北疆棉田雜草多樣性及群落組成

黃紅娟 張朝賢 姜翠蘭 張學(xué)坤 黃兆峰 吳文龍 魏守輝

摘要：為明確北疆棉田雜草種類及多樣性，采用倒置W 9點(diǎn)取樣法對(duì)北疆地區(qū)27塊棉田共243個(gè)樣方的雜草種類和鮮重進(jìn)行調(diào)查，以明確棉田雜草的群落組成及結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，北疆地區(qū)棉田主要雜草有44種，隸屬于17科、38屬，其中優(yōu)勢(shì)雜草3種（龍葵、灰綠藜和田旋花）、區(qū)域性優(yōu)勢(shì)雜草4種（野西瓜苗、反枝莧、苘麻和馬齒莧）、常見雜草4種、一般雜草33種。北疆棉田的雜草群落主要由龍葵、灰綠藜、田旋花等闊葉雜草組成，給棉田雜草防控帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：北疆;棉田;雜草群落;禾本科雜草;闊葉雜草;多樣性;優(yōu)勢(shì)度;抗藥性

中圖分類號(hào)：S451 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ?文章編號(hào)：1003-935X（2020）01-0007-07

Abstract：A survey was conducted to investigate the community composition and structure of weed species and determine their fresh biomass in 243 sample plots in 27 cotton fields in northern Xinjiang. There were 44 weed species belonging to 17 families and 38 genera of which three were dorminant： Solanum nigrum L.，Chenopodium glaucum L. and Convolvulus arvensis L. Four species （Hibiscus trionum L.，Amaranthus retroflexus L.，Abutilon theophrasti Medicus and Portulaca oleracea L.） were of regional importance，whereas four species were considered common weeds and 33 species of general distribution. The weed community in cotton fields of northern Xinjiang is mainly composed of broadleaf weeds including S. nigrum，C. glaucum and C. arvensis，all of them being difficult to control in cotton fields.

Key words：northern Xinjiang;cotton fields;weed community;diversity;degree of dominance

棉花是新疆重要的經(jīng)濟(jì)作物，播種面積占所有農(nóng)作物總播種面積的50%左右[1]，然而近年來(lái)棉田雜草問題日趨嚴(yán)重，常年造成損失達(dá)14%～16%，嚴(yán)重制約了棉花的高效生產(chǎn)[2]。隨著膜下滴灌栽培方式的推廣、耕作制度的改變以及單一作用機(jī)制除草劑的長(zhǎng)期應(yīng)用等，棉田雜草群落組成及優(yōu)勢(shì)雜草已經(jīng)發(fā)生了顯著變化，區(qū)域性優(yōu)勢(shì)雜草的危害程度也呈加重趨勢(shì)。有研究表明，連續(xù)滴灌改變了新疆棉區(qū)土壤種子庫(kù)結(jié)構(gòu)和組成，喜旱性雜草在種子庫(kù)中的占比增加[3]。王少山等于1996年對(duì)阿拉爾墾區(qū)棉田雜草進(jìn)行調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，田旋花（Convolvulus arvensis L.）、蘆葦[Phragmites australis （Cav.） Trin. ex Steud.]和扁稈荊三棱[Schoenoplectus planiculmis （F. Schmidt） Egorova]是棉田中難以清除的三大惡性雜草，隨著氟樂靈的連年使用，其他1年生禾本科雜草種類逐漸減少，而闊葉雜草的危害程度有加重趨勢(shì)[4];2006年調(diào)查結(jié)果顯示，該地區(qū)以田旋花、灰綠藜（Chenopodium glaucum L.）、稗草[Echinochlo acrusgalli （L.） Beauv.]、扁稈荊三棱為主要雜草組合[5]。綜合多年調(diào)查結(jié)果來(lái)看，新疆南部地區(qū)的棉田雜草群落組成在10年間發(fā)生了顯著變化，闊葉雜草逐漸成為了棉田優(yōu)勢(shì)雜草，這可能與二硝基苯胺類除草劑的連年使用有關(guān)。連年使用同一作用機(jī)制的化學(xué)除草劑，使得雜草的群落組成也因此發(fā)生了變化，由以1年生禾本科雜草為主的雜草群落演替為以闊葉雜草為主的雜草群落，多年生雜草的危害程度也日趨加重。棉田雜草不僅與棉花爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)、水分和光照等，直接影響棉花的產(chǎn)量，還會(huì)增加機(jī)采棉纖維的含雜率，影響棉花的品質(zhì)和質(zhì)量。為明確北疆地區(qū)棉田雜草的組成以及優(yōu)勢(shì)雜草種類，對(duì)新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)五師、農(nóng)六師和農(nóng)八師的棉田雜草進(jìn)行抽樣調(diào)查，旨在為制定棉田雜草精準(zhǔn)防控策略提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查方法和樣點(diǎn)分布

分別于2017年和2018年的6月，對(duì)地處博爾塔拉蒙古自治州的農(nóng)五師、地處昌吉回族自治州的農(nóng)六師等地和地處石河子市、瑪納斯縣等地的農(nóng)八師等主要棉區(qū)棉田雜草進(jìn)行抽樣調(diào)查，調(diào)查時(shí)間為棉花的蕾期。采用倒置W 9點(diǎn)取樣法對(duì)每個(gè)樣地的雜草進(jìn)行調(diào)查，共計(jì)調(diào)查27個(gè)樣點(diǎn)（表1），243個(gè)樣方，每個(gè)樣方0.25 m2，記錄每個(gè)樣方里的雜草種類、株數(shù)和鮮重。

1.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

以各團(tuán)場(chǎng)為單位根據(jù)調(diào)查的數(shù)據(jù)計(jì)算物種多樣性、相對(duì)優(yōu)勢(shì)度等。物種多樣性的測(cè)度采用豐富度指數(shù)（Shannon-Wiener index，H′）、辛普森指數(shù)（Simpsons index，D）、Pielou均勻度指數(shù)（J）。

RA=（RD+RW+RF）/3。

式中：RA表示相對(duì)優(yōu)勢(shì)度;RD為相對(duì)密度，即樣方中某種雜草的密度占樣方中所有雜草總密度的比例;RW為相對(duì)質(zhì)量，即樣方中某種雜草鮮重占樣方中雜草總鮮重的比例;RF表示相對(duì)頻度，即某種雜草出現(xiàn)的樣方數(shù)占所有雜草出現(xiàn)的總樣方數(shù)的比例[6-8]。計(jì)算公式如下：

式中：Ni為樣方中第i種雜草的密度;N為樣方中雜草的總密度;Pi為樣方中第i種雜草的出現(xiàn)概率;S為樣方中的雜草物種數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉田雜草區(qū)系

調(diào)查結(jié)果（表2）顯示，北疆棉田主要雜草共有44種，屬于17科、38屬，其中單子葉雜草有1科、5屬、5種;雙子葉雜草有15科、32屬、38種。菊科雜草種類最多，有7種，占雜草種類的15.9%;其次是藜科雜草，有6種;禾本科、豆科雜草各有5種;十字花科雜草有4種。

2.2 棉田雜草種類

根據(jù)各種雜草的優(yōu)勢(shì)度、出現(xiàn)頻度以及在各地區(qū)棉田的具體發(fā)生情況，將北疆棉田雜草分為4種類型，即優(yōu)勢(shì)雜草、區(qū)域性優(yōu)勢(shì)雜草、常見雜草和一般雜草。優(yōu)勢(shì)雜草是指在各調(diào)查點(diǎn)均有分布，優(yōu)勢(shì)度較高，對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育有顯著影響的雜草;區(qū)域性優(yōu)勢(shì)雜草指在局部棉區(qū)出現(xiàn)，防除較困難的雜草;常見雜草指在大部分調(diào)查棉區(qū)均有發(fā)生，但優(yōu)勢(shì)度較低，對(duì)棉花危害較小的雜草;一般性雜草指在局部棉區(qū)分布，優(yōu)勢(shì)度較低，對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育影響較小的雜草。

從表3可以看出，龍葵、灰綠藜和田旋花的綜合優(yōu)勢(shì)度較高，對(duì)棉花生長(zhǎng)影響較大，防除困難，為北疆棉田優(yōu)勢(shì)種雜草?；揖G藜和龍葵在幼苗階段與棉花爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)和水分，在機(jī)采收割時(shí)龍葵紫色漿果會(huì)污染棉纖維，嚴(yán)重影響棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)。田旋花為多年生雜草，具有強(qiáng)大的地下根莖，繁殖能力強(qiáng)，為攀爬植物，在棉花的整個(gè)生育期都會(huì)影響棉花生長(zhǎng)，特別是在生長(zhǎng)后期，田旋花會(huì)成片纏繞并覆蓋棉花，影響機(jī)采棉的收割。

野西瓜苗、反枝莧、苘麻和馬齒莧在局部地區(qū)種群密度較大，嚴(yán)重影響棉花幼苗生長(zhǎng);部分地區(qū)扁稈荊三棱密度較大，該雜草為莎草科多年生雜草，有強(qiáng)大的地下根莖，很難防除，出土?xí)r葉片能夠穿透地膜，對(duì)棉花早期生長(zhǎng)也造成很大危害，為區(qū)域性優(yōu)勢(shì)種雜草。稗、狗尾草、白莧和花花柴為棉田常見雜草;蒺藜、蘆葦、堿蓬、豬毛菜、地膚、苣荬菜、駱駝刺等在棉田中發(fā)生頻率較低，對(duì)棉花生長(zhǎng)影響較小，為棉田一般性雜草。

2.3 北疆墾區(qū)棉田雜草發(fā)生的特點(diǎn)及群落結(jié)構(gòu)

由表3可知，從雜草的發(fā)生優(yōu)勢(shì)度來(lái)看，闊葉雜草灰綠藜、龍葵、田旋花等為主要優(yōu)勢(shì)種雜草，綜合優(yōu)勢(shì)度達(dá)到59.71。其次為野西瓜苗、反枝莧、馬齒莧、苘麻等，綜合優(yōu)勢(shì)度為21.26。從區(qū)域上來(lái)看，農(nóng)五師的灰綠藜優(yōu)勢(shì)度最大，明顯高于另外2個(gè)區(qū)域，形成以灰綠藜+龍葵+反枝莧、龍葵+扁稈荊三棱+田旋花為主的雜草群落結(jié)構(gòu)，該地區(qū)扁稈荊三棱的發(fā)生優(yōu)勢(shì)度是3個(gè)區(qū)域中最高的;農(nóng)八師的龍葵優(yōu)勢(shì)度最高，是主要優(yōu)勢(shì)種雜草，此外該地區(qū)田旋花和馬齒莧的優(yōu)勢(shì)度也是3個(gè)地區(qū)中最高的，形成以龍葵+田旋花+灰綠藜、龍葵+灰綠藜+野西瓜苗、龍葵+田旋花+馬齒莧為主的雜草群落結(jié)構(gòu);農(nóng)六師以龍葵為主要優(yōu)勢(shì)種雜草，龍葵的優(yōu)勢(shì)度是3個(gè)地區(qū)中最高的，達(dá)到 28.67，該地區(qū)雜草群落以龍葵+灰綠藜+田旋 花+野西瓜苗為主，反枝莧、苘麻、稗也都有較高的優(yōu)勢(shì)度。

2.4 棉田雜草群落的物種多樣性

由表4可知，棉田雜草物種豐富度以農(nóng)六師和農(nóng)八師較高，農(nóng)五師最低。所調(diào)查的3個(gè)區(qū)域氣候較為相似，但是雜草的多樣性存在一些差異，可能與當(dāng)?shù)胤N植環(huán)境、控草措施、施藥水平等有一定的關(guān)系。綜合來(lái)看，農(nóng)五師的棉田雜草物種豐富度最低，其香農(nóng)指數(shù)、辛普森指數(shù)和均勻度指數(shù)均是最低的，說(shuō)明該地區(qū)棉田中雜草種類最少，優(yōu)勢(shì)種雜草相對(duì)較為集中，這與實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)一致，農(nóng)八師和農(nóng)六師地區(qū)的物種多樣性相對(duì)高一些。由于農(nóng)田生態(tài)環(huán)境受人為干擾最為嚴(yán)重，因此地區(qū)間的差異可能與栽培模式、施藥方式等密切相關(guān)。

3 討論

農(nóng)田雜草的發(fā)生與群落組成受到多方面因素的影響，與自然環(huán)境、作物輪作制度、栽培方式、控草策略等有關(guān)[9-10]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，新疆墾區(qū)棉田以龍葵、田旋花、灰綠藜等為主要優(yōu)勢(shì)種雜草，局部地區(qū)野西瓜苗、反枝莧、馬齒莧、苘麻、扁稈荊三棱的發(fā)生較為嚴(yán)重。郝彥俊等于2002年對(duì)新疆地區(qū)棉田雜草進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 馬唐、田旋花、稗和灰綠藜是主要優(yōu)勢(shì)雜草，其次是畫眉草、狗尾草、蘆葦、反枝莧、野西瓜苗和苘麻等雜草， 該時(shí)期的雜草群落組成以禾本科雜草為主[11];魏建華等通過比較昌吉回族自治州2006—2015年期間雜草的群落結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，10年間馬唐、牛筋草、狗尾草等禾本科雜草發(fā)生量呈下降趨勢(shì)，而灰綠藜、龍葵、田旋花、野西瓜苗和苘麻等闊葉雜草發(fā)生量呈上升趨勢(shì)[12]。隨著除草劑的連年使用以及膜下滴灌栽培方式的推廣，一年生禾本科雜草優(yōu)勢(shì)度迅速下降，而闊葉雜草逐漸替代了禾本科雜草成為優(yōu)勢(shì)種，龍葵由一般雜草迅速上升為優(yōu)勢(shì)雜草。進(jìn)一步結(jié)合筆者的調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，北疆地區(qū)棉田雜草群落已經(jīng)完成了由禾本科雜草向闊葉雜草演替的變化，禾本科雜草不再為優(yōu)勢(shì)群落，取而代之的是龍葵、灰綠藜和田旋花等，局部地區(qū)多年生雜草扁稈荊三棱危害程度也呈加重趨勢(shì)。闊葉雜草和多年生雜草成為優(yōu)勢(shì)種群，給棉田的雜草防控帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。

雜草群落結(jié)構(gòu)的變化與多種因素有關(guān)，新疆棉區(qū)多年來(lái)一直使用土壤封閉劑二硝基苯胺類除草劑（氟樂靈和二甲戊靈），近10年來(lái)則以二甲戊靈為主，二甲戊靈對(duì)禾本科雜草有很好的防效，而對(duì)于部分闊葉雜草的防效不佳，有研究表明，新疆部分田旋花種群已經(jīng)對(duì)二甲戊靈產(chǎn)生了較高水平的耐藥性[13]。龍葵由一般雜草演變?yōu)橹饕獌?yōu)勢(shì)雜草，與其對(duì)二硝基苯胺類除草劑的耐受性強(qiáng)有一定關(guān)系，同時(shí)與近年來(lái)棉田膜下滴灌的栽培模式有關(guān)，如何防控棉田龍葵是目前北疆棉區(qū)面臨的挑戰(zhàn)之一。扁稈荊三棱在局部地區(qū)的發(fā)生也非常嚴(yán)重，雖然只是局部發(fā)生，但在所發(fā)生地塊的田間密度很高，它是多年生雜草，具有匍匐根狀莖和塊莖，一般除草劑對(duì)其藥效不佳，給棉花生產(chǎn)帶來(lái)極大困難。

針對(duì)北疆棉田雜草的演替情況，今后應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)棉田雜草的監(jiān)測(cè)，包括對(duì)棉田早期雜草種類、雜草種子庫(kù)等的調(diào)查，以明確各區(qū)域棉田雜草的群落結(jié)構(gòu)特征，如何因地制宜地使用除草劑，對(duì)棉田雜草進(jìn)行精準(zhǔn)有效防控，是當(dāng)前棉田雜草防除面臨的巨大挑戰(zhàn)。

關(guān)于棉田雜草對(duì)二硝基苯胺類除草劑的抗藥性監(jiān)測(cè)也是值得關(guān)注的方向，由于二硝基苯胺類除草劑在新疆棉區(qū)連續(xù)使用多年，應(yīng)開展長(zhǎng)期連續(xù)的棉田雜草抗藥性監(jiān)測(cè)，以明確雜草的抗藥性水平，為制定更科學(xué)的防控技術(shù)提供指導(dǎo)。據(jù)報(bào)道，目前已經(jīng)有多種雜草對(duì)二硝基苯胺類除草劑產(chǎn)生了抗性，牛筋草[Eleusine indica（L.） Gaertn.]是首次報(bào)道的對(duì)氟樂靈產(chǎn)生抗性的棉田雜草[14]，至今已經(jīng)報(bào)道的對(duì)二硝基苯胺類除草劑產(chǎn)生抗性的雜草有狗尾草、黑麥草（Lolium rigidum Gaudin）、長(zhǎng)芒莧（Amaranthus palmeri S. Watson）、大穗看麥娘（Alopecurus myosuroides Huds.）、看麥娘（Alopecurus aequalis Sobol.）等[15-21]，新疆棉田中也有相同種類的雜草或者近緣種，產(chǎn)生抗藥性的風(fēng)險(xiǎn)較大，長(zhǎng)期的抗藥性監(jiān)測(cè)是非常有必要的。另外，應(yīng)開發(fā)新作用機(jī)制的棉田除草劑，特別是推廣應(yīng)用針對(duì)難防雜草的除草劑，輪換使用不同作用機(jī)制的除草劑，以降低雜草抗藥性發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。由于本次調(diào)查是在棉花的整個(gè)生育期除草以后進(jìn)行的，農(nóng)民已經(jīng)完成了最后一次田間除草，調(diào)查結(jié)果反映了棉田最后的草害情況，對(duì)制定棉田雜草防控策略具有一定的意義。

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