我國農(nóng)田雜草文獻(xiàn)計(jì)量分析及相關(guān)研究進(jìn)展

李淑娟, 周泉, 黃國勤

我國農(nóng)田雜草文獻(xiàn)計(jì)量分析及相關(guān)研究進(jìn)展

李淑娟, 周泉, 黃國勤*

江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)科學(xué)研究中心/作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江西 南昌 330045

雜草是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 農(nóng)田雜草研究對于提高作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和保護(hù)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)意義重大。為客觀評述農(nóng)田雜草研究進(jìn)展, 利用CiteSpace軟件進(jìn)行文獻(xiàn)的分布分析(年度分布、學(xué)科分布、機(jī)構(gòu)與作者分布)和研究熱點(diǎn)分析, 并從4個(gè)方面(農(nóng)田雜草防除、保護(hù)性耕作、農(nóng)田雜草種子庫、農(nóng)田雜草群落)歸納了研究進(jìn)展。最后對該研究未來的發(fā)展做出展望, 以期對未來農(nóng)田雜草控制的研究提供方向和理論依據(jù)。

農(nóng)田雜草; 雜草防除; 雜草群落; 種子庫; 文獻(xiàn)計(jì)量分析

0 前言

農(nóng)田雜草與主要栽培作物伴生, 與作物具有相似的生存策略[1], 是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分[2]。雜草因與作物爭奪養(yǎng)料、水分、陽光和空間等危害作物生長, 但部分雜草的特性善加利用對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有益, 例如具有吸附重金屬特性的雜草可用于農(nóng)田土壤修復(fù)[3-4], 而具有優(yōu)良基因的雜草可作為農(nóng)作物遺傳改良的基因供體[5], 雜草的這些優(yōu)良特性(吸附重金屬、抗性基因、增加害蟲天敵等), 可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)實(shí)踐活動(dòng)[6]。除此之外, 作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的一部分, 雜草多樣性與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性緊密聯(lián)系[7]。因此, 農(nóng)田雜草的研究對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)有重要意義。前人對農(nóng)田雜草做了大量研究, 尤其是農(nóng)田雜草的防除, 從物理除草[1]、化學(xué)除草[8]、機(jī)械除草[9]到生態(tài)防治[10]、綜合防治[11-12], 不斷發(fā)展, 致力于找到一種在保證作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的同時(shí)兼顧生態(tài)安全的有效的防治措施。對于雜草群落和雜草種子庫的研究則為制定合理的綜合防治措施奠定了基礎(chǔ)[13]。面對豐富的文獻(xiàn)資源, 有人對于農(nóng)田雜草部分研究領(lǐng)域做了綜述, 例如土壤種子庫研究[14]、農(nóng)田雜草群落對不同影響因素的響應(yīng)[15]。但前人的綜述大多摻雜了主觀評述, 缺乏對農(nóng)田雜草研究的整體客觀分析, CiteSpace軟件在文獻(xiàn)計(jì)量分析方面的應(yīng)用提高了綜述的客觀性[16]。因此, 本文利用CiteSpace軟件進(jìn)行計(jì)量分析, 綜述農(nóng)田雜草近年來的研究進(jìn)展, 旨在為農(nóng)田雜草后續(xù)的研究工作提供思路。

1 農(nóng)田雜草文獻(xiàn)計(jì)量分析

1.1 文獻(xiàn)收集和分析工具

1.1.1 文獻(xiàn)收集

根據(jù)分析需求在中國知網(wǎng)(https://www.cnki.net/)設(shè)置適宜檢索條件進(jìn)行檢索, 完成文獻(xiàn)檢索和收集工作。檢索式: 主題=“農(nóng)田”and“雜草”。按上述檢索條件檢索, 得到1445條結(jié)果, 剔除無效的結(jié)果, 剩余1322條結(jié)果, 將符合要求的1322篇文獻(xiàn)以Refworks格式導(dǎo)出參考文獻(xiàn)用于后續(xù)計(jì)量分析。

1.1.2 分析工具

(1)參數(shù)設(shè)置

合理設(shè)置CiteSpace的參數(shù)可得到較好的輸出結(jié)果, 以下為較適合本研究的一些參數(shù)設(shè)置。首先是時(shí)間切片方法(Time Slicing)設(shè)置, 檢測到最早的文獻(xiàn)發(fā)表于1960年, 默認(rèn)從1960—2020年建立了網(wǎng)絡(luò), 每個(gè)時(shí)間切片一年。在文獻(xiàn)量的年度分布分析中發(fā)現(xiàn)近20年間是該研究較為穩(wěn)定的一段時(shí)期, 為了進(jìn)一步了解這一時(shí)期的趨勢, 將關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜和突發(fā)檢測的時(shí)間范圍從默認(rèn)的時(shí)間縮小到2000—2020年。節(jié)點(diǎn)類型選擇“機(jī)構(gòu)”、 “作者”、 “關(guān)鍵詞”, 分別構(gòu)建機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖譜、作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜和關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜。闕值設(shè)置決定了節(jié)點(diǎn)的取舍, 選擇了“TOP N, N=50”, 意為在每個(gè)時(shí)間切片中提取排名前50的數(shù)據(jù)用于構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)圖譜。在網(wǎng)絡(luò)裁剪方法上, 為得到最顯著的網(wǎng)絡(luò), 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)采用“尋路器(Pathfinder)—剪枝合并網(wǎng)絡(luò)(Purning the merged network)”的方法, 其他圖譜不需要裁剪。

(2)網(wǎng)絡(luò)圖譜的組成及含義

每個(gè)網(wǎng)絡(luò)圖譜均由節(jié)點(diǎn)和連線組成, 節(jié)點(diǎn)的大小與頻次成正比; 連線表明節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系, 并與連接的強(qiáng)度成正比, 連線的顏色所代表的年份則是首次合作的年份。網(wǎng)絡(luò)中的顏色從深紫色到黃色不等, 這與1960年(深紫色)到2020年(黃色)這段時(shí)間相對應(yīng)。

1.2 文獻(xiàn)分布狀況

根據(jù)知網(wǎng)檢索結(jié)果, 最早的農(nóng)田雜草文獻(xiàn)是發(fā)表于1960年的一篇研究性論文[17], 為更全面的了解農(nóng)田雜草這一研究領(lǐng)域的發(fā)展過程, 使用1960—2020年的檢索結(jié)果進(jìn)行年度分布、學(xué)科分布、機(jī)構(gòu)和作者分布分析。

1.2.1 年度分布

每年被知網(wǎng)收錄的已發(fā)表的農(nóng)田雜草文獻(xiàn)數(shù)量(圖1)可以反映農(nóng)田雜草研究的年度分布情況和發(fā)展近況。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn), 有關(guān)農(nóng)田雜草研究的文獻(xiàn)量經(jīng)過一段時(shí)期的波動(dòng)增長近年來趨于穩(wěn)定, 總體上可大致分為以下三個(gè)階段:

(1)起始階段(1960—1977年)

這一階段有關(guān)農(nóng)田雜草研究的文獻(xiàn)量共計(jì)14篇, 平均僅0.78篇/年, 占全庫館藏的0.01‰, 且超過一半的年份沒有文獻(xiàn)發(fā)表, 該階段是農(nóng)田雜草研究的起步探索階段, 主要關(guān)注農(nóng)田雜草的化學(xué)防除技術(shù)(12篇)[18-19], 個(gè)別學(xué)者開始關(guān)注農(nóng)田雜草的生活規(guī)律[20]及雜草種子休眠問題[21]。

(2)波動(dòng)增長階段(1978—1999年)

這一階段有關(guān)農(nóng)田雜草研究的文獻(xiàn)量平均為17.68篇/年, 年發(fā)表文獻(xiàn)量占全庫館藏的比例波動(dòng)較大, 但總體呈緩慢增長趨勢。該階段農(nóng)田雜草的文獻(xiàn)量占全庫館藏的比例較高, 均值為0.04‰, 在1999年(0.11‰)達(dá)到峰值。這一階段的研究重點(diǎn)主要是化學(xué)除草技術(shù), 其次是對雜草群落[22-26]的研究, 后期人們開始關(guān)注雜草抗藥性問題[27-29]。同時(shí)該階段也是“種子庫”一詞的形成時(shí)期[30], 為后期對于農(nóng)田雜草種子庫的研究奠定了基礎(chǔ)。

(3)穩(wěn)定發(fā)展階段(2000—2020年)

這一階段有關(guān)農(nóng)田雜草研究的文獻(xiàn)量平均為43.76篇/年, 文獻(xiàn)量在2013年達(dá)到峰值(68篇), 該階段年發(fā)表文獻(xiàn)量占全庫比例稍有下降(均值為0.02‰), 但整體較平穩(wěn), 不再劇烈波動(dòng)。這表明該研究近期發(fā)展較為平穩(wěn), 但缺少重大突破。該階段研究重點(diǎn)依然是農(nóng)田雜草防除問題, 同時(shí)還關(guān)注了雜草群落、雜草種子庫。研究涉及的農(nóng)田種類繁多, 其中保護(hù)性耕作農(nóng)田得到關(guān)注, 以保護(hù)性耕作農(nóng)田的雜草為研究對象, 研究了其群落特征[31-33]、防控技術(shù)[34]以及對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)[35]的影響。

圖1 1960—2020年每年發(fā)表的農(nóng)田雜草文獻(xiàn)數(shù)量及其占知網(wǎng)全庫館藏文獻(xiàn)的比例

Figure 1 The number of literature published annually and its proportion in the total collections of CNKI on farmland weeds from 1960 to 2020

1.2.2 學(xué)科分布

農(nóng)田雜草研究涉及學(xué)科較廣, 學(xué)科交叉性較強(qiáng)。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn), 理學(xué)類、工學(xué)類、農(nóng)學(xué)類均有涉及, 主要涉及植物保護(hù)、農(nóng)作物、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)、農(nóng)藝學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)與資源利用、計(jì)算機(jī)軟件及計(jì)算機(jī)應(yīng)用、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、園藝、農(nóng)業(yè)工程(圖2)。植物保護(hù)所占比重最大(70%), 這與年度分析得出的結(jié)果相吻合, 各階段最關(guān)注的始終是農(nóng)田雜草的防除問題。而雜草群落與雜草種子庫的研究則涉及到了生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)與資源利用等學(xué)科, 工學(xué)類學(xué)科的貢獻(xiàn)則多是在除草類機(jī)械[9]的研究。

1.2.3 機(jī)構(gòu)及作者分布

機(jī)構(gòu)合作圖譜和作者合作圖譜能夠直觀地展示出在農(nóng)田雜草研究領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)及作者分布情況, 由此可分析發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域較活躍或較有影響力的機(jī)構(gòu)或作者。機(jī)構(gòu)合作圖譜密度僅為0.0044, 表明各研究機(jī)構(gòu)間聯(lián)系不緊密, 較分散。圖譜中最大關(guān)聯(lián)機(jī)構(gòu)數(shù)為3, 即“吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院—松原市農(nóng)業(yè)科學(xué)院—‘農(nóng)牧一體化’農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站(林芝)”合作團(tuán)體(圖3)。除此之外, 還有5個(gè)合作網(wǎng)絡(luò), 均由2個(gè)機(jī)構(gòu)構(gòu)成, 分別為“甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院—甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院”、“四川農(nóng)業(yè)大學(xué)果蔬研究所—綿陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院”、“四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院—雅安水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測分站”、“河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院—河南省偃師市植保檢驗(yàn)站”、“安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院中國科學(xué)院武漢植物園”(圖3), 其他機(jī)構(gòu)較為分散, 沒有合作, 這僅有的6個(gè)合作網(wǎng)絡(luò)第一次合作的時(shí)間均發(fā)生于近10年, 2010年之前合作較少。對從事農(nóng)田雜草研究的高校、科研院所進(jìn)行文獻(xiàn)量統(tǒng)計(jì)排名并作圖(圖4), 排名前三的分別是南京農(nóng)業(yè)大學(xué)(47篇)、沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)(34篇)和西北農(nóng)林科技大學(xué)(29篇), 他們在該研究領(lǐng)域較為活躍, 發(fā)表論文量較多, 影響力較大, 但與其他機(jī)構(gòu)的合作較少。

圖2 1960—2020年農(nóng)田雜草文獻(xiàn)涉及的TOP10學(xué)科及各學(xué)科所占比例

Figure 2 The top 10 disciplines and the proportion of each discipline involved in the literature on farmland weeds from 1960 to 2020

對作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜進(jìn)行分析, 可以明確作者在此研究領(lǐng)域的貢獻(xiàn)度以及他們之間的合作關(guān)系。該圖譜密度為0.0101, 各節(jié)點(diǎn)間有一定聯(lián)系, 但不是特別緊密。共發(fā)現(xiàn)十個(gè)合作網(wǎng)絡(luò), 排名前三的分別是辛存岳等人、劉家棟等人、萬開元等人(表1)。發(fā)表文章數(shù)量排名前三的作者分別為辛存岳(14篇)、郭青云(12篇)、邱學(xué)林(10篇), 他們同屬于青海省農(nóng)林科學(xué)研究院植物保護(hù)研究所(表1), 該團(tuán)隊(duì)在農(nóng)田雜草研究領(lǐng)域較為活躍, 具有較大的研究團(tuán)隊(duì)和學(xué)科積累。

1.3 研究熱點(diǎn)

為更進(jìn)一步了解近年來該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn), 時(shí)間尺度縮小到近二十年(2000—2020年), 構(gòu)建關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜, 密度為0.0163, 節(jié)點(diǎn)最外面紫色圓環(huán)代表這個(gè)節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)間聯(lián)系緊密, 為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。共發(fā)現(xiàn)3個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn): “除草劑”、“化學(xué)除草”、“雜草群落”。與“除草劑”關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)聯(lián)系緊密的關(guān)鍵詞均為常見除草劑(氯磺隆、胺苯磺隆、甲磺隆等); 與“雜草群落”關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)聯(lián)系緊密的關(guān)鍵詞為“耕作方式”、“發(fā)生規(guī)律”、“異型莎草”等; “化學(xué)除草”關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)與“除草劑”關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和“雜草群落”關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)聯(lián)系緊密。進(jìn)行突發(fā)性檢測, 得到排名前十的高突發(fā)強(qiáng)度關(guān)鍵詞(表2), 他們在一定程度上代表了近年來研究的熱點(diǎn)所在。從突發(fā)性檢測結(jié)果來看(表2), 熱點(diǎn)的分布以2009年為界分為兩個(gè)時(shí)期。2000—2009年期間, 熱點(diǎn)關(guān)鍵詞主要是“化學(xué)除草(4.7625)”、“農(nóng)田化學(xué)除草(7.3636)”、“農(nóng)作物(3.1208)”、“種子庫(3.9821)”、“綜合治理(3.3364)”、“化學(xué)除草劑(3.2609)”、“保護(hù)性耕作(4.3197)”、“抗藥性(5.0307)”, 這一時(shí)期的熱點(diǎn)主要集中于化學(xué)除草與抗藥性問題[36-37], 其次是綜合治理方面[12,38], 種子庫在這一時(shí)期得到短暫關(guān)注(2003—2004年)。2009年之后的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞是“雜草種子(3.4349)”、“土壤種子庫(3.3681)”, 這一時(shí)期的熱點(diǎn)主要集中在農(nóng)田雜草種子庫[39-41]方面。

圖3 機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖譜(1960—2020年)

Figure 3 Network map of institutional cooperation from 1960 to 2020

圖4 發(fā)文量TOP20的機(jī)構(gòu)及其發(fā)文量

Figure 4 The top 20 institutions and the number of articles published by each institution

圖5 作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜(1960—2020年)

Figure 5 Network map of author's cooperation from 1960 to 2020

表1 排名前三的作者合作網(wǎng)絡(luò)信息

Figure 6 Keyword co—occurrence network map from 2000 to 2020

表2 突現(xiàn)強(qiáng)度排名前10的關(guān)鍵詞(按照首次出現(xiàn)的年份進(jìn)行排列)

2 農(nóng)田雜草近年研究進(jìn)展

為進(jìn)一步了解近年來農(nóng)田雜草的研究進(jìn)展, 時(shí)間尺度縮小到2000—2020年, 時(shí)間切片設(shè)為5年, 按被引量進(jìn)行排序, 每個(gè)時(shí)間切片篩選出排名前3的文獻(xiàn), 共篩選出符合要求的且較具有代表性的文獻(xiàn)12篇。高頻關(guān)鍵詞代表研究領(lǐng)域的重要知識基礎(chǔ), 高中心度關(guān)鍵詞及高突發(fā)強(qiáng)度關(guān)鍵詞分別是樞紐節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn), 代表研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。分析近年來排名前十的高頻關(guān)鍵詞、高中心度關(guān)鍵詞及高突發(fā)強(qiáng)度關(guān)鍵詞(表3), 發(fā)現(xiàn)近年來的研究可分為四個(gè)方向(表4), 分別為農(nóng)田雜草防除、保護(hù)性耕作、農(nóng)田雜草群落、農(nóng)田雜草種子庫。因此將12篇參考文獻(xiàn)分成以上四個(gè)方向供進(jìn)一步討論。

表3 TOP10的高頻關(guān)鍵詞、高中心度關(guān)鍵詞和高突現(xiàn)強(qiáng)度關(guān)鍵詞

表4 近年主要研究方向及相關(guān)關(guān)鍵詞

2.1 農(nóng)田雜草防除

雜草防除這一主題包含的關(guān)鍵詞較多, 大都與化學(xué)除草相關(guān), 其次是綜合治理。雜草在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中具有兩面性。一方面, 雜草與作物存在資源競爭[1], 可能會導(dǎo)致作物減產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。另一方面, 隨雜草增加害蟲天敵的種類和數(shù)量會增加, 有助于防治害蟲, 而較高的雜草多樣性可增強(qiáng)雜草間競爭進(jìn)而遏制惡性雜草危害[1], 所以雜草的存在也有助于穩(wěn)產(chǎn), 它對于維護(hù)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)平衡也有重要意義。因此, 不能一味的消滅雜草, 也不能任其瘋長, 適當(dāng)?shù)碾s草防除措施對于提高農(nóng)田生產(chǎn)力維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)平衡至關(guān)重要。

當(dāng)前的雜草防除措施主要包括物理除草、化學(xué)除草、生物防治、綜合防治。物理除草方式主要包括人工和機(jī)械除草, 人工除草的方式自古有之, 但效率低、人力耗費(fèi)大已不再適合大面積使用, 機(jī)械除草行之有效, 但不同類型農(nóng)田配套機(jī)械的研究還不完善。化學(xué)除草劑的出現(xiàn)在一定時(shí)間內(nèi)代替了人工和機(jī)械除草, 上世紀(jì)90年代, 化學(xué)除草面積猛增, 1995年已增至全國農(nóng)作物播種面積的四分之一[42]。近年來, 隨著化學(xué)除草劑的大面積應(yīng)用, 抗藥性雜草、環(huán)境污染、藥害、農(nóng)藥殘留等問題接踵而出, 人們意識到化學(xué)除草劑不是萬能的[42-44], 出于食品安全、生態(tài)安全的考慮, 生物防治和綜合防治措施備受重視。適當(dāng)?shù)男←湶シN量可抑制田間雜草發(fā)生并獲得較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量[45], 是有效的生態(tài)防治措施。禾本科雜草為主的農(nóng)田, 采取秸稈還田配施有機(jī)肥化肥的方式可以通過降低土壤種子庫密度達(dá)到減少地上雜草的發(fā)生與危害[46]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中, 翻耕、輪作、化學(xué)除草與人工除草相結(jié)合的方式可控制農(nóng)田多年生雜草的危害程度[47]。因此, 將作物、雜草、土壤、農(nóng)藝措施等有機(jī)的聯(lián)系起來, 改變雜草生境, 這種綜合防治措施是既能保證農(nóng)田生產(chǎn)力又能保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效措施。

2.2 保護(hù)性耕作

保護(hù)性耕作這一主題包含了“保護(hù)性耕作”、“耕作方式”這兩個(gè)關(guān)鍵詞。相對于傳統(tǒng)翻耕技術(shù), 保護(hù)性耕作技術(shù)是一項(xiàng)從保護(hù)農(nóng)田、治理沙塵暴角度出發(fā), 兼顧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)保護(hù)的新型耕作技術(shù)[48-49], 具有控制土壤侵蝕、涵養(yǎng)水分、改善土壤結(jié)構(gòu)、改良農(nóng)田生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn), 對于減少農(nóng)田土壤侵蝕, 增加雨水蓄存, 緩解傳統(tǒng)耕作對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境破壞的壓力有重要意義[48-50]。

但是對農(nóng)田雜草的控制效果是保護(hù)性耕作的一大技術(shù)問題。一方面, 一些保護(hù)性耕作措施可以抑制雜草發(fā)生, 例如秸稈覆蓋措施, 有報(bào)道稱西南“旱三熟”地區(qū)的農(nóng)田采用秸稈覆蓋措施可以降低雜草密度和生物量, 顯著抑制農(nóng)田雜草發(fā)生[50], 而適量的麥秸覆蓋可以有效減少玉米田中馬唐的出苗率[49]。另一方面, 一些保護(hù)性耕作措施加大了雜草防治難度, 例如免耕, 免耕使土壤表層的雜草種子密度變大, 為種子萌發(fā)提供便利[1]; 相較于翻耕, 免耕無法有效破壞多年生雜草根莖繁殖體, 長期免耕使多年生雜草增加[48]。

2.3 農(nóng)田雜草種子庫

農(nóng)田雜草種子庫這一主題包含的關(guān)鍵詞有“種子庫”、“雜草種子”、“土壤種子庫”。土壤種子庫指存在于土壤表面和土壤中有活力的種子的總和[30], 它包含活動(dòng)土壤種子庫和休眠土壤種子庫[14]。農(nóng)田雜草種子庫即指存在于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的土壤種子庫, 以潛雜草群落形式存在于農(nóng)田土壤中。農(nóng)田雜草種子庫的存在使雜草在受頻繁的人類活動(dòng)干擾的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中得以存活延續(xù), 是維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的關(guān)鍵[13,46,51]; 農(nóng)田雜草種子庫可以反映雜草群落特征和農(nóng)田管理的歷史[13-14]; 掌握其消長規(guī)律可以預(yù)測雜草發(fā)生狀況, 有助于制定相應(yīng)的雜草綜合管理措施[13]; 它與地上雜草群落互為“源—庫”關(guān)系, 打破其生活史周期, 才能從源頭解決草害問題[13,46]?？傮w來講, 研究農(nóng)田雜草種子庫的大小、組成、多樣性, 揭示其消長規(guī)律可以為維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性、預(yù)測雜草發(fā)生、制定雜草防除方案提供重要依據(jù)。

農(nóng)田雜草種子庫受多種因素影響, 近年來的研究涉及到了除草方式、耕作方式、施肥方式、農(nóng)田土地利用類型、年均溫、年降水量、土壤理化性狀等因素[13-14,46,51]。不同除草方式導(dǎo)致土壤種子庫的組成差異, 機(jī)械除草方式下的土壤種子庫主要由薺組成, 化學(xué)除草方式下主要由反枝莧組成, 綜合防治措施下主要由藜組成[14]。不同耕作方式影響著土壤種子庫的分布, 相較于旋耕、圓盤耙耕、寬板犁耕, 免耕農(nóng)田的土壤種子庫總體密度更大, 分布在表層(0—5 cm)的比例也比其他耕作方式更大[14]。不同施肥方式可導(dǎo)致土壤種子庫的大小、組成和分布的差異。起初人們主要關(guān)注化肥(氮、磷、鉀肥料單施或配施)對土壤種子庫的影響, 他們發(fā)現(xiàn)長期施用氮、磷、鉀肥可以顯著改變農(nóng)田雜草種子庫的組成, 例如施氮肥顯著降低稻麥兩熟農(nóng)田雜草種子庫密度, 而施磷肥顯著減低了種子庫中牛毛氈、鴨舌草的種子數(shù)量[46,52]。隨著大量施用化肥造成的面源污染等生態(tài)問題的出現(xiàn), 人們開始重視有機(jī)肥和秸稈還田這些傳統(tǒng)的施肥方式。因此, 后期人們開始探究有機(jī)肥、無機(jī)肥、秸稈還田相互結(jié)合的施肥方式對于農(nóng)田雜草種子庫的影響, 研究發(fā)現(xiàn), 在“稻—油”輪作田中, 與不施肥相比, 施肥均有降低農(nóng)田雜草種子庫密度的趨勢[51], 在“稻—麥”輪作田中, 與不施肥相比, 施肥均有降低農(nóng)田雜草種子庫的雜草種子種類數(shù)、群落均勻度指數(shù)和物種多樣性指數(shù)的趨勢[46]。造成這些差異的原因可能是不同雜草種子對肥料的偏好性不同[46]。不同農(nóng)田土地利用類型導(dǎo)致農(nóng)田雜草種子庫在雜草種子種類組成、密度、物種多樣性方面存在差異, 有研究表明, 不同區(qū)域旱地農(nóng)田雜草種子庫的優(yōu)勢種變化較大, 而不同區(qū)域的水田中農(nóng)田雜草種子庫的優(yōu)勢種較為穩(wěn)定[13]。在對江蘇省主要農(nóng)田雜草種子庫的研究中發(fā)現(xiàn), 旱地以夏熟和秋熟雜草為主, 水田以水田雜草和夏熟雜草為主, 這兩種田地里的雜草種子庫都主要由闊葉草類、禾草類、莎草類雜草種子構(gòu)成, 但旱地中農(nóng)田雜草種子庫的群落均勻度指數(shù)、這三類雜草種子密度和種類數(shù)均低于水田, 在物種豐富度指數(shù)、香農(nóng)指數(shù)、辛普森指數(shù)方面, 旱地高于水田[13]。章超斌等人對江蘇省主要農(nóng)田雜草種子庫中的42種雜草種子與7個(gè)環(huán)境因子(淹水天數(shù)、年均溫、年降水量、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤pH、經(jīng)度、緯度)進(jìn)行了CCA分析, 結(jié)果表明田間淹水天數(shù)是最重要的環(huán)境影響因素, 這可能是因?yàn)樘镩g淹水天數(shù)構(gòu)成土壤飽和水含量、土壤酸堿度、含氧量等[13]的差異, 旱地與水田迥異的土壤環(huán)境下形成的雜草種子庫的差異, 另一方面田間水分條件是雜草群落發(fā)生及其群落組成的重要影響因素, 而地上雜草群落的種子雨是地下土壤種子庫的主要來源[46]。

2.4 農(nóng)田雜草群落

雜草群落這一主題包含的關(guān)鍵詞有“雜草群落”、“生物多樣性”、“發(fā)生規(guī)律”。這里的農(nóng)田雜草群落指在地上發(fā)生的顯雜草群落, 它與潛雜草群落(土壤種子庫)一起構(gòu)成完整的雜草群落綜合體[13,46]。明晰農(nóng)田雜草群落的組成結(jié)構(gòu)和分布特征及其與作物之間的關(guān)系對于制定合理有效的雜草防治措施、維護(hù)農(nóng)田生產(chǎn)力與生態(tài)之間的平衡具有重要意義。

近年來, 人們持續(xù)關(guān)注各區(qū)域農(nóng)田雜草的發(fā)生情況及規(guī)律, 對不同環(huán)境、不同耕作制度、不同農(nóng)業(yè)管理措施下的田間雜草群落進(jìn)行調(diào)查, 從研究其組成和分布特征到進(jìn)一步明晰其對各種自然因素和人工措施的響應(yīng)及其與作物之間的關(guān)系[1,45,53-54]。研究表明, 雜草發(fā)生具有季節(jié)性, 春季雜草總密度大于秋季[54], 在相同季節(jié), 土地利用方式、作物格局等人工措施是影響農(nóng)田雜草群落組成的主要因素[1,54], 而不同季節(jié)間農(nóng)田雜草群落的結(jié)構(gòu)差異除了受人工措施影響外還主要由光、溫、水等自然因素主導(dǎo)[54]。此外, 雜草群落組成與海拔有一定關(guān)系, 在對青海省農(nóng)田雜草群落調(diào)查中發(fā)現(xiàn), 同樣是“油—麥”輪作田, 位于海拔1650—2200 m的農(nóng)田雜草群落主要由19種雜草組成, 2200—2600 m海拔處則有14種雜草, 而2600—3200 m處雜草種類最多(29種)[53]。除了自然因素, 在人工干擾下的農(nóng)田, 雜草發(fā)生與土壤水分和養(yǎng)分狀況密切相關(guān), 旱地多量少次灌溉比少量多次灌溉更有利于雜草生長, 而稻田的低水位比高水位更有利于雜草生長, 施肥對于雜草群落的影響因作物種類、雜草種類、施肥量、肥料類型等因素不同而存在差異, 但多數(shù)研究表明長期均衡施肥有降低雜草密度的趨勢[1], 因此農(nóng)田雜草群落還主要受灌溉施肥等農(nóng)藝措施影響。人工干擾對于雜草群落演替也有一定影響。研究發(fā)現(xiàn), 連續(xù)使用單一除草劑會導(dǎo)致抗藥性問題, 次要雜草轉(zhuǎn)為主要雜草、惡性雜草, 雜草危害加劇, 農(nóng)田雜草群落演替速度變快[42]。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn), 開封地區(qū)春小麥田中雙子葉短期生植物雜草功能群占優(yōu)勢, 但缺少單子葉多年生植物雜草功能群, 而秋玉米和秋大豆田中雜草功能群分布較均勻[54], 因此, 農(nóng)田雜草群落組成與栽培作物種類也有一定關(guān)系。不同種植模式(間作、單作等)和種植制度(輪作、連作等)下, 不同作物的生長習(xí)性以及資源競爭模式形成迥異的雜草群落結(jié)構(gòu), 通過探究作物與雜草之間的關(guān)系, 進(jìn)一步明晰了作物影響雜草群落的可能機(jī)制。研究表明, 作物主要通過化感作用和資源競爭方式影響雜草群落, 化感作用可提高或抑制雜草的酶活性達(dá)到損傷膜結(jié)構(gòu)、影響雜草光合與呼吸作用或影響雜草種子萌發(fā)等效果, 而作物與雜草相似的生存策略導(dǎo)致對光、熱、水、肥資源的競爭進(jìn)而影響雜草群落[1]。

總的來說, 農(nóng)田雜草的研究近年來發(fā)展較平穩(wěn)。作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 農(nóng)田生產(chǎn)力的提高和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與農(nóng)田雜草防除工作緊密相關(guān)。農(nóng)田雜草種子庫和地上農(nóng)田雜草群落互為“源—庫”, 明晰它們的消長規(guī)律和對外界因素的響應(yīng), 對于制定有效的綜合防治措施尤為重要。以上應(yīng)用需求促進(jìn)了農(nóng)田雜草這項(xiàng)研究的發(fā)展。近年來研究雜草種子庫和地上雜草群落的分布、結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)變化對于諸多因素的響應(yīng), 較難發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一的規(guī)律, 但發(fā)現(xiàn)雜草群落的季節(jié)性特征明顯, 可轉(zhuǎn)變思路, 加強(qiáng)對雜草群落季節(jié)動(dòng)態(tài)和時(shí)空演替的研究, 或許能發(fā)現(xiàn)較統(tǒng)一的規(guī)律, 為雜草綜合治理提供思路。

3 總結(jié)與展望

我國農(nóng)田雜草研究的文獻(xiàn)量經(jīng)過一段時(shí)期的波動(dòng)增長近年來趨于穩(wěn)定, 總體上可分為三個(gè)階段: 起始階段(1960—1977年); 波動(dòng)增長階段(1978— 1999年); 穩(wěn)定發(fā)展階段(2000—2020年)。該研究跨學(xué)科領(lǐng)域, 學(xué)科交叉性強(qiáng), 包括理學(xué)類、工學(xué)類、農(nóng)學(xué)類等, 主要涉及植物保護(hù)、作物學(xué)、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)。機(jī)構(gòu)之間的合作較少, 單位合作松散, 僅有的合作主要發(fā)生在近10年, 多是高等院校與科研院所之間的合作, 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)是其中最為活躍的機(jī)構(gòu)。作者之間合作最為緊密是來自于青海省農(nóng)林科學(xué)研究院植物保護(hù)研究所的12人團(tuán)隊(duì), 較為活躍的作者也大多出自于這個(gè)團(tuán)隊(duì)。近年來農(nóng)田雜草研究有4個(gè)主要研究方向: 農(nóng)田雜草防除(綜合防治)、保護(hù)性耕作(與雜草控制的關(guān)系)、農(nóng)田雜草種子庫(影響因素)、農(nóng)田雜草群落(結(jié)構(gòu)和影響因素)。近二十年間, 受應(yīng)用需求驅(qū)動(dòng), 研究熱點(diǎn)從化學(xué)除草與抗藥性問題、綜合治理、保護(hù)性耕作(與雜草控制的關(guān)系)到農(nóng)田雜草種子庫研究不斷變化。

未來農(nóng)田雜草研究的發(fā)展應(yīng)注意以下幾個(gè)方面: (1)加強(qiáng)各機(jī)構(gòu)與作者之間的交流合作。共享資源、密切合作是促進(jìn)雙方發(fā)展, 為該領(lǐng)域研究輸入人才、提供平臺的重要途徑。(2)正確客觀評價(jià)綜合因素對雜草群落的影響。肥料、作物格局等因素對雜草群落的影響是綜合作用的結(jié)果, 當(dāng)前的研究發(fā)現(xiàn)只考慮單一因素的影響, 難以找到統(tǒng)一規(guī)律, 且不利于實(shí)際應(yīng)用。(3)加強(qiáng)雜草群落的季節(jié)動(dòng)態(tài)和時(shí)空演替規(guī)律的研究。當(dāng)前研究表明, 雜草群落有明顯的季節(jié)性, 明晰其季節(jié)動(dòng)態(tài)和時(shí)空演替規(guī)律有利于更好地制定雜草綜合防治措施。

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Bibliometric analysis and related research progress of weeds in agricultural field in China

LI Shujuan, ZHOU Quan, HUANG Guoqin

Ecological Science Research Center, Jiangxi Agricultural University/ Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Ministry of Education, Nanchang 330045, China

Weeds are an important part of the farmland ecosystem. The research on farmland weeds is of great significance for increasing economic yield of crops and protecting farmland ecosystems. In order to objectively review the research progress of farmland weeds, CiteSpace software is used to analyze the distribution of literature (annual distribution, discipline distribution, institution and author distribution) and research hotspot analysis. Research progress were summarized from 4 aspects (farm weed control, conservation tillage, farmland weed seed bank, farmland weed community).Finally, a prospect is made for the future development of this research, aiming at providing direction and theoretical basis for the future research of farmland weed control.

farmland weeds; weed control; weed community; seed bank; bibliometric analysis

10.14108/j.cnki.1008-8873.2024.01.028

S451.1

A

1008-8873(2024)01-236-11

2021-01-03;

2021-02-18

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFD0300208); 江西省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(20202ACBL215002); 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)“南方紅壤丘陵區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展模式現(xiàn)狀調(diào)研”(9131207592)

李淑娟(1997—), 博士生, 主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)研究工作, E-mail: lishujuan1015@163.com

通信作者:黃國勤(1962—), 博士, 二級教授, 主要從事耕作制度、農(nóng)業(yè)生態(tài)、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等研究工作, E-mail: hgqjxes@sina.com

李淑娟, 周泉, 黃國勤. 我國農(nóng)田雜草文獻(xiàn)計(jì)量分析及相關(guān)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)科學(xué), 2024, 43(1): 236–246.

LI Shujuan, ZHOU Quan, HUANG Guoqin. Bibliometric analysis and related research progress of farmland weed research in China[J]. Ecological Science, 2024, 43(1): 236–246.