播期對冀西北寒旱區(qū)燕麥田雜草種群變化與飼草產(chǎn)量的影響

杜玉賢，陳麗雪，王麗宏，張繼宗，張立峰，劉玉華，邊秀舉

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/河北省作物生長調(diào)控實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071001）

燕麥（Avena sativa L.）為禾本科燕麥屬一年生植物，具有適應(yīng)性強(qiáng)、耐寒旱、耐貧瘠等優(yōu)點(diǎn)[1～3]，是重要的糧飼兼用作物，其播種面積居世界禾谷類作物第5 位[4]。燕麥加工成青飼料營養(yǎng)損失率低，適口性好，消化率高。燕麥?zhǔn)羌轿鞅焙祬^(qū)主要的糧食作物，為了響應(yīng)國家對壩上“兩區(qū)”（水源涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)支撐區(qū)）的建設(shè)要求，通過實(shí)施燕麥“糧改飼”生產(chǎn)進(jìn)行農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，不僅能夠更好地適應(yīng)區(qū)域寒旱氣候環(huán)境和匱乏的水土資源，還能彌補(bǔ)飼草短缺，減輕放牧草場的退化壓力。

雜草是影響作物產(chǎn)量和質(zhì)量的主要因素，在農(nóng)田生境下演化為具有特異適應(yīng)性的雜草群落[5]。雜草與作物競爭養(yǎng)分、水分和光照等資源[6]，不利于作物生產(chǎn)。適宜的種植制度和控草措施能夠降低田間雜草的發(fā)生。朱建義等[7]研究表明，免耕覆蓋稻草既可降低雜草為害，又可提高小麥產(chǎn)量，其中麥田雜草密度分別較免耕不覆蓋、翻耕處理降低了85.6%和80.8%，小麥產(chǎn)量與翻耕處理相當(dāng)且二者均明顯高于免耕不覆蓋處理。張莉等[8]研究了耕作方式對華北寒旱區(qū)燕麥田雜草群落結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果顯示，與翻耕處理相比，免耕處理下雜草Shannon 多樣性指數(shù)、生物量分別提高了2.0～28.6 倍和0.35～1.26 倍，燕麥生物產(chǎn)量降低了22.3%～46.2%。播期對農(nóng)田植物群落與其環(huán)境之間的時(shí)序關(guān)系影響較大。研究不同播期下冀西北寒旱區(qū)燕麥田雜草群落特征及其對燕麥草產(chǎn)量的影響，明確燕麥-雜草群落結(jié)構(gòu)的時(shí)序互作效應(yīng)，以期篩選出冀西北寒旱區(qū)燕麥抗草生產(chǎn)的適宜播期，為燕麥田雜草的合理防控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2019 年在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)張北實(shí)驗(yàn)站（北緯 41°09′，東經(jīng) 114°42′） 進(jìn)行。該區(qū)土壤類型為砂質(zhì)栗鈣土；海拔1 420 m，年平均降水量382.5 mm，年平均溫度3.9 ℃，無霜期135 d，≥10 ℃積溫2 426.3 ℃。燕麥生育期內(nèi)常年降水量約為312.5 mm，試驗(yàn)?zāi)甓冉邓繛?01.83 mm，其中7～8 月的降水量較常年偏低（圖1）。

圖1 燕麥生育期內(nèi)的降水分布Fig.1 Precipitation distribution during oat growth period

1.2 試驗(yàn)材料

參試燕麥品種為壩莜14 號，由張家口農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 燕麥播種前淺旋3～5 cm，用小型播種機(jī)同時(shí)播種和施肥。燕麥播期設(shè)5 月24 日（Ⅰ）、6 月8 日（Ⅱ）和6 月23 日（Ⅲ）3 個(gè)處理，小區(qū)面積75 m2（5 m×15 m），隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)，小區(qū)之間設(shè)寬1 m 的保護(hù)行。燕麥行距25 cm，播種量13.5 g/m2；施入肥料為尿素和過磷酸鈣，N、P2O5施用量分別為1.8 和2.8 g/m2。燕麥生育期內(nèi)不使用除草劑，8 月29 日收獲。

1.3.2 測定項(xiàng)目與方法 分別于燕麥分蘗期（TS）、拔節(jié)期 （JS）、抽穗期 （HS0）、抽穗后第 10 天（HS10）和抽穗后第20 天（HS20），每小區(qū)均隨機(jī)選取3 個(gè)1 m×1 m 的樣方，統(tǒng)計(jì)每個(gè)樣方內(nèi)全部雜草的種類以及每種雜草的株數(shù)；分別剪掉雜草和燕麥的地上部分，先105 ℃殺青20 min，后80 ℃烘干至恒重，用電子天平稱量干物質(zhì)重。

采用相對密度（Pi）衡量某種雜草的重要程度。統(tǒng)計(jì)燕麥不同時(shí)期的田間雜草群落密度和生物量，以及燕麥生物量。

分別計(jì)算燕麥抽穗期的田間雜草群落以及包括燕麥在內(nèi)的田間植物群落的Shannon 多樣性指數(shù)（H′）、Simpson 多樣性指數(shù)（D）、Pielou 均勻度指數(shù)（J）和Margalef 物種豐富度指數(shù)（DMG）：

式（1）中，Ni為樣方中第i 種雜草（植物）的密度，N 為樣方中雜草（植物）的總密度；式（4）中，S 為1 m2樣方內(nèi)的雜草（植物）種類數(shù)。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 利用Excel 2010 和SPSS 20 軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD 法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 播期對燕麥田雜草群落密度的影響

播期對燕麥各生育時(shí)期的田間雜草群落密度均有較大影響（表1）。不同時(shí)期的指標(biāo)值均隨播期推遲呈逐漸降低趨勢，其中播期Ⅲ處理的指標(biāo)值除拔節(jié)期與播期Ⅱ處理差異不顯著外，其他時(shí)期均與另外2個(gè)播期處理差異達(dá)到了顯著水平，而播期Ⅰ與播期Ⅱ處理的指標(biāo)值始終差異不顯著（表1）。表明推遲播期可降低雜草密度，其中6 月23 日播種時(shí)雜草密度明顯降低，而5 月24 日與6 月8 日播種的雜草密度差異不大。

表1 播期對燕麥田雜草群落密度的影響 （株/m2）Table 1 Effect of sowing date on weed community density in oat field

播期對燕麥生長過程中田間雜草群落密度的變化有較大影響。隨著燕麥生長，播期Ⅰ處理的指標(biāo)值呈先降低后升高的變化，其中燕麥抽穗前田間雜草密度明顯較大，自燕麥抽穗期開始田間雜草密度基本穩(wěn)定，最大值（385.3 株/m2） 出現(xiàn)在分蘗期，最小值（202.3 株/m2）出現(xiàn)在燕麥抽穗后第10 天；播期Ⅱ處理的指標(biāo)值呈降低—升高—降低—升高的變化，其中燕麥分蘗期至抽穗期指標(biāo)值變化劇烈，最大值（352.6 株/m2）、次高峰 （277.3 株/m2）、最小值 （157.3 株/m2） 分別出現(xiàn)在分蘗期、抽穗期和拔節(jié)期，燕麥抽穗后第10～20天田間雜草密度趨于穩(wěn)定；播期Ⅲ處理的指標(biāo)值呈升高—降低—升高—降低的變化，其中燕麥拔節(jié)期至抽穗后第10 天田間雜草密度較大，最大值（66.6 株/m2）、次高峰（60.6 株/m2）、最小值（27.6 株/m2）分別出現(xiàn)在拔節(jié)期、抽穗后第10天和第20 天。試驗(yàn)期間，燕麥田雜草密度最大值為385.3 株/m2，出現(xiàn)在播期Ⅰ處理的分蘗期。

2.2 播期對抽穗期燕麥田雜草優(yōu)勢種類的影響

播期對抽穗期燕麥田雜草種類和密度均有較大影響，其中，雜草密度順序?yàn)椴テ冖颍静テ冖瘢静テ冖?，雜草種類順序?yàn)椴テ冖颍静テ冖螅静テ冖瘢ū?）。表明6 月8 日播種時(shí)雜草密度最大，種類最多。

表2 播期對燕麥田雜草優(yōu)勢種類的影響Table 2 Effect of sowing date on dominant species of weeds in oat field

播期Ⅰ處理的燕麥田雜草種類最少，為6 種，且均為一年生雜草，包括灰綠藜、莧菜、狗尾草、小畫眉草、稗草和豬毛菜；但不同雜草品種的Pi差異較大，指標(biāo)值為0.3%～63.1%，其中灰綠藜的Pi最高，莧菜（30.7%）次之，禾本科雜草的Pi為5.8%。播期Ⅱ處理的燕麥田雜草種類最多，達(dá)10 種，其中一年生雜草有灰綠藜、莧菜、狗尾草、小畫眉草、稗草、糠稷、黍子和谷精草，多年生雜草為扁蓄和抱莖苦賣菜；但不同雜草品種的Pi差異較大，指標(biāo)值為0.2%～38.4%，其中莧菜的Pi最高，禾本科雜草的Pi為54.2%，多年生雜草抱莖苦荬菜的Pi為0.3%，可見一年生禾本科雜草為燕麥田雜草的優(yōu)勢種。播期Ⅲ處理的燕麥田雜草有8 種，其中一年生雜草有莧菜、灰綠藜、狗尾草、小畫眉草、稗草和黍子，多年生雜草為扁蓄和抱莖苦賣菜；但不同雜草品種的Pi差異較大，指標(biāo)值為1.3%～41.3%，其中莧菜的Pi最高，灰綠藜的Pi為18.7%，禾本科雜草的Pi為34.8%，多年生雜草抱莖苦荬菜的Pi為2.6%。可以看出，試驗(yàn)播期下燕麥抽穗期的田間雜草主要為一年生雜草，隨著播期推遲，雜草群落優(yōu)勢種類呈現(xiàn)以灰綠藜為主轉(zhuǎn)向以莧菜和一年生禾本科雜草為主的變化。

2.3 播期對抽穗期燕麥田植物多樣性的影響

播期對抽穗期燕麥田植物多樣性有較大影響（表3）。隨著播期推遲，燕麥田雜草群落的H′、D、J 和DMG 均呈逐漸增大趨勢；而包含燕麥在內(nèi)的整個(gè)田間植物群落的H′、D、J 和DMG 均表現(xiàn)為處理Ⅱ＞處理Ⅰ＞處理Ⅲ，其中播期Ⅲ處理的H′、D、J、DMG 分別只有播期Ⅱ處理的57.5%、49.8%、65.6%和83.1%。表明隨著播期推遲，喜溫性雜草的適應(yīng)性逐漸增強(qiáng)；但播種過晚（處理Ⅲ） 會(huì)導(dǎo)致燕麥的生存力明顯降低，最終限制了燕麥生產(chǎn)力的提高。

表3 播期對燕麥田雜草群落和植物群落的影響Table 3 Effects of sowing date on weed community and plant community in oat field

2.4 播期對燕麥田生物量的影響

2.4.1 雜草生物量 播期除對燕麥拔節(jié)期的田間雜草生物量影響不顯著外，對其他時(shí)期的田間雜草生物量均有較大影響（表4）。不同時(shí)期的指標(biāo)值順序均為播期Ⅱ＞播期Ⅰ＞播期Ⅲ，其中播期Ⅰ與播期Ⅱ處理相比分蘗期和抽穗期的田間雜草生物量明顯較低，與播期Ⅲ處理相比除燕麥抽穗后第20 天外其他時(shí)期差異均不顯著。

表4 播期對燕麥田雜草生物量和燕麥生物量的影響Table 4 Effects of sowing date on weed biomass and oat biomass in oat field （kg/hm2）

播期對燕麥生長過程中田間雜草生物量的變化有較大影響。隨著燕麥生長，播期Ⅰ處理的指標(biāo)值呈逐漸增加趨勢；播期Ⅱ處理的指標(biāo)值呈降低—升高—降低—升高的變化，其中最小值出現(xiàn)在拔節(jié)期，最大值出現(xiàn)在燕麥抽穗后第20 天；播期Ⅲ的指標(biāo)值呈先增加后降低的變化，其中最大值出現(xiàn)在燕麥拔節(jié)期，最小值出現(xiàn)在燕麥分蘗期。與抽穗后第10 天相比，抽穗后第20 天的雜草生物量除播期Ⅲ處理有所降低外，其他2個(gè)播期處理均呈現(xiàn)增加趨勢，增幅分別為27.6%和21.5%。試驗(yàn)期間，燕麥田雜草生物量最大值為1 961.5 kg/hm2，出現(xiàn)在播期Ⅱ處理的抽穗后第20 天。

2.4.2 燕麥生物量 播期除對燕麥分蘗期的生物量影響不顯著外，對其他時(shí)期的燕麥生物量均有較大影響。不同時(shí)期的指標(biāo)值順序不同，但均以播期Ⅲ處理最低，該播期下燕麥生物量除分蘗期外，其他時(shí)期均與播期Ⅰ處理差異達(dá)到了顯著水平，播期Ⅰ較播期Ⅲ指標(biāo)值高52.6%；而播期Ⅰ與播期Ⅱ處理的燕麥生物量始終差異不顯著，但抽穗后第20 天的指標(biāo)值較播期Ⅱ處理高29.6%。表明燕麥5 月24 日播種，在抽穗后第20 天（燕麥制備青干草的適宜收獲期）時(shí)生物量最高。

播期對燕麥生長過程中生物量的變化有較大影響。隨著燕麥生長，播期Ⅰ處理的指標(biāo)值呈逐漸增加趨勢；播期Ⅱ處理的指標(biāo)值呈先增加后降低的變化，最大值出現(xiàn)在燕麥抽穗后第10 天；播期Ⅲ處理的指標(biāo)值呈增加—降低—增加的變化，其中最大值出現(xiàn)在燕麥抽穗后第20 天，但指標(biāo)值較同期播期Ⅰ（6 746.8 kg/hm2）、播期Ⅱ（5 205.6 kg/hm2）處理分別降低了34.5%和15.1%。試驗(yàn)期間，燕麥生物量最大值為6 746.8 kg/hm2，出現(xiàn)在播期Ⅰ處理的抽穗后第20 天。

3 結(jié)論與討論

植物群落中各物種間存在著共生、合作、競爭等多種關(guān)系[9]，自然生物群落的進(jìn)化演替以“五率最高”為方向，表現(xiàn)為物種多樣性的豐富和Shannon 多樣性指數(shù)的增大。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，主栽作物與雜草所組成的植物群落，物種間更多地表現(xiàn)為彼此對農(nóng)田生態(tài)資源的競爭[10]，雜草入侵會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)12%～30%，并直接影響飼草質(zhì)量[11，12]。本研究結(jié)果表明，播期對燕麥田植物群落結(jié)構(gòu)有顯著影響，隨著燕麥播期推遲，雜草群落的H′、D、J 和DMG 逐漸增大，但播種過晚（播期Ⅲ）時(shí)燕麥田植物群落的H′、D、J 和DMG 均大幅度降低，表明推遲播種會(huì)導(dǎo)致燕麥田植物群落中各物種的生存力明顯降低。推遲播種時(shí)，雜草競爭力的降低對燕麥生產(chǎn)的正作用，難以補(bǔ)償燕麥生長勢降低所產(chǎn)生的減產(chǎn)效應(yīng)，由此成為遲播燕麥減產(chǎn)的重要原因，這與景小蘭等[13]的研究結(jié)果一致。

選擇適宜播期作為調(diào)控農(nóng)田植物群落與資源環(huán)境時(shí)序供求關(guān)系的措施，在促進(jìn)作物穩(wěn)產(chǎn)與增產(chǎn)的實(shí)踐中已被廣泛應(yīng)用[14～16]。早播燕麥田雜草群落的物種結(jié)構(gòu)以喜涼草種灰綠藜為主，晚播時(shí)以相對喜溫草種莧菜及一年生禾本科雜草狗尾草和小畫眉草為主。早播燕麥田群體與其生物量的快速增長，遏制了生育期間后生雜草的滋生[17]，因此，通過適宜播期的選擇與應(yīng)用，不僅可以提高燕麥產(chǎn)量，還能夠有效控制雜草，減少化學(xué)農(nóng)藥用量，保證飼草質(zhì)量安全。本研究條件下，燕麥5 月24 日播種效果較好，抽穗后第20 天燕麥產(chǎn)量最高，且在一定程度上能夠抑制雜草的發(fā)生。