冬小麥田共生雜草小薊的種群特征分析

林 鈺 尚慶賀 石碧婉 趙 遠 趙 威

（河南科技大學(xué)，河南洛陽 471023）

小薊俗名刺兒菜，屬菊科多年生草本植物，喜生于腐殖質(zhì)多的微酸性至中性土壤中。其環(huán)境適應(yīng)性與再生能力強，每個芽均可發(fā)育成新的植株，斷根后仍能成活，發(fā)生普遍且繁殖量大，一旦形成種群后難于防除，容易蔓延成災(zāi)。主要危害小麥、棉花、大豆等旱地作物[1]。小麥是我國重要的經(jīng)濟作物，在河南省洛陽市區(qū)麥田中的小薊的相對多度、田間頻率、田間均度與田間密度分別可達5.90、7.22、15.74、0.70株/m2，其發(fā)生時期、生長環(huán)境及分布區(qū)域與冬小麥基本吻合，二者存在明顯的競爭關(guān)系，主要表現(xiàn)在：通過對水分、養(yǎng)分與礦物質(zhì)等有限資源的爭奪來抑制小麥的營養(yǎng)生長；通過持續(xù)的植株高度增長、不斷擴大葉面積以占據(jù)光照等資源；通過地上與地下的空間競爭，來壓縮冬小麥生長空間等。以上原因使得小薊成為冬小麥田中難以防除的惡性雜草，對小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)造成極大的影響[2]。

因此，本研究通過設(shè)計大田試驗，研究冬小麥田中小薊的分布格局、繁殖分配、土壤種子庫等種群特征，并利用生態(tài)位寬度評價其競爭優(yōu)勢，旨在明確防除冬小麥田中小薊的最佳時期，為小薊的生態(tài)學(xué)防控提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料 試驗于2017年10月至2018年1月在河南科技大學(xué)試驗農(nóng)場進行，試驗地為冬小麥田。種植的冬小麥品種為豫麥49，千粒質(zhì)量為37 g，抗倒伏能力強，吸水率56.88%。小麥播種日期2017年10月13日，足墑下種，精量播種，播量75 kg/hm2。小薊為試驗田中自然生長的野生雜草。小薊與小麥形態(tài)學(xué)特征見表1。

表1 小薊與小麥形態(tài)學(xué)特征比較

1.2 試驗設(shè)計與測定 種群分布格局測定：在小麥大田中隨機選擇小薊種群，按照一條100 m的樣線，每隔10 m設(shè)定一個0.5 m×0.5 m的樣方，數(shù)取樣方中小薊和其他主要伴生雜草的株樹。種群分布格局測定建立在Poisson分布的預(yù)期假設(shè)之上的。一個Poisson分布的總體有方差v和均值m相等的性質(zhì)，即如果v/m=1，則種群呈隨機分布；如果v/m＞l，則偏離Poisson分布，呈聚集分布；反之v/m＜1時，則呈均勻分布[3]。

繁殖分配比例測定：在冬小麥試驗田中隨機選取5株已經(jīng)結(jié)實的小薊，在105 ℃殺青1 h后，在烘箱內(nèi) 65 ℃烘12 h，至前后2次干質(zhì)量差小于0.5%為止[4]。將其根、莖、葉、種子分別稱質(zhì)量，從而測其繁殖分配比例。按下述公式進行計算：RA1=Rr/Ta，RA2=Rr/Tr，RA3=（Rr+Rs）/Tr。式中，RA為繁殖分配，Rr為果實生物量，Tr為植物總生產(chǎn)量，Ta為植物地上部分生產(chǎn)量，Rs為植物繁殖附件生物量[5]。

土壤種子庫的測定：在冬小麥田中，每隔5 m取一份樣方挖取長寬深分別為20 cm×20 cm×40 cm的土壤，在試驗室過篩后數(shù)取土壤中小薊的種子數(shù)，然后換算為單位體積（m3）小薊的種子數(shù)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法 利用SPSS統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理。數(shù)值之間采用one-way ANOVA模塊單因素方差分析，結(jié)果之間差異的顯著性表示為：P＜0.05為差異顯著，P＜0.01為差異極顯著，P＞0.05差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 小薊的種群分布格局 小薊及其伴生植物的種群分布格局如表2所示。

表2 小薊及其伴生植物的種群分布格局

種群分布格局是植物種群的基本特征，有助于明確其生態(tài)過程以及其與生境的相互關(guān)系。由表2可知，小薊及其伴生的3種主要雜草的v/m均大于1，因此可以判斷小薊種群及其伴生雜草均為明顯的集群分布，體現(xiàn)了小薊種群內(nèi)部正向(相互有利)的生態(tài)關(guān)系[6]。

2.2 小薊的繁殖分配 小薊的繁殖分配比例如表3所示。

表3 小薊的繁殖分配比例

繁殖分配是植物保證其基因存活和延續(xù)而分配給繁殖的資源比例，主要依賴環(huán)境的可預(yù)測程度。由表3可以看出，小薊根系所占的比例最小，莖和葉居于中間。不同植株之間各部分所占的比例沒有明顯差異（P＞0.05）。但果穗的繁殖分配比例高達42%以上，且非常穩(wěn)定。具有較大的產(chǎn)生更多后代的潛力。

2.3 小薊的土壤種子 小薊的土壤種子庫如表4所示。

表4 小薊的土壤種子庫

土壤種子庫是農(nóng)田中雜草更新的主要來源，對雜草的防除效果具有重大影響。由表4數(shù)據(jù)可知，小薊種群擁有龐大的土壤種子庫，平均為3.50×105粒/m3，在土壤中數(shù)量的分布比較穩(wěn)定，容易發(fā)生大量實生苗，使其徹底防除存在較大困難。

2.4 小薊生態(tài)位寬度 生態(tài)位寬度作為雜草對農(nóng)田環(huán)境資源利用多樣性的一種測度，反映了其在農(nóng)田中生態(tài)適應(yīng)幅度。一般生態(tài)位較寬的雜草，對環(huán)境資源利用的多樣性高、生存能力強，在農(nóng)田發(fā)生面積廣，數(shù)量較多。如表5是小薊在時間生態(tài)位、水平生態(tài)位和垂直生態(tài)位3個資源軸上的生態(tài)位。可以看出，小薊具有很強的資源競爭能力。

表5 小薊的生態(tài)位寬度值

3 結(jié)論與討論

本試驗通過研究冬小麥田中小薊的種群特征發(fā)現(xiàn)，小薊種群的v/m值顯著大于1，為明顯的集群分布，體現(xiàn)了小薊種群內(nèi)部正向(相互有利)的生態(tài)關(guān)系，這為其成功在小麥田中建植提供了有利的條件。小薊果穗的繁殖分配比例高達42%以上，且非常穩(wěn)定。這種高且穩(wěn)定的繁殖分配比例反映出其能產(chǎn)生數(shù)量多而個體小的后代，為小薊的種群繁衍提供了有利的條件，并在其與冬小麥的種間競爭中起到了重要的作用。小薊種群擁有龐大的土壤種子庫，達到3.50×105粒/m3，這為小薊提供了穩(wěn)定的有性個體來源，并為其與小麥的種間競爭奠定了穩(wěn)定的繁殖基礎(chǔ)。從小薊的生態(tài)位寬度可以看出，小薊具有較強的資源利用潛力和適應(yīng)能力，體現(xiàn)為小薊與冬小麥的共生期較長，其幼苗在小麥拔節(jié)前期出土，并從小麥的拔節(jié)期到成熟期與小麥共生，共生時間達到90%以上；小薊處于雜草群落的中層，在小麥拔節(jié)后期生長迅速，競爭加劇，高度增長加速度大于小麥，雖然小薊植株高度不及小麥，但小薊的生長力比小麥強，抗逆性、吸水、吸肥的能力也強于小麥，尤其拔節(jié)后小薊生長迅速，與小麥爭光、爭肥、爭水，使小薊在競爭中處于優(yōu)勢地位。

此外，本研究通過對冬小麥田中小薊的生育期進行觀測，發(fā)現(xiàn)小薊出苗以冬前為主，其快速生長開始于冬小麥苗期（3葉或4葉期），而這個時間正是小麥生長的關(guān)鍵時期。因此可以選擇在冬小麥苗期（3葉期或4葉期）進行人工拔除或者噴灑除草劑，這一結(jié)果與吳翠霞等確定的冬小麥雜草防除適期為小麥苗后22～87 d的結(jié)論一致。這樣既可以對小薊進行有效防除，又能使應(yīng)用除草劑的施用效果達到最佳。