豆麥輪作模式下保護(hù)性耕作對(duì)冬小麥田雜草群落的影響

孫華尊　李友軍　黃明　等

摘要：為了揭示保護(hù)性耕作措施下農(nóng)田雜草群落的變化規(guī)律，采用田間定位試驗(yàn)，運(yùn)用群落生態(tài)學(xué)方法研究了豆麥輪作模式下傳統(tǒng)耕作、傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋、旋耕+秸稈覆蓋、免耕+秸稈覆蓋和深松+秸稈覆蓋5種耕作方式對(duì)冬小麥田雜草種類、密度、群落結(jié)構(gòu)及其物種多樣性的影響。結(jié)果表明：與傳統(tǒng)耕作相比，保護(hù)性耕作的雜草種類和總密度顯著增加，澤漆密度顯著降低，豬殃殃為不同耕作處理區(qū)的偶見雜草，薺菜和婆婆納僅在免耕+秸稈覆蓋和深松+秸稈覆蓋處理出現(xiàn)。保護(hù)性耕作顯著降低了播娘蒿的綜合優(yōu)勢(shì)度比，傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋處理顯著提高了澤漆的綜合優(yōu)勢(shì)度比，旋耕+秸稈覆蓋處理的夏至草綜合優(yōu)勢(shì)度比顯著高于其他處理。保護(hù)性耕作顯著提高了雜草的物種豐富度和物種多樣性，免耕+秸稈覆蓋處理的物種多樣性最大，保護(hù)性耕作的群落優(yōu)勢(shì)度有明顯降低的趨勢(shì)，傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋處理的群落優(yōu)勢(shì)度最低，均勻度最高。

關(guān)鍵詞：保護(hù)性耕作；冬小麥；雜草群落；物種多樣性；豆麥輪作模式

中圖分類號(hào)： S451文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）01-0155-03

收稿日期：2014-03-26

基金項(xiàng)目：河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（編號(hào)：102102110030）；河南省洛陽(yáng)市科技攻關(guān)項(xiàng)目（編號(hào)：1001041A）。

作者簡(jiǎn)介：孫華尊（1989—），女，河南唐河人，碩士研究生，從事作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培理論與技術(shù)研究。E-mail：shz201120@163.com。

通信作者：李友軍，博士，教授，主要從事旱地農(nóng)業(yè)與作物高產(chǎn)栽培理論與技術(shù)研究。E-mail：kdlyj@sina.com。小麥?zhǔn)俏覈?guó)的主要糧食作物，提高其產(chǎn)量和改善其品質(zhì)對(duì)提高人民生活水平具有重要意義。冬小麥?zhǔn)窃ノ鞯貐^(qū)旱作區(qū)的主要糧食作物，以鏵式犁翻耕是該區(qū)傳統(tǒng)的土壤耕作方式。目前生產(chǎn)中存在土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗、水土流失加劇、生產(chǎn)成本提高、秸稈焚燒污染及生態(tài)環(huán)境惡化等問題，因此，研究和推廣用、養(yǎng)、保型保護(hù)性耕作技術(shù)[1-2]對(duì)我國(guó)生態(tài)環(huán)境的改善和農(nóng)業(yè)可持續(xù)意義重大。但保護(hù)性耕作措施由于秸稈直接還田，易引發(fā)農(nóng)田病蟲草害的發(fā)生，從而影響作物最終產(chǎn)量，進(jìn)而影響保護(hù)性耕作的推廣[3]。秸稈覆蓋還田不僅能減少土壤水分蒸發(fā)、提高濕度、增加土壤養(yǎng)分而促進(jìn)雜草生長(zhǎng)，又能影響雜草幼苗采光而對(duì)雜草進(jìn)行抑制[4-5]。農(nóng)田雜草是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要部分，保持一定的生物多樣性對(duì)維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡和保持農(nóng)田可持續(xù)利用具有重要作用[6-8]，因此，雜草的合理控制問題成為世界各國(guó)亟待解決的重大難題。

目前，國(guó)外學(xué)者圍繞農(nóng)田雜草群體動(dòng)態(tài)特征及其影響因素展開了大量研究[9-10]，國(guó)內(nèi)主要研究了施肥方式[11-12]、養(yǎng)分管理[13]、耕作方式和秸稈還田[14-17]等措施對(duì)農(nóng)田雜草群落特征及生物多樣性的影響，且集中研究了西北干旱區(qū)和黃淮海地區(qū)耕作方式對(duì)農(nóng)田雜草群落及生物多樣性的影響，有關(guān)豫西旱作雨養(yǎng)區(qū)豆麥輪作模式下保護(hù)性耕作對(duì)冬小麥田雜草群落影響的研究鮮有報(bào)道。因此，本研究在豫西旱作雨養(yǎng)區(qū)設(shè)置田間定位試驗(yàn)，重點(diǎn)研究了豆麥輪作模式下保護(hù)性耕作對(duì)冬小麥田雜草群落結(jié)構(gòu)及生物多樣性的影響，旨在為豫西旱作區(qū)小麥田雜草的綜合治理、農(nóng)田生物多樣性的保持以及保護(hù)性耕作技術(shù)的推廣提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2012—2013年在河南科技大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，冬小麥與夏大豆輪作，土壤為壤土。供試冬小麥品種為洛旱6號(hào)（由育種單位洛陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供）。采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)傳統(tǒng)耕作模式（CT）、傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋（CTS）、旋耕+秸稈覆蓋（RTS）、免耕+秸稈覆蓋（NTS）、深松+秸稈覆蓋（STS）5個(gè)處理，各處理耕作模式見表1。每處理小區(qū)面積為60 m2 （20 m×3 m），3次重復(fù)。各處理肥料施用量均為135 kg/hm2純N 、90 kg/hm2 P2O5 、75 kg/hm2 K2O ，所有肥料全部底施。基本苗300萬株/hm2，生育期不進(jìn)行人為灌溉。

1.2雜草調(diào)查方法

雜草多樣性調(diào)查在2013年小麥拔節(jié)期進(jìn)行（此時(shí)雜草處于花果期）。每小區(qū)隨機(jī)5點(diǎn)取樣，每樣方面積1 m2，計(jì)算各樣方內(nèi)的雜草數(shù)量和種類，同時(shí)調(diào)查每種雜草的蓋度，并稱量地上部鮮質(zhì)量。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

雜草密度為每1 m2的雜草株（分蘗）數(shù)；物種豐富度（S）：樣方中包含的所有雜草種類數(shù)；綜合優(yōu)勢(shì)度比（SDR）：SDR=（RD+RC+RF+RW）/4，式中，RD、RC、RF、RW分別為相對(duì)密度、相對(duì)蓋度、相對(duì)頻度、相對(duì)鮮質(zhì)量[18]。物種多樣性用Shannon-Wiener指數(shù)（H）測(cè)度，H =-∑PilnPi，式中，Pi=Ni/N，Ni為樣方中第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)，N為樣方中物種總個(gè)體數(shù)；群落優(yōu)勢(shì)度用Simpson指數(shù)（D）測(cè)度，D=∑P2i；群落均勻度用Pielou均勻度指數(shù)（J）測(cè)度，J=H/lnS[19]；群落相似性用Sorenson 指數(shù)（Cs）測(cè)度，Cs=2j/（a+b），式中，j為群落A和群落B所共有的物種數(shù)，a、b分別為群落A和群落B的所有物種數(shù)[20]。

采用Excel 2003和SPSS 17.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及統(tǒng)計(jì)分析。表1不同處理耕作模式

代碼處理操作方法CT傳統(tǒng)耕作前茬大豆收獲時(shí)保留5 cm左右殘茬，施肥后翻地30 cm左右，耙磨后當(dāng)天播種，秸稈不還田CTS傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋前茬大豆收獲時(shí)保留5 cm左右殘茬，施肥后翻地30 cm左右，耙磨后當(dāng)天播種，后將粉碎的豆稈對(duì)應(yīng)均勻[3]覆蓋于原小區(qū)RTS旋耕+秸稈覆蓋前茬大豆收獲時(shí)保留5 cm左右殘茬，施肥后旋耕15 cm左右，當(dāng)天播種，后將粉碎的豆稈對(duì)應(yīng)均勻覆蓋于[3]原小區(qū)NTS免耕+秸稈覆蓋前茬大豆收獲時(shí)保留5 cm左右殘茬，免耕播種機(jī)施肥和播種，將粉碎的豆稈對(duì)應(yīng)均勻覆蓋于原小區(qū)STS深松+秸稈覆蓋前茬大豆收獲時(shí)保留5 cm左右殘茬，深松播種機(jī)施肥播種，將粉碎的豆稈對(duì)應(yīng)均勻覆蓋于原小區(qū)

2結(jié)果與分析

2.1保護(hù)性耕作對(duì)冬小麥田雜草密度和種類的影響

由表2可以看出，試驗(yàn)區(qū)小麥田共發(fā)現(xiàn)6種雜草，分屬5個(gè)科，十字花科有2種，大戟科1種，唇形科1種，茜草科1種，玄參科1種。傳統(tǒng)耕作處理雜草種類最少，僅發(fā)現(xiàn)3種，而保護(hù)性耕作的雜草種類明顯增多，其中NTS和STS種類最多，發(fā)現(xiàn)6種。不同耕作方式對(duì)小麥田雜草密度有明顯影響，與CT相比，CTS和RTS處理的雜草總密度顯著降低，而NTS和STS處理的雜草總密度顯著增加；播娘蒿在各處理區(qū)的密度均較大，其中NTS處理的播娘蒿密度最大，為試驗(yàn)區(qū)小麥田的優(yōu)勢(shì)種；保護(hù)性耕作處理的澤漆密度顯著降低，但夏至草密度明顯增加；豬殃殃密度較小，密度由大到小依次表現(xiàn)為STS>NTS>RTS>CTS，為不同處理區(qū)的偶見雜草；薺菜為NTS和STS處理下的偶見雜草；STS處理的婆婆納密度、夏至草密度和雜草總密度最大，與其他處理差異顯著。

表2不同耕作處理下雜草的種類及密度

項(xiàng)目雜草密度 （株/m2）CTCTSRTSNTSSTS播娘蒿19.80c10.27d12.93d38.67a29.88b澤漆8.60a5.33b2.80c0.93d0.47d夏至草0.20c0.60bc1.20b1.00bc2.06a豬殃殃 0.47c0.93bc1.35ab1.62a薺菜2.63a1.02a婆婆納14.33b88.85a總密度28.60c16.67d17.87d58.92b103.91a注：同行數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著（P<005）；空白表示調(diào)查中沒發(fā)現(xiàn)該雜草。

2.2保護(hù)性耕作對(duì)冬小麥田雜草群落結(jié)構(gòu)的影響

不同耕作方式處理下小麥田雜草群落的物種組成略有不同（表3）。CT、CTS處理的雜草群落組成為播娘蒿+澤漆，其中播娘蒿的綜合優(yōu)勢(shì)度比均最大，為優(yōu)勢(shì)種，澤漆為常見種，CTS顯著增加了澤漆的綜合優(yōu)勢(shì)度比，降低了播娘蒿的綜合優(yōu)勢(shì)度比；RTS處理的雜草群落組成為播娘蒿+澤漆+夏至草，其中播娘蒿的綜合優(yōu)勢(shì)度比最大，為該群落優(yōu)勢(shì)種，澤漆和夏至草為常見種，與CT相比，RTS處理的播娘蒿和澤漆的綜合優(yōu)勢(shì)度比顯著降低，夏至草綜合優(yōu)勢(shì)度比顯著增加；NTS和STS處理的雜草群落組成為播娘蒿+婆婆納，其中播娘蒿和婆婆納的綜合優(yōu)勢(shì)度比均較大，為優(yōu)勢(shì)種，與CT相比，播娘蒿和澤漆的綜合優(yōu)勢(shì)度比顯著降低。因此，秸稈覆蓋的耕作處理顯著降低了播娘蒿的綜合優(yōu)勢(shì)度比。

2.3保護(hù)性耕作對(duì)冬小麥田雜草群落生物多樣性的影響

從表4可以看出，5種耕作方式下小麥田雜草群落生物

表3不同耕作處理下雜草的綜合優(yōu)勢(shì)度比

表4不同耕作處理下雜草群落的生物多樣性指數(shù)

3討論與結(jié)論

雜草作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要成分之一，與作物競(jìng)爭(zhēng)光照、養(yǎng)分及水分等資源，從而影響作物的最終產(chǎn)量[6]。耕作方式的變化常導(dǎo)致農(nóng)田雜草群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[21]。Légère等研究表明，耕作措施顯著影響到雜草群落的組成[22]。李昌新等通過長(zhǎng)期定位試驗(yàn)得出，秸稈冬季覆蓋還田對(duì)雜草起到一定的抑制作用，稻田雜草的生物量、密度顯著降低[23]。方日?qǐng)虻劝l(fā)現(xiàn)，深松覆蓋有效地控制了小麥田雜草的孳生[24]。陳慶華等研究指出，覆蓋5 000 kg/hm2稻草的免耕處理可以有效地控制雜草的發(fā)生[25]。本研究發(fā)現(xiàn)，與CT相比，保護(hù)性耕作顯著提高了雜草的種類和總密度；RTS使夏至草的優(yōu)勢(shì)地位發(fā)生改變；NTS和STS顯著降低了澤漆的密度和綜合優(yōu)勢(shì)度比，改變了澤漆的優(yōu)勢(shì)地位，加大了夏至草的發(fā)生，且有利于玄參科婆婆納的孳生。其原因可能與各雜草的生長(zhǎng)習(xí)性[6]有關(guān)，也可能是因?yàn)楦鞣绞脚c秸稈覆蓋影響了雜草種子在土壤中的垂直分布[26-27]，從而影響其萌發(fā)和生長(zhǎng)。

雜草的生物多樣性受生態(tài)環(huán)境、土壤養(yǎng)分及水分等狀況的影響[24]。不同的耕作方式與秸稈覆蓋處理導(dǎo)致雜草生長(zhǎng)的外部環(huán)境發(fā)生改變，造成土壤的干擾程度和水肥條件不同[27-28]，從而使雜草群落物種多樣性、群落優(yōu)勢(shì)度和均勻度發(fā)生變化。物種多樣性、群落優(yōu)勢(shì)度和均勻度是衡量群落穩(wěn)定性的重要尺度，物種多樣性及群落均勻度的參數(shù)值越大，群落優(yōu)勢(shì)度越小，群落的穩(wěn)定性越高[15，29]。高宗軍等研究指出，與旋耕相比，免耕與免耕覆蓋增加了黃淮海地區(qū)麥田雜草的種類，使薺菜的優(yōu)勢(shì)地位發(fā)生顯著改變，顯著影響了雜草的生物多樣性[15]。韓惠芳等研究表明，秸稈全量還田的保護(hù)性耕作提高了玉米田雜草群落的物種豐富度、均勻度及物種多樣性，其中免耕秸稈還田顯著增加了雜草的數(shù)量[30]。趙森霖等通過長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究得出，保護(hù)性耕作實(shí)施多年后農(nóng)田雜草群落逐步向穩(wěn)定的傳統(tǒng)耕作雜草群落演替[14]。本研究結(jié)果表明，保護(hù)性耕作顯著提高了雜草群落的物種豐富度和物種多樣性，明顯降低了雜草群落的優(yōu)勢(shì)度，這不僅影響了某些雜草的優(yōu)勢(shì)地位，也提高了非優(yōu)勢(shì)雜草的物種多樣性。CTS與旋耕+秸稈處理的雜草群落相似，NTS與STS處理的雜草群落相似。本研究結(jié)果對(duì)保護(hù)性耕作下冬小麥田的雜草綜合治理和保護(hù)性耕作在豫西地區(qū)的推廣和應(yīng)用具有一定指導(dǎo)意義。

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