皖北高粱田雜草種類(lèi)及群落特征分析

許錦程　許孟桃　俞少祥等

關(guān)鍵詞 高粱；皖北地區(qū)；雜草群落；物種多樣性；區(qū)域聚類(lèi)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：S 514；S 451.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16688/j.zwbh.2022279

高粱Sorghum bicolor（L.）Moench是我國(guó)栽培較早的禾谷類(lèi)作物之一，用途廣泛，是釀造業(yè)、酒精生產(chǎn)、飼料加工等行業(yè)的重要原材料[1-2]。隨著種植模式的調(diào)整，淡水資源的匱乏及對(duì)雜糧作物的需求逐漸上漲，高粱在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位愈加重要[3-4]。高粱具有生育期短、抗逆性強(qiáng)、產(chǎn)量穩(wěn)定等種植優(yōu)勢(shì)，積極發(fā)展高粱產(chǎn)業(yè)可有效提高復(fù)種指數(shù)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益[5]。皖北地區(qū)作為長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)帶的重要組成部分，光照充裕、雨量充沛，農(nóng)田機(jī)械化程度較高，良好的氣候條件為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高粱奠定了基礎(chǔ)[6]。然而，舒適的自然環(huán)境同時(shí)也為雜草滋生提供了適宜條件，因雜草具有繁殖能力強(qiáng)、競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯、可隨生境的改變調(diào)節(jié)種群密度等特點(diǎn)，造成農(nóng)田小氣候改變，作物生育期內(nèi)病蟲(chóng)害發(fā)生加重。雜草現(xiàn)已成為高粱安全生產(chǎn)的主要制約因素[7]。Dille等[3]的研究表明，美國(guó)每年未采取除草措施的高粱田平均產(chǎn)量損失可達(dá)47%，估值約9.53億美元。因此，如何科學(xué)治理田間雜草是高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展和輕簡(jiǎn)化栽培的前提和關(guān)鍵。

雜草是農(nóng)田生態(tài)體系的主要組成部分，對(duì)氣候、環(huán)境及耕作模式的變化適應(yīng)性較強(qiáng)，可不同程度地導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低[9]。皖北以平原、丘陵為主，各地區(qū)雜草群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此開(kāi)展雜草群落分布特征研究對(duì)減少農(nóng)業(yè)投入，提高生產(chǎn)效率及制定和優(yōu)化防控措施具有重要意義。張家儒等[10]2020年的調(diào)查表明，四川省德陽(yáng)市直播高粱田以禾本科雜草為主，形成以馬唐Digitaria sanguinalis、自生水稻為主的雜草群落；趙全明[11] 2014年的研究表明，江淮地區(qū)高粱田主要有稗Echinochloa crus-galli、狗尾草Setaria viridis、馬唐、蒼耳Xanthiumstrumarium等，且在高粱播種后10～15 d達(dá)出苗高峰。此外，有研究表明，農(nóng)田耕作制度、施肥水平及種植方式等的變化在一定程度上可加速農(nóng)田雜草群落演替[12-14]。

近年來(lái)，關(guān)于高粱田雜草防除的研究多集中于對(duì)除草劑的篩選[15-17]，而有關(guān)高粱田雜草種類(lèi)組成及群落特征變化的研究未有系統(tǒng)報(bào)道?；诖耍瑸槊鞔_皖北高粱田雜草群落的分布現(xiàn)狀，于2020年一2021年系統(tǒng)調(diào)查了皖北地區(qū)高粱田雜草的發(fā)生情況，分析了皖北不同高粱種植區(qū)域的群落多樣性，旨在為雜草可持續(xù)治理，完善高粱田雜草化學(xué)防除體系及保障高粱生產(chǎn)安全提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1皖北地理概況

皖北，安徽省北部簡(jiǎn)稱(chēng)，地處32°32′N(xiāo)—34°38′N(xiāo)、114°52′E-118°10′E，包括宿州、淮北、蚌埠、阜陽(yáng)、淮南、亳州6市，屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。全年平均氣溫14～17℃，氣候溫和、濕潤(rùn)；夏季高溫多雨，年均降雨量773～1670mm;全年無(wú)霜期200～240 d，日平均溫度超過(guò)10℃以上的活動(dòng)積溫為4600～5300℃；土壤為黃棕壤，地形以平原為主，瀕江臨淮，地勢(shì)平坦。土地面積達(dá)39149 km，占全省總面積的33.3%[6]。

1.2調(diào)查方法及樣點(diǎn)分布

根據(jù)皖北地區(qū)高粱的種植區(qū)域分布，于2020年-2021年每年的6月-7月（此時(shí)高粱處于苗期和拔節(jié)期之間）對(duì)阜陽(yáng)市（阜南縣、臨泉縣、太和縣、潁上縣）、亳州市（譙城區(qū)、渦陽(yáng)縣、利辛縣、蒙城縣）、淮南市（鳳臺(tái)縣、壽縣）、蚌埠市（懷遠(yuǎn)縣、五河縣）、宿州市（泗縣、靈璧縣、埇橋區(qū)、蕭縣）、淮北市（濉溪縣、杜集區(qū)）共計(jì)18區(qū)／縣，每個(gè)區(qū)／縣2～3個(gè)代表性鄉(xiāng)鎮(zhèn)（表1）的高粱田雜草進(jìn)行了調(diào)查。所選田塊面積不小于667m。于田間雜草幼苗期采用倒置“W”九點(diǎn)取樣法取樣，每點(diǎn)面積0.25m，記錄樣方內(nèi)雜草的種類(lèi)及數(shù)量，所選田塊耕作管理方式同當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)踐。其中，禾本科雜草株數(shù)為莖稈數(shù)，闊葉及莎草科雜草以株數(shù)表示[18]。通過(guò)植物智、《中國(guó)雜草志》等描述的雜草特征進(jìn)行識(shí)別和鑒定[19-20]。

2結(jié)果與分析

2.1皖北地區(qū)高粱田雜草種類(lèi)

結(jié)果顯示，皖北地區(qū)高粱田共有17科36種雜草。其中禾本科、菊科雜草最多，禾本科雜草包括稗、馬唐、牛筋草Eleusine indica、狗尾草、金色狗尾草Setaria pumila、畫(huà)眉草Eragrostis pilosa等6種，占所有種數(shù)的16.67%；菊科雜草包括刺兒菜Cirsium arvense var.zntegrifolium、蒼耳、苣荬菜Sonchus wightianus、鬼針草Bidens pilosa、小蓬草Erigeron canadensis、苦苣菜Sonchus oleraceus等；其次為莧科雜草，有反枝莧Amaranthus retroler-us、莧Amaranthus tricolor、喜旱蓮子草Alternan-thera philoxeroides、青葙Celosia argentea、藜Che-nopodium album等5種，占所有種數(shù)的13.89%;其他種類(lèi)較多的有旋花科、莎草科等。皖北域內(nèi)稗、狗尾草、馬唐、青葙、金色狗尾草、牛筋草的頻度較高，分別為90.38%、78.85%、74.04%、61.54%、58.65%；稗、馬唐、牛筋草、狗尾草的密度最大，分別達(dá)107.94、49.93、45.12、17.93株／m；稗、馬唐、牛筋草的種群多度較高，分別為20.17%、9.35%、8.44%（表2）。

2.2皖北地區(qū)高粱田優(yōu)勢(shì)雜草分析

根據(jù)皖北地區(qū)高粱田雜草的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度和危害程度，將高粱田雜草劃分為4種類(lèi)型，即優(yōu)勢(shì)雜草（RA≥5）、區(qū)域性?xún)?yōu)勢(shì)雜草（3≤RA<5）、常見(jiàn)雜草（1≤RA<3）、一般雜草（RA<1）[22]。由表3可知，稗、馬唐、牛筋草、狗尾草的優(yōu)勢(shì)度均大于5，且均為禾本科雜草，防除較為困難，是皖北地區(qū)高粱田的主要優(yōu)勢(shì)雜草；其次鐵莧菜Acalypha australis、鴨跖草、青葙、金色狗尾草等4種為皖北地區(qū)的區(qū)域性?xún)?yōu)勢(shì)雜草；莧、苘麻Abutilon theophrasti、蒼耳、馬齒莧Portulaca oleracea、碎米莎草Cyperus iria、反枝莧、刺兒菜C.arvense var.integrifolium、畫(huà)眉草、夏至草Lagopsis supina、芥菜Brassica juncea、藜、香附子Cyperus rotundus、葎草Humulus scandens等13種雜草在部分地域出現(xiàn)頻率較高，為常見(jiàn)雜草（優(yōu)勢(shì)度1≤RA<3）；打碗花Calystegia hederacea、喜旱蓮子草、紅蓼Persicaria orientalis、蘿藦Cynanchum rostellatum，錦葵Maloa cathayensis、丁香蓼Ludwigia prostrata、烏蘞莓Causonis ja-ponzca、異型莎草Cyperus di formis、鬼針草、田旋花Convolvulus arvensis和苦苣菜Sonchus olera-ceus等15種雜草相對(duì)優(yōu)勢(shì)度均低于1，且在調(diào)查樣點(diǎn)中發(fā)生數(shù)量較少，屬一般雜草。此外，莧、馬齒莧、碎米莎草、反枝莧等4種雜草在部分地區(qū)的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度大于5，各高粱種植區(qū)應(yīng)將其作為重點(diǎn)防治對(duì)象。

皖北各市高粱的耕作栽培制度及農(nóng)田管理水平等略有不同，致使各調(diào)查區(qū)域雜草的種類(lèi)有較大差異。阜陽(yáng)市地勢(shì)平坦，形成了以稗、狗尾草、牛筋草、馬唐、莧、反枝莧為主的雜草群落，伴有青葙、鐵莧菜、刺兒菜等闊葉雜草。亳州市平原較多，雨量集中，田間雜草群落主要為稗、馬唐、牛筋草、狗尾草和鐵莧菜5種，苘麻、刺兒菜等雜草在部分田塊發(fā)生較重?；茨鲜袑偾鹆甑貐^(qū)，灌溉較為便利，稗發(fā)生最重，其次為馬唐、牛筋草、狗尾草、青葙、金色狗尾草、馬齒莧和鴨跖草等。蚌埠市氣候適宜，域內(nèi)多以平原為主，除稗、馬唐發(fā)生較重外，鐵莧菜、碎米莎草亦不容忽視。宿州市內(nèi)高粱耕作制度不一，少數(shù)為大蒜與高粱輪作，田間雜草群落主要為牛筋草、稗、馬唐、狗尾草等?；幢笔懈吡环N植面積較少，在調(diào)查區(qū)域內(nèi)主要有稗、牛筋草、狗尾草、鴨跖草和馬唐等。此外，阜陽(yáng)市的莧、反枝莧，亳州市的鐵莧菜，淮南市的鴨跖草、青葙、金色狗尾草和馬齒莧，蚌埠市的鐵莧菜和碎米莎草以及淮北市的鴨跖草等雜草是各地市的區(qū)域優(yōu)勢(shì)雜草，相對(duì)優(yōu)勢(shì)度均較高且發(fā)生基數(shù)較大，各高粱種植區(qū)域應(yīng)高度重視。綜上所述，有效控制上述雜草危害應(yīng)是皖北地區(qū)制定高粱田綠色防控的重點(diǎn)。

2.3皖北高粱田雜草群落的多樣性

雜草群落的多樣性是農(nóng)田雜草持續(xù)適應(yīng)生態(tài)環(huán)境的結(jié)果。皖北地區(qū)高粱田雜草的群落多樣性結(jié)果如表4所示。阜陽(yáng)市和亳州市雜草的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)最高，Berger-Parker指數(shù)分別為4.89、3.78，其次為宿州市，其余3市優(yōu)勢(shì)雜草的發(fā)生程度略低，Berger-Parker指數(shù)在1.48～1.70之間。淮北市和阜陽(yáng)市高梁田雜草物種豐富，Margalef指數(shù)分別為3.16和3.14；其次為亳州市和宿州市，Margalef指數(shù)分別為3.09和3.01。從度量雜草群落集中性的辛普森指數(shù)來(lái)看，阜陽(yáng)市和亳州市的指數(shù)相近，Simpson指數(shù)分別為0.87和0.85；其次為宿州市和淮北市，Simpson指數(shù)分別為0.72和0.63；而淮南市和蚌埠市的指數(shù)最低，均為0.53。阜陽(yáng)市和亳州市雜草的物種種類(lèi)較多，Shannon-Wiener指數(shù)分別為2.41和2.26，其余4市雜草的Shannon-Wiener指數(shù)在1.17～1.70之間。阜陽(yáng)市和亳州市雜草的均勻度相當(dāng)，Pielou指數(shù)分別為0.72和0.70，而其余4市雜草的均勻度指數(shù)在0.37～0.54之間。綜上所述，阜陽(yáng)市的雜草多樣化程度最高，其次為亳州市、淮北市和宿州市；而蚌埠市、淮南市的多項(xiàng)指數(shù)均低于其他4市。

2.4皖北各地區(qū)高粱田雜草群落的相似性

以各地區(qū)雜草群落的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度為依據(jù)，將皖北各市中RA≥1的雜草群落進(jìn)行了系統(tǒng)聚類(lèi)分析。結(jié)果表明阜陽(yáng)市、亳州市、宿州市聚為第1組，淮南市、淮北市、蚌埠市聚為第2組（圖1）。其中，阜陽(yáng)市和亳州市的歐式距離最小，為10.80。

3結(jié)論與討論

長(zhǎng)期以來(lái)，農(nóng)田雜草干擾作物生長(zhǎng)，惡化生態(tài)環(huán)境，成為阻礙作物優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的主要影響因素[23]。高粱對(duì)除草劑十分敏感，施用不當(dāng)極易產(chǎn)生安全性問(wèn)題[24-25]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，登記于高粱田的化學(xué)除草劑共48種，其中含有莠去津成分40種，二氯喹啉酸成分19種，莠去津與二氯喹啉酸混劑17種，分別占登記總數(shù)的83.33%、39.58%、35.42%[26]。莠去津、二氯喹啉酸等單劑及其混配產(chǎn)品作為高粱田首選的除草劑品種，能夠防除多數(shù)一年生雜草，殺草譜廣且活性較高，但其在土壤中殘效期較長(zhǎng)，長(zhǎng)期單一使用易對(duì)環(huán)境造成污染，且存在抗藥性和對(duì)后茬作物的安全性等問(wèn)題[27-28]。因此，明確皖北高梁田雜草的發(fā)生現(xiàn)狀對(duì)指導(dǎo)農(nóng)戶(hù)科學(xué)用藥、制定雜草綜合防治措施具有重要意義。

高粱通常在春末夏初播種，該階段極易受到雜草侵害，加上雜草在形態(tài)、生育規(guī)律及適生條件等方面與作物十分相似，此期若發(fā)生草害會(huì)導(dǎo)致高粱長(zhǎng)勢(shì)瘦弱，對(duì)培育壯苗極為不利。研究表明，高粱在出苗后前4周內(nèi)與雜草共生可造成減產(chǎn)40%～97%[29]。此次高梁田雜草調(diào)查時(shí)間集中在苗期至拔節(jié)期前，此階段雜草易于鑒別，對(duì)作物的危害程度可比性強(qiáng)，結(jié)果更能反映田間雜草的發(fā)生情況。結(jié)果表明，皖北地區(qū)高粱田共發(fā)現(xiàn)雜草17科36種，禾本科、菊科、莧科雜草種類(lèi)最多，其中稗對(duì)高粱的威脅最嚴(yán)重，種群密度可達(dá)107.94株/m。雜草優(yōu)勢(shì)度結(jié)果表明，稗、馬唐、牛筋草、狗尾草等雜草優(yōu)勢(shì)度最高，RA在8.63～23.46之間，發(fā)生頻度高，種群密度大，是皖北地區(qū)高粱田雜草的重點(diǎn)防控對(duì)象。此外，苘麻、蒼耳、藜、葎草、刺兒菜、香附子等雜草在部分調(diào)查區(qū)域內(nèi)發(fā)生較重，多位學(xué)者的研究表明，上述雜草在田間生長(zhǎng)迅速，后期單株生長(zhǎng)量較大，一旦擴(kuò)散蔓延難以防除，因此篩選可防除上述雜草的高活性除草劑可為高粱穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)提供理論支撐[30-32]。

物種多樣性可反映不同雜草群落間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，又體現(xiàn)著地區(qū)間種質(zhì)資源的豐富程度，明確不同高粱種植區(qū)域的雜草多樣性對(duì)指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐、減輕農(nóng)業(yè)面源污染具有重要意義[33-34]。多樣性分析結(jié)果表明，阜陽(yáng)市雜草的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（Berger-Parker index）最高，達(dá)4.89，以稗、狗尾草、莧、牛筋草、馬唐為主；其次為亳州市，Berger-Parker指數(shù)為3.78，田間除禾本科的稗、馬唐、牛筋草、狗尾草危害嚴(yán)重外，鐵莧菜的發(fā)生量較大，優(yōu)勢(shì)度可達(dá)8.19；淮北市的雜草種類(lèi)最多，Margalef指數(shù)為3.16，田間優(yōu)勢(shì)雜草以稗、牛筋草、狗尾草、鴨跖草等為主。阜陽(yáng)市的Simpson、Shannon-Wiener、Pielou等指數(shù)均為最高，分別為0.87、2.41、0.72；其次為亳州市，各指數(shù)分別為0.85、2.26、0.70。不同地區(qū)間優(yōu)勢(shì)雜草的發(fā)生程度與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、耕作制度及農(nóng)田管理水平等有很大關(guān)系[35-36]。

聚類(lèi)分析結(jié)果表明，皖北高粱田雜草群落可分為2組，各地區(qū)雜草群落不一致的原因與農(nóng)田管理水平、用藥習(xí)慣、種植制度等關(guān)系密切。阜陽(yáng)、亳州市、宿州3市高粱產(chǎn)銷(xiāo)體系成熟，多為白酒、酒精生產(chǎn)企業(yè)的種植基地，種植區(qū)域常集中連片分布，且當(dāng)?shù)貦C(jī)械化程度和農(nóng)田管理水平較高；而淮南、淮北、蚌埠3市的高粱種植多為家庭農(nóng)場(chǎng)形式，不同農(nóng)場(chǎng)種植制度靈活多變，除草劑應(yīng)用水平及用藥時(shí)期差異較大。此外，陳國(guó)奇等[37]和周瑜等[38]的研究表明，除草方式、施肥水平、種植密度等田間管理措施對(duì)雜草發(fā)生和作物產(chǎn)量的影響較大，因此可通過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化耕作措施來(lái)抑制優(yōu)勢(shì)雜草的發(fā)生量，從而提高產(chǎn)量。當(dāng)下農(nóng)戶(hù)普遍知識(shí)儲(chǔ)備較少，缺乏對(duì)除草劑及雜草知識(shí)的正確認(rèn)識(shí)，通常盲目加大除草劑的施用劑量來(lái)達(dá)到理想的防除效果，但此做法增加了雜草可持續(xù)治理的實(shí)施難度。因此在生產(chǎn)實(shí)踐中可結(jié)合此次對(duì)皖北地區(qū)高粱田雜草的調(diào)查結(jié)果，根據(jù)雜草的發(fā)生現(xiàn)狀采取科學(xué)、高效的綜合防除措施，將雜草對(duì)作物的危害降至最低水平。