貴州茶園雜草多樣性調(diào)查

張 斌，陳國(guó)奇，余杰穎，徐 丹，耿 坤，董立堯，談孝鳳

(1.貴陽市植保植檢站，貴州 貴陽 550081；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院/農(nóng)作物生物災(zāi)害綜合治理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210095；3.貴州省植保植檢站，貴州 貴陽 550001)

【研究意義】茶(Camelliasinensis)是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，并且隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，我國(guó)茶園種植面積逐年擴(kuò)大，從1978年的104.8萬hm2上升至2016年的290.2萬hm2，茶園面積占農(nóng)作物播種總面積的5.4 %[1]。貴州是我國(guó)茶葉種植最大的省份，2016年貴州省茶園種植面積46.4萬hm2，占全國(guó)茶園總面積的16.0 %，全省產(chǎn)茶葉28.4萬t，占全國(guó)總產(chǎn)量的11.7 %，綜合產(chǎn)值502.2億元[2]。茶產(chǎn)業(yè)已成為貴州山區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。雜草危害是貴州茶葉種植中的主要生物災(zāi)害之一，有研究[3]表明，1年不除草可導(dǎo)致茶葉減產(chǎn)20 %。貴州省地處低緯度高海拔山區(qū)(海拔148～2900 m)，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，陰雨天多，雨季長(zhǎng)，年降水量1100～1300 mm，日照少，全年日照時(shí)數(shù)約1300 h，降水常集中于夏季，無霜期約270 d，陰天日數(shù)一般超過150 d，常年相對(duì)濕度在70 %以上[4]，雖為茶樹生長(zhǎng)提供了優(yōu)良的氣候條件，但同時(shí)也為雜草生長(zhǎng)提供了生境，因此，茶園雜草種類豐富，特別是宿根性的多年生雜草種類多樣，極難防除。近年來貴州將茶葉質(zhì)量安全視為茶產(chǎn)業(yè)的生命線，為避免應(yīng)用化學(xué)品而導(dǎo)致茶葉品質(zhì)下降，在貴州茶園禁止使用化學(xué)除草劑，倡導(dǎo)茶葉種植農(nóng)戶通過人工措施除草[2]，這種除草方式雖然可以避免應(yīng)用化學(xué)除草劑而導(dǎo)致茶葉品質(zhì)下降的風(fēng)險(xiǎn)，但是雜草防控成本不斷攀升，每年茶園人工除草成本高達(dá)600～800元/667m2，極大地提高了茶葉的生產(chǎn)成本?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】國(guó)內(nèi)同行在四川、湖北、浙江、福建、江蘇茶園開展了茶園雜草群落調(diào)查，發(fā)現(xiàn)茶園雜草種類豐富，群落多樣性較高，并且一些地區(qū)茶園外來入侵雜草危害較重[3, 5-6]。【本研究切入點(diǎn)】明確茶園雜草群落特征可為科學(xué)開展茶園雜草綜合防控提供直接依據(jù)，到目前為止，尚未有關(guān)于貴州地區(qū)茶園雜草群落的田間調(diào)查資料?！緮M解決的關(guān)鍵問題】因此，2017年在貴州省7個(gè)茶葉主產(chǎn)縣(區(qū))共65塊茶園展開田間雜草群落調(diào)查，以期為貴州茶園雜草科學(xué)防控提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地選擇

2017年5月20日至9月21日，在貴州省7個(gè)茶葉主產(chǎn)縣(區(qū))的茶葉連片種植地點(diǎn)，隨機(jī)選譯13個(gè)樣地，共調(diào)查61塊茶園(表1)，所選茶園的茶樹樹齡在5年以上長(zhǎng)勢(shì)均較好，茶園兩兩間隔距在10 m以上，每塊茶園調(diào)查約600 m2的樣地。

1.2 調(diào)查方法

在每個(gè)調(diào)查樣地觀測(cè)雜草的高度、蓋度、株數(shù)等，并采用七級(jí)目測(cè)法記錄每種雜草的優(yōu)勢(shì)度等級(jí)[7]。雜草種類鑒定參照《中國(guó)雜草志》[8]、《中國(guó)植物志》(http://frps.eflora.cn/)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

對(duì)各樣地分別計(jì)算各雜草的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度：

建立“樣地-雜草相對(duì)優(yōu)勢(shì)度”數(shù)據(jù)矩陣，在此基礎(chǔ)上，采用Levins公式計(jì)算各雜草的生態(tài)位寬度[9-10]，生態(tài)位寬度值大則表明雜草在調(diào)查區(qū)域內(nèi)的分布多且發(fā)生量大[10-11]。計(jì)算各樣田內(nèi)雜草群落的Shannon指數(shù)和Pielou指數(shù)[10]，Shannon指數(shù)和Pielou指數(shù)用于反映特定生境內(nèi)種的多樣性(α多樣性)和均勻性[9-10,13]。本研究中，Shannon指數(shù)值越大，說明所調(diào)查茶園雜草的α多樣性越高；Pielou指數(shù)越大，說明所調(diào)查茶園雜草發(fā)生越均勻。

表1 貴州13個(gè)茶園調(diào)查樣地的基本信息

采用R3.2.3軟件中的Vegan程序包計(jì)算樣田兩兩間的Jaccard差異性指數(shù)和Bray-Curtis差異性指數(shù)[11]，Jaccard差異性指數(shù)和Bray-Curtis差異性指數(shù)用于反映雜草群落之間物種組成的相異性(β多樣性)，前者基于物種名錄計(jì)算，后者基于物種發(fā)生量指標(biāo)計(jì)算[9-10, 13]，在本研究中，Jaccard差異性指數(shù)和Bray-Curtis差異性指數(shù)越大，則表明所調(diào)查的茶園間雜草群落結(jié)構(gòu)的差異性越大，即β多樣性越高。采用SPSS16.0軟件中的成對(duì)樣本T檢驗(yàn)分析13個(gè)樣地中外來入侵雜草與本地雜草在物種數(shù)、相對(duì)優(yōu)勢(shì)度總和、Shannon多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)上的差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 貴州茶園雜草種類組成

在61個(gè)茶園樣地中共記錄了134種雜草，共涉及41科，其中菊科種類最多，有28種，其次是禾本科(22種)，種類超過3種的科還有：薔薇科和蓼科各9種、石竹科和莧科各5種、莎草科和豆科各4種，蕨類雜草5種。此外，有23種外來入侵雜草，其中11種屬于菊科，4種屬于莧科(表2)。

表2 貴州茶園134種雜草名錄

續(xù)表2 Continued table 2

科Family雜草Weed species科Family雜草Weed species 馬唐Digitaria sanguinalis茜草科豬殃殃Galium aparine var.tenerum 光頭稗Echinochloa colonum 雞矢藤Paederia scandens 稗草E. crusgalli 茜草Rubia cordifolia 小旱稗E.crusgalli var. austro-japonensis玄參科寬葉母草Lindernia nummularifolia 牛筋草Eleusine indica 通泉草Mazus japonicus 鯽魚草Eragrostis tenella 波斯婆婆納Veronica persica* 白茅Imperata cylindrica蕁麻科野苧麻Debregeasia squamata 柔枝莠竹Microstegium vimineum 糯米團(tuán)Gonostegia hirta 五節(jié)芒Miscanthus floridulus 透莖冷水花Pilea pumila 求米草Oplismenus undulatifolius傘形科積雪草Centella asiatica 糠稷Panicum bisulcatum 鴨兒芹Cryptotaenia japonica 短葉黍P.brevifolium 水芹Oenanthe javanica 狼尾草Pennisetum alopecuroides藜科藜Chenopodium album 白頂早熟禾Poa acroleuca 土荊芥C. ambrosioides* 早熟禾P. annua十字花科彎曲碎米薺Cardamine flexuosa 大狗尾草Setaria faberii 碎米薺C. hirsuta 金狗尾S. glauca茄科喀西茄Solanum khasianum 棕葉狗尾草S. palmifolia* 龍葵S. nigrum 狗尾草S. viridis旋花科打碗花Calystegia hederacea* 鼠尾粟Sporobolus fertilis 飛蛾滕Porana racemosa薔薇科龍芽草Agrimonia pilosa酢漿草科酢醬草Oxalis corniculata 蛇莓Duchesnea indica 紅花酢漿草O. corymbosa* 柔毛路邊青Geum japonicum var. chinense百合科菝葜Smilax china 蛇含委陵菜Potentilla kleiniana報(bào)春花科金爪兒Lysimachia grammica 野薔薇Rosa multiflora車前科車前Plantago asiatica 西南懸鉤子Rubus assamensis大戟科鐵莧菜Acalypha australis 插田泡R.coreanus堇菜科紫花地丁Viola philippica 高粱泡R. lambertianus景天科珠芽景天Sedum bulbiferum 木莓R. swinhoei桔?？沏~錘玉帶草Pratia nummularia葡萄科烏蘞莓Cayratia japonica爵床科爵床Rostellularia procumbens桑科構(gòu)樹Broussonetia papyrifera蘿藦蘿摩Metaplexis japonica三白草科魚腥草Houttuynia cordata毛茛科威靈仙Clematis chinensis商陸科美洲商陸Phytolacca americana*蕨類紫萁Osmunda japonica薯蕷科薯蕷Dioscorea opposita 烏蕨Stenoloma chusanum藤黃科地耳草Hypericum japonicum 蕨Pteridium aquilinum五加科楤木Aralia chinensis 井欄邊草Pteris multifida鴨跖草科鴨跖草Commelina communis 海金沙Lygodium japonicum

注：*為外來入侵雜草(下同)。

Notes: * means the invasive alien weed. The same as below.

在61個(gè)茶園樣方中，共有48種雜草的出現(xiàn)頻度>10 %，其中出現(xiàn)頻度最高的是蕨類，在其中的34個(gè)調(diào)查樣地中的頻度達(dá)81.97 %，發(fā)生頻度高于30 %的雜草還有野茼蒿(67.21 %)、柔枝莠竹(59.02 %)、酢漿草(50.82 %)、蘇門白酒草(49.18 %)、美洲商陸(40.98 %)、叢枝蓼(39.34 %)、馬唐(37.70 %)、牛膝(34.43 %)、小飛蓬(34.43 %)、繁縷(32.79 %)。此外，鼠麴草、水蓼、龍葵、勝紅薊、何首烏、野艾蒿、鬼針草、馬蘭、五節(jié)芒、鴨跖草、木莓、尼泊爾蓼、牛繁縷等13種雜草的發(fā)生頻度在20 %～30 %。

表3 貴州茶園樣方調(diào)查中頻度>10 %的48種常見雜草的生態(tài)位寬度

在48種貴州茶園常見雜草中，生態(tài)位寬度值最大的雜草是蘇門白酒草，其次是柔枝莠竹和蕨；酢醬草、龍葵、野茼蒿、美洲商陸、馬唐、牛膝、勝紅薊和木莓的生態(tài)位寬度也較大(表3)。48種常見雜草中有9種為外來入侵雜草，其中蘇門白酒草、野茼蒿、美洲商陸分布較廣，且在一些茶園中危害十分嚴(yán)重。

表4 貴州茶園各調(diào)查樣地雜草的物種數(shù)、相對(duì)優(yōu)勢(shì)度之和、Shannon指數(shù)和Pielou指數(shù)

表5 貴州13個(gè)茶園樣地兩兩間的Jaccard差異性指數(shù)和Bray-Curtis差異性指數(shù)

注：Jaccard差異性指數(shù)在數(shù)值0的上部，Bray-Curtis差異性指數(shù)在數(shù)值0的下部。

Notes: Jaccard and Bray-Curtis differential index is above and below 0.

2.2 貴州茶園雜草多樣性

61個(gè)茶園樣方中雜草種類數(shù)為6～42種，每個(gè)樣地雜草種類數(shù)平均為15.57種。就13個(gè)茶園調(diào)查樣地的α多樣性和均勻性而言，Shannon指數(shù)為2.54～29.44，平均為14.54；Pielou均勻度指數(shù)在0.41～0.87，平均為0.73。因此，調(diào)查區(qū)域茶園雜草群落α多樣性較大，各樣地雜草群落中各種雜草的發(fā)生較均勻。

在13個(gè)貴州茶園樣地中，外來入侵雜草種類數(shù)2～9，平均每個(gè)樣地外來入侵雜草種類數(shù)為6.23種，平均相對(duì)優(yōu)勢(shì)度之和為16.12，Shannon多樣性指數(shù)平均為4.22(表4)，成對(duì)樣本T檢驗(yàn)顯示，外來入侵雜草的這3個(gè)指標(biāo)均極顯著小于本地雜草相應(yīng)的指標(biāo)(P<0.01)；各樣地中外來入侵雜草的Pielou均勻度指數(shù)平均為0.79，與本地雜草的均勻度指數(shù)無顯著差異。

就β多樣性而言，基于樣地中各雜草種類數(shù)計(jì)算的調(diào)查樣地兩兩間的Jaccard差異性指數(shù)在0.60～0.98，平均為0.79；而基于樣地中各雜草相對(duì)優(yōu)勢(shì)度計(jì)算的調(diào)查樣地兩兩間的Bray-Curtis差異性指數(shù)在0.41～1.00，平均為0.75(表5)，說明，無論是基于物種名錄還是基于雜草發(fā)生的優(yōu)勢(shì)度，調(diào)查區(qū)域內(nèi)茶園雜草群落的β多樣性均較高。

3 討 論

首先，貴州茶園雜草種類豐富，菊科、蕨、美洲商陸等雜草危害最重。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，貴州茶園雜草有41科134種雜草，從種類數(shù)量看，其與四川茶園38科106屬144種[14]、湖北咸寧茶園37科130多種[15]、福建安溪茶園35科140種[16]、浙江茶園38科141種[17]接近。然而，貴州茶園雜草群落優(yōu)勢(shì)雜草種類具有特色，調(diào)查發(fā)現(xiàn)貴州茶園雜草中的優(yōu)勢(shì)種包括蕨、蘇門白酒草、野茼蒿、柔枝莠竹、酢漿草、美洲商陸、叢枝蓼、馬唐、牛膝、勝紅薊、龍葵、繁縷、小飛蓬等；據(jù)謝冬祥等[14]調(diào)查，四川茶園主要以蓼草、扛板歸、野塘篙、馬蘭、馬唐、白茅、芳竹、狗牙根等為主，而洪海林等[15]在湖北咸寧茶園調(diào)查，該區(qū)域茶園主要以馬唐、白茅、狗牙根、早熟禾、雀舌草、野艾蒿、小飛蓬、婆婆納、豬殃殃等為主。綜合本次調(diào)查結(jié)果以及貴州、湖北、福建等地茶園雜草群落調(diào)查結(jié)果，菊科和禾本科雜草均為茶園優(yōu)勢(shì)科，這與菊科和禾本科雜草生態(tài)適應(yīng)性、抗逆性、多實(shí)性、生長(zhǎng)勢(shì)等方面的優(yōu)勢(shì)密不可分[18]。此外，在貴州省貴陽市花溪區(qū)久安鄉(xiāng)調(diào)查的茶園中菁姑草危害嚴(yán)重，甚至形成單優(yōu)勢(shì)群落，密集遮蓋在茶樹上，導(dǎo)致茶園大片茶樹長(zhǎng)勢(shì)弱，病害嚴(yán)重甚至死亡；在湄潭縣蘭馨茶莊調(diào)查的茶園中蘇門白酒草形成單優(yōu)勢(shì)群落，導(dǎo)致茶園大片茶樹長(zhǎng)勢(shì)弱而造成減產(chǎn)嚴(yán)重；在農(nóng)田改種茶葉的海拔較低地區(qū)茶園中發(fā)現(xiàn)馬唐危害較重，在苔刈重長(zhǎng)(僅保留茶樹地上40 cm以下部分)的茶園，野茼蒿危害較重。此外，在調(diào)查的茶園中，也發(fā)現(xiàn)美洲商陸、柔枝莠竹單優(yōu)勢(shì)雜草群落。

其次，貴州茶園雜草群落多樣性豐富。13個(gè)茶園樣地的Shannon指數(shù)平均為14.54，大于江蘇金壇茶園[19]，也大于馬鈴薯、小麥、水稻和菜田的雜草群落[20-23]。此外，無論是基于物種名錄還是基于雜草發(fā)生的優(yōu)勢(shì)度，貴州茶園雜草群落的β多樣性都很高，茶園雜草群落兩兩間的差異性平均值超過0.70。不同雜草群落結(jié)構(gòu)對(duì)雜草防控措施有不同的適應(yīng)性，因此需要采取不同的防控策略，針對(duì)不同類型的茶園雜草群落研發(fā)控草技術(shù)體系至關(guān)重要。茶園雜草種類多樣性是其生物多樣性的重要組成部分，對(duì)于茶園病蟲草害綜合防控具有潛在的利用價(jià)值。越來越多的研究表明，維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的雜草多樣性對(duì)于農(nóng)作物可持續(xù)生產(chǎn)具有正面意義。

此外，貴州茶園外來入侵雜草危害嚴(yán)重。在本次調(diào)查記錄的134種雜草中，有23種雜草為外來入侵種；在48種貴州茶園常見雜草中，有9種為外來入侵雜草，特別是其中的蘇門白酒草、野茼蒿、勝紅薊、小飛蓬、美洲商陸等已成為貴州茶園惡性雜草，這幾種外來入侵雜草均具有結(jié)實(shí)量大的特點(diǎn)，其中蘇門白酒草、野茼蒿、勝紅薊和小飛蓬為菊科雜草，其頭狀花序產(chǎn)生大量的瘦果并能隨風(fēng)飄散[8]。而貴州茶園多位于山坡上，常年有風(fēng)，極利于這些外來入侵雜草的蔓延。美洲商陸植株高大、繁茂，其肉質(zhì)漿果結(jié)實(shí)量?jī)?nèi)的種子外種皮堅(jiān)硬[8]，漿果被鳥類啄食后其種子經(jīng)鳥類糞便排出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離擴(kuò)散。這些外來入侵雜草的擴(kuò)散傳播潛力巨大，給茶園雜草防控工作進(jìn)一步增加了困難。

4 結(jié) 論

貴州茶園雜草種類豐富，雜草群落具有很高的α多樣性和β多樣性，并且貴州茶園雜草群落優(yōu)勢(shì)雜草種類具有地域特色。在貴州茶園，菊科雜草、蕨類、美洲商陸以及箐姑草等藤本雜草嚴(yán)重危害的現(xiàn)象較常見，防治困難。此外，外來入侵雜草也給當(dāng)?shù)夭鑸@雜草防控帶來嚴(yán)重挑戰(zhàn)。