新疆玉米田間雜草組成及群落結(jié)構(gòu)分析

李雙建 王小武 付開赟 吐爾遜·阿合買提 何江 丁新華 郭文超

摘要：為明確新疆玉米種植區(qū)田間雜草的組成以及群落結(jié)構(gòu)特征，對新疆3個玉米主產(chǎn)區(qū)田間雜草群落組成進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查及對雜草群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，新疆灌溉玉米產(chǎn)區(qū)共有雜草38種，隸屬17科34屬，其中，以禾本科稗[Echinochloa crusgalli （L.） Beauv.]、狗尾草[Setaria viridis （L.） Beauv.]，藜科灰綠藜（Chenopodium glaucum L.），錦葵科野西瓜苗（Hibiscus trionum L.）和苘麻（Abutilon theophrasti Medicus）以及莧科凹頭莧（Amaranthus lividus L.）為該地區(qū)優(yōu)勢雜草。不同地區(qū)的重要雜草種類和群落結(jié)構(gòu)組成存在差異，喀什春播玉米田雜草的種類最豐富，烏魯木齊地區(qū)雜草次之，伊犁地區(qū)雜草的危害時期最為集中。生態(tài)位寬度的分析結(jié)果進(jìn)一步驗證了各地區(qū)重要雜草的優(yōu)勢性。烏魯木齊地區(qū)馬齒莧、稗，伊犁地區(qū)狗尾草、苘麻和田旋花，喀什春播玉米田的田旋花和龍葵以及喀什復(fù)播玉米田中苘麻和灰綠藜等主要雜草與地區(qū)重要雜草的生態(tài)位重疊值較高，在防治重要雜草時應(yīng)謹(jǐn)防上述地區(qū)的主要雜草上升為重要雜草。

關(guān)鍵詞：新疆;玉米田;雜草群落;群落結(jié)構(gòu)

雜草作為農(nóng)田中的重要有害生物，主要通過與目標(biāo)作物爭取光照、水分和營養(yǎng)等方式制約農(nóng)作物的生產(chǎn)[1]，通常使農(nóng)作物減產(chǎn)10%～20%，同時農(nóng)田雜草又是病蟲害的棲息地[2]。因此，為保證玉米作物的良好生長，須對田間雜草進(jìn)行合理控制[3]。玉米田雜草種類組成及群落結(jié)構(gòu)分析是開展玉米田雜草科學(xué)防控的基礎(chǔ)，同時，開展玉米田雜草生態(tài)位分析，可摸清植物種群生態(tài)的重要特性，明確玉米田優(yōu)勢雜草、種類、分布，還將有助于預(yù)測玉米田間雜草的群落演替，并為及時制定科學(xué)有效的防控策略、選擇最佳的防除時期提供指導(dǎo)[3-4]。

新疆位于亞歐大陸腹地，地域遼闊，氣候特點、種植模式等均與我國其他省份存在較大差異[5]，因此，其他省份玉米田雜草的本底調(diào)查并不能準(zhǔn)確反映我國西北荒漠綠洲灌溉玉米產(chǎn)區(qū)的玉米田雜草組成。此外，玉米田雜草已成為目前制約新疆維吾爾自治區(qū)玉米種植業(yè)最突出的植保問題。由此可見，開展新疆玉米田間雜草的種類組成及群落結(jié)構(gòu)分析對于指導(dǎo)新疆以及我國西北地區(qū)玉米田雜草的科學(xué)有效治理具有重要指導(dǎo)意義。在此背景下，本研究在對新疆主要玉米產(chǎn)區(qū)玉米田間雜草種類、分布和發(fā)生情況系統(tǒng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過分析群落結(jié)構(gòu)特征及生態(tài)位寬度、生態(tài)位重疊值等指標(biāo)，為當(dāng)?shù)赜衩滋镫s草的科學(xué)管理與防控提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

根據(jù)新疆不同玉米主要種植產(chǎn)區(qū)的特點，選取了3個具有代表性的地點開展玉米田雜草的系統(tǒng)調(diào)查工作，分別位于北疆春播玉米主產(chǎn)區(qū)的烏魯木齊市、伊犁自治州，以及南疆復(fù)播玉米主產(chǎn)區(qū)的喀什地區(qū)（表1）。

1.2 調(diào)查方法

于2018年6—8月對上述3個地區(qū)的玉米田雜草進(jìn)行調(diào)查。每個調(diào)查地隨機(jī)選擇5～10塊成片玉米田，每個調(diào)查田面積不小于1 hm2。各調(diào)查田采用倒置“W”9點隨機(jī)取樣法對玉米田間雜草組成進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查，每樣點1m2，分別記錄樣方內(nèi)雜草的種類、株數(shù)、高度和蓋度。雜草種類的鑒定先參考中國雜草信息系統(tǒng)進(jìn)行比對，后通過《中國雜草志》進(jìn)行種類鑒定[6]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

1.3.1 重要值分析 根據(jù)調(diào)查結(jié)果計算各個樣點雜草重要值，其中RD、RC、RF依次為相對密度、相對蓋度和相對頻度。重要值≥10%，為重要雜草;1%≤重要值<10%，為主要雜草;重要值<1%，為次要雜草[7]。

重要值（Ⅳ，%）=RD+RC+RF3;

RD=樣方內(nèi)某種雜草的株數(shù)樣方內(nèi)雜草的總株數(shù)×100%;

RC=樣方內(nèi)某種雜草的蓋度樣方內(nèi)雜草的總蓋度×100%;

RF=樣方內(nèi)某種雜草的出現(xiàn)頻度樣方內(nèi)所有雜草的總頻度×100%。

1.3.2 群落結(jié)構(gòu)分析 參考魏守輝等的研究[8-10]，物種豐富度（Margalef，簡稱M）、Shannon Wiener指數(shù)（H）、Pielou指數(shù)（J）、Simpson指數(shù)（D）計算公式如下：

式中：Ni為樣方中第i物種的個體數(shù)，N為樣方總個體數(shù)，S為樣方內(nèi)雜草種類數(shù)量。

1.3.3 生態(tài)位分析 采用Excel 2010計算樣方雜草生態(tài)位寬度、生態(tài)位重疊值[11]，計算公式如下：

式中：nij為物種i在資源j上的重要值，Ni表示物種i在所有資源上的重要值之和，Pij代表物種i在資源j上的重要值占該種在所有資源上的重要值比例。

式中：NO為生態(tài)位重疊值;nij和nkj為種i和k在資源j上的優(yōu)勢度。將文中調(diào)查到的雜草按生態(tài)位寬度值劃分為3類，即廣生態(tài)位種（Bi≥1.5），中生態(tài)位種（0.5≤Bi<1.5）和窄生態(tài)位種（0 2 結(jié)果與分析

2.1 新疆地區(qū)玉米田間雜草群落結(jié)構(gòu)分析

雜草系統(tǒng)調(diào)查表明，新疆地區(qū)共有玉米雜草17科34屬38種，其中菊科（7種）、禾本科（6種）、藜科（3種）和十字花科（3種）在雜草種類中所占比例較高，達(dá)50.00%。從生活型來看，一年生雜草共26種，占總草數(shù)量的68.42%，多年生雜草12種，占總草的31.58%（一年生或多年生的雜草有5種，這5種都算作多年生）。由此可看出，新疆玉米產(chǎn)區(qū)玉米田間雜草多樣化程度較高，且以一年生菊科、禾本科和藜科等雜草為主（表2）。

表3表明，烏魯木齊地區(qū)共有雜草13科19屬20種，其中共有4種重要雜草（苘麻、野西瓜苗、灰綠藜和凹頭莧）、7種主要雜草和9種次要雜草，分別占總草的20.00%、35.00%、45.00%;伊犁地區(qū)共有雜草10科16屬18種，其中共有3種重要雜草（灰綠藜、牛筋草和凹頭莧）、7種主要雜草和8種次要雜草，分別占總草的16.67%、38.89%、44.44%;喀什地區(qū)春播玉米田共有雜草12科23屬26種，其中共有3種重要雜草（稗、馬齒莧和小藜）、18種主要雜草和5種次要雜草，分別占總草的11.54%、69.23%、19.23%;喀什地區(qū)復(fù)播玉米田共有雜草8科10屬11種，其中共有4種重要雜草（稗、凹頭莧、馬齒莧和反枝莧）、5種主要雜草和2種次要雜草，分別占總草的36.36%、45.45%、18.18%。重要雜草最多的是烏魯木齊地區(qū)和喀什復(fù)播玉米田，均為4種;主要雜草最多的是喀什春播玉米田，分別是烏魯木齊、伊犁和喀什復(fù)播玉米田主要雜草的2.57倍、2.57倍和3.60倍。新疆玉米產(chǎn)區(qū)田間雜草以稗、灰綠藜、凹頭莧、苘麻和馬齒莧為主要優(yōu)勢雜草，且均為一年生雜草。主要優(yōu)勢雜草在不同地區(qū)多有分布，且多為各地區(qū)重要雜草種類。

如表4所示，喀什地區(qū)春播玉米田Margalef物種豐富度（3.696 1）、Shannon Wiener多樣性指數(shù)（2.463 2）和Pielou均勻度指數(shù)（0.756 0）均最高，物種優(yōu)勢度Simpson指數(shù)（0.127 4）最低，說明該地區(qū)春播玉米田較其他地區(qū)雜草種類豐富，雜草數(shù)量分布均勻度高。從衡量物種優(yōu)勢集中性的Simpson指數(shù)來看，伊犁地區(qū)玉米田Simpson指數(shù)（0.277 8）最高， Pielou均勻度指數(shù)（0.570 9）最低，說明伊犁地區(qū)玉米田重要雜草的優(yōu)勢度最明顯，且雜草分布不均勻，其發(fā)生與危害相比過于集中在一個時期。

2.2 新疆地區(qū)玉米田間雜草生態(tài)位分析

生態(tài)位寬度是評價植物種群對環(huán)境資源利用狀況的測度，生態(tài)位寬度值越大， 則對環(huán)境的適應(yīng)能力越強，發(fā)生量就越多，危害更嚴(yán)重;生態(tài)位重疊值的大小反映了2種雜草的發(fā)生在生態(tài)生境上的相似性[7-8]。

由表5可知，在烏魯木齊地區(qū)雜草資源中，凹頭莧（0.916 2）生態(tài)位寬度最大，其次為灰綠藜（0.913 6）和野西瓜苗（0.888 3），說明以上3種雜草在該地區(qū)具有較強的資源利用能力，這也同時進(jìn)一步驗證了重要值的相關(guān)分析結(jié)果;其他雜草的生態(tài)位寬度值為0.261 7～0.769 4，這些雜草多為該地區(qū)主要或次要雜草。伊犁地區(qū)雜草組成中，灰綠藜（0.683 0）生態(tài)位寬度最大，狗尾草（0.677 4）和野西瓜苗（0.675 8）次之;與重要值分析結(jié)果相同的是，灰綠藜為該地區(qū)的重要雜草?？κ驳貐^(qū)春播玉米田雜草組成中，稗（0.836 6）生態(tài)位寬度最大，小藜（0.819 0）次之。喀什地區(qū)復(fù)播玉米田中，馬齒莧（0.694 9）生態(tài)位寬度最大，稗（0.687 9）和灰綠藜（0.675 4）次之，也與重要值分析結(jié)果類似。生態(tài)位寬度分析結(jié)果和雜草重要值分析結(jié)果類似，生態(tài)位寬度越大的雜草種類，也多為該地區(qū)的重要雜草。

如表6至表9所示，烏魯木齊地區(qū)玉米田雜草生態(tài)位重疊值最大的是苘麻與稗（0.981），說明這2種草有非常相似的資源利用特點，且資源利用競爭激烈，在防治其中一種雜草時，須防止另一種雜草大面積發(fā)生危害;此外生態(tài)位寬度較大的雜草與其他種間的生態(tài)位重疊值也較高，如凹頭莧與灰綠藜（0.952）、凹頭莧和野西瓜苗（0.897）、凹頭莧和馬齒莧（0.895）、野西瓜苗和灰綠藜（0.894）、灰綠藜和馬齒莧（0.860）以及野西瓜苗和馬齒莧（0.829）等;伊犁地區(qū)玉米田雜草生態(tài)位重疊值最大的是蒲公英和小飛蓬（0.990），但蒲公英（0.2970）和小飛蓬（0.2837）的生態(tài)位寬度在當(dāng)?shù)仉s草種類中均較低，因此表明了蒲公英和小飛蓬生態(tài)位的高度一致;生態(tài)位重疊值較高的雜草種類還有狗尾草和蒼耳（0.903）、灰綠藜和野西瓜苗（0.902）、灰綠藜和狗尾草（0.896）、狗尾草和田旋花（0.892）、狗尾草和苘麻（0.871）、灰綠藜和凹頭莧（0.861）、野西瓜苗和苘麻（0.860）以及灰綠藜和田旋花（0.859）等;喀什春播玉米田雜草生態(tài)位重疊值最大的是藎草和狗尾草（0.970），其次是小藜和田旋花（0.950）、小藜和馬齒莧（0.948）、稗和龍葵（0.944）、馬齒莧和田旋花（0.933）以及反枝莧和蒼耳（0.903）等;喀什復(fù)播玉米田生態(tài)位重疊值最大的是反枝莧和苘麻（0.961），其次為馬齒莧和稗（0.950）、反枝莧和馬齒莧（0.945）、馬齒莧和灰綠藜（0.939）、馬齒莧和苘麻（0.934）以及反枝莧和灰綠藜（0.927）。在防除各地區(qū)重要雜草時，還須防止烏魯木齊地區(qū)的馬齒莧和稗，伊犁地區(qū)的狗尾草、苘麻和田旋花，喀什春播玉米田中的田旋花和龍葵，以及喀什復(fù)播玉米田中苘麻和灰綠藜上升成為該地區(qū)的重要雜草。

凹頭莧、灰綠藜和稗等重要雜草在3個地區(qū)的4種玉米田中生態(tài)位均較高，這說明這3種雜草在新疆玉米田雜草群落中有較強的環(huán)境資源利用能力，且與其他多種雜草的生態(tài)位重疊值也較高，在防治這3種雜草時，須同時防治與其生態(tài)位重疊值高的主要雜草，防止出現(xiàn)主要雜草上升為重要雜草的現(xiàn)象。

就生態(tài)位寬度而言，3個地區(qū)的4種玉米田中均無廣生態(tài)位種雜草。烏魯木齊地區(qū)玉米田中生態(tài)位雜草有8種，窄生態(tài)位雜草有7種。伊犁地區(qū)玉米田中生態(tài)位雜草有7種，窄生態(tài)位雜草有7種?？κ泊翰ビ衩滋镏猩鷳B(tài)位雜草有15種，窄生態(tài)位雜草有6種。喀什復(fù)播玉米田中生態(tài)位雜草有7種，窄生態(tài)位雜草有3種。

3 結(jié)論與討論

新疆地處中國西北干旱地區(qū)，農(nóng)田雜草多由耐旱、耐鹽堿的雜草組成，雜草對不同調(diào)查區(qū)域的環(huán)境氣候等一系列特點的響應(yīng)，影響了不同地區(qū)的雜草群落組成[5]。

研究結(jié)果表明，新疆玉米田共有38種雜草，多以凹頭莧、藜、稗、馬齒莧、反枝莧、苘麻、野西瓜苗和牛筋草為主。重要值和群落結(jié)構(gòu)分析表明：不同地區(qū)的重要雜草種類和群落結(jié)構(gòu)組成存在差異，喀什地區(qū)春播玉米田雜草的種類最豐富，Margalef指數(shù)（3.696 1）、Shannon Wiener指數(shù)（2.463 2）和Pielou指數(shù)（0.756 0）最高，而該地區(qū)復(fù)播玉米田間雜草的Margalef指數(shù)（1.443 3）和Shannon Wiener指數(shù)（1.648 2）最低，但稗草和馬齒莧均為該地區(qū)玉米重要雜草;烏魯木齊地區(qū)雜草的Margalef指數(shù)為3.116 9、Shannon Wiener指數(shù)為2.200 6、 Pielou指數(shù)為0.734 6， 重要雜草以苘麻和野西瓜苗為主;伊犁地區(qū)雜草的Simpson指數(shù)（0.277 8）最高，這表明其優(yōu)勢雜草危害時期最為集中，且該地區(qū)重要雜草以灰綠藜為主?？κ泊翰ビ衩滋镫s草種類、多樣性和均勻度均為最高，可能與當(dāng)?shù)貧鉁馗哂泻艽箨P(guān)系;而喀什復(fù)播玉米田雜草的多樣性則是最低，優(yōu)勢度指數(shù)高，原因可能是在收獲上茬作物的同時清除掉了許多與上茬作物相似的雜草生活史長，且復(fù)播玉米田間新生的多為生活史較短的雜草種類。魏守輝等研究發(fā)現(xiàn)了，反枝莧、稗、馬齒莧、藜、狗尾草等雜草為河北各地區(qū)玉米田的主要雜草，這些雜草在新疆各地區(qū)均有發(fā)生且多為重要雜草，說明這些雜草的適應(yīng)能力極強[13]。馬麗榮等研究表明危害玉米田的雜草多為一年生雜草，且闊葉雜草的危害更為嚴(yán)重[14]，這與其他學(xué)者的研究類同。

生態(tài)位是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)發(fā)展的一種重要理論，它以數(shù)學(xué)的方法測度物種在有限資源的多維空間中綜合利用資源的能力、利用資源多樣化的程度和競爭水平[15]，在物種間關(guān)系、生物多樣性、群落結(jié)構(gòu)及功能和種群進(jìn)化等研究中有著廣泛應(yīng)用，成為解釋自然群落中物種共存與競爭機(jī)制的基本理論[16-17]。生態(tài)位寬度和生態(tài)位重疊值作為生態(tài)理論的主要評價指標(biāo)，其數(shù)值的大小反應(yīng)出物種的分布范圍[18]和不同雜草種間競爭的強弱與其對環(huán)境資源利用的相似性[19]。在不同的地區(qū)，重要雜草表現(xiàn)出不同的生態(tài)位寬度。烏魯木齊地區(qū)的重要雜草苘麻的生態(tài)位寬度為0.444 5，明顯低于其他主要雜草生態(tài)位寬度，且其生態(tài)位重疊值大于0.500的僅有苘麻和灰綠藜（0.633）、苘麻和凹頭莧（0.570）;伊犁地區(qū)的重要雜草凹頭莧生態(tài)位寬度也明顯低于其他重要雜草?？κ泊翰ビ衩滋锖涂κ矎?fù)播玉米田雜草的生態(tài)位寬度總體變化穩(wěn)定，僅次要雜草的生態(tài)位寬度發(fā)生改變。生態(tài)位寬度的分析結(jié)果進(jìn)一步驗證了上述各地區(qū)重要雜草的優(yōu)勢性。生態(tài)位重疊值分析表明，烏魯木齊地區(qū)馬齒莧、稗草，伊犁地區(qū)狗尾草、苘麻和田旋花，喀什地區(qū)春播玉米田的田旋花和龍葵以及喀什地區(qū)復(fù)播玉米田中苘麻和灰綠藜等主要雜草與地區(qū)重要雜草的生態(tài)位重疊值較高，在防治重要雜草時應(yīng)謹(jǐn)防上述地區(qū)的主要雜草上升為地區(qū)重要雜草。在化學(xué)防治中，通常優(yōu)勢雜草得到了有效控制，同時次優(yōu)勢雜草便會迅速成為新的優(yōu)勢雜草，加快了雜草群落演替的節(jié)奏，雜草生態(tài)位的研究在預(yù)測農(nóng)田雜草群落演替方向、更加科學(xué)有效地防除農(nóng)田雜草、保護(hù)生態(tài)平衡等多方面具有重要意義。

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