施肥模式對(duì)晚稻田雜草群落的影響

潘俊峰， 萬(wàn)開元， 李祖章， 陶 勇， 劉益仁， 劉 毅， 李志國(guó)，張過師,4， 陳 防,4*

(1 中國(guó)科學(xué)院武漢植物園，湖北武漢 430074； 2 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，安徽合肥 230036；3 江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 江西南昌 330200； 4 國(guó)際植物營(yíng)養(yǎng)研究所中國(guó)項(xiàng)目部， 湖北武漢 430074)

施肥模式對(duì)晚稻田雜草群落的影響

潘俊峰1,2， 萬(wàn)開元1， 李祖章3， 陶 勇1， 劉益仁3， 劉 毅1， 李志國(guó)1，張過師1,4， 陳 防1,4*

(1 中國(guó)科學(xué)院武漢植物園，湖北武漢 430074； 2 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，安徽合肥 230036；3 江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 江西南昌 330200； 4 國(guó)際植物營(yíng)養(yǎng)研究所中國(guó)項(xiàng)目部， 湖北武漢 430074)

【目的】長(zhǎng)期不合理施化肥對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響已經(jīng)引起學(xué)者和公眾的關(guān)注，有機(jī)肥的施用越來(lái)越受到重視。揭示有機(jī)肥對(duì)農(nóng)田雜草群落影響的機(jī)制、預(yù)測(cè)有機(jī)農(nóng)業(yè)環(huán)境下雜草群落的演替趨勢(shì)十分困難。本文對(duì)比研究不同施肥模式下農(nóng)田雜草的群落特征，探索晚稻田雜草群落結(jié)構(gòu)演變趨勢(shì)，以期為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中有機(jī)肥的合理施用和農(nóng)田生物多樣性保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。【方法】通過田間長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)，運(yùn)用群落生態(tài)學(xué)方法研究了晚稻種植季五種施肥處理區(qū)雜草群落的結(jié)構(gòu)特征及其生物多樣性。在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)設(shè)置5個(gè)面積為0.25 m2的樣方，記錄各樣方內(nèi)雜草物種種類、每個(gè)種類雜草的數(shù)量，調(diào)查雜草的蓋度與頻度；測(cè)定稻谷理論產(chǎn)量；使用照度計(jì)測(cè)量地表與水稻冠層頂部的光照強(qiáng)度，計(jì)算光照透過率；測(cè)定耕作層土壤的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。計(jì)算雜草的重要值，采用物種豐富度(S)和Shannon-Wiener指數(shù)(H)測(cè)定雜草群落的生物多樣性；以15個(gè)處理小區(qū)中的11種常見雜草的重要值構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣，應(yīng)用SPSS16.0軟件進(jìn)行主成分分析和典范對(duì)應(yīng)分析?！窘Y(jié)果】晚稻田不同施肥處理土壤養(yǎng)分以及光照透過率差異顯著，施有機(jī)肥的處理晚稻稻谷產(chǎn)量高于CK與NPK純化肥處理。CK處理區(qū)優(yōu)勢(shì)種為野荸薺-節(jié)節(jié)菜-異型莎草-鴨舌草，NPK處理區(qū)優(yōu)勢(shì)種為雙穗雀稗，NPK5/5和NPK3/7處理區(qū)優(yōu)勢(shì)種為雙穗雀稗-鴨舌草，NPK7/3處理區(qū)優(yōu)勢(shì)種為雙穗雀稗-鴨舌草-稗。主成分分析結(jié)果表明15個(gè)施肥處理小區(qū)的雜草群落可以分為三大類： 第一類是CK處理；第二類是NPK3/7處理；第三類是NPK、NPK5/5、NPK7/3 三個(gè)處理。主成分Factor 1與有機(jī)質(zhì)、堿解氮以及有效磷呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與光照透過率呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。典范對(duì)應(yīng)分析結(jié)果顯示，節(jié)節(jié)菜、野荸薺與牛毛氈比較適宜生長(zhǎng)在CK處理區(qū)，雙穗雀稗適宜在NPK7/3處理區(qū)生長(zhǎng)，鴨舌草、陌上菜以及四葉萍適宜生長(zhǎng)在NPK3/7處理區(qū)。有機(jī)肥處理區(qū)的物種豐富度與物種多樣性指數(shù)處于NPK與CK之間，且隨著有機(jī)肥比例的增加物種數(shù)增加。物種豐富度以及物種多樣性指數(shù)與有機(jī)質(zhì)、堿解氮以及有效磷呈極顯著正的“U型”相關(guān)(P<0.01)，與速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與群落光照條件呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)?！窘Y(jié)論】晚稻田雜草群落特征與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷含量以及地表光照透過率關(guān)系密切。均衡施用有機(jī)和無(wú)機(jī)肥可以顯著降低雜草群落的優(yōu)勢(shì)種數(shù)量，將雜草群落的優(yōu)勢(shì)種數(shù)量以及生物多樣性維持在不施肥與純施化肥處理區(qū)之間。因此，可以通過調(diào)整有機(jī)肥的施用量來(lái)調(diào)控農(nóng)田雜草生長(zhǎng)及群落特性，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田雜草的科學(xué)綜合管理。綜合考慮晚稻稻谷產(chǎn)量和雜草群落生物多樣性狀況，NPK3/7(化肥30%+有機(jī)肥70%)施肥模式既可以保證作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，也可以較好地維持雜草群落的生物多樣性。

有機(jī)肥； 雜草群落； 土壤養(yǎng)分； 生物多樣性

江西水稻種植面積340×104hm2，是我國(guó)重要的稻谷主產(chǎn)區(qū)之一。據(jù)中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒報(bào)道[1]，2012年江西省水稻產(chǎn)量為1950.1萬(wàn)噸。稻田雜草與作物競(jìng)爭(zhēng)光、熱、水、肥、空間等資源，是制約作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要因素[2-4]。雖然農(nóng)田雜草可以通過化學(xué)除草劑實(shí)施防控，但農(nóng)藥殘留現(xiàn)象日益突出、雜草抗藥性不斷增強(qiáng)[5]，已對(duì)農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)以及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生了不利影響[6]。而且，近年來(lái)有研究報(bào)道指出，雜草對(duì)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮和維持區(qū)域生態(tài)平衡等方面有著不可忽視的作用[7-9]。因此，在現(xiàn)代集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件下，如何科學(xué)實(shí)施稻田雜草防控，在達(dá)到水稻高產(chǎn)目標(biāo)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分—雜草的生物多樣性保護(hù)就成為必須解決的科學(xué)問題。

長(zhǎng)期不合理的化肥施用對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響已經(jīng)引起學(xué)者和公眾的關(guān)注，與此同時(shí)，秸稈還田、綠肥種植和有機(jī)肥施用等環(huán)境友好型作物生產(chǎn)技術(shù)正越來(lái)越受到重視[10]，這些措施可以明顯改善土壤理化性質(zhì)和農(nóng)田小氣候[11]，影響雜草與作物或雜草與雜草間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，進(jìn)而影響農(nóng)田雜草的生物多樣性[7,12]，對(duì)農(nóng)田雜草群落產(chǎn)生明顯影響[13]。有研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期秸稈還田和有機(jī)肥施用對(duì)冬閑田冬春季雜草群落的調(diào)控效應(yīng)顯著，而且效應(yīng)的強(qiáng)弱與施用時(shí)期和方式密切相關(guān)[10]；氮磷鉀與有機(jī)肥配施模式下種植綠肥能夠促進(jìn)冬季雜草生長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)春季雜草有明顯的抑制作用，雜草生物量顯著降低[14]；平衡施用氮、磷、鉀肥，并配合施用有機(jī)肥(豬糞和秸稈)，不僅有利于促進(jìn)作物的生長(zhǎng)，保持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中一定水平的雜草生物多樣性，也降低了某些優(yōu)勢(shì)雜草在群落中的優(yōu)勢(shì)地位[8]。

研究指出，平衡施用氮、磷、鉀肥料，并配合施用有機(jī)肥被認(rèn)為是科學(xué)合理的施肥方式，是兼顧田間雜草危害控制、作物產(chǎn)量提高和雜草物種多樣性保護(hù)的有效措施[8,15-16]。但是關(guān)于不同有機(jī)-無(wú)機(jī)肥配施比例下晚稻農(nóng)田雜草群落的研究鮮有報(bào)道。研究不同有機(jī)-無(wú)機(jī)肥配施比例下農(nóng)田雜草群落演變規(guī)律，對(duì)于揭示有機(jī)肥對(duì)農(nóng)田雜草群落的作用機(jī)制、科學(xué)預(yù)測(cè)現(xiàn)代有機(jī)農(nóng)業(yè)環(huán)境下雜草群落的演替，推薦合理的施肥模式具有極為重要的指導(dǎo)意義。為此，本研究選擇以江西省農(nóng)田土壤肥力長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)田晚稻種植季的雜草群落為對(duì)象，對(duì)比研究不同施肥模式，尤其是關(guān)注有機(jī)-無(wú)機(jī)肥不同配施比例下農(nóng)田雜草群落特征，以明確晚稻田雜草群落結(jié)構(gòu)演變趨勢(shì)，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有機(jī)肥的合理施用和農(nóng)田生物多樣性的保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江西省南昌縣江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場(chǎng)，田間試驗(yàn)布設(shè)在農(nóng)田土壤肥力長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)點(diǎn)。該地處于中亞熱帶，年平均氣溫17.5 ℃，≥10 ℃積溫5400 ℃，年降水量1600 mm，年蒸發(fā)量1800 mm，無(wú)霜期約280 d。試驗(yàn)自1984年早稻開始，采用早稻—晚稻連作后冬季休閑的種植制度。供試土壤為第四紀(jì)亞紅粘土(即蓮塘層)母質(zhì)上發(fā)育的中潴黃泥田，土壤肥力中等偏下，缺鉀比較嚴(yán)重。試驗(yàn)開始前耕層(0—20 cm)土壤有機(jī)質(zhì)含量25.6 g/kg，全氮1.36 g/kg，堿解氮81.6 mg/kg，全磷0.49 g/kg，有效磷20.8 mg/kg，緩效鉀240 mg/kg，速效鉀35.0 mg/kg；pH為6.50，

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理： 1)不施肥(CK)；2)化肥30%+有機(jī)肥70%(NPK3/7)；3)化肥50%+有機(jī)肥50%(NPK5/5)；4)化肥70%+有機(jī)肥30%(NPK7/3)；5)氮磷鉀化肥(NPK)，其中，處理2、3、4與處理5的養(yǎng)分量相等。早稻施N 150 kg/hm2、P2O560 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，晚稻施N 180 kg/hm2、P2O560 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2。氮肥用尿素(含N 46%)，磷肥用過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥用氯化鉀(含K2O 60%)；早稻種植季有機(jī)肥采用紫云英，其養(yǎng)分含量按照N 0.30%、P2O50.08%、K2O 0.23%計(jì)算；晚稻種植季采用鮮豬糞，其養(yǎng)分含量按照N 0.45%、P2O50.19%、K2O 0.35%計(jì)算，具體施肥量詳見表1。其中，磷肥和有機(jī)肥全部作基肥；氮肥50%作基肥，25%在分蘗期、25%在幼穗分化期追施；鉀肥全作追肥，其中50%在分蘗期、50%在幼穗分化期追施。試驗(yàn)小區(qū)面積33.3 m2，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)期間分別在早稻季和晚稻季水稻幼苗期人工除草一次。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

雜草調(diào)查工作于2009年9月下旬開始， 此時(shí)雜草處于花果期，水稻處于灌漿期。每小區(qū)隨機(jī)設(shè)置5個(gè)樣方，每個(gè)樣方面積為0.25 m2(0.5 m×0.5 m)。記錄各樣方內(nèi)所有的雜草物種種類、每個(gè)種類雜草數(shù)量，調(diào)查雜草的蓋度與頻度；同時(shí)，記錄樣方內(nèi)水稻穴數(shù)、有效穗數(shù)，并隨機(jī)選取有代表性的晚稻植株5 株帶回實(shí)驗(yàn)室考種，計(jì)算稻谷理論產(chǎn)量。使用照度計(jì)(型號(hào)T-1H)測(cè)定地表與水稻冠層頂部的光照強(qiáng)度，計(jì)算光照透過率。

采集耕層(0—20 cm)土壤樣品，在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)風(fēng)干、過篩備用。土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法；堿解氮采用NaOH浸提—H2SO4滴定法；有效磷采用Olsen法；速效鉀采用1 mol/L的醋酸銨溶液浸提—火焰光度計(jì)法測(cè)定[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)各樣點(diǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)按照下列公式計(jì)算不同雜草的重要值IV：

IV=(RC+RA+RF)/3

[1][18]

式中： RC表示相對(duì)蓋度，即某雜草的蓋度占樣方中所有雜草蓋度的比例；RA表示相對(duì)多度，即指某雜草的多度占樣方中所有雜草多度的比例；RF為相對(duì)頻度，指某雜草的頻度占所有雜草頻度的比例。

雜草的生物多樣性采用物種豐富度S (即樣方中包含的所有雜草種類數(shù))和物種多樣性指數(shù)H(即田間雜草物種豐富度和物種均勻度的綜合量的Shannon-Wiener指數(shù) H)表示。

H = -∑Pi·lnPi

[2][19]

式中：Pi=Ni/N，Ni為樣方中第i物種的個(gè)體數(shù)，N為樣方總個(gè)體數(shù)。

以15個(gè)處理小區(qū)中的11種常見雜草的重要值構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣，應(yīng)用SPSS 16.0軟件進(jìn)行主成分分析，以分析所得的前兩個(gè)主分量及其特征值計(jì)算15個(gè)小區(qū)的前兩個(gè)主向量，以此作15個(gè)施肥處理小區(qū)的散點(diǎn)圖[20]。以5種處理土壤中的11種常見雜草的重要值構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣，應(yīng)用SPSS16.0軟件進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析，以每種雜草的前兩個(gè)主分量作雜草的二維散點(diǎn)圖，并在圖上標(biāo)出5個(gè)施肥處理的中心位置，連接原點(diǎn)與雜草位置成一直線，用這些點(diǎn)和直線來(lái)表示雜草與施肥處理之間的關(guān)系： 雜草與某施肥處理的中心點(diǎn)越靠近，且直線越長(zhǎng)，則表示這種雜草越適宜在這種施肥處理下生長(zhǎng)[21]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 16.0進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 晚稻田雜草的生長(zhǎng)環(huán)境與產(chǎn)量

從表2可以看出，晚稻田的不同施肥處理土壤養(yǎng)分以及光照透過率差異顯著。土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮以及有效磷含量的變化趨勢(shì)一致， CK處理區(qū)顯著低于其他處理區(qū)(P<0.05)，NPK3/7處理顯著高于其他處理 (P<0.05)，有機(jī)肥處理區(qū)顯著高于CK與NPK純化肥處理區(qū) (P<0.05)，且隨著有機(jī)肥比例的增加，有機(jī)質(zhì)含量呈增加的趨勢(shì)。土壤速效鉀含量CK處理區(qū)顯著低于其他處理區(qū)(P<0.05) ，NPK純化肥處理區(qū)顯著高于其他處理區(qū) (P<0.05)，施有機(jī)肥處理的速效鉀含量處于CK與NPK純化肥處理區(qū)之間。光照透過率在CK處理區(qū)顯著大于其他處理區(qū) (P<0.05)，NPK處理區(qū)顯著低于其他處理 (P<0.05)，施有機(jī)肥處理區(qū)處于CK與NPK純化肥處理區(qū)之間，NPK3/7與NPK7/3處理顯著低于NPK5/5處理 (P<0.05)。晚稻稻谷產(chǎn)量在NPK7/3處理顯著高于其他處理(P<0.05)，CK處理顯著低于其他處理 (P<0.05)，施有機(jī)肥處理區(qū)高于CK與NPK純化肥處理區(qū)。

2.2 晚稻田雜草群落的物種組成

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different small letters in same column mean significant at the 5% level.

不同施肥處理間的雜草群落優(yōu)勢(shì)種組成差異明顯。在CK處理區(qū)以野荸薺-節(jié)節(jié)菜-異型莎草-鴨舌草為優(yōu)勢(shì)種，在NPK純化肥處理區(qū)以雙穗雀稗占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，在NPK5/5和NPK3/7處理區(qū)雙穗雀稗-鴨舌草為優(yōu)勢(shì)種組成，NPK7/3處理區(qū)優(yōu)勢(shì)種組成為雙穗雀稗-鴨舌草-稗?？梢钥闯?，與CK處理比較，施肥降低了雜草群落的優(yōu)勢(shì)種數(shù)，尤其是NPK純化肥處理區(qū)優(yōu)勢(shì)種結(jié)構(gòu)單一，而配施有機(jī)肥的優(yōu)勢(shì)種數(shù)維持在CK與NPK處理區(qū)之間。

2.3 主成分分析與典范對(duì)應(yīng)分析結(jié)果

以15個(gè)處理小區(qū)中的11種常見雜草的重要值構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行主成分分析，15個(gè)處理小區(qū)雜草群落的Factor 1與Factor 2的方差累積為69.88%(圖 1)。15個(gè)施肥處理小區(qū)的雜草群落可以分為三大類： 第一類是CK處理的3個(gè)小區(qū)，主要集中在Factor 2的右側(cè)；第二類是NPK3/7處理的3個(gè)小區(qū)，主要集中在第二象限；第三類是NPK、NPK5/5、NPK7/3 三個(gè)處理九個(gè)小區(qū)，主要集中在第三象限。主成分Factor 1與有機(jī)質(zhì)、堿解氮以及有效磷呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與光照透過率呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)(圖 2)，F(xiàn)actor 2與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀以及光照透過率均無(wú)顯著相關(guān)性。結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷以及光照透過率影響雜草群落的物種組成。

以15個(gè)處理小區(qū)中的11種常見雜草的重要值構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析，15個(gè)處理小區(qū)雜草群落的Factor 1與Factor 2的方差累積為86.06%(圖 3)，比較每種雜草與施肥處理的直線距離。結(jié)果顯示： NPK5/5與NPK3/7處理的雜草群落聯(lián)系緊密，分別與CK、NPK以及NPK7/3等三個(gè)處理獨(dú)立分布在不同象限。其中，節(jié)節(jié)菜、野荸薺與牛毛氈比較適宜生長(zhǎng)在CK處理區(qū)，雙穗雀稗適宜在NPK7/3處理區(qū)生長(zhǎng)，鴨舌草、陌上菜以及四葉萍適宜生長(zhǎng)在NPK3/7處理區(qū)。

續(xù)表3 Table 3 Continuous

注(Note): “/”表示雜草在處理區(qū)沒有出現(xiàn) “/” indicates the weed species was not found in the plot. 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different small letters in same column mean significant at the 5% level.

2.4 雜草群落的生物多樣性

由表4可以看出，不同施肥處理間雜草群落的生物多樣性指數(shù)差異明顯。從雜草種類(物種豐富度S)水平上看，CK處理區(qū)顯著高于其他施肥處理區(qū)(P<0.05)，NPK處理區(qū)最低，有機(jī)肥處理區(qū)處于NPK與CK之間，且隨著有機(jī)肥比例的增加物種數(shù)增加；從物種多樣性指數(shù)(H)上看，CK處理顯著高于其他施肥處理(P<0.05)，NPK處理顯著低于其他施肥處理(P<0.05)，有機(jī)肥處理處于NPK與CK之間，且隨著有機(jī)肥比例的增加而增加。

生物多樣性指數(shù)與土壤養(yǎng)分、田間光照透過率的相關(guān)性分析(圖4、圖5)結(jié)果表明，物種豐富度與有機(jī)質(zhì)、堿解氮以及有效磷呈極顯著的正“U型”相關(guān)(P<0.01)，與速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與群落光照條件極顯著正相關(guān)(P<0.01)。物種多樣性指數(shù)與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷呈極顯著正“U型”相關(guān)(P<0.01)，與速效鉀極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與群落光照條件極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

在航攝儀正上方安裝機(jī)載雙頻GPS接收天線，減少了航攝平臺(tái)受到姿態(tài)影響、氣流影響。以IGS星歷（17h后）進(jìn)行GPS精密單點(diǎn)定位，經(jīng)UTM投影后，得出攝站平面坐標(biāo)（X，Y），采用GPS大地高程完成攝站Z坐標(biāo)的確定，完成攝站三維空間坐標(biāo)的確定，同時(shí)，將得到的坐標(biāo)與像點(diǎn)坐標(biāo)作聯(lián)合平差處理，從而避免了以往較為煩瑣的變換過程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)GPS攝站的定位技術(shù)的簡(jiǎn)化。

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different small letters in same column mean significant at the 5% level.

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)均衡施肥可顯著降低水田雜草群落的優(yōu)勢(shì)種數(shù)量和雜草物種數(shù)，這與作者在旱地小麥田的研究結(jié)果一致[22]。土壤養(yǎng)分以及光照狀況的改變必然影響雜草的生長(zhǎng)[23]。而均衡施肥又可以改善土壤養(yǎng)分條件，增強(qiáng)水稻對(duì)雜草的競(jìng)爭(zhēng)能力，降低田間光照透過率，限制雜草的生長(zhǎng)。NPK純化肥處理區(qū)優(yōu)勢(shì)種結(jié)構(gòu)單一，雜草物種數(shù)明顯低于其他施肥處理。推測(cè)該施肥處理可能對(duì)禾本科植物生長(zhǎng)具有很強(qiáng)的促進(jìn)作用，既提高水稻對(duì)雜草的競(jìng)爭(zhēng)能力，也對(duì)禾本科雜草雙穗雀稗的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，影響其他種類雜草的生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致NPK純化肥處理區(qū)田間雜草優(yōu)勢(shì)物種組成的單一化和雜草物種數(shù)的降低。長(zhǎng)期有機(jī)-無(wú)機(jī)配施處理區(qū)的優(yōu)勢(shì)種數(shù)和雜草物種數(shù)維持在CK與NPK處理區(qū)之間。雜草物種數(shù)與速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)(圖 4)，與群落光照條件呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)(圖 5)，而該類處理區(qū)土壤速效鉀含量與光照透過率均處于CK與NPK處理區(qū)之間，從而導(dǎo)致有機(jī)-無(wú)機(jī)配施處理區(qū)雜草物種數(shù)處于CK與NPK處理區(qū)之間。光照狀況又是限制雜草生長(zhǎng)的重要因子[23]，長(zhǎng)期有機(jī)-無(wú)機(jī)配施處理區(qū)光照透過率顯著高于NPK純化肥處理區(qū)(P<0.05)，是促進(jìn)雜草群落物種多元化組成的重要原因。

生物多樣性指數(shù)(物種豐富度、物種多樣性指數(shù))與有機(jī)質(zhì)、堿解氮以及有效磷呈極顯著正“U型”相關(guān)(P<0.01)，即在有機(jī)質(zhì)含量為20_40 g/kg，堿解氮含量為80_180 mg/kg，有效磷含量為0_100 mg/kg范圍時(shí)，低養(yǎng)分或者高養(yǎng)分狀況均會(huì)提高雜草群落的生物多樣性。在低養(yǎng)分條件的CK處理區(qū)，水稻生長(zhǎng)受抑制，田間光照透過率較高，而可以適應(yīng)低養(yǎng)分條件的雜草卻生長(zhǎng)較好，導(dǎo)致雜草物種數(shù)和物種多樣性指數(shù)相對(duì)較高。在高養(yǎng)分條件的有機(jī)-無(wú)機(jī)配施處理區(qū)，田間光照透過率低于CK處理區(qū)，造成物種數(shù)低于CK處理區(qū)，但該類處理區(qū)的養(yǎng)分狀況明顯較好于CK處理區(qū)，各物種雜草分布相對(duì)較為均勻，導(dǎo)致物種多樣性指數(shù)升高。處于中等養(yǎng)分條件的是純化肥處理區(qū)，水稻生長(zhǎng)旺盛，田間光照透過率顯著低于其他施肥處理區(qū)，只有對(duì)低光照條件有著較強(qiáng)適應(yīng)能力的雜草物種才可以生長(zhǎng)較好，造成雜草物種數(shù)相對(duì)較低，雜草群落分布不均勻，導(dǎo)致雜草群落多樣性指數(shù)相對(duì)較低。

本研究發(fā)現(xiàn)莎草科野荸薺和牛毛氈比較適宜生長(zhǎng)在不施肥處理區(qū)，這與李儒海等[8]、程傳鵬等[16]研究結(jié)果一致。他們認(rèn)為莎草科的某些雜草可以很好地適應(yīng)長(zhǎng)期低養(yǎng)分條件。然而，筆者認(rèn)為該現(xiàn)象的產(chǎn)生不僅僅是因?yàn)殡s草自身可以很好地適應(yīng)長(zhǎng)期低養(yǎng)分條件，而且可能與其所在的環(huán)境也關(guān)系密切。雜草的生長(zhǎng)不僅與土壤養(yǎng)分含量相關(guān)，而且田間地面小環(huán)境(如光照條件、土壤微生物等)也影響雜草的生長(zhǎng)。莎草科野荸薺與牛毛氈等比較適宜生長(zhǎng)在不施肥處理區(qū)，可能是其在稻田生境中能很好地適應(yīng)長(zhǎng)期低養(yǎng)分條件；也可能是野荸薺與牛毛氈較其他雜草更需要較好的光照條件，或者土壤微生物的影響等等。因此，需要進(jìn)一步的試驗(yàn)來(lái)解釋雜草的這種適應(yīng)性。

以往多數(shù)學(xué)者關(guān)注研究肥料種類對(duì)雜草群落的影響[2,8,24]，很少涉及有機(jī)肥施用比例的作用，只有尹力初等[23]比較了兩個(gè)有機(jī)肥施用水平對(duì)雜草群落的影響，他們的研究表明，在全施有機(jī)肥的處理區(qū)雜草群落生物多樣性高于有機(jī)肥和化肥各占一半的施肥處理區(qū)。本研究首次發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期均衡施肥模式下雜草群落物種多樣性隨著有機(jī)肥比例的增加而增加的趨勢(shì)。筆者分析認(rèn)為，一方面隨著化肥施用比例的下降，土壤養(yǎng)分對(duì)當(dāng)季水稻的促進(jìn)作用也呈下降的趨勢(shì)(表2)，在一定程度上水稻對(duì)雜草的競(jìng)爭(zhēng)能力也呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，較多種類的雜草種子就有機(jī)會(huì)萌發(fā)、生長(zhǎng)，最終形成多樣化的雜草群落。另一方面，隨著有機(jī)肥比例的增加土壤有機(jī)質(zhì)含量也呈增高的趨勢(shì)。而土壤有機(jī)質(zhì)不僅可以改善土壤物理性質(zhì)，提升土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，還可以增加土壤微生物量與活性[16]。從這個(gè)角度看，或許土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加可以提高雜草的競(jìng)爭(zhēng)能力，導(dǎo)致隨著有機(jī)肥比例的增加而雜草群落生物多樣性呈增加趨勢(shì)的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

長(zhǎng)期不同有機(jī)肥料及氮磷鉀肥搭配的施肥模式可以顯著影響晚稻田雜草群落的物種組成，雜草群落特征與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷含量以及地表光照透過率關(guān)系密切。與不施肥的處理相比，均衡施用有機(jī)和化肥可以顯著降低雜草群落的優(yōu)勢(shì)種數(shù)量，將雜草群落的優(yōu)勢(shì)種數(shù)量以及生物多樣性維持在不施肥與純化肥處理區(qū)之間。因此，本研究認(rèn)為可以通過調(diào)整有機(jī)肥的施用量來(lái)調(diào)控農(nóng)田雜草生長(zhǎng)及群落特性，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田雜草的科學(xué)綜合管理。綜合考慮晚稻稻谷產(chǎn)量和雜草群落生物多樣性狀況，本研究認(rèn)為NPK3/7(化肥30%+有機(jī)肥70%)的施肥模式既可以保證作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，也可以較好地維持雜草群落的生物多樣性。

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Effect of fertilization patterns on weed community in late rice fields

PAN Jun-feng1,2, WAN Kai-yuan1, LI Zu-zhang3, TAO Yong1, LIU Yi-ren3, LIU Yi1, LI Zhi-guo1,ZHANG Guo-shi1,4, CHEN Fang1,4*

(1WuhanBotanicalGarden,ChineseAcademicofSciences,Wuhan430074,China; 2AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei230036,China; 3JiangxiAcademyofAgriculturalSciences,Nanchang330200,China; 4ChinaProgramofInternationalPlantNutritionInstitute,Wuhan430074,China)

【Objectives】 Effect of long-term and unreasonable chemical fertilization on ecological environment has attracted attention of scholars and the public, and application of organic fertilizer is paid more and more attention. It is difficult to reveal mechanism of organic fertilization on weed communities and forecast evolution trend of weed communities under organic farming environment. This paper was to study weed communities under different fertilization patterns in farmlands, and explore evolution trend of weed community structure in late rice fields. 【Methods】 The weed community structure features and biodiversity of five fertilization treatments in late rice growing season were studied by using the method of community ecology based on a long-term fertilization field experiment. Five quadrats each with 0.25 m2area were set in each plot for sampling and investigation, and weed species, numbers, coverage and frequency in the quadrats were recorded and the rice yields were measured. Digital light meters were placed on the soil surface and top of the crop canopy. Soil samples were taken in each plot to analyze organic matter, available N, P and K. The importance values of each weed species in each plot were calculated, and the biodiversity of weeds was measured with the species richness S and Shannon-Wiener index H. Importance values of 11 common weed species in 15 plots were used as original matrix for principal components analysis and canonical correspondence analysis(CCA) by SPSS16.0. 【Results】 There are significant differences of soil nutrients and light transmittance in late rice fields under the different fertilization patterns. The rice yields in the treatments of combined application of organic manure and chemical fertilizers are higher than those in other treatments.Heleocharisplantagineiformis,Rotalaindica,CyperusdifformisandMonochoriavaginalisare dominant weed species in the CK treatment.Paspalumpaspaloidesis dominant weed species in the NPK treatment. The weed species in the NPK5/5 and NPK3/7 treatments are dominated byPaspalumpaspaloidesandCyperusdifformis.Paspalumpaspaloides,CyperusdifformisandEchinochloacrusgalliare dominant weed species in the NPK7/3 treatment. The result of PCA indicates that the 15 weed communities can be divided into three patterns: pattern 1 includes the CK treatment, pattern 2 includes the NPK3/7 fertilization treatment, and pattern 3 includes the NPK, NPK5/5 and NPK7/3 fertilization treatments. The principal component 1 is significantly and negatively correlated with organic matter, available N and P (P<0.01), but is significantly and positively correlated with light transmittance (P< 0.01). The result of CCA indicates thatHeleocharisplantagineiformis,RotalaindicaandHeleocharisyokoscensisare adapted to the CK treatment,Paspalumpaspaloidesis adapt to the NPK7/3 treatment, andMonochoriavaginalis,LinderniaprocumbensandMarsileaquadrifoliaare adapt to the NPK3/7 treatment. The number of dominant species and biodiversity in the treatments that combined use organic manure and chemical fertilizers were between that in the CK and NPK treatments. There is a trend that the biodiversity is increased with the increase of organic manure proportion. The biodiversity indices of weed community are significant upward parabola correlative with organic matter and available N and P (P<0.01), whereas are negatively correlated with available K (P<0.05) and significantly and positively correlated with transmittance (P<0.01). 【Conclusions】The weed community features are closely related to the contents of soil organic matter, available N, available P and light transmittance. Balanced fertilization significantly reduces the number of dominant weed species. The treatments that combined use organic manure and chemical fertilizers maintain the number of dominant species and biodiversity between the CK and NPK treatments. These results show that the weed community could be regulated by adjusting the application rate of organic manure for realizing the integrated weed management. Considering both the yield of late rice and biodiversity of weed community, the NPK3/7 treatment (chemical fertilizer 30% + organic manure 70%) is not only beneficial to obtain high yield, but also shows an advantage for keeping weed biodiversity.

organic manure; weed community; soil nutrient; biodiversity

2013-12-31 接受日期： 2014-06-27

國(guó)際植物營(yíng)養(yǎng)研究所資助項(xiàng)目(IPNI-HB-34)； 濕地演化與生態(tài)恢復(fù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題資助。

潘俊峰(1986—)， 男， 安徽黃山人， 碩士， 助理研究員， 主要從事植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)與農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)方面的研究。 E-mail: panjfaau@163.com。 * 通信作者 E-mail: fchen@ipni.ac.cn

S154.1； S315

A

1008-505X(2015)01-0200-11