陜北春季玉米田雜草種子庫研究

李艷娥，周世斌，劉世鵬，3*

（1.延安大學 生命科學學院，陜西 延安 716000；2.漢中市留壩縣農業經濟發展與監督服務中心，陜西 漢中 723000；3.陜西省紅棗重點實驗室，陜西 延安 716000）

雜草土壤種子庫是留存于土壤表層及土層中具有活力的雜草種子總稱［1］。雜草種子庫是田間雜草發生的根源，探明土壤雜草種子庫的物種組成、儲量及空間分布，預測雜草種群的發生規律，對于雜草的綜合治理有重要意義。國內外學者對各種土壤種子庫的基本特征［2-5］、動態變化因素［6-10］、不同耕作和輪作等農作方式［11-13］對種子庫的影響等作了大量研究，但對不同立地條件下玉米田雜草種子庫的研究鮮見報道。

玉米是中國第一大糧食作物，也是北方地區種植面積最大的農作物［14］。坪地、坡地、臺地是陜北地區糧食作物種植的主要立地類型，本實驗選取玉米田的這3 種樣地為研究對象，旨在探明其雜草種子庫的物種組成、密度、垂直分布、生活型以及多樣性等特征，比較3種立地類型的差異性和相似性，以期為陜北地區玉米田雜草的預測預報和不同立地條件雜草防除的精細化管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于陜西省子長市，屬于黃土丘陵溝壑區。地理位置北緯37°19′40″～37°47′19″，東經109°52′52″～109°95′42″，海拔高度1 042.2～1 244.8 m，屬暖溫帶半干旱大陸性季風氣候，平均氣溫10.1 ℃，年降水量583.4 mm，降雨主要集中在7—9 月，日照3 188.8 h，無霜期279 d。實驗區土質為黃綿土，屬典型的陜北農田。

1.2 樣地設置與采樣

取樣采用大數量小樣法。實驗在2021年3月春播前取樣，選擇坪地、坡地、臺地玉米田樣地（50 m×50 m）各5 塊，選擇的15 塊樣地耕作模式和管護方式基本一致。每塊樣地采用對角線相交的五點采樣法，即選取5個采樣點。取樣面積為10 cm×10 cm，深度為20 cm，分為0～＜5 cm、5～＜10 cm、10～＜15 cm和15～20 cm 4 個土層。將每塊樣地同一深度土層的土壤均勻混合后取五分之一裝入帶有標簽的塑封袋中，當天帶回實驗基地用于種子萌發。

1.3 實驗方法

實驗采用室內種子萌發法［15-16］，將取回的土樣去除小石塊等雜質，加以揉碎、混合，然后置于底部鋪有2 cm 無種子粗砂花盆中。定期用噴霧器給花盆澆水，保持土壤充分濕潤，并定期觀察記錄萌發雜草數，計數鑒別后拔除。連續2 周無種子萌發時輕輕翻動一次土樣繼續觀察，直到花盆內連續1 個月無種子萌發后結束實驗。

1.4 數據計算

土壤種子庫密度（ρ）：實驗將10 cm×10 cm 取樣面積內萌發的種子數量換算為1 m×1 m的數量來計算密度（粒·m-2）。植物生活型統計：通過查詢《Plant life forms》確定雜草生活型，即分為一年生雜草（Th）和多年生雜草（Ph）。種子庫多樣性指數（H）、豐富度指數（M）、均勻度指數（E）和生態優勢度指數（D）的計算方法參照文獻方法［17］。利用式（1）計算Sorensen相似性系數。

其中，Sc表示相似性指數，w表示樣地A 和B 中共有的雜草物種數；α表示樣地A 所有雜草物種數；β表示樣地B所有雜草物種數。

本研究實驗數據用SPSS 25.0軟件統計分析；用Origin 2021軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 物種組成及密度

種子庫土樣中共萌發雜草10 科24 種（見表1）。其中菊科（Asteraceae）種類最多，禾本科（Gramineae）次之。從萌發量來看，菊科最多，藜科（Chenopodiaceae）次之。就單種來說，黃花蒿（Artemisia.annua）萌發量最多，其次是苣荬菜（Sonchifolium.arvensis）和灰綠藜（Chenopodium glaucum）。從不同立地來看，坪地萌發7科19種，坡地萌發8科16種，臺地萌發5科13種。3種樣地共有科4科，共有種9種。各不相同，3種樣地密度大小關系為：坪地（8 720±469 粒·m-2）＞坡地（4 960±434 粒·m-2）＞臺地（3 560±299 粒·m-2），密度差異均顯著（P＜0.05）。3種樣地的優勢科和優勢種均有差異，其中共同優勢科是菊科和藜科，共同優勢種是苣荬菜。

表1 陜北春季玉米田土壤雜草種子庫物種組成及密度

2.2 生活型特征

3 種樣地的雜草生活型分為一年生Th 和多年生Ph（圖1）。每種樣地的Th 雜草物種數均多于Ph雜草物種數，Th 雜草物種數大小關系為：坪地＞坡地＞臺地；Ph 雜草物種數大小關系為：坪地＞臺地＞坡地。從密度來看，3 種樣地Th 雜草型密度大小關系是：坪地（6 820 粒·m-2）＞坡地（3 360 粒·m-2）＞臺地（1 760 粒·m-2），密度差異顯著（P＜0.05）；Ph 雜草密度大小關系是：坪地（1 900 粒·m-2）＞臺地（1 800 粒·m-2）＞坡地1 600 粒·m-2，但差異不顯著（P＞0.05）。從整體來看，3 種樣地Th 雜草14 種，密度和為11 940 粒·m-2，Ph 雜草10 種，密度和為5 300 粒·m-2，可見一年生雜草的物種數和密度均大于多年生雜草。其中，坪地的兩種生活型雜草物種數與密度均高于坡地和臺地。

圖1 雜草種子庫不同立地類型種子庫生活型分布

2.3 垂直分布特征

樣地種子庫密度垂直分布情況如圖2所示。在0～＜5 cm 土層深度：坪地密度顯著大于坡地和臺地（P＜0.05），坡地和臺地密度差異不顯著（P＞0.05）；在5～＜10 cm 土層深度，3 種樣地密度差異均不顯著（P＞0.05）；在10～＜15 cm 土層深度，3 種樣地密度差異均顯著（P＜0.05）；在15～＜20 cm 土層深度，3 種樣地密度差異均不顯著（P＞0.05）。總體來看，在前3 層（0～＜15 cm）3 種樣地都隨土壤深度增加有顯著的遞減趨勢（P＜0.05）；到第4 層（15～＜20 cm）臺地和坡地的密度有回升趨勢，坪地密度沒有變化。且從圖2 可知，3 種樣地的密度在垂直分布的變化趨勢上顯著程度有所差異。

圖2 雜草種子庫不同立地類型密度垂直分布

2.4 多樣性特征

通過方差分析得知（表2），陜北春季玉米田土壤雜草種子庫的多樣性指數（H）和生態優勢度指數（D）在臺地、坡地、坪地3種立地類型之間無明顯變化，差異均不顯著（P＞0.05）。臺地的豐富度指數（M）顯著小于坪地和坡地（P＜0.05）；坡地與坪地的M差異不顯著（P＞0.05）。坪地的均勻度指數（E）顯著小于坡地和臺地（P＜0.05），坡地與臺地的E差異不顯著（P＞0.05）。

表2 陜北春季玉米田土壤雜草種子庫不同立地類型多樣性指數特征

2.5 相似性特征

根據表2可知坪地、坡地、臺地的物種數分別為19 種、16 種和13 種。表1 可知，坪地與坡地共有種為13 種，根據Sc相似性系數公式（1）可得出Sc為0.74；坪地與臺地共有種為12 種，由公式得出Sc為0.75；坡地和臺地共有種為9 種，得出Sc為0.62。由此可知，3種樣地的Sc范圍為0.62～0.75，其中坪地與臺地的物種相似度最高，是極為相似；臺地與坡地、坡地與坪地物種均為中度相似［18］。

3 討論

陜北春季玉米田樣地土壤種子庫共萌發雜草24 種10 科，以菊科、藜科和禾本科為主，其中菊科雜草種類最多，這與查順清等［19］對本地區雜草調查結果種類相近。3種樣地的土壤雜草種子庫密度范圍是3 560～8 720 粒·m-2，這與劉濟明等［20］對玉米耕地雜草種子庫研究中的春季數據一致，也與ZHANG 等［21］對土壤種子庫的研究結果密度區間一致。3種樣地密度差異顯著，坪地＞坡地＞臺地，這可能與3 種立地的海拔高度、保水能力和空氣流通等環境因素差異有關。

本研究在前3 層（0～＜15 cm）3 種立地類型密度隨深度增加有顯著的遞減趨勢；坡地與臺地在第4層（15～20 cm）相對于第3層（10～＜15 cm）物種數和密度均有回升趨勢，但不顯著。0～＜15 cm 的變化趨勢與李有志等［22］的研究結果一致。

樣地中一年生雜草多于多年生雜草，與黃茂林等［23］、李國旗等［24］對西北地區土壤種子庫的研究結果一致。這種生活型分布可能與植物生活史對策和當地氣候等生態環境有關。該研究區3種樣地的物種相似性系數范圍在0.62～0.75之間，雜草相似度比較高。3 種立地的雜草物種多樣性指數差異整體趨勢不顯著，與立地類型沒有明顯關聯，此結果與李智［25］對陜北地區不同立地土壤種子庫的研究結果一致。

4 結論

本研究探明了陜北春季玉米田雜草種子庫基本特征，可為本地區雜草管理提供依據。該研究發現不同立地類型雜草種子庫密度差異顯著，坪地＞坡地＞臺地，但物種相似性系數比較高。鑒于此，不同立地類型的農田應采取差異性的雜草防治措施，但可相互借鑒。目前，人工除草是陜北地區農業種植中最繁重和耗時的生產環節，使用除草劑除草已成大趨勢。探明雜草種類可為除草劑的使用提供參考，如根據不同立地相似度比較高的特征，在除草劑種類選擇上可互相參考，但鑒于密度差異顯著，在除草劑劑量選擇上要有所不同。另外，3種立地類型的雜草種子庫密度差異可為玉米種植在立地類型的選擇上提供參考。雜草種子庫垂直結構明顯，如何根據這些特征用不同深度的耕作方式和管護方式來生態控草，有待下一步探究。總之，本研究探明了陜北地區3種主要立地類型的雜草種子庫基本特征，可為本地區雜草的預測預報和雜草分立地精準防控管理提供科學依據，為改變當季見草控草的盲目被動除草模式提供參考。