豆麥輪作模式下保護性耕作對冬小麥田雜草群落的影響

孫華尊　李友軍　黃明　等

摘要：為了揭示保護性耕作措施下農田雜草群落的變化規(guī)律，采用田間定位試驗，運用群落生態(tài)學方法研究了豆麥輪作模式下傳統(tǒng)耕作、傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋、旋耕+秸稈覆蓋、免耕+秸稈覆蓋和深松+秸稈覆蓋5種耕作方式對冬小麥田雜草種類、密度、群落結構及其物種多樣性的影響。結果表明：與傳統(tǒng)耕作相比，保護性耕作的雜草種類和總密度顯著增加，澤漆密度顯著降低，豬殃殃為不同耕作處理區(qū)的偶見雜草，薺菜和婆婆納僅在免耕+秸稈覆蓋和深松+秸稈覆蓋處理出現(xiàn)。保護性耕作顯著降低了播娘蒿的綜合優(yōu)勢度比，傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋處理顯著提高了澤漆的綜合優(yōu)勢度比，旋耕+秸稈覆蓋處理的夏至草綜合優(yōu)勢度比顯著高于其他處理。保護性耕作顯著提高了雜草的物種豐富度和物種多樣性，免耕+秸稈覆蓋處理的物種多樣性最大，保護性耕作的群落優(yōu)勢度有明顯降低的趨勢，傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋處理的群落優(yōu)勢度最低，均勻度最高。

關鍵詞：保護性耕作；冬小麥；雜草群落；物種多樣性；豆麥輪作模式

中圖分類號： S451文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）01-0155-03

收稿日期：2014-03-26

基金項目：河南省科技攻關項目（編號：102102110030）；河南省洛陽市科技攻關項目（編號：1001041A）。

作者簡介：孫華尊（1989—），女，河南唐河人，碩士研究生，從事作物高產優(yōu)質栽培理論與技術研究。E-mail：shz201120@163.com。

通信作者：李友軍，博士，教授，主要從事旱地農業(yè)與作物高產栽培理論與技術研究。E-mail：kdlyj@sina.com。小麥是我國的主要糧食作物，提高其產量和改善其品質對提高人民生活水平具有重要意義。冬小麥是豫西地區(qū)旱作區(qū)的主要糧食作物，以鏵式犁翻耕是該區(qū)傳統(tǒng)的土壤耕作方式。目前生產中存在土壤營養(yǎng)物質消耗、水土流失加劇、生產成本提高、秸稈焚燒污染及生態(tài)環(huán)境惡化等問題，因此，研究和推廣用、養(yǎng)、保型保護性耕作技術[1-2]對我國生態(tài)環(huán)境的改善和農業(yè)可持續(xù)意義重大。但保護性耕作措施由于秸稈直接還田，易引發(fā)農田病蟲草害的發(fā)生，從而影響作物最終產量，進而影響保護性耕作的推廣[3]。秸稈覆蓋還田不僅能減少土壤水分蒸發(fā)、提高濕度、增加土壤養(yǎng)分而促進雜草生長，又能影響雜草幼苗采光而對雜草進行抑制[4-5]。農田雜草是農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要部分，保持一定的生物多樣性對維護生態(tài)系統(tǒng)平衡和保持農田可持續(xù)利用具有重要作用[6-8]，因此，雜草的合理控制問題成為世界各國亟待解決的重大難題。

目前，國外學者圍繞農田雜草群體動態(tài)特征及其影響因素展開了大量研究[9-10]，國內主要研究了施肥方式[11-12]、養(yǎng)分管理[13]、耕作方式和秸稈還田[14-17]等措施對農田雜草群落特征及生物多樣性的影響，且集中研究了西北干旱區(qū)和黃淮海地區(qū)耕作方式對農田雜草群落及生物多樣性的影響，有關豫西旱作雨養(yǎng)區(qū)豆麥輪作模式下保護性耕作對冬小麥田雜草群落影響的研究鮮有報道。因此，本研究在豫西旱作雨養(yǎng)區(qū)設置田間定位試驗，重點研究了豆麥輪作模式下保護性耕作對冬小麥田雜草群落結構及生物多樣性的影響，旨在為豫西旱作區(qū)小麥田雜草的綜合治理、農田生物多樣性的保持以及保護性耕作技術的推廣提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗設計

試驗于2012—2013年在河南科技大學試驗農場進行，冬小麥與夏大豆輪作，土壤為壤土。供試冬小麥品種為洛旱6號（由育種單位洛陽市農業(yè)科學院提供）。采取隨機區(qū)組設計，設傳統(tǒng)耕作模式（CT）、傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋（CTS）、旋耕+秸稈覆蓋（RTS）、免耕+秸稈覆蓋（NTS）、深松+秸稈覆蓋（STS）5個處理，各處理耕作模式見表1。每處理小區(qū)面積為60 m2 （20 m×3 m），3次重復。各處理肥料施用量均為135 kg/hm2純N 、90 kg/hm2 P2O5 、75 kg/hm2 K2O ，所有肥料全部底施。基本苗300萬株/hm2，生育期不進行人為灌溉。

1.2雜草調查方法

雜草多樣性調查在2013年小麥拔節(jié)期進行（此時雜草處于花果期）。每小區(qū)隨機5點取樣，每樣方面積1 m2，計算各樣方內的雜草數(shù)量和種類，同時調查每種雜草的蓋度，并稱量地上部鮮質量。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

雜草密度為每1 m2的雜草株（分蘗）數(shù)；物種豐富度（S）：樣方中包含的所有雜草種類數(shù)；綜合優(yōu)勢度比（SDR）：SDR=（RD+RC+RF+RW）/4，式中，RD、RC、RF、RW分別為相對密度、相對蓋度、相對頻度、相對鮮質量[18]。物種多樣性用Shannon-Wiener指數(shù)（H）測度，H =-∑PilnPi，式中，Pi=Ni/N，Ni為樣方中第i個物種的個體數(shù)，N為樣方中物種總個體數(shù)；群落優(yōu)勢度用Simpson指數(shù)（D）測度，D=∑P2i；群落均勻度用Pielou均勻度指數(shù)（J）測度，J=H/lnS[19]；群落相似性用Sorenson 指數(shù)（Cs）測度，Cs=2j/（a+b），式中，j為群落A和群落B所共有的物種數(shù)，a、b分別為群落A和群落B的所有物種數(shù)[20]。

采用Excel 2003和SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進行處理及統(tǒng)計分析。表1不同處理耕作模式

代碼處理操作方法CT傳統(tǒng)耕作前茬大豆收獲時保留5 cm左右殘茬，施肥后翻地30 cm左右，耙磨后當天播種，秸稈不還田CTS傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋前茬大豆收獲時保留5 cm左右殘茬，施肥后翻地30 cm左右，耙磨后當天播種，后將粉碎的豆稈對應均勻[3]覆蓋于原小區(qū)RTS旋耕+秸稈覆蓋前茬大豆收獲時保留5 cm左右殘茬，施肥后旋耕15 cm左右，當天播種，后將粉碎的豆稈對應均勻覆蓋于[3]原小區(qū)NTS免耕+秸稈覆蓋前茬大豆收獲時保留5 cm左右殘茬，免耕播種機施肥和播種，將粉碎的豆稈對應均勻覆蓋于原小區(qū)STS深松+秸稈覆蓋前茬大豆收獲時保留5 cm左右殘茬，深松播種機施肥播種，將粉碎的豆稈對應均勻覆蓋于原小區(qū)

2結果與分析

2.1保護性耕作對冬小麥田雜草密度和種類的影響

由表2可以看出，試驗區(qū)小麥田共發(fā)現(xiàn)6種雜草，分屬5個科，十字花科有2種，大戟科1種，唇形科1種，茜草科1種，玄參科1種。傳統(tǒng)耕作處理雜草種類最少，僅發(fā)現(xiàn)3種，而保護性耕作的雜草種類明顯增多，其中NTS和STS種類最多，發(fā)現(xiàn)6種。不同耕作方式對小麥田雜草密度有明顯影響，與CT相比，CTS和RTS處理的雜草總密度顯著降低，而NTS和STS處理的雜草總密度顯著增加；播娘蒿在各處理區(qū)的密度均較大，其中NTS處理的播娘蒿密度最大，為試驗區(qū)小麥田的優(yōu)勢種；保護性耕作處理的澤漆密度顯著降低，但夏至草密度明顯增加；豬殃殃密度較小，密度由大到小依次表現(xiàn)為STS>NTS>RTS>CTS，為不同處理區(qū)的偶見雜草；薺菜為NTS和STS處理下的偶見雜草；STS處理的婆婆納密度、夏至草密度和雜草總密度最大，與其他處理差異顯著。

表2不同耕作處理下雜草的種類及密度

項目雜草密度 （株/m2）CTCTSRTSNTSSTS播娘蒿19.80c10.27d12.93d38.67a29.88b澤漆8.60a5.33b2.80c0.93d0.47d夏至草0.20c0.60bc1.20b1.00bc2.06a豬殃殃 0.47c0.93bc1.35ab1.62a薺菜2.63a1.02a婆婆納14.33b88.85a總密度28.60c16.67d17.87d58.92b103.91a注：同行數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著（P<005）；空白表示調查中沒發(fā)現(xiàn)該雜草。

2.2保護性耕作對冬小麥田雜草群落結構的影響

不同耕作方式處理下小麥田雜草群落的物種組成略有不同（表3）。CT、CTS處理的雜草群落組成為播娘蒿+澤漆，其中播娘蒿的綜合優(yōu)勢度比均最大，為優(yōu)勢種，澤漆為常見種，CTS顯著增加了澤漆的綜合優(yōu)勢度比，降低了播娘蒿的綜合優(yōu)勢度比；RTS處理的雜草群落組成為播娘蒿+澤漆+夏至草，其中播娘蒿的綜合優(yōu)勢度比最大，為該群落優(yōu)勢種，澤漆和夏至草為常見種，與CT相比，RTS處理的播娘蒿和澤漆的綜合優(yōu)勢度比顯著降低，夏至草綜合優(yōu)勢度比顯著增加；NTS和STS處理的雜草群落組成為播娘蒿+婆婆納，其中播娘蒿和婆婆納的綜合優(yōu)勢度比均較大，為優(yōu)勢種，與CT相比，播娘蒿和澤漆的綜合優(yōu)勢度比顯著降低。因此，秸稈覆蓋的耕作處理顯著降低了播娘蒿的綜合優(yōu)勢度比。

2.3保護性耕作對冬小麥田雜草群落生物多樣性的影響

從表4可以看出，5種耕作方式下小麥田雜草群落生物

表3不同耕作處理下雜草的綜合優(yōu)勢度比

表4不同耕作處理下雜草群落的生物多樣性指數(shù)

3討論與結論

雜草作為農田生態(tài)系統(tǒng)的重要成分之一，與作物競爭光照、養(yǎng)分及水分等資源，從而影響作物的最終產量[6]。耕作方式的變化常導致農田雜草群落結構發(fā)生變化[21]。Légère等研究表明，耕作措施顯著影響到雜草群落的組成[22]。李昌新等通過長期定位試驗得出，秸稈冬季覆蓋還田對雜草起到一定的抑制作用，稻田雜草的生物量、密度顯著降低[23]。方日堯等發(fā)現(xiàn)，深松覆蓋有效地控制了小麥田雜草的孳生[24]。陳慶華等研究指出，覆蓋5 000 kg/hm2稻草的免耕處理可以有效地控制雜草的發(fā)生[25]。本研究發(fā)現(xiàn)，與CT相比，保護性耕作顯著提高了雜草的種類和總密度；RTS使夏至草的優(yōu)勢地位發(fā)生改變；NTS和STS顯著降低了澤漆的密度和綜合優(yōu)勢度比，改變了澤漆的優(yōu)勢地位，加大了夏至草的發(fā)生，且有利于玄參科婆婆納的孳生。其原因可能與各雜草的生長習性[6]有關，也可能是因為耕作方式與秸稈覆蓋影響了雜草種子在土壤中的垂直分布[26-27]，從而影響其萌發(fā)和生長。

雜草的生物多樣性受生態(tài)環(huán)境、土壤養(yǎng)分及水分等狀況的影響[24]。不同的耕作方式與秸稈覆蓋處理導致雜草生長的外部環(huán)境發(fā)生改變，造成土壤的干擾程度和水肥條件不同[27-28]，從而使雜草群落物種多樣性、群落優(yōu)勢度和均勻度發(fā)生變化。物種多樣性、群落優(yōu)勢度和均勻度是衡量群落穩(wěn)定性的重要尺度，物種多樣性及群落均勻度的參數(shù)值越大，群落優(yōu)勢度越小，群落的穩(wěn)定性越高[15，29]。高宗軍等研究指出，與旋耕相比，免耕與免耕覆蓋增加了黃淮海地區(qū)麥田雜草的種類，使薺菜的優(yōu)勢地位發(fā)生顯著改變，顯著影響了雜草的生物多樣性[15]。韓惠芳等研究表明，秸稈全量還田的保護性耕作提高了玉米田雜草群落的物種豐富度、均勻度及物種多樣性，其中免耕秸稈還田顯著增加了雜草的數(shù)量[30]。趙森霖等通過長期定位試驗研究得出，保護性耕作實施多年后農田雜草群落逐步向穩(wěn)定的傳統(tǒng)耕作雜草群落演替[14]。本研究結果表明，保護性耕作顯著提高了雜草群落的物種豐富度和物種多樣性，明顯降低了雜草群落的優(yōu)勢度，這不僅影響了某些雜草的優(yōu)勢地位，也提高了非優(yōu)勢雜草的物種多樣性。CTS與旋耕+秸稈處理的雜草群落相似，NTS與STS處理的雜草群落相似。本研究結果對保護性耕作下冬小麥田的雜草綜合治理和保護性耕作在豫西地區(qū)的推廣和應用具有一定指導意義。

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