北疆棉田雜草多樣性及群落組成

黃紅娟 張朝賢 姜翠蘭 張學坤 黃兆峰 吳文龍 魏守輝

摘要：為明確北疆棉田雜草種類及多樣性，采用倒置W 9點取樣法對北疆地區27塊棉田共243個樣方的雜草種類和鮮重進行調查，以明確棉田雜草的群落組成及結構。結果表明，北疆地區棉田主要雜草有44種，隸屬于17科、38屬，其中優勢雜草3種（龍葵、灰綠藜和田旋花）、區域性優勢雜草4種（野西瓜苗、反枝莧、苘麻和馬齒莧）、常見雜草4種、一般雜草33種。北疆棉田的雜草群落主要由龍葵、灰綠藜、田旋花等闊葉雜草組成，給棉田雜草防控帶來了嚴峻的挑戰。

關鍵詞：北疆;棉田;雜草群落;禾本科雜草;闊葉雜草;多樣性;優勢度;抗藥性

中圖分類號：S451 ?文獻標志碼：A ?文章編號：1003-935X（2020）01-0007-07

Abstract：A survey was conducted to investigate the community composition and structure of weed species and determine their fresh biomass in 243 sample plots in 27 cotton fields in northern Xinjiang. There were 44 weed species belonging to 17 families and 38 genera of which three were dorminant： Solanum nigrum L.，Chenopodium glaucum L. and Convolvulus arvensis L. Four species （Hibiscus trionum L.，Amaranthus retroflexus L.，Abutilon theophrasti Medicus and Portulaca oleracea L.） were of regional importance，whereas four species were considered common weeds and 33 species of general distribution. The weed community in cotton fields of northern Xinjiang is mainly composed of broadleaf weeds including S. nigrum，C. glaucum and C. arvensis，all of them being difficult to control in cotton fields.

Key words：northern Xinjiang;cotton fields;weed community;diversity;degree of dominance

棉花是新疆重要的經濟作物，播種面積占所有農作物總播種面積的50%左右[1]，然而近年來棉田雜草問題日趨嚴重，常年造成損失達14%～16%，嚴重制約了棉花的高效生產[2]。隨著膜下滴灌栽培方式的推廣、耕作制度的改變以及單一作用機制除草劑的長期應用等，棉田雜草群落組成及優勢雜草已經發生了顯著變化，區域性優勢雜草的危害程度也呈加重趨勢。有研究表明，連續滴灌改變了新疆棉區土壤種子庫結構和組成，喜旱性雜草在種子庫中的占比增加[3]。王少山等于1996年對阿拉爾墾區棉田雜草進行調查研究發現，田旋花（Convolvulus arvensis L.）、蘆葦[Phragmites australis （Cav.） Trin. ex Steud.]和扁稈荊三棱[Schoenoplectus planiculmis （F. Schmidt） Egorova]是棉田中難以清除的三大惡性雜草，隨著氟樂靈的連年使用，其他1年生禾本科雜草種類逐漸減少，而闊葉雜草的危害程度有加重趨勢[4];2006年調查結果顯示，該地區以田旋花、灰綠藜（Chenopodium glaucum L.）、稗草[Echinochlo acrusgalli （L.） Beauv.]、扁稈荊三棱為主要雜草組合[5]。綜合多年調查結果來看，新疆南部地區的棉田雜草群落組成在10年間發生了顯著變化，闊葉雜草逐漸成為了棉田優勢雜草，這可能與二硝基苯胺類除草劑的連年使用有關。連年使用同一作用機制的化學除草劑，使得雜草的群落組成也因此發生了變化，由以1年生禾本科雜草為主的雜草群落演替為以闊葉雜草為主的雜草群落，多年生雜草的危害程度也日趨加重。棉田雜草不僅與棉花爭奪營養、水分和光照等，直接影響棉花的產量，還會增加機采棉纖維的含雜率，影響棉花的品質和質量。為明確北疆地區棉田雜草的組成以及優勢雜草種類，對新疆生產建設兵團農五師、農六師和農八師的棉田雜草進行抽樣調查，旨在為制定棉田雜草精準防控策略提供依據。

1 材料與方法

1.1 調查方法和樣點分布

分別于2017年和2018年的6月，對地處博爾塔拉蒙古自治州的農五師、地處昌吉回族自治州的農六師等地和地處石河子市、瑪納斯縣等地的農八師等主要棉區棉田雜草進行抽樣調查，調查時間為棉花的蕾期。采用倒置W 9點取樣法對每個樣地的雜草進行調查，共計調查27個樣點（表1），243個樣方，每個樣方0.25 m2，記錄每個樣方里的雜草種類、株數和鮮重。

1.2 數據統計及分析

以各團場為單位根據調查的數據計算物種多樣性、相對優勢度等。物種多樣性的測度采用豐富度指數（Shannon-Wiener index，H′）、辛普森指數（Simpsons index，D）、Pielou均勻度指數（J）。

RA=（RD+RW+RF）/3。

式中：RA表示相對優勢度;RD為相對密度，即樣方中某種雜草的密度占樣方中所有雜草總密度的比例;RW為相對質量，即樣方中某種雜草鮮重占樣方中雜草總鮮重的比例;RF表示相對頻度，即某種雜草出現的樣方數占所有雜草出現的總樣方數的比例[6-8]。計算公式如下：

式中：Ni為樣方中第i種雜草的密度;N為樣方中雜草的總密度;Pi為樣方中第i種雜草的出現概率;S為樣方中的雜草物種數量。

2 結果與分析

2.1 棉田雜草區系

調查結果（表2）顯示，北疆棉田主要雜草共有44種，屬于17科、38屬，其中單子葉雜草有1科、5屬、5種;雙子葉雜草有15科、32屬、38種。菊科雜草種類最多，有7種，占雜草種類的15.9%;其次是藜科雜草，有6種;禾本科、豆科雜草各有5種;十字花科雜草有4種。

2.2 棉田雜草種類

根據各種雜草的優勢度、出現頻度以及在各地區棉田的具體發生情況，將北疆棉田雜草分為4種類型，即優勢雜草、區域性優勢雜草、常見雜草和一般雜草。優勢雜草是指在各調查點均有分布，優勢度較高，對棉花生長發育有顯著影響的雜草;區域性優勢雜草指在局部棉區出現，防除較困難的雜草;常見雜草指在大部分調查棉區均有發生，但優勢度較低，對棉花危害較小的雜草;一般性雜草指在局部棉區分布，優勢度較低，對棉花生長發育影響較小的雜草。

從表3可以看出，龍葵、灰綠藜和田旋花的綜合優勢度較高，對棉花生長影響較大，防除困難，為北疆棉田優勢種雜草。灰綠藜和龍葵在幼苗階段與棉花爭奪營養和水分，在機采收割時龍葵紫色漿果會污染棉纖維，嚴重影響棉花的產量和品質。田旋花為多年生雜草，具有強大的地下根莖，繁殖能力強，為攀爬植物，在棉花的整個生育期都會影響棉花生長，特別是在生長后期，田旋花會成片纏繞并覆蓋棉花，影響機采棉的收割。

野西瓜苗、反枝莧、苘麻和馬齒莧在局部地區種群密度較大，嚴重影響棉花幼苗生長;部分地區扁稈荊三棱密度較大，該雜草為莎草科多年生雜草，有強大的地下根莖，很難防除，出土時葉片能夠穿透地膜，對棉花早期生長也造成很大危害，為區域性優勢種雜草。稗、狗尾草、白莧和花花柴為棉田常見雜草;蒺藜、蘆葦、堿蓬、豬毛菜、地膚、苣荬菜、駱駝刺等在棉田中發生頻率較低，對棉花生長影響較小，為棉田一般性雜草。

2.3 北疆墾區棉田雜草發生的特點及群落結構

由表3可知，從雜草的發生優勢度來看，闊葉雜草灰綠藜、龍葵、田旋花等為主要優勢種雜草，綜合優勢度達到59.71。其次為野西瓜苗、反枝莧、馬齒莧、苘麻等，綜合優勢度為21.26。從區域上來看，農五師的灰綠藜優勢度最大，明顯高于另外2個區域，形成以灰綠藜+龍葵+反枝莧、龍葵+扁稈荊三棱+田旋花為主的雜草群落結構，該地區扁稈荊三棱的發生優勢度是3個區域中最高的;農八師的龍葵優勢度最高，是主要優勢種雜草，此外該地區田旋花和馬齒莧的優勢度也是3個地區中最高的，形成以龍葵+田旋花+灰綠藜、龍葵+灰綠藜+野西瓜苗、龍葵+田旋花+馬齒莧為主的雜草群落結構;農六師以龍葵為主要優勢種雜草，龍葵的優勢度是3個地區中最高的，達到 28.67，該地區雜草群落以龍葵+灰綠藜+田旋 花+野西瓜苗為主，反枝莧、苘麻、稗也都有較高的優勢度。

2.4 棉田雜草群落的物種多樣性

由表4可知，棉田雜草物種豐富度以農六師和農八師較高，農五師最低。所調查的3個區域氣候較為相似，但是雜草的多樣性存在一些差異，可能與當地種植環境、控草措施、施藥水平等有一定的關系。綜合來看，農五師的棉田雜草物種豐富度最低，其香農指數、辛普森指數和均勻度指數均是最低的，說明該地區棉田中雜草種類最少，優勢種雜草相對較為集中，這與實際調查數據一致，農八師和農六師地區的物種多樣性相對高一些。由于農田生態環境受人為干擾最為嚴重，因此地區間的差異可能與栽培模式、施藥方式等密切相關。

3 討論

農田雜草的發生與群落組成受到多方面因素的影響，與自然環境、作物輪作制度、栽培方式、控草策略等有關[9-10]。調查發現，新疆墾區棉田以龍葵、田旋花、灰綠藜等為主要優勢種雜草，局部地區野西瓜苗、反枝莧、馬齒莧、苘麻、扁稈荊三棱的發生較為嚴重。郝彥俊等于2002年對新疆地區棉田雜草進行了調查，結果發現， 馬唐、田旋花、稗和灰綠藜是主要優勢雜草，其次是畫眉草、狗尾草、蘆葦、反枝莧、野西瓜苗和苘麻等雜草， 該時期的雜草群落組成以禾本科雜草為主[11];魏建華等通過比較昌吉回族自治州2006—2015年期間雜草的群落結構發現，10年間馬唐、牛筋草、狗尾草等禾本科雜草發生量呈下降趨勢，而灰綠藜、龍葵、田旋花、野西瓜苗和苘麻等闊葉雜草發生量呈上升趨勢[12]。隨著除草劑的連年使用以及膜下滴灌栽培方式的推廣，一年生禾本科雜草優勢度迅速下降，而闊葉雜草逐漸替代了禾本科雜草成為優勢種，龍葵由一般雜草迅速上升為優勢雜草。進一步結合筆者的調查數據發現，北疆地區棉田雜草群落已經完成了由禾本科雜草向闊葉雜草演替的變化，禾本科雜草不再為優勢群落，取而代之的是龍葵、灰綠藜和田旋花等，局部地區多年生雜草扁稈荊三棱危害程度也呈加重趨勢。闊葉雜草和多年生雜草成為優勢種群，給棉田的雜草防控帶來極大的挑戰。

雜草群落結構的變化與多種因素有關，新疆棉區多年來一直使用土壤封閉劑二硝基苯胺類除草劑（氟樂靈和二甲戊靈），近10年來則以二甲戊靈為主，二甲戊靈對禾本科雜草有很好的防效，而對于部分闊葉雜草的防效不佳，有研究表明，新疆部分田旋花種群已經對二甲戊靈產生了較高水平的耐藥性[13]。龍葵由一般雜草演變為主要優勢雜草，與其對二硝基苯胺類除草劑的耐受性強有一定關系，同時與近年來棉田膜下滴灌的栽培模式有關，如何防控棉田龍葵是目前北疆棉區面臨的挑戰之一。扁稈荊三棱在局部地區的發生也非常嚴重，雖然只是局部發生，但在所發生地塊的田間密度很高，它是多年生雜草，具有匍匐根狀莖和塊莖，一般除草劑對其藥效不佳，給棉花生產帶來極大困難。

針對北疆棉田雜草的演替情況，今后應該加強對棉田雜草的監測，包括對棉田早期雜草種類、雜草種子庫等的調查，以明確各區域棉田雜草的群落結構特征，如何因地制宜地使用除草劑，對棉田雜草進行精準有效防控，是當前棉田雜草防除面臨的巨大挑戰。

關于棉田雜草對二硝基苯胺類除草劑的抗藥性監測也是值得關注的方向，由于二硝基苯胺類除草劑在新疆棉區連續使用多年，應開展長期連續的棉田雜草抗藥性監測，以明確雜草的抗藥性水平，為制定更科學的防控技術提供指導。據報道，目前已經有多種雜草對二硝基苯胺類除草劑產生了抗性，牛筋草[Eleusine indica（L.） Gaertn.]是首次報道的對氟樂靈產生抗性的棉田雜草[14]，至今已經報道的對二硝基苯胺類除草劑產生抗性的雜草有狗尾草、黑麥草（Lolium rigidum Gaudin）、長芒莧（Amaranthus palmeri S. Watson）、大穗看麥娘（Alopecurus myosuroides Huds.）、看麥娘（Alopecurus aequalis Sobol.）等[15-21]，新疆棉田中也有相同種類的雜草或者近緣種，產生抗藥性的風險較大，長期的抗藥性監測是非常有必要的。另外，應開發新作用機制的棉田除草劑，特別是推廣應用針對難防雜草的除草劑，輪換使用不同作用機制的除草劑，以降低雜草抗藥性發生的風險。由于本次調查是在棉花的整個生育期除草以后進行的，農民已經完成了最后一次田間除草，調查結果反映了棉田最后的草害情況，對制定棉田雜草防控策略具有一定的意義。

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