员，从事杂草抗药性及防控研究。E-mail：nongzhida@126.com。
通信作者：田兴山，博士，研究员，从事杂草抗药性机理及防控技术研究。E-mail：xstian@tom.com。
广东省地处我国华南地区，是我国水果生产大省，以柑橘、荔枝、龙眼、香蕉等水果生产为主。由于华南地区气候温暖、雨热同期，杂草在果园常大量滋生，不仅与果树直接竞争水、肥等资源造成产量损失，还可作为病原菌、害虫的寄主，对水果产量和品质造成间接危害[1-2]。目前，果园除草措施既有覆盖（防草布、秸秆等有机物）控草、机械除草、人工除草等物理除草措施，也有以草（如鼠茅草、长柔毛野豌豆等）控草等生态控草措施，但利用除草剂进行化学除草仍是最常見的果园除草措施[3-5]。
长期以来，广东省果园常用的除草剂主要为草甘膦、百草枯、草铵膦等灭生性除草剂，每年使用次数可达5次以上[6-7]。随着长期频繁使用，一些杂草对上述除草剂逐渐产生了抗药性，据报道，2006年采自广州番禺地区的牛筋草种群对百草枯抗性指数达59.48[6]，2009年采自广州、惠州等多个地区的牛筋草种群对草甘膦抗性指数在2.8～11.0之间[7]，最新报道表明，广东潮州、番禺等地部分牛筋草种群对上述3种灭生性除草剂产生了多抗性[8]。除导致杂草抗药性问题愈发突出外，上述果园除草剂在使用过程中还存在安全性等问题，如百草枯因对人类安全存在威胁，其水剂剂型已自2016年7月1日起在我国被全面禁止销售和使用[9];草甘膦、草铵膦使用不当容易对果树根系、叶片或幼芽造成严重伤害[10]。另外，由于连续使用单一作用方式的除草剂，果园杂草群落发生变化，一些耐药性较强的次要杂草上升为主要杂草，在果园易形成单优势群落[11]。针对果园化学除草目前存在的上述问题，有必要研发新的除草技术，以丰富果园除草时的选择。
高温火焰是植保措施中的热处理方式之一。通过燃烧化石燃料产生高温火焰，其无需完全烧毁有害生物个体，而是通过火焰产生的高温迅速烫伤有害生物表层细胞组织，使其快速失水死亡[12]。高温火焰对杂草的防除效果与火焰温度、燃料剂量、杂草物种、生长时期和叶表面湿度等多种因素有关[13-15]。高温火焰用于果园除草可能具有以下优势：（1）杀草谱广，对各种杂草均具有一定的防除效果;（2）作用速度更快，处理后杂草很快死亡;（3）避免了化学除草剂可能带来的药害、土壤污染等环境问题。
在国外，高温火焰主要用于防除果园、有机玉米、洋葱等作物田杂草[16-17]，而火焰灭草在我国尚未见报道为明确高温火焰在华南地区果园除草中的应用前景，本研究利用自制的1台小型火焰除草设备，比较不同剂量液化石油气（LPG）处理对果园常见一年生杂草的防除效果，以期为火焰除草措施的进一步开发提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验在广州市白云区国家农业科技园区所属果园（23.39°N，113.42°E）进行，主要种植果树为荔枝、龙眼、黄皮等。试验地地势平坦，土壤类型为沙壤土，pH值为6.2，有机质含量为1.8%。果园内杂草以牛筋草[Eleusine indica （L.） Gaertn]、马唐[Digitaria sanguinalis （L.） Scop.]、皱果苋（Amaranthus viridis L.）、苦蘵（Physalis angulata L.）为主，因杂草出土时期不一，试验时不同生长时期杂草均有分布，大多处于生长旺盛期，株高在10～60 cm 左右。
1.2 背负式火焰除草设备
为开展本试验，笔者所在团队自行研制了1台背负式高温火焰设备（图1），该设备配置有1个小型燃气罐、1支手持式喷杆、1个特制的火焰喷头、1个压力调节阀、1个减压阀。火焰喷头呈扁嘴型，由外部的壳部和内部的喷嘴2个部分组成（图2），最大工作压力为0.25 MPa，以LPG为燃料，火焰温度达1 040 ℃（由广东省计量科学研究院测定），最大压力下LPG消耗速度为2.1 kg/h。
1.3 试验设计
处理时间为2018年5月18日，天气晴，温度为25～33 ℃，相对湿度为55%～70%。
本试验中，每小区面积为10 m2，试验共设5个处理，每个处理4次重复，随机区组排列：高温火焰处理90 s，折合LPG剂量52.5 kg/hm2;高温火焰处理150 s，折合LPG剂量87.5 kg/hm2;高温火焰处理210 s，折合LPG剂量122.5 kg/hm2;高温火焰处理300 s，折合LPG剂量175.0 kg/hm2;空白对照，不进行任何处理。
1.4 调查方法
根据叶龄，将每种杂草分为<6叶期、6～10叶期、>10叶期3个生长阶段进行调查。试验共调查2次，分别在处理后2 d（2018年5月20日）和7 d（2018年5月25日）进行。采用绝对数调查法，每1试验小区随机选取3个样点，每个样点面积为1 m2，调查各处理区不同生长阶段存活杂草株数，处理后7 d在调查杂草株数的同时调查鲜重防效。按下列公式进行防效计算：
株/鲜重防效=1-PTCK×100%。
式中：PT为处理区残存活草株数（或鲜重）;CK为空白对照区活草株数（或鲜重）。
使用 DPS v7.05软件进行数据处理，采用邓肯氏新复极差（DMRT）法对数据进行统计分析，评价不同处理对杂草的防除效果。
2 结果与分析
2.1 处理后2 d杂草株防效
处理后2 d观察，高温火焰处理区杂草多数已干枯死亡，但部分杂草未彻底死亡，茎基部及心叶仍呈绿色。由表1可知，不同杂草对高温火焰的敏感性存在差异，阔叶杂草皱果苋和苦蘵对高温火焰较为敏感，禾本科杂草牛筋草对火焰耐受性较强。高温火焰对杂草的株防效随叶龄增大总体呈现下降趋势，LPG剂量为52.5 kg/hm2时，高温火焰对10叶期以上杂草的株防效偏低，仅为53.7%～70.5%;LPG剂量为87.5～122.5 kg/hm2 时，高温火焰对6叶期之前杂草的株防效达95.7%～100.0%，对 6～10叶期杂草的株防效达85.8%～98.0%;LPG剂量为 175.0 kg/hm2 时，高温火焰对所有叶龄杂草的株防效均在93%以上，其中对马唐、皺果苋、苦蘵的株防效达100.0%。
2.2 处理后7 d杂草株防效及鲜重防效
处理后7 d，部分杂草恢复生长，有新生叶片长出。处理后7 d，高温火焰对杂草的株防效大多较处理后2 d有所下降，其中10叶期以上的杂草下降幅度明显高于6叶期之前的杂草（表1、表2）。对比表2、表3可以看出，处理后7 d，高温火焰处理对杂草的鲜重防效总体略高于株防效，可能由于有些杂草虽未彻底死亡，但植株因受到高温火焰伤害，生物量已明显下降。
LPG剂量为52.5～87.5 kg/hm2时，高温火焰对10叶期以上杂草的株防效在41.5%～79.4%之间，鲜重防效在52.9%～85.1%之间;对6叶期之前杂草的株防效在80.6%～96.1%之间，鲜重防效在82.0%～99.1%之间。LPG剂量为 122.5 kg/hm2 时，除对10叶期以上的牛筋草防效偏低外，对其他杂草株防效均在87%以上，鲜重防效在88%以上。LPG剂量为175 kg/hm2时，高温火焰处理对所有叶龄杂草的株防效达90.4%～100.0%，鲜重防效达94.3%～100.0%。
3 结论与讨论
本试验结果表明，不同杂草对高温火焰处理的敏感性存在差异，同等LPG用量下禾本科杂草（尤其牛筋草）对火焰敏感性低于阔叶杂草皱果苋和苦蘵。Sivesind等研究表明，丙烷火焰处理对洋葱田阔叶杂草的防效显著高于禾本科杂草[17]。Merfield等研究发现，阔叶杂草繁缕和婆婆纳对高温火焰极为敏感，而禾本科杂草黑麦草对火焰耐受能力极强[18]。杂草对高温火焰敏感性的差异主要与地上部分生组织对火焰的耐受能力有关[12，19]，若高温火焰只是杀死植株上部的叶片，那么新叶片很快会从顶部的分生组织上长出。另有研究表明，植株直立生长的杂草对火焰的敏感性一般高于其他杂草[13]。当阔叶杂草茎基部的韧皮部和形成层细胞被摧毁时，会导致环割效应，极易导致杂草死亡[20]。牛筋草等禾本科杂草植株分蘖能力强，生长点较多且相对隐蔽，而皱果苋、苦蘵等阔叶杂草直立生长，生长点较为暴露，这可能是它们对火焰敏感性存在差异的原因之一。
本研究发现，杂草对火焰的敏感性随着叶龄的增加而降低。Merfield等发现，6叶期或8叶期以上的反枝苋、藜、荠菜在LPG剂量为 41.7 kg/hm2 时，死亡率仅为4%～28%[18]。Astatkie等发现，高温火焰对反枝苋、藜、蓼的防效由6叶期之前的90%～100%降至8叶期以上的8%～78%[21]。随着叶龄增加，植株大小和形态发生变化，苗期杂草一般只有一个生长点，且暴露在外，因此容易被高温火焰灼伤致死;大龄杂草生长点增多，且多被层层包裹，因此对高温火焰的耐受能力有所提高。
随着LPG剂量增加，火焰处理对不同杂草的防效均明显提高。本研究中，处理后7 d，LPG剂量为52.5～87.5 kg/hm2时，火焰处理对6叶期之前杂草具有较好的株防效，为80.6%～96.1%，但对10叶期之后杂草的株防效明显降低，为41.5%～79.4%，LPG剂量为122.5～175.0 kg/hm2时，火焰处理对各类杂草均具有较好的防效。Ulloa等的研究表明，丙烷剂量为60 kg/hm2时，火焰处理能杀死80%～90%田间一年生杂草，而 120 kg/hm2 剂量丙烷可防除多数成熟期的杂草植株[14]。另据报道，41.7 kg/hm2的LPG剂量下火焰处理对芥菜的田间防效达92%，而25.0 kg/hm2剂量下防效仅为4%[18]。LPG用量较低时，杂草受热时间较短，导致没有足够的热量达到生长点位置，无法将其彻底杀死。
综上所述，利用高温火焰防除果园杂草具有一定的应用潜力，有利于减少对化学除草剂的依赖，延缓抗药性的发生。为达到较好的防除效果，建议在杂草生育期早期使用，当杂草植株较大时，应采用高剂量处理，对于少数对高温火焰耐受性较强的杂草，可配合除草剂使用或人工拔除。本研究采用的是单喷头的火焰设备，因此作业效率偏低，为提高作业效率，满足不同类型的需求，笔者所在团队另外设计了小推车式及拖拉机牵引式火焰设备，其对杂草的防除效果及火焰处理对生物群落的长期影响需要进一步研究。
参考文献：
[1]广东农村统计年鉴编辑委员会. 广东农村统计年鉴（2017）[M]. 北京：中国统计出版社，2017.
[2]张建国，王 森. 果园杂草的危害与综合控制[J]. 植物医生，2003，16（6）：6-9.
[3]崔 萍. 果園杂草防治技术[J]. 宁夏农林科技，2010 （6）：160，107.
[4]徐小莲，蔡 平，顾林平，等. 苏南地区果园杂草及无公害控制技术[J]. 现代园艺，2010 （12）：34-35.
[5]付小猛，毛加梅，刘红明，等. 国内外有机果园杂草管理技术研究综述[J]. 杂草学报，2016，34（4）：7-11.
[6]沈雪峰，胡 芳，陈 勇，等. 牛筋草对百草枯抗性水平初探[J]. 西南农业学报，2016，29（8）：1875-1878.
[7]杨彩宏，田兴山，冯 莉，等. 牛筋草对草甘膦的抗药性[J]. 中国农业科学，2012，45（10）：2093-2098.
[8]胡 芳，董慧荣，沈雪峰，等. 牛筋草对百草枯、草甘膦和草铵膦的抗药性水平测定[J]. 西南农业学报，2018，31（2）：335-341.
[9]農业部、工业和信息化部、国家质量监督检验检疫总局公告第1745号[J]. 中华人民共和国农业部公报，2012（5）：37.
[10]郭成林，覃建林，马永林，等. 不同除草剂对火龙果安全性及牛筋草除草活性[J]. 农药，2018，57（4）：305-308.
[11]马永林，覃建林，马跃峰，等. 4种除草剂对柑桔园杂草阔叶丰花草的防除效果[J]. 中国南方果树，2013，42（3）：57-58.
[12]Knezevic S Z，Strahinja S，Avishek D. Growth stage affects response of selected weed species to flaming[J]. Weed Technology，2014，28（1）：233-242.
[13]Ascard J. Effects of flame weeding on weed species at different developmental stages[J]. Weed Research，1995，35（5）：397-411.
[14]Ulloa S M，Datta A，Knezevic S Z. Growth stage-influenced differential response of foxtail and pigweed species to broadcast flaming[J]. Weed Technology，2010，24（3）：319-325.
[15]Ulloa S M，Datta A，Bruening C，et al. Weed control and crop tolerance to propane flaming as influenced by the time of day[J]. Crop Protection，2012，31（1）：1-7.
[16]Stepanovic S，Datta A，Neilson B，et al. Effectiveness of flame weeding and cultivation for weed control in organic maize[J]. Biological Agriculture & Horticulture，2016，32（1）：47-62.
[17]Sivesind E C，Leblanc M L，Cloutier D C，et al. Impact of selective flame weeding on onion yield，pungency，flavonoid concentration，and weeds[J]. Crop Protection，2012，39：45-51.
[18]Merfield C N，Hampton J G，Wratten S D. Efficacy of heat for weed control varies with heat source，tractor speed，weed species and size[J]. New Zealand Journal of Agricultural Research，2017，60（4）：437-448.
[19]Sivesind E C，Leblanc M L，Cloutier D C，et al. Weed response to flame weeding at different developmental stages[J]. Weed Technology，2009，23（3）：438-443.
[20]Parrott D L，McInnerney K，Feller U，et al. Steam-girdling of barley （Hordeum vulgare） leaves leads to carbohydrate accumulation and accelerated leaf senescence，facilitating transcriptomic analysis of senescence-associated genes[J]. New Phytology，2007，176（1）：56-69.
[21]Astatkie T，Rifai M N，Havard P，et al. Effectiveness of hot water，infrared and open flame thermal units for controlling weeds[J]. Biological Agriculture & Horticulture，2007，25（1）：1-12.
