桑園套種大豆和苜蓿對雜草群落及其生物多樣性的影響

龐建光+姬紅萍+武龍

摘要：以桑園套種大豆（Glycine max L.）和苜蓿（Medicago sativa L.）為研究對象，探討其對地上雜草群落及其生物多樣性的影響。結(jié)果表明：在桑園套種大豆、苜蓿后與對照相比雜草密度分別降低了40.46%、30.50%；雜草的生物量與對照相比也顯著下降；同時，套種大豆和苜蓿減少了優(yōu)勢雜草的密度，從而減輕優(yōu)勢雜草的危害；套種大豆、苜蓿其地上物種豐富度指數(shù)分別升高了76.92%和70.63%，香農(nóng)指數(shù)分別比對照升高了133.33%、118.75%，均勻度指數(shù)分別升高了160.00%、130.00%，結(jié)果表明，桑園套種大豆和苜蓿有利于提高雜草生物多樣性。

關(guān)鍵詞：桑園；套種；雜草群落；生物多樣性；大豆；苜蓿

中圖分類號： S451

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0187-03

雜草是果園生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成成分，也是影響果樹產(chǎn)量的重要因素之一。過去人們一直采用各種措施消滅果園中的雜草，而不恰當(dāng)?shù)某荽胧┛赡軐?dǎo)致生態(tài)災(zāi)害[1]。近年來，許多研究證明了雜草在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的價值，雜草不但具有防止土壤侵蝕、促進養(yǎng)分循環(huán)的重要作用，同時具有維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能正常發(fā)揮和保持生態(tài)平衡的意義[2-6]。

當(dāng)前，許多學(xué)者更多關(guān)注的是如何保護果園生態(tài)系統(tǒng)中野生植物的多樣性及維持果園生態(tài)系統(tǒng)平衡[7]。桑園套種大豆和苜蓿屬于農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)，該系統(tǒng)在提高生物產(chǎn)量、保護生物多樣性、保護生態(tài)環(huán)境等方面具有重要的作用[8-9]。有研究表明，果園中植物物種多樣性高時，害蟲不易成災(zāi)[10]，而且一些植物比如夏至草、苜蓿、三葉草等可提高昆蟲天敵的多樣性，可有效控制害蟲的數(shù)量[11-12]，從而提高果樹的產(chǎn)量。

桑樹（Moros alba L.）為落葉喬木或灌木，屬于多年深根性木本植物，在干旱與半干旱地區(qū)可廣泛種植，而且對土壤酸堿度的適應(yīng)能力也很強[13]。桑樹與苜蓿（Medicago sativa L.）、大豆（Glycine max L.）套種是一種新型種植方式，桑樹與大豆套種使2者具有明顯的種間促進作用[14]，而且套種能減少桑樹的光合午休時間，從而增加生物產(chǎn)量[15]。目前，關(guān)于桑園套種大豆和苜蓿對雜草生物多樣性的影響尚未見報道。本試驗是在桑樹收獲果實后進行，并對套種大豆和苜蓿對雜草生物多樣性的影響進行調(diào)查研究，以期為桑園雜草生物多樣性的保護提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗在位于邯鄲市邯鄲縣的古石龍風(fēng)景區(qū)桑葚采摘園內(nèi)完成，試驗區(qū)西靠太行山，地處117°39′～117°52′E，28°49′～28°57′N。該區(qū)年平均氣溫13.5 ℃，年平均日照時間 2 556.8 h，年平均降水量569.2 mm，無霜期260 d左右。雨量多集中在7—8月，試驗區(qū)的土壤屬于褐土類，呈微堿性，pH值7.45～7.65。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗實施 試驗于2014年5月中下旬在桑葚收獲后進行，試驗用桑樹品種為紅果2號，果園平均樹齡6年，樹高2.5 m，桑樹行距3.10 m，株距2.75 m。大豆品種為邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧油作物研究所提供的邯豆7號。試驗設(shè)3個處理，分別為：（1）對照；（2）桑樹-大豆套種；（3）桑樹-苜蓿套種，每個處理設(shè)2個重復(fù)，共9個小區(qū)。

1.2.2 取樣方法 在每個小區(qū)隨機取樣1 m2，取3個點，然后對各處理內(nèi)的植物進行統(tǒng)計計算（包括植物種類、鮮草質(zhì)量與株高），求其平均值，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果計算其雜草密度、豐富度和多樣性指數(shù)等。雜草干物質(zhì)量的測定采用1 m2內(nèi)的雜草量在105 ℃下殺青、60 ℃下烘干直到質(zhì)量恒定為準，測定其生物量。

1.3 計算公式與數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值，采用單因素方差分析法（one-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同數(shù)據(jù)組之間的差異。使用Excel 2007和SPSS 12.0進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 桑園套種模式下雜草種類及總密度變化

在桑園內(nèi)常見植物種類有馬齒莧（Portulaca oleracea）、薺菜（Capsella bursa-pastoris）、地黃（Rehmannia glutinosa ）、苦菜（Ixeris chinensis）、蒲公英（Taraxacum mongolicum ）、灰綠藜（Chenopodium glaucum）、蒺藜（Tribulus terresteis）、夏至草（Lagopsis supina）、馬唐（Digitaria sanguinalis）、狗尾草（Setaria viridis ）、香附（Cyperus rotundus）、早熟禾（Poa schoenites）等12種雜草。從表1可以看出，套種大豆和苜蓿的桑園雜草總密度發(fā)生了顯著改變，在3個處理中，對照區(qū)植物密度最大為129.5株/m2，其次為套種苜蓿處理的90.0株/m2，套種大豆雜草密度最低，為 77.1株/m2。在桑園套種大豆、苜蓿后，與對照相比雜草密度分別降低了40.46%、30.50%。結(jié)果表明，桑園套種大豆、苜蓿均能有效抑制雜草的發(fā)生，由于套種造成大豆、苜蓿與雜草之間競爭養(yǎng)分和空間，從而導(dǎo)致小環(huán)境發(fā)生變化所致。

比較3種處理，與對照相比套種大豆和苜蓿對夏至草、蒺藜、狗尾草和早熟禾等優(yōu)勢雜草有較好的密度防效。

2.2 套種大豆和苜蓿后雜草生物量的變化

由表2還可知，9月調(diào)查的套種大豆和苜蓿后的雜草生物量分別為135.25、124.46 g/m2，與對照差異顯著，不同處理生物量大小依次為對照>大豆>苜蓿，與對照相比套種大豆、苜蓿后雜草生物量分別減少了52.78%、56.54%，套種大豆和苜蓿對雜草密度和生物量的影響略有不同，但套種大豆和苜蓿雜草的密度和生物量之間差異不顯著。與對照相比套種大豆和苜蓿對優(yōu)勢雜草夏至草、狗尾草和蒺藜的抑制作用明顯，從而減輕了優(yōu)勢雜草對桑園的危害。

2.3 套種大豆和苜蓿后雜草生物多樣性指數(shù)

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)是反映植物群落多樣性的指標，一般植物多樣性指數(shù)越高，表明群落物種越豐富，種群之間關(guān)系越復(fù)雜，群落系統(tǒng)越穩(wěn)定。均勻度指數(shù)越大，說明優(yōu)勢物種集中性越小，物種群落的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，越穩(wěn)定，均勻度高的雜草群落優(yōu)勢種不突出，雜草也就不容易嚴重發(fā)生。與對照相比，套種大豆和苜蓿的桑園雜草物種豐富度顯著高于對照，套種大豆的豐富度為2.53，套種苜蓿的豐富度為2.44。與對照相比套種大豆、苜蓿的雜草物種豐富度指數(shù)分別升高了76.92%、70.63%，香農(nóng)指數(shù)比對照分別升高了133.33%、118.75%，均勻度指數(shù)分別升高了160.00%、130.00%（表3）。

從多樣性指數(shù)看，套種大豆和苜蓿的種植方式不但沒有使物種多樣性降低，反而使物種多樣性顯著升高，可能由于套種導(dǎo)致環(huán)境發(fā)生變化（地上、地下環(huán)境）所致。群落均勻度指數(shù)的顯著提高表明，田間雜草趨于均勻分布，從而減弱了優(yōu)勢種夏至草、狗尾草和蒺藜對桑園的危害。研究結(jié)果表明，桑園套種大豆和苜蓿能顯著提高桑園雜草的生物多樣性。

3 結(jié)論與討論

當(dāng)前，中國果園雜草大多采用化學(xué)方法防治，化學(xué)除草會顯著影響雜草群落的生物多樣性[17]，生物多樣性方面的研究者認為，雜草綜合治理的目的不是完全清除農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的雜草，而是控制其危害程度和范圍，利用雜草種群間的競爭作用，不使某一惡性雜草占優(yōu)勢，以達到既有利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展又保持果園雜草生物多樣性的目的[18-19]。因此，近年來生物方法防除雜草越來越受到學(xué)者的重視，有研究證明，在丘陵紅壤茶園行間覆蓋稻草和套種三葉草對雜草有明顯的控制作用[20-21]。

本試驗結(jié)果表明，桑園套種大豆和苜蓿后雜草多樣性指數(shù)顯著提高，套種大豆、苜蓿處理地上物種豐富度指數(shù)分別升高了76.92%和70.63%，香農(nóng)指數(shù)比對照分別升高了13333%、118.75%，均勻度指數(shù)分別升高了160.00%、13000%；而雜草發(fā)生的總密度和生物量顯著下降，在桑園套種大豆、苜蓿后與對照相比雜草密度分別降低了40.46%、30.50%。由于大豆和苜蓿會抑制競爭力不強、不耐陰雜草的萌發(fā)和生長，降低其發(fā)生密度。套種大豆和苜蓿改變了原來的生態(tài)環(huán)境條件，形成了特殊的環(huán)境條件，適合某些雜草的發(fā)生和生長。同時又限制了另外某些雜草的發(fā)生和生長，強勝等研究認為，種植制度是導(dǎo)致雜草群落物種組成改變的重要因子[22]。因此，在桑園套種大豆和苜蓿可顯著降低田間雜草的發(fā)生危害，對優(yōu)勢雜草夏至草、狗尾草和蒺藜的抑制作用尤其明顯，從而減輕了優(yōu)勢雜草對桑園的危害。群落均勻度提高改善了桑園雜草物種結(jié)構(gòu)，提高了雜草生物多樣性。

從保護桑園植物多樣性考慮，采用套種大豆和苜蓿的種植方式，既能控制雜草危害，又有利于保護桑園生物多樣性。因此，桑園套種大豆和苜蓿為控制桑園雜草危害及保護桑園植物多樣性提供了新思路，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了理論依據(jù)。

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