直播方式對(duì)重慶地區(qū)稻田雜草群落組成和生態(tài)位的影響

黃乾龍,王楚桃,何永歆,歐陽杰,朱子超,管玉圣,蔣 剛,熊 英,李賢勇

(1.重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 水稻研究所,重慶 401329; 2.雜交水稻育種重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 408304)

伴隨城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平的快速提高,農(nóng)村勞動(dòng)力短缺問題日益凸顯[1],具有省工、省力、生產(chǎn)效率高、操作簡(jiǎn)單、便于規(guī)?；N植等優(yōu)點(diǎn)的直播栽培技術(shù)[2-3]作為一種輕簡(jiǎn)的栽培技術(shù)煥發(fā)出勃勃生機(jī),備受種植大戶等新型種植主體的歡迎。然而,一方面,由于與秧苗生長基本同步,直播稻田的雜草既與水稻爭(zhēng)光、爭(zhēng)水、爭(zhēng)肥、爭(zhēng)空間,又為病蟲害提供棲息場(chǎng)所,已成為限制水稻產(chǎn)量和品質(zhì)提升的生物性災(zāi)害之一[4];另一方面,就每個(gè)個(gè)體或種群在種群或群落中的時(shí)空位置及功能關(guān)系的生態(tài)位而言,直播稻田雜草作為稻田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,又對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮及地區(qū)生態(tài)平衡的維持起到了不可替代的作用[5],保持一定種類與數(shù)量的雜草在生物性災(zāi)害危害的經(jīng)濟(jì)閾值以內(nèi),有利于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的平衡[6-7]。因此,對(duì)直播稻田的雜草群落組成和生態(tài)位進(jìn)行分析不僅有助于科學(xué)合理地調(diào)控雜草的種類和數(shù)量,從而保證水稻的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn),而且對(duì)維持農(nóng)田小環(huán)境的良性循環(huán)及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展來說也具有重要意義。

稻田雜草的發(fā)生情況受土壤中雜草種子庫豐富度[8-9]、耕作方式[10-11],以及稻作區(qū)生態(tài)環(huán)境[12-13]等多因素的影響。余建波等[14]調(diào)研發(fā)現(xiàn),稗草、浮萍、空心蓮子草、野慈姑和小茨藻為重慶地區(qū)稻田雜草的優(yōu)勢(shì)種群。姚雄等[15]研究指出,重慶地區(qū)稻田優(yōu)勢(shì)雜草種群的發(fā)生情況受耕作制度的影響。徐偉東等[16]研究表明,在浙北稻麥連作區(qū)直播稻田的雜草中,多花水莧和無芒稗具有較高的生態(tài)位寬度。王小武等[17]研究表明,不同除草方式可使稻田雜草生態(tài)位的寬度值和生態(tài)位疊加值均發(fā)生改變。

盡管前人已對(duì)稻田雜草進(jìn)行了廣泛的研究,但在以丘陵和山地為主的重慶雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)稻作區(qū),關(guān)于濕潤直播(wet direct seeding, WDS)和淹水直播(flooded direct seeding, FDS)這兩種當(dāng)?shù)貎H有的直播方式下稻田雜草群落組成的研究報(bào)道還較少,鮮有對(duì)直播稻田雜草生態(tài)位進(jìn)行研究的報(bào)道。為此,特以重慶地區(qū)的直播稻田雜草為研究對(duì)象,以濕潤直播、淹水直播兩種直播方式作為處理,采用倒置W型9點(diǎn)取樣法研究不同直播方式下稻田雜草的群落組成和生態(tài)位,旨在明確不同直播方式對(duì)稻田雜草群落組成、生態(tài)位寬度和生態(tài)位疊加值的影響,為維持農(nóng)田小環(huán)境良性循壞條件背景下直播稻田雜草的科學(xué)綠色防除提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

重慶稻作區(qū)是以丘陵和山地為主的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)稻作區(qū)。當(dāng)?shù)貙賮啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤氣候,年均氣溫18 ℃。根據(jù)重慶的地理劃分和水稻主要產(chǎn)區(qū)分布,選取可代表重慶水稻主產(chǎn)區(qū)稻田雜草現(xiàn)狀的建制村開展直播稻田雜草群落組成和生態(tài)位研究。具體研究區(qū)域位于重慶市南川區(qū)大觀鎮(zhèn)鐵橋村(29°14′N,106°59′E),海拔700.0 m左右。試驗(yàn)地前茬冬閑,土壤基本理化性狀如下:有機(jī)質(zhì)含量35.0 g·kg-1,全氮含量1.9 g·kg-1,全磷含量0.5 g·kg-1,全鉀含量18.0 g·kg-1,堿解氮含量195.1 mg·kg-1,速效磷含量5.6 mg·kg-1,速效鉀含量72.0 mg·kg-1,pH值7.1。

1.2 試驗(yàn)水稻品種與直播方式

供試水稻品種為神9優(yōu)28,在重慶作中稻種植,全生育期148 d左右。該品種耐淹水發(fā)芽,適宜直播,由重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所提供。

共設(shè)置2種直播方式:FDS(淹水直播),將浸水催芽至泡脹的種子均勻地撒播到具有3～5 cm水層的田塊中;WDS(濕潤直播),將浸水催芽至泡脹的種子均勻地撒播到土壤水分飽和、無積水的田塊中。這兩種直播方式的主要區(qū)別在于整地上:FDS在旋耕機(jī)犁地后、播種前3 d進(jìn)行一次耙地,田面高差不超過3 cm,耙地后保持3～5 cm的水層;WDS則是在旋耕機(jī)犁地后、播種前5 d進(jìn)行一次耙地,要求田面高差小于5 cm,耙地完成后,在小面積田塊的四周開邊溝以排干田塊積水;在大面積田塊,按6 m左右的幅寬開廂,并于四周開邊溝,廂溝與邊溝暢通,溝深以能排干廂面積水為準(zhǔn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與調(diào)查方法

于2021—2022年開展試驗(yàn),采用單因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),分別以FDS和WDS作為處理,每個(gè)處理重復(fù)3次,共6個(gè)小區(qū),每小區(qū)面積666.7 m2。分別于2021-04-15和2022-04-13播種。在雜草萌發(fā)高峰期(水稻播種后40 d左右),采用倒置W型9點(diǎn)取樣法調(diào)查不同處理下直播稻田的雜草類型、株數(shù)、覆蓋度、頻率,以及株高。參照《中國農(nóng)田雜草原色圖譜》[18]識(shí)別雜草種類。

水稻出苗立針后,對(duì)FDS處理保持3～5 cm的淺水,對(duì)WDS處理(播種時(shí)已排干田塊積水)覆3～5 cm的淺水。試驗(yàn)期間正常施肥,正常開展病蟲害防治,但不施用任何除草劑。調(diào)查完成后,排干田塊積水,有針對(duì)性地對(duì)不同直播方式下長勢(shì)繁茂、密度較大的雜草用混/復(fù)配除草劑進(jìn)行莖葉噴霧,用藥完成后覆水悶殺2～3 d,悶殺完成后及時(shí)排水曬田以減輕藥害,后期水肥管理參照移栽田進(jìn)行。

1.4 指標(biāo)量化

1.4.1 重要值

考慮到株高也是影響量化雜草重要值(IV)的因素之一,因此在武菊英等[19]方法的基礎(chǔ)上引入株高,以相對(duì)密度(RD)+相對(duì)蓋度(RC)+相對(duì)頻率(RF)+相對(duì)株高(RH)的算術(shù)平均值(取百分?jǐn)?shù))作為重要值(IV)。其中,相對(duì)密度(RD)為樣方內(nèi)某一雜草株數(shù)占樣方內(nèi)雜草總株數(shù)的百分比;相對(duì)蓋度(RC)為樣方內(nèi)某一雜草的覆蓋度占樣方內(nèi)雜草總覆蓋度的百分比;相對(duì)頻率(RF)為樣方內(nèi)某一雜草頻率占樣方內(nèi)所有雜草總頻率的百分比;相對(duì)株高(RH)為樣方內(nèi)某一雜草的株高占所有雜草總株高的百分比。以2 a調(diào)查數(shù)據(jù)的平均值作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。基于重要值劃分重要雜草(IV≥10%)、主要雜草(1%≤IV<10%)和次要雜草(IV<1%)。

1.4.2 生態(tài)位寬度與生態(tài)位疊加值

采用謝春平[20]的方法,以2 a調(diào)查數(shù)據(jù)的平均值作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)樣方雜草的生態(tài)位寬度和生態(tài)位疊加值(Q)進(jìn)行量化。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件整理數(shù)據(jù),制作圖表。用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 直播方式對(duì)稻田雜草群落組成的影響

經(jīng)統(tǒng)計(jì),FDS稻田的雜草有9科15屬16種(表1),其中,禾本科雜草種類最多,共7種,占43.75%;WDS稻田的雜草有10科17屬18種,同樣以禾本科雜草種類最多,共7種,占38.89%;蓼科蓼屬的水蓼和菊科鬼針草屬的鬼針草為WDS特有的雜草。

表1 不同處理下直播稻田的雜草群落組成

測(cè)算雜草萌發(fā)高峰期(水稻播種后40 d左右)各雜草的重要值(圖1),可以看出,FDS稻田IV≥1%的雜草有15種,占比93.75%,其中,重要雜草有丁香蓼、鴨舌草、稗草3種,重要值分別為21.96%、14.07%、10.62%;主要雜草有光頭稗、喜旱蓮子草、異型莎草、陌上菜、看麥娘、千金子、毛茛、鱧腸、野荸薺、笄石菖、馬唐、雙穗雀稗12種,重要值分別為5.37%、1.90%、5.75%、8.28%、6.23%、3.25%、2.43%、4.22%、5.00%、3.34%、1.27%、4.83%。WDS稻田IV≥1%的雜草有16種,占比88.89%;其中,重要雜草有陌上菜、稗草、看麥娘、異型莎草4種,重要值分別為28.15%、13.01%、10.16%、10.79%;主要雜草有光頭稗、喜旱蓮子草、丁香蓼、千金子、鴨舌草、毛茛、鱧腸、野荸薺、笄石菖、雙穗雀稗、水蓼、鬼針草12種,重要值分別為2.77%、1.79%、8.63%、1.61%、4.68%、1.27%、1.68%、3.57%、2.86%、4.97%、1.62%、1.20%。與WDS相比,FDS可抑制水蓼和鬼針草的萌發(fā)。綜上,FDS的重要雜草結(jié)構(gòu)為丁香蓼+鴨舌草+稗草,而WDS的重要雜草結(jié)構(gòu)為陌上菜+稗草+看麥娘+異型莎草,可見淹水直播可改變重要雜草的群落結(jié)構(gòu)。

FDS,淹水直播;WDS,濕潤直播。柱上標(biāo)不同字母的表示同一物種在不同處理間差異顯著(P<0.05)。FDS, Flooded direct seeding; WDS, Wet direct seeding. Bars marked by different letters indicate significant difference between treatments for the same species.

方差分析結(jié)果顯示,兩種直播方式下重要值均≥1.00%的雜草中,除稗草、喜旱蓮子草、毛茛、笄石菖和雙穗雀稗5種雜草外,其余9種重要或主要雜草的重要值在兩種直播方式下均差異顯著(P<0.05);在任一直播方式下重要值≥10.00%的雜草中,除稗草外,余者的重要值在兩種直播方式下均差異顯著。

2.2 直播方式對(duì)稻田雜草生態(tài)位寬度的影響

對(duì)比不同直播方式下稻田雜草的生態(tài)位寬度(表2),結(jié)果顯示,兩種直播方式下共有的16種雜草中,除喜旱蓮子草、馬唐、早熟禾、丁香蓼、鴨舌草的生態(tài)位寬度值差異不顯著外,其余11種雜草的生態(tài)位寬度值均差異顯著。FDS稻田雜草的生態(tài)位寬度值在<0.01～0.93,丁香蓼的生態(tài)位寬度值(0.93)最大,陌上菜(0.87)次之,重要值≥1%且生態(tài)位寬度值大于0.5的雜草有10種,占FDS稻田雜草種類的62.50%。WDS稻田雜草的生態(tài)位寬度值在<0.01～0.94,以陌上菜的生態(tài)位寬度值(0.94)最大,稗草(0.93)和丁香蓼(0.93)次之,重要值≥1%且生態(tài)位寬度值大于0.5的雜草有9種,占WDS雜草種類的50.00%。

表2 不同處理下稻田雜草的生態(tài)位寬度

對(duì)比不同直播方式下均有且重要值≥1%的14種雜草的生態(tài)位寬度,千金子、毛茛、鱧腸、野荸薺在FDS的生態(tài)位寬度顯著大于WDS;喜旱蓮子草、丁香蓼、鴨舌草在兩種直播方式下的生態(tài)位寬度差異不顯著;光頭稗、稗草、異型莎草、陌上菜、看麥娘、笄石菖、雙穗雀稗在FDS下的生態(tài)位寬度顯著小于WDS。這表明,淹水直播下光頭稗、稗草、異型莎草、陌上菜、看麥娘、笄石菖、雙穗雀稗7種雜草對(duì)土壤養(yǎng)分等資源的競(jìng)爭(zhēng)力弱于濕潤直播,淹水直播更利于控制這7種雜草。

2.3 直播方式對(duì)稻田雜草生態(tài)位疊加值的影響

對(duì)不同直播方式下重要值均≥1%的14種雜草形成的91對(duì)種間對(duì),測(cè)算其生態(tài)位疊加值(表3)。FDS稻田雜草生態(tài)位疊加值≥0.6的種間對(duì)有25對(duì),占比為27.47%,重要雜草間,稗草與丁香蓼、鴨舌草間的生態(tài)位疊加值分別為0.59和0.55,丁香蓼與鴨舌草間的生態(tài)位疊加值為0.69。WDS稻田雜草生態(tài)位疊加值≥0.6的種間對(duì)有37對(duì),占比為40.66%,重要雜草間,稗草與異型莎草、陌上菜、看麥娘間的生態(tài)位疊加值分別為0.76、0.96、0.94,異型莎草與陌上菜、看麥娘間的生態(tài)位疊加值分別為0.82和0.66,陌上菜與看麥娘間的生態(tài)位疊加值為0.91。

表3 不同處理下重要值≥1%共有雜草的生態(tài)位疊加值

對(duì)這91對(duì)種間對(duì)在WDS與FDS下的生態(tài)位疊加值進(jìn)行差異顯著性分析,FDS下有44對(duì)種間對(duì)的生態(tài)位疊加值顯著小于WDS,有24對(duì)與WDS差異不顯著,有23對(duì)顯著高于WDS。

FDS下生態(tài)位寬度顯著小于WDS的7種重要或主要雜草相互形成了21對(duì)種間對(duì),其中,在FDS下生態(tài)位疊加值≥0.6的有5對(duì),占比23.81%;在FDS下顯著小于WDS的有16對(duì),占比76.19%。這21對(duì)種間對(duì)(除笄石菖與雙穗雀稗組成的種間對(duì)外)在FDS下的生態(tài)位疊加值或顯著小于WDS,或與WDS差異不顯著,說明其在淹水直播條件下種間利用土壤養(yǎng)分等資源的生物學(xué)相似性弱于濕潤直播,或與濕潤直播相當(dāng),種間競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)較小,然而當(dāng)這7種重要或主要雜草與FDS下生態(tài)位寬度值較大的其他雜草進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)時(shí),其對(duì)土壤等資源的競(jìng)爭(zhēng)力相對(duì)偏弱,不利于其個(gè)體數(shù)量的增長。

3 討論

3.1 淹水直播可抑制水蓼和鬼針草的萌發(fā),改變重要雜草的群落結(jié)構(gòu)

輕簡(jiǎn)的栽培技術(shù)影響稻田土壤雜草種子庫的豐富度,而稻田土壤雜草種子庫的豐富度是決定下一季雜草群落組成的關(guān)鍵因子之一[21];因此,直播技術(shù)作為輕簡(jiǎn)的栽培技術(shù)之一,亦影響雜草群落組成。本研究也發(fā)現(xiàn),不同直播方式下雜草的群落組成不同,淹水直播方式下的稻田雜草有9科15屬16種,而濕潤直播方式下的稻田雜草有10科17屬18種,水蓼和鬼針草為濕潤直播下的特有雜草?？赡艿脑蚴撬ず凸磲槻輰?duì)土壤含氧量的要求較高,淹水低氧條件下不萌發(fā)。因此,與濕潤直播相比,淹水直播抑制了水蓼和鬼針草的萌發(fā)。本研究亦發(fā)現(xiàn),不同直播方式下重要雜草的群落結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變,淹水直播下的重要雜草群落結(jié)構(gòu)為丁香蓼+鴨舌草+稗草,而濕潤直播下的重要雜草群落結(jié)構(gòu)為陌上菜+稗草+看麥娘+異型莎草。可能的原因是,淹水直播下雜草處于低氧狀態(tài),一部分水生雜草的萌發(fā)時(shí)間或提前或不受影響,一部分濕生雜草的萌發(fā)時(shí)間滯后,導(dǎo)致重要雜草群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。本研究表明,重慶地區(qū)淹水直播稻田的優(yōu)勢(shì)雜草為丁香蓼、鴨舌草和稗草,濕潤直播下的優(yōu)勢(shì)雜草為陌上菜、稗草、看麥娘和異型莎草。徐偉東等[16]研究表明,在浙北稻麥連作區(qū)直播稻田的優(yōu)勢(shì)雜草為無芒稗和千金子;肖紅等[22]研究表明,沈陽地區(qū)水田的優(yōu)勢(shì)雜草為稗、大狼把草、丁香蓼和耳基水莧。這些研究的差異可能是由不同研究者所處的稻作區(qū)生態(tài)環(huán)境、耕作制度,以及土壤雜草種子庫豐富度等的不同而引起的。

3.2 淹水直播可控制稗草等7種重要雜草或主要雜草的數(shù)量

生態(tài)位寬度表示種群生長過程中綜合利用資源的能力、利用資源多樣化的程度;生態(tài)位疊加值表示兩個(gè)物種在與生態(tài)因子聯(lián)系上的相似性[23]。本研究表明,就雜草個(gè)體而言,淹水直播下光頭稗、稗草、異型莎草、陌上菜、看麥娘、笄石菖、雙穗雀稗7種雜草的生態(tài)位寬度顯著小于濕潤直播,說明其在淹水直播條件下對(duì)土壤養(yǎng)分等資源的競(jìng)爭(zhēng)力弱于濕潤直播,尤其是禾苗露出水面前的營養(yǎng)生長階段,不利于前述7種雜草個(gè)體數(shù)量的增長。就雜草種間而言,淹水直播下上述7種雜草相互形成的21對(duì)種間對(duì)(除笄石菖與雙穗雀稗形成的種間對(duì)外)的生態(tài)位疊加值或顯著小于濕潤直播,或與濕潤直播差異不顯著,說明其種間在利用土壤養(yǎng)分等資源的相似性上弱于濕潤直播,或與濕潤直播相當(dāng);當(dāng)這7種雜草與在淹水直播下生態(tài)位寬度值較大的其他雜草進(jìn)行種間競(jìng)爭(zhēng)時(shí),其對(duì)土壤等資源的競(jìng)爭(zhēng)力仍相對(duì)偏弱,亦不利于個(gè)體數(shù)量的增長。因此,與濕潤直播相比,淹水直播可控制包括稗草在內(nèi)的這7種重要雜草或主要雜草的數(shù)量。可能的原因是,這7類雜草或?yàn)闈裆噪s草,或?yàn)槠珴裆噪s草,相較于水生性雜草而言,耐低氧萌發(fā)的能力較弱,淹水低氧條件下會(huì)不同程度地推遲其萌發(fā)進(jìn)程。周燕芝等[24]在盆栽試驗(yàn)條件下研究不同直播方式對(duì)稻田雜草發(fā)生的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),不同直播方式下全生育期內(nèi)雜草的密度表現(xiàn)為淹水直播大于濕潤直播,可能的原因是該研究與本研究的調(diào)查時(shí)期不同,且土壤雜草種子庫的豐富度亦有區(qū)別。此外,淹水直播下笄石菖、雙穗雀稗的生態(tài)位寬度值顯著小于濕潤直播,而笄石菖與雙穗雀稗間的生態(tài)位疊加值卻顯著大于濕潤直播,推測(cè)可能由它們特有的生物學(xué)特性所致。因此,在對(duì)生態(tài)位疊加值≥0.6的重要或主要雜草進(jìn)行后期的化學(xué)防除時(shí)應(yīng)慎用單一除草劑。另外要說明的是,本研究尚未對(duì)淹水直播下稗草等7種重要雜草或主要雜草的生物量進(jìn)行研究,淹水直播能否控制稗草等7種重要雜草或主要雜草的長勢(shì)尚有待進(jìn)一步研究。