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不同耕作方式對稻麥輪作系統中麥田雜草相變化與管理(蕭巧玲2016.3.30)
發文日:105/11/01
不同耕作方式對稻麥輪作系統中麥田雜草相變化與管理(蕭巧玲2016.3.30)
一、前言
小麥在台灣受限於氣候環境因素,僅能在第二期稻作收獲後進行冬季裡作春播型小麥的栽種,雖然國內小麥產量不敷自給自足,每年仍自國外進口120萬餘噸,惟目前已有契作廠商推廣種植小麥,加上小麥為休耕活化政策之推薦作物,因此種植面積逐年增加。小麥播種前的耕作方式除了改變最終產量外,也包含因環境的變動所引起之雜草相消長及隨後而來的雜草管理差異。由於小麥的前作物是水稻,此種輪作系統是以水田與旱田交替種植,其中所呈現的雜草組成與種類必與一般水田、旱田或旱田輪作系統不同,常有濕性、半濕性及旱生雜草在水田收穫進入旱田階段的田區中交錯出現。小麥受限於雜草競爭而減產的程度依雜草型態、密度、雜草萌芽時間而異,最多可能引起50-80%的減產,當雜草密度過多時也影響聯合收穫機的運作,使收穫後的小麥夾雜許多雜草種子,因此需留意耕作方式對後續雜草管理所帶來的影響。本文擬借鏡於南亞地區推行的稻麥輪作系統,探討耕作方式對雜草相之影響及對雜草消長之原因,並以台灣目前較常使用之不整地栽培為例,試瞭解目前麥田中的雜草相及草相變動之因素,以提供台灣實施稻麥輪作系統中種植小麥時,機動調整雜草管理之參考。

二、南亞地區稻麥輪作系統中不同耕作方式對雜草消長及控制
整地(conventional tillage)、低整地(reduced tillage)及不整地(no/zero/without tillage)是種植小麥常用的耕作方式。整地是指以多種農機具經多次耕犁,使田區保留小於15%之作物殘體;低整地則是相對於整地使用較少農機具或較少次耕犁,讓田區尚留有15%-30%的作物殘體;相較於前兩者,不整地則不操作任何農機,維持30%以上的作物殘體覆蓋於田區。農田中雜草萌芽的組成是受到耕作歷史、前作管理及環境的不同而呈現動態分布,其中耕犁操作除了翻動雜草種子在土壤中的分布,亦改變未來幼苗萌芽的匯集區(recruitment zone),依序也將影響雜草幼苗出土的週期性,以及農田雜草的豐富度,因此農耕方式的不同將是影響雜草密度及種類組成的原因之一。

(一)稻麥輪作系統中小麥田的雜草相組成
在亞洲分佈廣泛的稻麥輪作系統中,小麥的種植多是在水稻收獲之後,小麥播種之初,土壤呈現濕潤狀態而利於半濕性及旱地雜草萌芽,待小麥萌芽後,田區雜草則以旱地雜草為主,常見的麥田雜草包括小加拿麗鷸草(Phalaris minor)、齒果酸模(Rumexdentatus)、紅心藜(Chenopodium album)、野燕麥(Avenaludoviciana)、狗牙根(Cynodondactylon)等19種分布,其中齒果酸模與小加拿麗鷸草是危害嚴重的雜草,常造成產量嚴重下降。
小加拿麗鷸草可在水田厭氧狀態下持續休眠,因此能適應稻麥輪作系統,加上對多種除草劑已陸續出現抗藥性,是南亞地區麥田中棘手的問題雜草,尤其在印度恆河平原的小麥產區,與其高度競爭資源的結果,最多引起50-80%的減產威脅。齒果酸模則是另一危害嚴重的雜草,由於種子較輕並具有花被包覆,水稻收獲後的土壤表面留有眾多的齒果酸模族群,會續存至小麥播種後一起萌芽。由小加拿麗鷸草與齒果酸模的種子在土壤垂直剖面上的分布可知,越近土壤表面的雜草種子越多,尤其是齒果酸模有33.6%的種子落於0-2.5 cm土壤上,而小加拿麗鷸草的種子數有29.3%,略低於前者,但兩者在10-12.5 cm深度下,土壤種子庫的數量都是明顯下降。耕作方式輪替將改變雜草種子在數量與種類上的分布差異,同時也改變雜草管理策略擬定的方向。

(二)不同耕作方式對雜草之影響
無論使用的耕犁機具為何,都能與土壤間產生摩擦,並能夠劃破雜草種子的種皮,刺激種子發芽,而操作不同的耕犁器具也會影響雜草種子在土壤剖面的分布,例如旋轉犁僅能將土壤切碎,使雜草種子集中於土壤表層,促進早熟禾密度明顯增加,而採用板犁耕耘則使雜草種子被埋入土壤深層不易發芽,能降低族群數目。不同耕犁機具與耕犁次數的多寡會牽動土壤雜草種子庫的組成,因此配合當地環境選用合適的耕作方式作為雜草管理,以達到減少化學除草劑施用,農田永續經營的目標。
不同耕作影響雜草生質量之變化,整地操作可使闊葉類雜草生質量最多降低至5 g/m2以下,而不整地方式則維持在40 g/m2以上,從同樣為闊葉類的齒果酸模的族群數目發現,受整地操作的影響也減少其密度的擴張,因此整地對雜草生質量的影響在闊葉類雜草的抑制上更為明顯。但對尖葉類雜草的小加拿麗鷸草而言則呈相反趨勢,似乎在不整地操作下能相對降低其生質量的累積。由於整地機具反覆的將雜草種子埋入更深層的土壤中,而部分雜草種子在掩埋深度超過4 cm後將不易萌芽。在未整地狀況下,多數的雜草種子經常聚集於土壤表層,將促使雜草順利萌芽生長,因此不整地處理即累積可觀的雜草生質量。
除了雜草生質量受到耕作方式影響外,雜草密度也反應出對不同耕作處理的差異。在水稻-小麥種植前施以連續不整地、連續整地、整地-不整地及不整地-整地等4種耕作處理,調查小麥播種後60天,野燕麥(Avenaludoviviana)及金花菜(Medicagohispida)的雜草密度變化,發現兩者在輪替耕作的處理下能降低其族群數目。連續性耕作處理對大部份雜草種類能相對減少族群發生,而整地與不整地輪替耕作則被認為能降低特定的問題雜草,除此之外,輪替耕作其中一次採用慣行整地,有助增加土壤通氣性及氮素利用,在單一雜草種類危害時或許能使用該耕作處理來控制雜草。
篩檢三種耕作方式對雜草相對密度的影響,發現齒果酸模的密度顯著受到不同耕作的影響,雖然年際間氣象環境與不同耕作間存有交感效應,而有利於齒果酸模生長,但藉由低整地或慣行整地的耕作將可抑制密度發展,相對密度能降低至24.9%至29.8%。同樣受到試驗年度顯著影響的印度草木犀(Melilotusindica)則是以整地耕作下的密度相對較少。雖然耕作效應對小加拿麗鷸草密度無明顯不同,但以平均來說似乎在不整地耕作下較能降低族群密,比起低整地及整地減少4.4%至6.1%。
農地雜草的組成與分布受不同耕作方式的影響甚廣,以雜草-作物的生態角度而言,耕作處理改變雜草在農田中的生長環境,影響其萌芽、分布及族群變動,對多數的雜草來說,慣行整地的效應能相對降低其生質量的累積及密度的發展,是經常使用於水稻收穫後,及小麥種植前的耕作處理,但對小加拿麗鷸草則不然,整地處理反而增加其危害的強度,在以小加拿麗鷸草為優勢雜草的小麥田中值得注意,並須選擇適當耕作方式。

(三)不同耕作方式影響雜草族群消長之因素-以小加拿麗鷸草為例
小加拿麗鷸草是印度、巴基斯坦等南亞地區施行稻麥輪作系統中的問題雜草,其影響小麥產量甚劇,許多學者嘗試以除草劑控制,常見使用異丙隆(isoproturon)作為防除藥劑,但在印度北部地區已造成約1萬公頃的抗藥性族群。亦有採用不同植物種類的剋他物質(allelochemicals)來抑制小加拿麗鷸草,惟此種生物性物質在環境中消退迅速,無法長期使用。耕作處理被認為是可以防除小加拿麗鷸草的方法之一,不整地耕作能讓族群密度及生質量受到抑制,減少對小麥的干擾,瞭解耕作對小加拿麗鷸草消長的原因,將可作為雜草管理應用的理論基礎。
調查印度15個稻麥輪系統中麥田的小加拿麗鷸草,分析整地與不整地對小加拿麗鷸草生質量的影響,發現不整地處理的生質量為234.7 g/m2,較整地之386.5 g/m2顯著減少60%的生質量。不整地會有較少的小加拿麗鷸草萌芽,學者推測與其種子在土壤中的垂直分布及土壤結構有關。
小加拿麗鷸草的種子每百升約有61.31 kg,比齒果酸模的16.17 kg/hectoliter體積密度相對較重,此外其千粒重也較齒果酸模高,因此可能容易沉積在土壤下層。進一步分析2個試驗田區的小加拿麗鷸草種子量,其在0至20 cm土壤層中的分布。試驗結果發現在整地及不整地處理下的種子量具有差異,慣行整地讓小加拿麗鷸草的種子約23-32%集中在土壤表層,另一部分則因整地機具翻動土壤,而將表層種子帶入約5-10 cm處的土壤中。不整地的土壤未作翻耕,因此約有42-43%的種子匯集於5-10 cm 土壤處,僅18-27%留存於土壤表層,因此雜草種子密度相對較整地處理低。
耕作處理除了改變雜草種子分布外,也影響種子的萌芽率。分別在2個試驗田區的0至10 cm土壤中,計算不同週數的萌芽株數,由結果可知,500顆土壤種子在整地處理下有50 plant m-2的萌芽株數,但不整地處理僅有25 plant m-2,換言之,在單一土壤種子數量下,整地較不整地處理之萌芽株數多。
不整地處理的小加拿麗鷸草有較低的萌芽率,可能與土壤結構有關。由於不整地的土壤未作翻動,因此土壤抗力/強度(soil resistance, KPa)隨土壤深度增加而增加,在土壤17 cm處的達到最大抗力,至28 cm深度之抗力約呈現平衡狀態,由於小加拿麗鷸草的種子在超過10 cm土壤深度時,可能因土壤壓力與強度而無法順利萌芽或萌芽率減少,似乎是造成不整地耕作有較少的雜草密度及生質量的可能原因。
不整地耕作的硬盤是由於水稻收穫後,所產生的機械性障礙令小加拿麗鷸草無法順利萌芽,除此之外,不易萌芽的原因可能包括:(1)不整地有較多雜草種子殘存而相互競爭干擾;(2)不整地有較穩定的土壤溫度而使土溫減少波動,不利透過溫差而打破休眠;(3)不整地的土壤不易使光線透入及進行氣體交換,無法產生打破休眠的現象。因此,利用不整地耕作抑制小加拿麗鷸草密度及生質量,亦能降低除草劑所引起的抗藥性。

三、台灣小麥不整地栽培之雜草相組成
多數麥農採用較粗放的不整地栽培方式,對於雜草管理也以最經濟的方法進行,雖然省工省成本但仍對產量具有相當程度的影響。不整地栽培是在水稻收獲前將小麥均勻撒播於田面,收穫後的稻草散布田區後再引水灌溉,田面維持積水狀態約12小時,此時土壤濕潤幫助小麥種子發芽,也利於土壤雜草種子萌發,因此必須注意日後雜草與小麥同時萌發狀況。從10月下旬至11月上旬為小麥的播種期,直至翌年3月下旬收獲,生育期約為110-130天,在生育初期之麥田容易留有二期作水田常出現之濕生性雜草,如球花蒿草及木虱草等,生育中後期為冬季乾冷氣候,多以冬生型闊葉草為主,經筆者調查大雅產地種植之乳熟期小麥田區發現包括如小葉灰藋、泥胡菜、早苗蓼、節花路蓼、山芥菜、鵝兒腸、看麥娘、光果龍葵等分布,為典型中部地區冬季裡作常見之草相,多屬一年生雜草。部分不整地栽培因長期而單一作物,減少土壤結構的翻動與刺激,降低種子發芽,容易有如馬唐(Digitariasanguinalis)等多年生雜草存在此系統中。而近年外來入侵植物逐漸往農耕地蔓延,棘手之銀膠菊已陸續可以在大雅產區出現,當地農民處理極為困擾。
由於不整地耕種法的土壤未經耕犁較為結實,及稻草殘體覆蓋在表層等原因,使雜草種子萌發不易,因此雜草發生密度較整地者為低,甚至為整地栽培的一半,但也因不經過耕犁,土面原先的雜草生長快速,鮮重累積速度較整地者為快,因此不整地栽培的小麥田區須注意播種後至分糵盛期前的雜草管理與防治。

四、結語
目前臺灣小麥的種植在二期稻作收穫後進行,因成本考量多採用不整地粗放栽培,鑒於小麥是現行活化休耕地政策中推薦的進口替代作物,藉由本文之探討與瞭解,利用低整地耕作方式應可作為農民及農企業栽培管理的參考,復配合政策支持,將有助於提升臺灣小麥的產業競爭力。

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