农田杂草预测方法

出处：按学科分类—农业科学 中国农业出版社《农作物有害生物测报技术手册》第41页（3556字）

农田杂草从萌发出苗、生长发育到开花结实的全生育期都受到很多自然环境因子的制约，导致其发生时间、生长速度、群落组成和危害程度常常产生年际间的变化。农业生产可持续发展要求减少化学除草剂的使用，以降低除草剂对自然生态环境的影响。因此，人们使用除草剂时要有针对性，应根据田间杂草的实际发生危害情况选用相应的除草剂品种，确定合适的剂量，选择最佳的用药时期，采用对应的施药方法，农田杂草预测是农田杂草管理决策的重要依据。

农田杂草预测以杂草种子库动态为主要依据。根据目前土壤杂草种子库的结构组成，预测杂草的萌发出苗、幼苗存活率及成株的结实情况，确定田间杂草种群产生的种子雨规模，并最终预测未来土壤杂草种子库的结构组成。

1 杂草发生量预测

杂草发生量预测是根据土壤杂草种子库中杂草种子的组成和数量，预测农田中萌发出苗的杂草数量、危害程度以及杂草群落的结构组成。通常采用的方法是经验式预测，主要依据多年连续调查的资料，预测来年杂草的发生量。这种预测方法简单，但耗费时间长，不能考虑更多的控草措施，预测结果对时间、地点和环境条件的依赖性较强，没有普遍性，也没有考虑到杂草之间的竞争因素。

杂草的出苗率取决于杂草的萌发潜力。每种杂草都有一个最大萌发潜力，当杂草萌发率下降到临界值(进入次生休眠)时，杂草的萌发潜力达到最大值。杂草一旦达到这个临界值，其萌发潜力在以后的生长季节中将停留在很低的水平。不同杂草种类，这个临界值可能是土壤湿度，也可能是土壤温度。狗尾草(Setaria viridis)、反枝苋(Amaranthus retro flexus)存在土壤湿度临界值，而大狗尾草(Setaria faberi)、藜(Chenopodium album)、卷茎蓼(Polygonum convolvulus)、宾夕法尼亚蓼(Polygonum pensylvanicum)具有土壤温度临界值。因此，可以根据每种杂草的临界值，结合土壤温度、土壤湿度等气象因素，对杂草发生量进行预测。

2 杂草萌发期预测

杂草萌发期预测是根据土壤杂草种子库的结构、杂草的生物学特性及自然环境因子预测杂草的萌发出苗时间。当土壤温度或土壤湿度达到萌发临界值时，萌发时间可以通过计算杂草在土壤中生长天数的累计值进行预测。杂草在土壤中的累计生长天数，主要取决于土壤温度和土壤湿度等因素。

3 杂草生长预测

杂草生长预测是根据杂草的生长特性、种群竞争效应及与环境因子的关系，预测杂草的生长速度及植株高度。杂草幼苗的高度与生长天数密切相关，在杂草生长天数中，又受气温、光照、土壤养分、土壤湿度等因素的影响，因此，可以根据杂草的生长特性以及杂草生长中的气温、光照、土壤养分、土壤湿度等综合因素，对杂草生长进行预测。

4 农田杂草密度与作物产量损失预测

农田杂草密度与作物产量损失预测是通过建立模型，研究杂草竞争与作物产量损失间的关系和杂草对农作物的潜在危害性等，确定杂草防除经济阈值，为制定一定生态环境下杂草综合治理策略提供依据。

4．1 模型构建

在作物分布均匀且密度恒定的条件下，杂草与作物在农田的竞争关系具有以下特征：

杂草密度(单位面积或行长上的杂草株数，d=杂草株数／面积或长度)为零时，田间不存在杂草与作物的竞争，所以，此时由杂草竞争造成的作物产量损失率(Y_L)应为零。

杂草与作物在农田竞争时，不论杂草的密度有多大，杂草的竞争力有多强，由杂草竞争所造成的作物产量损失率不超过100%，即作物最大产量损失率(Y_LM)应在0～100%之间。

杂草密度很小时，尽管由于作物群体对杂草的抑制作用杂草群体不至于对作物经济产量构成威胁，但是由于不存在杂草种内竞争，杂草单株对作物的竞争力最大。此时作物产量损失率随杂草密度的加大而直线上升。但是，当杂草密度加大时，杂草种内出现竞争，单株杂草对作物的危害力随之降低。此时，随着杂草密度的增加，作物产量损失率呈减速增加，即作物产量损失率与杂草密度间呈曲线关系。

根据上述特征，杂草密度与作物产量损失率间的竞争关系可以描述为：

由式(1)可以看出，在a＞0、b＞0时，模型具有以下特征：

当d=0时，Y_L=0；当d→0时，；当d→∞时，。

各参数的生物学意义：

◆最大产量损失率(Y_LM)：当杂草密度(d)趋于无穷大时的作物产量损失率就是最大作物产量损失率。由模型可以看出，此时的作物产量损失率趋于其渐近线，。无论从理论上还是从实际上讲，最大作物产量损失率都应符合：。

◆最大单株损失率(K)：当杂草密度很小时，由于杂草植株间不存在种内竞争，单位面积或长度上的单株杂草生长最强、最大，此时每株杂草对作物的潜在危害(种间竞争)最大。由模型可以看出，最大单株损失率即为最大种间竞争力。因此，在杂草密度很低时，杂草密度与作物产量损失率呈直线关系(图2－1)。

图2－1 杂草与作物的竞争关系

◆杂草种内竞争力(J)：当杂草密度增大时，杂草植株之间出现竞争，即种内竞争。不难相信，杂草种内竞争力越大，它们对作物产量的影响就越小。可见杂草同作物竞争时，最大作物产量损失率一方面受种间竞争的影响，同时还受种内竞争的影响，它们的关系可以表述为：，即种内竞争力为：。

4．2 模型的应用

在生产实践中，直接获得的资料总是一定杂草密度情况下的作物产量，而作物产量损失率只能间接地获取。为便于用模型直接预测不同杂草密度下的作物产量，在获取各参数后，我们还可以将模型写成：

式(2)中，y——存在杂草竞争时的作物产量；

y₀——无杂草竞争时的作物产量；

其他参数与式(1)相同。

用式(2)不仅可以求得杂草竞争情况下的作物产量，还能算出无杂草竞争时的作物产量。式(2)对野燕麦和猪殃殃分别危害青稞和小麦的预测结果表明，在已实测得某一杂草密度下的作物产量时，式(2)的确能较准确地预测不同杂草密度情况下的作物产量，其预测误差分别仅为每667m²18．6kg和15．3kg(表2－1)。

表2－1 式(2)预测野燕麦和猪殃殃竞争分别对每667m2青稞和小麦产量的影响

从上述模型的比较可以看出，当用数学回归方程描述杂草与作物的竞争时，回归方程的相关性只能说明方程中因变量和自变量间的相关性的真实性，而拟合度只能表明模拟的准确性。只有当各主要参数都具有明确、实际的生物学含义时，那些能够真实、准确反映因变量和自变量之间关系的回归方程才是生物学者所期望的模型，才能用于描述自然界的生物现象、探索生物规律。

模型具有较明确而实际的生物学意义。该模型不仅可用于描述多种杂草与多种作物间的竞争关系，预测不同杂草密度情况下的作物产量和产量损失率，还能通过杂草的种间竞争力预测一种杂草对作物的潜在危害性。