施肥模式對晚稻田雜草群落的影響

潘俊峰， 萬開元， 李祖章， 陶 勇， 劉益仁， 劉 毅， 李志國，張過師,4， 陳 防,4*

(1 中國科學院武漢植物園，湖北武漢 430074； 2 安徽農業大學，安徽合肥 230036；3 江西省農業科學院， 江西南昌 330200； 4 國際植物營養研究所中國項目部， 湖北武漢 430074)

施肥模式對晚稻田雜草群落的影響

潘俊峰1,2， 萬開元1， 李祖章3， 陶 勇1， 劉益仁3， 劉 毅1， 李志國1，張過師1,4， 陳 防1,4*

(1 中國科學院武漢植物園，湖北武漢 430074； 2 安徽農業大學，安徽合肥 230036；3 江西省農業科學院， 江西南昌 330200； 4 國際植物營養研究所中國項目部， 湖北武漢 430074)

【目的】長期不合理施化肥對生態環境的影響已經引起學者和公眾的關注，有機肥的施用越來越受到重視。揭示有機肥對農田雜草群落影響的機制、預測有機農業環境下雜草群落的演替趨勢十分困難。本文對比研究不同施肥模式下農田雜草的群落特征，探索晚稻田雜草群落結構演變趨勢，以期為現代農業中有機肥的合理施用和農田生物多樣性保護提供科學依據。【方法】通過田間長期定位施肥試驗，運用群落生態學方法研究了晚稻種植季五種施肥處理區雜草群落的結構特征及其生物多樣性。在每個小區隨機設置5個面積為0.25 m2的樣方，記錄各樣方內雜草物種種類、每個種類雜草的數量，調查雜草的蓋度與頻度；測定稻谷理論產量；使用照度計測量地表與水稻冠層頂部的光照強度，計算光照透過率；測定耕作層土壤的有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。計算雜草的重要值，采用物種豐富度(S)和Shannon-Wiener指數(H)測定雜草群落的生物多樣性；以15個處理小區中的11種常見雜草的重要值構成原始數據矩陣，應用SPSS16.0軟件進行主成分分析和典范對應分析。【結果】晚稻田不同施肥處理土壤養分以及光照透過率差異顯著，施有機肥的處理晚稻稻谷產量高于CK與NPK純化肥處理。CK處理區優勢種為野荸薺-節節菜-異型莎草-鴨舌草，NPK處理區優勢種為雙穗雀稗，NPK5/5和NPK3/7處理區優勢種為雙穗雀稗-鴨舌草，NPK7/3處理區優勢種為雙穗雀稗-鴨舌草-稗。主成分分析結果表明15個施肥處理小區的雜草群落可以分為三大類： 第一類是CK處理；第二類是NPK3/7處理；第三類是NPK、NPK5/5、NPK7/3 三個處理。主成分Factor 1與有機質、堿解氮以及有效磷呈極顯著負相關(P<0.01)，與光照透過率呈極顯著正相關(P<0.01)。典范對應分析結果顯示，節節菜、野荸薺與牛毛氈比較適宜生長在CK處理區，雙穗雀稗適宜在NPK7/3處理區生長，鴨舌草、陌上菜以及四葉萍適宜生長在NPK3/7處理區。有機肥處理區的物種豐富度與物種多樣性指數處于NPK與CK之間，且隨著有機肥比例的增加物種數增加。物種豐富度以及物種多樣性指數與有機質、堿解氮以及有效磷呈極顯著正的“U型”相關(P<0.01)，與速效鉀呈顯著負相關(P<0.05)，與群落光照條件呈極顯著正相關(P<0.01)。【結論】晚稻田雜草群落特征與土壤有機質、堿解氮、有效磷含量以及地表光照透過率關系密切。均衡施用有機和無機肥可以顯著降低雜草群落的優勢種數量，將雜草群落的優勢種數量以及生物多樣性維持在不施肥與純施化肥處理區之間。因此，可以通過調整有機肥的施用量來調控農田雜草生長及群落特性，實現農田雜草的科學綜合管理。綜合考慮晚稻稻谷產量和雜草群落生物多樣性狀況，NPK3/7(化肥30%+有機肥70%)施肥模式既可以保證作物的優質高產，也可以較好地維持雜草群落的生物多樣性。

有機肥； 雜草群落； 土壤養分； 生物多樣性

江西水稻種植面積340×104hm2，是我國重要的稻谷主產區之一。據中國統計年鑒報道[1]，2012年江西省水稻產量為1950.1萬噸。稻田雜草與作物競爭光、熱、水、肥、空間等資源，是制約作物優質高產的重要因素[2-4]。雖然農田雜草可以通過化學除草劑實施防控，但農藥殘留現象日益突出、雜草抗藥性不斷增強[5]，已對農業安全生產以及農業生態環境保護產生了不利影響[6]。而且，近年來有研究報道指出，雜草對于農田生態系統功能的正常發揮和維持區域生態平衡等方面有著不可忽視的作用[7-9]。因此，在現代集約化農業生產條件下，如何科學實施稻田雜草防控，在達到水稻高產目標的同時，實現對農田生態系統的重要組成部分—雜草的生物多樣性保護就成為必須解決的科學問題。

長期不合理的化肥施用對生態環境的影響已經引起學者和公眾的關注，與此同時，秸稈還田、綠肥種植和有機肥施用等環境友好型作物生產技術正越來越受到重視[10]，這些措施可以明顯改善土壤理化性質和農田小氣候[11]，影響雜草與作物或雜草與雜草間的競爭關系，進而影響農田雜草的生物多樣性[7,12]，對農田雜草群落產生明顯影響[13]。有研究發現，長期秸稈還田和有機肥施用對冬閑田冬春季雜草群落的調控效應顯著，而且效應的強弱與施用時期和方式密切相關[10]；氮磷鉀與有機肥配施模式下種植綠肥能夠促進冬季雜草生長，同時對春季雜草有明顯的抑制作用，雜草生物量顯著降低[14]；平衡施用氮、磷、鉀肥，并配合施用有機肥(豬糞和秸稈)，不僅有利于促進作物的生長，保持農田生態系統中一定水平的雜草生物多樣性，也降低了某些優勢雜草在群落中的優勢地位[8]。

研究指出，平衡施用氮、磷、鉀肥料，并配合施用有機肥被認為是科學合理的施肥方式，是兼顧田間雜草危害控制、作物產量提高和雜草物種多樣性保護的有效措施[8,15-16]。但是關于不同有機-無機肥配施比例下晚稻農田雜草群落的研究鮮有報道。研究不同有機-無機肥配施比例下農田雜草群落演變規律，對于揭示有機肥對農田雜草群落的作用機制、科學預測現代有機農業環境下雜草群落的演替，推薦合理的施肥模式具有極為重要的指導意義。為此，本研究選擇以江西省農田土壤肥力長期定位監測試驗田晚稻種植季的雜草群落為對象，對比研究不同施肥模式，尤其是關注有機-無機肥不同配施比例下農田雜草群落特征，以明確晚稻田雜草群落結構演變趨勢，為現代農業有機肥的合理施用和農田生物多樣性的保護提供科學依據和技術參考。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

研究區位于江西省南昌縣江西省農業科學院試驗場，田間試驗布設在農田土壤肥力長期定位監測試驗點。該地處于中亞熱帶，年平均氣溫17.5 ℃，≥10 ℃積溫5400 ℃，年降水量1600 mm，年蒸發量1800 mm，無霜期約280 d。試驗自1984年早稻開始，采用早稻—晚稻連作后冬季休閑的種植制度。供試土壤為第四紀亞紅粘土(即蓮塘層)母質上發育的中潴黃泥田，土壤肥力中等偏下，缺鉀比較嚴重。試驗開始前耕層(0—20 cm)土壤有機質含量25.6 g/kg，全氮1.36 g/kg，堿解氮81.6 mg/kg，全磷0.49 g/kg，有效磷20.8 mg/kg，緩效鉀240 mg/kg，速效鉀35.0 mg/kg；pH為6.50，

1.2 試驗設計

田間試驗共設5個處理： 1)不施肥(CK)；2)化肥30%+有機肥70%(NPK3/7)；3)化肥50%+有機肥50%(NPK5/5)；4)化肥70%+有機肥30%(NPK7/3)；5)氮磷鉀化肥(NPK)，其中，處理2、3、4與處理5的養分量相等。早稻施N 150 kg/hm2、P2O560 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，晚稻施N 180 kg/hm2、P2O560 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2。氮肥用尿素(含N 46%)，磷肥用過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥用氯化鉀(含K2O 60%)；早稻種植季有機肥采用紫云英，其養分含量按照N 0.30%、P2O50.08%、K2O 0.23%計算；晚稻種植季采用鮮豬糞，其養分含量按照N 0.45%、P2O50.19%、K2O 0.35%計算，具體施肥量詳見表1。其中，磷肥和有機肥全部作基肥；氮肥50%作基肥，25%在分蘗期、25%在幼穗分化期追施；鉀肥全作追肥，其中50%在分蘗期、50%在幼穗分化期追施。試驗小區面積33.3 m2，3次重復，隨機區組排列。試驗期間分別在早稻季和晚稻季水稻幼苗期人工除草一次。

1.3 測定項目和方法

雜草調查工作于2009年9月下旬開始， 此時雜草處于花果期，水稻處于灌漿期。每小區隨機設置5個樣方，每個樣方面積為0.25 m2(0.5 m×0.5 m)。記錄各樣方內所有的雜草物種種類、每個種類雜草數量，調查雜草的蓋度與頻度；同時，記錄樣方內水稻穴數、有效穗數，并隨機選取有代表性的晚稻植株5 株帶回實驗室考種，計算稻谷理論產量。使用照度計(型號T-1H)測定地表與水稻冠層頂部的光照強度，計算光照透過率。

采集耕層(0—20 cm)土壤樣品，在實驗室經風干、過篩備用。土壤有機質含量采用重鉻酸鉀容量法；堿解氮采用NaOH浸提—H2SO4滴定法；有效磷采用Olsen法；速效鉀采用1 mol/L的醋酸銨溶液浸提—火焰光度計法測定[17]。

1.4 數據處理

根據各樣點調查數據按照下列公式計算不同雜草的重要值IV：

IV=(RC+RA+RF)/3

[1][18]

式中： RC表示相對蓋度，即某雜草的蓋度占樣方中所有雜草蓋度的比例；RA表示相對多度，即指某雜草的多度占樣方中所有雜草多度的比例；RF為相對頻度，指某雜草的頻度占所有雜草頻度的比例。

雜草的生物多樣性采用物種豐富度S (即樣方中包含的所有雜草種類數)和物種多樣性指數H(即田間雜草物種豐富度和物種均勻度的綜合量的Shannon-Wiener指數 H)表示。

H = -∑Pi·lnPi

[2][19]

式中：Pi=Ni/N，Ni為樣方中第i物種的個體數，N為樣方總個體數。

以15個處理小區中的11種常見雜草的重要值構成原始數據矩陣，應用SPSS 16.0軟件進行主成分分析，以分析所得的前兩個主分量及其特征值計算15個小區的前兩個主向量，以此作15個施肥處理小區的散點圖[20]。以5種處理土壤中的11種常見雜草的重要值構成原始數據矩陣，應用SPSS16.0軟件進行典范對應分析，以每種雜草的前兩個主分量作雜草的二維散點圖，并在圖上標出5個施肥處理的中心位置，連接原點與雜草位置成一直線，用這些點和直線來表示雜草與施肥處理之間的關系： 雜草與某施肥處理的中心點越靠近，且直線越長，則表示這種雜草越適宜在這種施肥處理下生長[21]。

試驗數據采用Excel 2010和SPSS 16.0進行處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 晚稻田雜草的生長環境與產量

從表2可以看出，晚稻田的不同施肥處理土壤養分以及光照透過率差異顯著。土壤有機質、堿解氮以及有效磷含量的變化趨勢一致， CK處理區顯著低于其他處理區(P<0.05)，NPK3/7處理顯著高于其他處理 (P<0.05)，有機肥處理區顯著高于CK與NPK純化肥處理區 (P<0.05)，且隨著有機肥比例的增加，有機質含量呈增加的趨勢。土壤速效鉀含量CK處理區顯著低于其他處理區(P<0.05) ，NPK純化肥處理區顯著高于其他處理區 (P<0.05)，施有機肥處理的速效鉀含量處于CK與NPK純化肥處理區之間。光照透過率在CK處理區顯著大于其他處理區 (P<0.05)，NPK處理區顯著低于其他處理 (P<0.05)，施有機肥處理區處于CK與NPK純化肥處理區之間，NPK3/7與NPK7/3處理顯著低于NPK5/5處理 (P<0.05)。晚稻稻谷產量在NPK7/3處理顯著高于其他處理(P<0.05)，CK處理顯著低于其他處理 (P<0.05)，施有機肥處理區高于CK與NPK純化肥處理區。

2.2 晚稻田雜草群落的物種組成

注(Note): 同列數據后不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different small letters in same column mean significant at the 5% level.

不同施肥處理間的雜草群落優勢種組成差異明顯。在CK處理區以野荸薺-節節菜-異型莎草-鴨舌草為優勢種，在NPK純化肥處理區以雙穗雀稗占據優勢地位，在NPK5/5和NPK3/7處理區雙穗雀稗-鴨舌草為優勢種組成，NPK7/3處理區優勢種組成為雙穗雀稗-鴨舌草-稗。可以看出，與CK處理比較，施肥降低了雜草群落的優勢種數，尤其是NPK純化肥處理區優勢種結構單一，而配施有機肥的優勢種數維持在CK與NPK處理區之間。

2.3 主成分分析與典范對應分析結果

以15個處理小區中的11種常見雜草的重要值構成原始數據矩陣進行主成分分析，15個處理小區雜草群落的Factor 1與Factor 2的方差累積為69.88%(圖 1)。15個施肥處理小區的雜草群落可以分為三大類： 第一類是CK處理的3個小區，主要集中在Factor 2的右側；第二類是NPK3/7處理的3個小區，主要集中在第二象限；第三類是NPK、NPK5/5、NPK7/3 三個處理九個小區，主要集中在第三象限。主成分Factor 1與有機質、堿解氮以及有效磷呈顯著負相關(P<0.01)，與光照透過率呈極顯著正相關(P<0.01)(圖 2)，Factor 2與有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀以及光照透過率均無顯著相關性。結果表明，有機質、堿解氮、有效磷以及光照透過率影響雜草群落的物種組成。

以15個處理小區中的11種常見雜草的重要值構成原始數據矩陣進行典范對應分析，15個處理小區雜草群落的Factor 1與Factor 2的方差累積為86.06%(圖 3)，比較每種雜草與施肥處理的直線距離。結果顯示： NPK5/5與NPK3/7處理的雜草群落聯系緊密，分別與CK、NPK以及NPK7/3等三個處理獨立分布在不同象限。其中，節節菜、野荸薺與牛毛氈比較適宜生長在CK處理區，雙穗雀稗適宜在NPK7/3處理區生長，鴨舌草、陌上菜以及四葉萍適宜生長在NPK3/7處理區。

續表3 Table 3 Continuous

注(Note): “/”表示雜草在處理區沒有出現 “/” indicates the weed species was not found in the plot. 同列數據后不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different small letters in same column mean significant at the 5% level.

2.4 雜草群落的生物多樣性

由表4可以看出，不同施肥處理間雜草群落的生物多樣性指數差異明顯。從雜草種類(物種豐富度S)水平上看，CK處理區顯著高于其他施肥處理區(P<0.05)，NPK處理區最低，有機肥處理區處于NPK與CK之間，且隨著有機肥比例的增加物種數增加；從物種多樣性指數(H)上看，CK處理顯著高于其他施肥處理(P<0.05)，NPK處理顯著低于其他施肥處理(P<0.05)，有機肥處理處于NPK與CK之間，且隨著有機肥比例的增加而增加。

生物多樣性指數與土壤養分、田間光照透過率的相關性分析(圖4、圖5)結果表明，物種豐富度與有機質、堿解氮以及有效磷呈極顯著的正“U型”相關(P<0.01)，與速效鉀呈顯著負相關(P<0.05)，與群落光照條件極顯著正相關(P<0.01)。物種多樣性指數與有機質、堿解氮、有效磷呈極顯著正“U型”相關(P<0.01)，與速效鉀極顯著負相關(P<0.01)，與群落光照條件極顯著正相關(P<0.01)。

在航攝儀正上方安裝機載雙頻GPS接收天線，減少了航攝平臺受到姿態影響、氣流影響。以IGS星歷（17h后）進行GPS精密單點定位，經UTM投影后，得出攝站平面坐標（X，Y），采用GPS大地高程完成攝站Z坐標的確定，完成攝站三維空間坐標的確定，同時，將得到的坐標與像點坐標作聯合平差處理，從而避免了以往較為煩瑣的變換過程，實現了對GPS攝站的定位技術的簡化。

注(Note): 同列數據后不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different small letters in same column mean significant at the 5% level.

3 討論

本研究發現均衡施肥可顯著降低水田雜草群落的優勢種數量和雜草物種數，這與作者在旱地小麥田的研究結果一致[22]。土壤養分以及光照狀況的改變必然影響雜草的生長[23]。而均衡施肥又可以改善土壤養分條件，增強水稻對雜草的競爭能力，降低田間光照透過率，限制雜草的生長。NPK純化肥處理區優勢種結構單一，雜草物種數明顯低于其他施肥處理。推測該施肥處理可能對禾本科植物生長具有很強的促進作用，既提高水稻對雜草的競爭能力，也對禾本科雜草雙穗雀稗的生長具有促進作用，影響其他種類雜草的生長，從而導致NPK純化肥處理區田間雜草優勢物種組成的單一化和雜草物種數的降低。長期有機-無機配施處理區的優勢種數和雜草物種數維持在CK與NPK處理區之間。雜草物種數與速效鉀呈顯著負相關(P<0.05)(圖 4)，與群落光照條件呈極顯著正相關(P<0.01)(圖 5)，而該類處理區土壤速效鉀含量與光照透過率均處于CK與NPK處理區之間，從而導致有機-無機配施處理區雜草物種數處于CK與NPK處理區之間。光照狀況又是限制雜草生長的重要因子[23]，長期有機-無機配施處理區光照透過率顯著高于NPK純化肥處理區(P<0.05)，是促進雜草群落物種多元化組成的重要原因。

生物多樣性指數(物種豐富度、物種多樣性指數)與有機質、堿解氮以及有效磷呈極顯著正“U型”相關(P<0.01)，即在有機質含量為20_40 g/kg，堿解氮含量為80_180 mg/kg，有效磷含量為0_100 mg/kg范圍時，低養分或者高養分狀況均會提高雜草群落的生物多樣性。在低養分條件的CK處理區，水稻生長受抑制，田間光照透過率較高，而可以適應低養分條件的雜草卻生長較好，導致雜草物種數和物種多樣性指數相對較高。在高養分條件的有機-無機配施處理區，田間光照透過率低于CK處理區，造成物種數低于CK處理區，但該類處理區的養分狀況明顯較好于CK處理區，各物種雜草分布相對較為均勻，導致物種多樣性指數升高。處于中等養分條件的是純化肥處理區，水稻生長旺盛，田間光照透過率顯著低于其他施肥處理區，只有對低光照條件有著較強適應能力的雜草物種才可以生長較好，造成雜草物種數相對較低，雜草群落分布不均勻，導致雜草群落多樣性指數相對較低。

本研究發現莎草科野荸薺和牛毛氈比較適宜生長在不施肥處理區，這與李儒海等[8]、程傳鵬等[16]研究結果一致。他們認為莎草科的某些雜草可以很好地適應長期低養分條件。然而，筆者認為該現象的產生不僅僅是因為雜草自身可以很好地適應長期低養分條件，而且可能與其所在的環境也關系密切。雜草的生長不僅與土壤養分含量相關，而且田間地面小環境(如光照條件、土壤微生物等)也影響雜草的生長。莎草科野荸薺與牛毛氈等比較適宜生長在不施肥處理區，可能是其在稻田生境中能很好地適應長期低養分條件；也可能是野荸薺與牛毛氈較其他雜草更需要較好的光照條件，或者土壤微生物的影響等等。因此，需要進一步的試驗來解釋雜草的這種適應性。

以往多數學者關注研究肥料種類對雜草群落的影響[2,8,24]，很少涉及有機肥施用比例的作用，只有尹力初等[23]比較了兩個有機肥施用水平對雜草群落的影響，他們的研究表明，在全施有機肥的處理區雜草群落生物多樣性高于有機肥和化肥各占一半的施肥處理區。本研究首次發現長期均衡施肥模式下雜草群落物種多樣性隨著有機肥比例的增加而增加的趨勢。筆者分析認為，一方面隨著化肥施用比例的下降，土壤養分對當季水稻的促進作用也呈下降的趨勢(表2)，在一定程度上水稻對雜草的競爭能力也呈現降低的趨勢，較多種類的雜草種子就有機會萌發、生長，最終形成多樣化的雜草群落。另一方面，隨著有機肥比例的增加土壤有機質含量也呈增高的趨勢。而土壤有機質不僅可以改善土壤物理性質，提升土壤養分供應能力，還可以增加土壤微生物量與活性[16]。從這個角度看，或許土壤有機質含量的增加可以提高雜草的競爭能力，導致隨著有機肥比例的增加而雜草群落生物多樣性呈增加趨勢的現象。

4 結論

長期不同有機肥料及氮磷鉀肥搭配的施肥模式可以顯著影響晚稻田雜草群落的物種組成，雜草群落特征與土壤有機質、堿解氮、有效磷含量以及地表光照透過率關系密切。與不施肥的處理相比，均衡施用有機和化肥可以顯著降低雜草群落的優勢種數量，將雜草群落的優勢種數量以及生物多樣性維持在不施肥與純化肥處理區之間。因此，本研究認為可以通過調整有機肥的施用量來調控農田雜草生長及群落特性，實現農田雜草的科學綜合管理。綜合考慮晚稻稻谷產量和雜草群落生物多樣性狀況，本研究認為NPK3/7(化肥30%+有機肥70%)的施肥模式既可以保證作物的優質高產，也可以較好地維持雜草群落的生物多樣性。

[1] 盛來運. 中國統計年鑒—2013 [M/OL]. http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2013/indexce.htm Sheng L Y. China statistical yearbook-2013 [M/OL]. http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2013/indexce.htm

[2] 古巧珍, 楊學云, 孫本華, 等. 不同施肥條件下黃土麥地雜草生物多樣性[J]. 應用生態學報, 2007,18(5): 1038-1042. Gu Q Z, Yang X Y, Sun B Hetal. Weed biodiversity in winter wheat field of loess soil under different fertilization regimes[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2007, 18(5): 1038-1042.

[3] 李揚漢.中國雜草志[M]. 北京: 中國農業出版社, 1998: 1-32. Li Y H. Weed in China [M]. Beijing: China Agriculture Press, 1998. 1-32.

[4] Thomas A G, Légère A, Leeson J Yetal. Weed community response to contrasting integrated weed management systems for cool dry land annual crops[J]. Weed Research, 2011, 51(1): 41-50.

[5] 張朝賢, 錢益新, 胡祥恩. 農田化學除草與可持續發展農業[J]. 農藥, 1998, 37(4): 8-12. Zhang C X, Qian Y X, Hu X E. Chemical weed control in crop fields in relation to sustainable agriculture in China[J]. Pesticides, 1998, 37(4): 8-12

[6] 張壬午, 張洪生, 張汝安. 中國環境保護與農業可持續發展[M]. 北京: 北京出版社, 2001. 183-234. Zhang R W, Zhang H S, Zhang R A. Environmental protection and sustainable development of agriculture in China[M]. Beijing: Beijing Press, 2001. 183-234.

[7] 陳欣, 王兆賽. 農業生態系統雜草多樣性保持的生態學功能[J]. 生態學雜志, 2000, 19(4): 50-52. Cheng X, Wang Z S. The ecological functions of weed biodiversity in agro-ecosystem[J]. Chinese Journal of Ecology, 2000, 19(4): 50-52.

[8] 李儒海, 強勝, 邱多生. 等. 長期不同施肥方式對稻油輪作制水稻田雜草群落的影響[J]. 生態學報, 2008, 28(7): 3236-3243. Li R H, Qiang S, Qiu D Setal. Effects of long-term fertilization regimes on weed communities in paddy fields under rice-oilseed rape cropping system[J]. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(7): 3236-3243.

[9] 萬開元, 潘俊峰, 陶勇. 等.長期施肥對農田雜草的影響及其適應性進化研究進展[J]. 生態學雜志, 2012, 31(11): 2943-2949. Wan K Y, Pan J F, Tao Yetal. Research advances in weed community and its adaptive evolution in croplands as affected by long-term fertilization[J]. Chinese Journal of Ecology, 2012, 31(11): 2943-2949.

[10] 李昌新, 趙鋒, 芮雯奕, 等. 長期秸稈還田和有機肥施用對雙季稻田冬春季雜草群落的影響[J]. 草業學報, 2009, 18(3): 142-147. Li C X, Zhao F, Rui W Yetal. The long-term effects of returning straw and applying organic fertilizer on weed communities in a paddy field of a double rice cropping system[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2009, 18(3): 142-147.

[11] 洪春來, 魏幼璋, 黃錦法. 等.秸稈全量直接還田對土壤肥力及農田生態環境的影響研究[J]. 浙江大學學報, 2003, 29(6): 627-633. Hong C L, Wei Y Z, Huang J Fetal. Effects of total crop straw return on soil fertility and field ecological environment[J]. Journal of Zhejiang University (Agriculture & Life Science), 2003, 29(6): 627-633.

[12] Buhler D D. Implications of weed seed bank dynamics to weed management[J]. Weed Science, 1997, 45: 329-336.

[13] 郭憲, 金玉美, 連海明, 等. 麥秸覆蓋對雜草萌發及玉米產量的影響[J]. 安徽農業科學, 2007, 35(9): 2584-2596. Guo X, Jin Y M, Lian H Metal. Effect of wheat stalk covering on weed germination and yield of summer corn[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2007, 35(9): 2584-2596.

[14] 趙鋒, 董文軍, 芮雯奕, 等. 不同施肥模式對南方紅壤稻田冬春雜草群落特征的影響[J]. 雜草科學, 2009, (1): 7-12. Zhao F, Dong W J, Rui W Yetal. The effects of different fertilization patterns on winter-spring weed community under reddish paddy fields in South[J]. Weed Science, 2009, (1): 7-12.

[15] Smith R G, Mortensen D A, Ryan M R. A new hypothesis for the functional role of diversity in mediating resource pools and weed-crop competition in agro-ecosystems[J]. Weed Research, 2009, 50: 37-48

[16] 程傳鵬, 崔佰慧, 湯雷雷, 等. 長期不同施肥模式對雜草群落及早稻產量的影響[J]. 生態學雜志, 2013, 32(11): 2944-2952. Cheng C P, Cui B H, Tang L Letal. Effects of long-term fertilization regimes on weed community and early rice yield[J]. Chinese Journal of Ecology, 2013, 32(11): 2944-2952.

[17] 鮑士旦. 土壤農化分析 (3版)[M]. 北京: 中國農業出版社, 2000.30-106. Bao S D. Analysis method for soil agro-chemistry [M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000.30-106.

[18] 趙淑清, 方精云, 宗占江, 等. 長白山北坡植物群落組成、結構及物種多樣性的垂直分布[J]. 生物多樣性, 2004, 12(1): 164-173. Zhao S Q, Fang J Y, Zhong Z Jetal. Composition, structure and species diversity of plant communities along an altitudinal gradient on the northern slope of Mt. Changbai, Northeast China[J]. Biodiversity Science, 2004, 12(1): 164-173.

[19] 馬克平. 劉玉明.生物群落多樣性的測度方法Ⅰα多樣性的測度方法(下)[J]. 生物多樣性, 1994, 2(4): 231-239. Ma K P, Liu Y M. Measurement of biotic community diversity. I α. diversity (Part 2)[J]. Biodiversity Science, 1994, 2(4): 231-239.

[20] Derksen D A, Lafond G P, Thomas G Jetal. Impact of agronomic practices on weed communities: tillage systems[J]. Weed Science, 1993, 41: 409-417.

[21] Barberi P, Silvestri N, Bonari E. Weed communities of winter wheat as influenced by input level and rotation[J]. Weed Research, 1997, 37(5): 301-313.

[22] 潘俊峰, 萬開元, 章力干, 等. 長期有機-無機肥配施對農田雜草土壤種子庫的影響[J]. 植物營養與肥料學報, 2013, 19(2): 480-488. Pan J F, Wan K Y, Zhang L Getal. Effects of long-term combined application of organic manure and chemical fertilizers on farmland weed seedbank in soil[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2013, 19(2): 480-488.

[23] 尹力初, 蔡祖聰.長期不同施肥對玉米田間雜草生物多樣性的影響[J]. 土壤通報, 2005, 36(1): 77-79. Yin L C, Cai Z C. The effects of long-term different fertilization on the biodiversity of weeds in maize field[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2005, 36(1): 77-79.

[24] 李儒海, 強勝, 邱多生, 等. 長期不同施肥方式對稻油兩熟制油菜田雜草群落多樣性的影響[J]. 生物多樣性, 2008, 16(2): 118-125. Li R H, Qiang S, Qiu D Setal. Effects of long-term fertilization regimes on the diversity of weed communities in rape fields under rice-rape cropping system[J]. Biodiversity Science, 2008, 16(2): 118-125..

Effect of fertilization patterns on weed community in late rice fields

PAN Jun-feng1,2, WAN Kai-yuan1, LI Zu-zhang3, TAO Yong1, LIU Yi-ren3, LIU Yi1, LI Zhi-guo1,ZHANG Guo-shi1,4, CHEN Fang1,4*

(1WuhanBotanicalGarden,ChineseAcademicofSciences,Wuhan430074,China; 2AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei230036,China; 3JiangxiAcademyofAgriculturalSciences,Nanchang330200,China; 4ChinaProgramofInternationalPlantNutritionInstitute,Wuhan430074,China)

【Objectives】 Effect of long-term and unreasonable chemical fertilization on ecological environment has attracted attention of scholars and the public, and application of organic fertilizer is paid more and more attention. It is difficult to reveal mechanism of organic fertilization on weed communities and forecast evolution trend of weed communities under organic farming environment. This paper was to study weed communities under different fertilization patterns in farmlands, and explore evolution trend of weed community structure in late rice fields. 【Methods】 The weed community structure features and biodiversity of five fertilization treatments in late rice growing season were studied by using the method of community ecology based on a long-term fertilization field experiment. Five quadrats each with 0.25 m2area were set in each plot for sampling and investigation, and weed species, numbers, coverage and frequency in the quadrats were recorded and the rice yields were measured. Digital light meters were placed on the soil surface and top of the crop canopy. Soil samples were taken in each plot to analyze organic matter, available N, P and K. The importance values of each weed species in each plot were calculated, and the biodiversity of weeds was measured with the species richness S and Shannon-Wiener index H. Importance values of 11 common weed species in 15 plots were used as original matrix for principal components analysis and canonical correspondence analysis(CCA) by SPSS16.0. 【Results】 There are significant differences of soil nutrients and light transmittance in late rice fields under the different fertilization patterns. The rice yields in the treatments of combined application of organic manure and chemical fertilizers are higher than those in other treatments.Heleocharisplantagineiformis,Rotalaindica,CyperusdifformisandMonochoriavaginalisare dominant weed species in the CK treatment.Paspalumpaspaloidesis dominant weed species in the NPK treatment. The weed species in the NPK5/5 and NPK3/7 treatments are dominated byPaspalumpaspaloidesandCyperusdifformis.Paspalumpaspaloides,CyperusdifformisandEchinochloacrusgalliare dominant weed species in the NPK7/3 treatment. The result of PCA indicates that the 15 weed communities can be divided into three patterns: pattern 1 includes the CK treatment, pattern 2 includes the NPK3/7 fertilization treatment, and pattern 3 includes the NPK, NPK5/5 and NPK7/3 fertilization treatments. The principal component 1 is significantly and negatively correlated with organic matter, available N and P (P<0.01), but is significantly and positively correlated with light transmittance (P< 0.01). The result of CCA indicates thatHeleocharisplantagineiformis,RotalaindicaandHeleocharisyokoscensisare adapted to the CK treatment,Paspalumpaspaloidesis adapt to the NPK7/3 treatment, andMonochoriavaginalis,LinderniaprocumbensandMarsileaquadrifoliaare adapt to the NPK3/7 treatment. The number of dominant species and biodiversity in the treatments that combined use organic manure and chemical fertilizers were between that in the CK and NPK treatments. There is a trend that the biodiversity is increased with the increase of organic manure proportion. The biodiversity indices of weed community are significant upward parabola correlative with organic matter and available N and P (P<0.01), whereas are negatively correlated with available K (P<0.05) and significantly and positively correlated with transmittance (P<0.01). 【Conclusions】The weed community features are closely related to the contents of soil organic matter, available N, available P and light transmittance. Balanced fertilization significantly reduces the number of dominant weed species. The treatments that combined use organic manure and chemical fertilizers maintain the number of dominant species and biodiversity between the CK and NPK treatments. These results show that the weed community could be regulated by adjusting the application rate of organic manure for realizing the integrated weed management. Considering both the yield of late rice and biodiversity of weed community, the NPK3/7 treatment (chemical fertilizer 30% + organic manure 70%) is not only beneficial to obtain high yield, but also shows an advantage for keeping weed biodiversity.

organic manure; weed community; soil nutrient; biodiversity

2013-12-31 接受日期： 2014-06-27

國際植物營養研究所資助項目(IPNI-HB-34)； 濕地演化與生態恢復湖北省重點實驗室開放課題資助。

潘俊峰(1986—)， 男， 安徽黃山人， 碩士， 助理研究員， 主要從事植物營養學與農業生態學方面的研究。 E-mail: panjfaau@163.com。 * 通信作者 E-mail: fchen@ipni.ac.cn

S154.1； S315

A

1008-505X(2015)01-0200-11