新疆荒漠綠洲區(qū)甜菜田雜草組成及群落特征

白微微，楊安沛，張 航，高海峰，熱西達(dá)·阿不都熱合曼，王鎖牢，李廣闊

(1. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所/農(nóng)業(yè)部西北荒漠綠洲作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830091；2. 新疆伊寧市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站, 新疆伊寧 835000)

甜菜(Betavulgaris)是中國(guó)重要的糖料作物，新疆是中國(guó)主要糖生產(chǎn)基地，近年的甜菜種植面積約6.6萬(wàn)hm2，產(chǎn)糖量約占全國(guó)甜菜糖的50%，位居全國(guó)甜菜糖產(chǎn)量的第一位。甜菜田雜草和甜菜爭(zhēng)奪生長(zhǎng)空間，干擾甜菜對(duì)光、溫、水和肥等資源的吸收利用，對(duì)甜菜的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)糖量均會(huì)造成嚴(yán)重影響[1-2]，許多雜草還是一些病蟲(chóng)害寄主[3]，雜草已成為制約新疆糖業(yè)發(fā)展的重要因素之一[4]。

農(nóng)田雜草群落結(jié)構(gòu)受多方面因素的影響，其中地理環(huán)境、氣候、耕作制度、施肥[5]、作物布局[6]、除草劑[7]等多方面因素均能造成雜草群落結(jié)構(gòu)的演替和變化。國(guó)內(nèi)已對(duì)小麥[8-9]、水稻[10]、玉米[11]、油菜[12]等作物田的雜草類(lèi)型及群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)研究報(bào)道，針對(duì)甜菜田雜草的研究多是對(duì)雜草防除效果及除草劑應(yīng)用前景[1,13]，而對(duì)雜草種類(lèi)和群落特征的研究報(bào)道較少，早在2000年劉靖等[14]對(duì)新疆甜菜田主要雜草結(jié)構(gòu)及消長(zhǎng)規(guī)律有過(guò)研究，隨著環(huán)境等多種因素的影響，甜菜田雜草的主要發(fā)生種類(lèi)及群落結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生相應(yīng)變化，目前，新疆甜菜田雜草名錄及雜草群落結(jié)構(gòu)則未知。甜菜田雜草的防除以化學(xué)防治為主，要實(shí)現(xiàn)甜菜田雜草的可持續(xù)治理，確保甜菜產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，必須掌握新疆各甜菜種植區(qū)的雜草分布現(xiàn)狀及危害特點(diǎn)。本研究對(duì)新疆7個(gè)甜菜主產(chǎn)區(qū)的97塊具有代表性的甜菜田進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查研究，以期明確當(dāng)前新疆主要甜菜種植區(qū)雜草危害種類(lèi)及群落分布，探討雜草發(fā)生情況與地區(qū)間的內(nèi)在聯(lián)系，為新疆甜菜田雜草的防控治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

新疆地處亞歐大陸腹地，地域遼闊，地形地貌復(fù)雜，各地區(qū)間氣候差異較大，具有典型的荒漠綠洲生態(tài)特點(diǎn)。習(xí)慣上稱(chēng)天山以南為南疆，天山以北為北疆，天山東部和西部有稱(chēng)為“火州”的吐魯番盆地和譽(yù)為“塞外江南”的伊犁河谷，整體降水情況從西向東，從南向北遞減。甜菜的種植區(qū)域與制糖企業(yè)所在地與荒漠綠洲分布密切相關(guān)，選擇新疆甜菜主要種植區(qū)域進(jìn)行雜草調(diào)查(圖1)。新疆甜菜種植區(qū)主要分布在天山北麓的西北沿邊地區(qū)及綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)，按照氣候及地理位置將調(diào)查區(qū)劃分為7個(gè)區(qū)域，包括伊犁河谷上游新源縣和鞏留縣，伊犁河谷下游沖積平原區(qū)察布查爾縣和霍城縣，高海拔平原區(qū)特克斯縣和昭蘇縣，塔額盆地區(qū)的額敏縣，準(zhǔn)噶爾盆地南緣的昌吉市、瑪納斯縣，天山北部山區(qū)及沖積層平原區(qū)奇臺(tái)縣，以及天山北坡山前沖積地帶的奎屯市。

A.霍城 Huocheng；B察縣 Qapqal；C.鞏留 Gongliu；D.昭蘇 Zhaosu；E.特克斯 Tekes；F.新源 Xinyuan；G.額敏 Emin；H.奎屯 Kuitun；I.瑪納斯 Manasi；J.昌吉 Changji；K.奇臺(tái) Qitai

1.2 調(diào)查方法

于2017年5月至9月在甜菜苗期和果實(shí)膨大期，對(duì)上述7個(gè)地區(qū)共11個(gè)縣的甜菜田雜草進(jìn)行田間調(diào)查。調(diào)查點(diǎn)均選取3.3 hm2以上的連片地塊，每塊地5點(diǎn)取樣，每點(diǎn)調(diào)查面積為1 m2，共計(jì)485個(gè)點(diǎn)，調(diào)查時(shí)記錄雜草的種類(lèi)、株數(shù)、雜草和甜菜生長(zhǎng)情況。雜草種類(lèi)鑒定主要依據(jù)《中國(guó)雜草志》[15]。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

采用Excel 2007對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，新疆不同地區(qū)甜菜田雜草的相對(duì)多度(relative abundant，RA)及物種多樣性測(cè)度指標(biāo)Shannon-Wiener指數(shù)及Simpson指數(shù)、Pielou指數(shù)、Margalef指數(shù)等參數(shù)的具體計(jì)算方法依據(jù)文獻(xiàn)[8]進(jìn)行。根據(jù)雜草的田間實(shí)際危害情況和相對(duì)多度等參數(shù)將甜菜田雜草分為優(yōu)勢(shì)雜草、區(qū)域性?xún)?yōu)勢(shì)雜草、常見(jiàn)雜草和一般雜草4種類(lèi)型[16]。

將各地區(qū)RA≥1.0的雜草的RA與所分布地區(qū)構(gòu)成矩陣，采用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分析，生成樹(shù)狀圖，聚類(lèi)方法采用組間均連法，數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，距離測(cè)度使用Euclidean 平方距離。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆甜菜田雜草種類(lèi)

新疆甜菜產(chǎn)區(qū)雜草共有36種，隸屬于14科31屬(表1)，菊科、禾本科、蓼科和豆科在雜草種類(lèi)中所占比例較高。菊科雜草為19.44%，包括苦苣菜、艾蒿、野艾蒿、苣荬菜、大薊、蒼耳和小薊；禾本科有5種雜草，蓼科雜草有4種，占全部雜草比例分別為13.89%和11.11%，其中禾本科雜草包括稗草、狗尾草、蘆葦、野燕麥及野稷，蓼科雜草包括萹蓄、卷莖蓼、酸膜葉蓼、水蓼；豆科有4種雜草，分別為苦豆子、甘草、紫花苜蓿和草木樨，占全部雜草種類(lèi)的比例為11.11%；藜科雜草有3種，占比為8.33%；十字花科、旋花科、錦葵科及茄科均有2種雜草；剩余5科雜草為唇形科、馬齒莧科、莧科、木賊科和車(chē)前科，各有1種雜草，占總草種類(lèi)的比例均為2.78%。

表1 新疆甜菜田雜草種類(lèi)Table 1 Weed species in sugarbeet fields in Xinjiang

2.2 新疆甜菜種植區(qū)雜草危害程度

根據(jù)甜菜田雜草的相對(duì)多度、相對(duì)頻度、相對(duì)均度等將新疆甜菜區(qū)域內(nèi)的雜草劃分為優(yōu)勢(shì)雜草、區(qū)域性?xún)?yōu)勢(shì)雜草、常見(jiàn)雜草和一般雜草4種類(lèi)型。表2所列為RA大于1以上的雜草，共有7科11屬共12種。從整個(gè)新疆甜菜田雜草的相對(duì)多度分析，稗草和灰藜的RA均大于20，說(shuō)明這2種雜草在各甜菜種植區(qū)域內(nèi)發(fā)生較多，為甜菜田的優(yōu)勢(shì)雜草，對(duì)甜菜的產(chǎn)量有較大影響。反枝莧的RA為13.17，在所有區(qū)域的田塊均有分布，部分區(qū)域發(fā)生量多，為甜菜田的區(qū)域性?xún)?yōu)勢(shì)雜草。狗尾草、龍葵在大部分區(qū)域的甜菜地有分布，發(fā)生程度較輕，為常見(jiàn)雜草，RA小于10。菟絲子、苘麻、野西瓜苗、蘆葦、田旋花、苦苣菜、蒼耳以及表中沒(méi)有列出的地膚、大薊、小薊、酸模葉蓼等僅在部分甜菜種植區(qū)域發(fā)生，RA均小于5，總體發(fā)生程度較輕，為甜菜田的一般雜草。

新疆不同甜菜種植區(qū)域的雜草發(fā)生種類(lèi)及發(fā)生程度有一定差異。稗草的RA在奇臺(tái)、昌吉、額敏、昭蘇特克斯、霍城察縣均大于20，對(duì)甜菜田造成嚴(yán)重危害，在奎屯和新源鞏留的相對(duì)多度分別為13.39和18.71，發(fā)生程度稍低?；肄荚谄媾_(tái)和昭蘇特克斯發(fā)生最為嚴(yán)重，是這2個(gè)區(qū)域內(nèi)的優(yōu)勢(shì)雜草，在奎屯發(fā)生程度最低，為該甜菜種植區(qū)的一般雜草。昭蘇縣和特克斯縣甜菜田中反枝莧發(fā)生量最大，對(duì)該區(qū)域內(nèi)的甜菜造成威脅，其次為新源縣和鞏留縣，昌吉的反枝莧發(fā)生程度最輕?；舫呛筒炜h的甜菜田中稗草發(fā)生量最多，其次為龍葵、灰藜，與其他區(qū)域相比，狗尾草的發(fā)生程度最重，對(duì)甜菜的生長(zhǎng)造成影響?？头N植甜菜面積較少，雜草種類(lèi)較少，該區(qū)域甜菜田發(fā)生最嚴(yán)重的雜草為菟絲子，為優(yōu)勢(shì)雜草，稗草、灰藜的危害程度低于其他調(diào)查區(qū)域。額敏區(qū)域的優(yōu)勢(shì)雜草為稗草，灰藜、反枝莧和田旋花的RA大于15，為該區(qū)域的區(qū)域性?xún)?yōu)勢(shì)雜草，野西瓜苗、蘆葦、蒼耳等均為零星發(fā)生，對(duì)甜菜的影響不大。

表2 新疆甜菜田主要雜草的相對(duì)多度Table 2 Relative abundance of main weeds in sugarbeet fields in Xinjiang

2.3 不同甜菜種植區(qū)雜草群落的物種多樣性

新源鞏留、昌吉和奇臺(tái)的種植作物種類(lèi)豐富，甜菜種植面積較其他地區(qū)大，田間雜草種類(lèi)也較為豐富。新源鞏留甜菜種植區(qū)有23種雜草，物種豐富度最高，豐富度指數(shù)達(dá)3.40，其次為昌吉，最低的為奎屯。雜草群落多樣性最高的為昌吉，Shannon-Wiener指數(shù)為2.29，其次為新源鞏留，霍城察縣，分別為2.20和2.13，最低的為奎屯。從衡量物種優(yōu)勢(shì)集中性的Simpson指數(shù)來(lái)看，奎屯雜草種類(lèi)最少，Simpson指數(shù)最高，為0.59，除去可能的除草劑因素，與該地區(qū)甜菜種植面積少也有關(guān)，奇臺(tái)的Simpson指數(shù)為0.33，昌吉、新源鞏留和霍城察縣的雜草物種豐富，Simpson指數(shù)也最低，從Pielou指數(shù)來(lái)看，最高的為霍城察縣，最低的為奎屯(表3)。

2.4 不同甜菜種植區(qū)雜草群落的相似性

將新疆各甜菜種植地區(qū)RA≥1.0的雜草構(gòu)成矩陣后聚類(lèi)分析，結(jié)果表明新疆不同區(qū)域甜菜田內(nèi)雜草群落可劃分為4組，昭蘇特克斯和新源鞏留的群落結(jié)構(gòu)類(lèi)似，劃分為第1組；額敏和奇臺(tái)的雜草群落為第2組；奎屯和霍城察縣和其他群落差異較大，為第3組，昌吉單獨(dú)劃分為一組；其中組內(nèi)歐式距離平方最小的為昭蘇特克斯和新源鞏留2個(gè)區(qū)域，組距為1.688，最大的為奇臺(tái)和奎屯雜草群落，組距為5.456(圖2)。

表3 新疆不同地區(qū)甜菜田雜草群落的物種多樣性Table 3 Species diversity of weed communities among different sugarbeet regions of Xinjiang

1.奇臺(tái) Qitai；2.昌吉 Changji；3.額敏 Emin；4.奎屯 Kuitun；5.昭蘇和特克斯 Zhaosu and Tekes；6.霍城和察縣 Huocheng and Qapqal；7.新源和鞏留 Xinyuan and Gongliu

3 討 論

新疆位于中國(guó)西北干旱區(qū)，荒漠綠洲區(qū)是農(nóng)作物及雜草的主要生境，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，調(diào)查結(jié)果表明新疆農(nóng)田雜草一般由耐旱、耐鹽堿的雜草組成，以菊科、禾本科、蓼科和豆科為主，菊科雜草種類(lèi)數(shù)最多，無(wú)論是禾本科雜草還是闊葉雜草在新疆甜菜種植區(qū)均有發(fā)生。雜草發(fā)生程度、種類(lèi)及群落特征主要受地理?xiàng)l件、降水、氣候等多種因素影響[17-19]，辛存岳等[20]報(bào)道在干旱地區(qū)，作物的播種時(shí)期對(duì)雜草數(shù)目也有影響。雜草對(duì)所調(diào)查區(qū)域不同的地貌特質(zhì)、氣候特點(diǎn)等發(fā)生一系列響應(yīng)，從而影響其發(fā)生程度和種類(lèi)，昭蘇特克斯區(qū)域和新源鞏留區(qū)域氣候及土壤條件類(lèi)似，雜草群落結(jié)構(gòu)也最為相似，奇臺(tái)和奎屯的地理及氣候環(huán)境差異大，甜菜田雜草群落結(jié)構(gòu)差異也很大，組內(nèi)距離最大。

從調(diào)查結(jié)果來(lái)看，禾本科的稗草和藜科的灰藜是新疆甜菜種植區(qū)域內(nèi)的優(yōu)勢(shì)雜草，具有強(qiáng)大的耐脅迫、抗干擾能力，與甜菜存在激烈的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。位于伊犁河谷的新源縣和鞏留縣水源豐富，降水充沛，水分對(duì)雜草生長(zhǎng)的制約較小，因此雜草間的競(jìng)爭(zhēng)較小，甜菜田雜草種類(lèi)最多，RA≥1的雜草在該區(qū)域均有分布，適應(yīng)能力強(qiáng)的稗草和灰藜在該區(qū)域的優(yōu)勢(shì)地位沒(méi)有其他幾個(gè)地區(qū)明顯。同樣位于伊犁河谷的昭蘇縣與特克斯縣的優(yōu)勢(shì)雜草除稗草和灰藜外，反枝莧危害程度較重，說(shuō)明該區(qū)域生境下反枝莧所受脅迫較少，整個(gè)甜菜種植區(qū)域雜草種類(lèi)較少的原因之一可能是該調(diào)查區(qū)域地表覆蓋大部分為草原植被，海拔較高，農(nóng)田作物較單一。生物多樣性在生物群落組成上表現(xiàn)為物種多樣性越高，優(yōu)勢(shì)種越不明顯，物種數(shù)和數(shù)量分布越均勻[21]。從雜草物種多樣性來(lái)看，新源和鞏留甜菜種植區(qū)域雜草物種豐富度最高，反映物種優(yōu)勢(shì)集中度的Simpson指數(shù)則較低，奎屯的雜草種類(lèi)最少，Simpson指數(shù)最高。昌吉為新疆甜菜主要產(chǎn)區(qū)，雜草物種豐富度較高，反映物種多樣性的Shannon-Wiener指數(shù)較高，說(shuō)明適應(yīng)該區(qū)域生境的雜草種類(lèi)多，優(yōu)勢(shì)雜草稗草和灰藜在該區(qū)域的競(jìng)爭(zhēng)力減弱，發(fā)生程度較其他區(qū)域輕?？徒邓可伲蚁募練鉁馗?，雜草受到環(huán)境的脅迫和作物的干擾較強(qiáng)烈，因此該區(qū)域不利于大部分雜草生長(zhǎng)，物種多樣性最低，菟絲子相對(duì)來(lái)說(shuō)更能適應(yīng)所在生境的高干擾，為該區(qū)域優(yōu)勢(shì)雜草。

土壤鹽堿度及化學(xué)除草劑的使用對(duì)新疆荒漠綠洲區(qū)雜草也有一定制約，長(zhǎng)期使用單一除草劑引起雜草群落變化和演替等一系列問(wèn)題，例如闊葉雜草演變?yōu)閮?yōu)勢(shì)雜草，抗性雜草的產(chǎn)生[22]。昭蘇與特克斯甜菜種植區(qū)域的灰藜、反枝莧及田旋花等闊葉雜草發(fā)生較多，可能與該區(qū)域使用化學(xué)除草劑種類(lèi)及方式有關(guān)。昌吉和奇臺(tái)部分甜菜種植區(qū)域土壤偏堿性，在夏季氣溫高，灌水不及時(shí)的情況下使用除草劑容易形成藥害，達(dá)不到除草劑最佳效果，需注意耐鹽堿雜草的防控和除草劑藥害的問(wèn)題。額敏甜菜種植區(qū)的田旋花發(fā)生程度較重，在今后的雜草防控工作中要注意降低田旋花轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域優(yōu)勢(shì)雜草的可能性。研究報(bào)道不同作物輪作對(duì)雜草種類(lèi)及群落的影響不同[23]，新疆不同區(qū)域的甜菜大部分與小麥和玉米等生長(zhǎng)特性差異大的作物輪作，對(duì)雜草的影響較大，這種輪作制度不僅保持農(nóng)田多樣性，還提高了甜菜田雜草多樣性。綜上所述，水分、土壤鹽堿性和輪作是決定新疆甜菜田雜草群落結(jié)構(gòu)及多樣性的主要因子，新疆甜菜田雜草治理工作應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域雜草發(fā)生特點(diǎn)，因地制宜地制定防控策略，以期達(dá)到荒漠綠洲區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，本試驗(yàn)為施行持續(xù)、有效及安全的甜菜控草措施奠定了基礎(chǔ)。