皖北高粱田雜草種類及群落特征分析

許錦程　許孟桃　俞少祥等

關鍵詞 高粱；皖北地區；雜草群落；物種多樣性；區域聚類分析

中圖分類號：S 514；S 451.0 文獻標識碼：A DOI：10.16688/j.zwbh.2022279

高粱Sorghum bicolor（L.）Moench是我國栽培較早的禾谷類作物之一，用途廣泛，是釀造業、酒精生產、飼料加工等行業的重要原材料[1-2]。隨著種植模式的調整，淡水資源的匱乏及對雜糧作物的需求逐漸上漲，高粱在農業生產中的地位愈加重要[3-4]。高粱具有生育期短、抗逆性強、產量穩定等種植優勢，積極發展高粱產業可有效提高復種指數和農業經濟效益[5]。皖北地區作為長三角經濟帶的重要組成部分，光照充裕、雨量充沛，農田機械化程度較高，良好的氣候條件為生產優質高粱奠定了基礎[6]。然而，舒適的自然環境同時也為雜草滋生提供了適宜條件，因雜草具有繁殖能力強、競爭優勢明顯、可隨生境的改變調節種群密度等特點，造成農田小氣候改變，作物生育期內病蟲害發生加重。雜草現已成為高粱安全生產的主要制約因素[7]。Dille等[3]的研究表明，美國每年未采取除草措施的高粱田平均產量損失可達47%，估值約9.53億美元。因此，如何科學治理田間雜草是高粱產業發展和輕簡化栽培的前提和關鍵。

雜草是農田生態體系的主要組成部分，對氣候、環境及耕作模式的變化適應性較強，可不同程度地導致作物產量和品質降低[9]。皖北以平原、丘陵為主，各地區雜草群落結構復雜，因此開展雜草群落分布特征研究對減少農業投入，提高生產效率及制定和優化防控措施具有重要意義。張家儒等[10]2020年的調查表明，四川省德陽市直播高粱田以禾本科雜草為主，形成以馬唐Digitaria sanguinalis、自生水稻為主的雜草群落；趙全明[11] 2014年的研究表明，江淮地區高粱田主要有稗Echinochloa crus-galli、狗尾草Setaria viridis、馬唐、蒼耳Xanthiumstrumarium等，且在高粱播種后10～15 d達出苗高峰。此外，有研究表明，農田耕作制度、施肥水平及種植方式等的變化在一定程度上可加速農田雜草群落演替[12-14]。

近年來，關于高粱田雜草防除的研究多集中于對除草劑的篩選[15-17]，而有關高粱田雜草種類組成及群落特征變化的研究未有系統報道。基于此，為明確皖北高粱田雜草群落的分布現狀，于2020年一2021年系統調查了皖北地區高粱田雜草的發生情況，分析了皖北不同高粱種植區域的群落多樣性，旨在為雜草可持續治理，完善高粱田雜草化學防除體系及保障高粱生產安全提供理論依據。

1材料與方法

1.1皖北地理概況

皖北，安徽省北部簡稱，地處32°32′N—34°38′N、114°52′E-118°10′E，包括宿州、淮北、蚌埠、阜陽、淮南、亳州6市，屬暖溫帶半濕潤季風氣候。全年平均氣溫14～17℃，氣候溫和、濕潤；夏季高溫多雨，年均降雨量773～1670mm;全年無霜期200～240 d，日平均溫度超過10℃以上的活動積溫為4600～5300℃；土壤為黃棕壤，地形以平原為主，瀕江臨淮，地勢平坦。土地面積達39149 km，占全省總面積的33.3%[6]。

1.2調查方法及樣點分布

根據皖北地區高粱的種植區域分布，于2020年-2021年每年的6月-7月（此時高粱處于苗期和拔節期之間）對阜陽市（阜南縣、臨泉縣、太和縣、潁上縣）、亳州市（譙城區、渦陽縣、利辛縣、蒙城縣）、淮南市（鳳臺縣、壽縣）、蚌埠市（懷遠縣、五河縣）、宿州市（泗縣、靈璧縣、埇橋區、蕭縣）、淮北市（濉溪縣、杜集區）共計18區／縣，每個區／縣2～3個代表性鄉鎮（表1）的高粱田雜草進行了調查。所選田塊面積不小于667m。于田間雜草幼苗期采用倒置“W”九點取樣法取樣，每點面積0.25m，記錄樣方內雜草的種類及數量，所選田塊耕作管理方式同當地生產實踐。其中，禾本科雜草株數為莖稈數，闊葉及莎草科雜草以株數表示[18]。通過植物智、《中國雜草志》等描述的雜草特征進行識別和鑒定[19-20]。

2結果與分析

2.1皖北地區高粱田雜草種類

結果顯示，皖北地區高粱田共有17科36種雜草。其中禾本科、菊科雜草最多，禾本科雜草包括稗、馬唐、牛筋草Eleusine indica、狗尾草、金色狗尾草Setaria pumila、畫眉草Eragrostis pilosa等6種，占所有種數的16.67%；菊科雜草包括刺兒菜Cirsium arvense var.zntegrifolium、蒼耳、苣荬菜Sonchus wightianus、鬼針草Bidens pilosa、小蓬草Erigeron canadensis、苦苣菜Sonchus oleraceus等；其次為莧科雜草，有反枝莧Amaranthus retroler-us、莧Amaranthus tricolor、喜旱蓮子草Alternan-thera philoxeroides、青葙Celosia argentea、藜Che-nopodium album等5種，占所有種數的13.89%;其他種類較多的有旋花科、莎草科等。皖北域內稗、狗尾草、馬唐、青葙、金色狗尾草、牛筋草的頻度較高，分別為90.38%、78.85%、74.04%、61.54%、58.65%；稗、馬唐、牛筋草、狗尾草的密度最大，分別達107.94、49.93、45.12、17.93株／m；稗、馬唐、牛筋草的種群多度較高，分別為20.17%、9.35%、8.44%（表2）。

2.2皖北地區高粱田優勢雜草分析

根據皖北地區高粱田雜草的相對優勢度和危害程度，將高粱田雜草劃分為4種類型，即優勢雜草（RA≥5）、區域性優勢雜草（3≤RA<5）、常見雜草（1≤RA<3）、一般雜草（RA<1）[22]。由表3可知，稗、馬唐、牛筋草、狗尾草的優勢度均大于5，且均為禾本科雜草，防除較為困難，是皖北地區高粱田的主要優勢雜草；其次鐵莧菜Acalypha australis、鴨跖草、青葙、金色狗尾草等4種為皖北地區的區域性優勢雜草；莧、苘麻Abutilon theophrasti、蒼耳、馬齒莧Portulaca oleracea、碎米莎草Cyperus iria、反枝莧、刺兒菜C.arvense var.integrifolium、畫眉草、夏至草Lagopsis supina、芥菜Brassica juncea、藜、香附子Cyperus rotundus、葎草Humulus scandens等13種雜草在部分地域出現頻率較高，為常見雜草（優勢度1≤RA<3）；打碗花Calystegia hederacea、喜旱蓮子草、紅蓼Persicaria orientalis、蘿藦Cynanchum rostellatum，錦葵Maloa cathayensis、丁香蓼Ludwigia prostrata、烏蘞莓Causonis ja-ponzca、異型莎草Cyperus di formis、鬼針草、田旋花Convolvulus arvensis和苦苣菜Sonchus olera-ceus等15種雜草相對優勢度均低于1，且在調查樣點中發生數量較少，屬一般雜草。此外，莧、馬齒莧、碎米莎草、反枝莧等4種雜草在部分地區的相對優勢度大于5，各高粱種植區應將其作為重點防治對象。

皖北各市高粱的耕作栽培制度及農田管理水平等略有不同，致使各調查區域雜草的種類有較大差異。阜陽市地勢平坦，形成了以稗、狗尾草、牛筋草、馬唐、莧、反枝莧為主的雜草群落，伴有青葙、鐵莧菜、刺兒菜等闊葉雜草。亳州市平原較多，雨量集中，田間雜草群落主要為稗、馬唐、牛筋草、狗尾草和鐵莧菜5種，苘麻、刺兒菜等雜草在部分田塊發生較重。淮南市屬丘陵地區，灌溉較為便利，稗發生最重，其次為馬唐、牛筋草、狗尾草、青葙、金色狗尾草、馬齒莧和鴨跖草等。蚌埠市氣候適宜，域內多以平原為主，除稗、馬唐發生較重外，鐵莧菜、碎米莎草亦不容忽視。宿州市內高粱耕作制度不一，少數為大蒜與高粱輪作，田間雜草群落主要為牛筋草、稗、馬唐、狗尾草等。淮北市高粱種植面積較少，在調查區域內主要有稗、牛筋草、狗尾草、鴨跖草和馬唐等。此外，阜陽市的莧、反枝莧，亳州市的鐵莧菜，淮南市的鴨跖草、青葙、金色狗尾草和馬齒莧，蚌埠市的鐵莧菜和碎米莎草以及淮北市的鴨跖草等雜草是各地市的區域優勢雜草，相對優勢度均較高且發生基數較大，各高粱種植區域應高度重視。綜上所述，有效控制上述雜草危害應是皖北地區制定高粱田綠色防控的重點。

2.3皖北高粱田雜草群落的多樣性

雜草群落的多樣性是農田雜草持續適應生態環境的結果。皖北地區高粱田雜草的群落多樣性結果如表4所示。阜陽市和亳州市雜草的優勢度指數最高，Berger-Parker指數分別為4.89、3.78，其次為宿州市，其余3市優勢雜草的發生程度略低，Berger-Parker指數在1.48～1.70之間。淮北市和阜陽市高梁田雜草物種豐富，Margalef指數分別為3.16和3.14；其次為亳州市和宿州市，Margalef指數分別為3.09和3.01。從度量雜草群落集中性的辛普森指數來看，阜陽市和亳州市的指數相近，Simpson指數分別為0.87和0.85；其次為宿州市和淮北市，Simpson指數分別為0.72和0.63；而淮南市和蚌埠市的指數最低，均為0.53。阜陽市和亳州市雜草的物種種類較多，Shannon-Wiener指數分別為2.41和2.26，其余4市雜草的Shannon-Wiener指數在1.17～1.70之間。阜陽市和亳州市雜草的均勻度相當，Pielou指數分別為0.72和0.70，而其余4市雜草的均勻度指數在0.37～0.54之間。綜上所述，阜陽市的雜草多樣化程度最高，其次為亳州市、淮北市和宿州市；而蚌埠市、淮南市的多項指數均低于其他4市。

2.4皖北各地區高粱田雜草群落的相似性

以各地區雜草群落的相對優勢度為依據，將皖北各市中RA≥1的雜草群落進行了系統聚類分析。結果表明阜陽市、亳州市、宿州市聚為第1組，淮南市、淮北市、蚌埠市聚為第2組（圖1）。其中，阜陽市和亳州市的歐式距離最小，為10.80。

3結論與討論

長期以來，農田雜草干擾作物生長，惡化生態環境，成為阻礙作物優質生產的主要影響因素[23]。高粱對除草劑十分敏感，施用不當極易產生安全性問題[24-25]。據統計，登記于高粱田的化學除草劑共48種，其中含有莠去津成分40種，二氯喹啉酸成分19種，莠去津與二氯喹啉酸混劑17種，分別占登記總數的83.33%、39.58%、35.42%[26]。莠去津、二氯喹啉酸等單劑及其混配產品作為高粱田首選的除草劑品種，能夠防除多數一年生雜草，殺草譜廣且活性較高，但其在土壤中殘效期較長，長期單一使用易對環境造成污染，且存在抗藥性和對后茬作物的安全性等問題[27-28]。因此，明確皖北高梁田雜草的發生現狀對指導農戶科學用藥、制定雜草綜合防治措施具有重要意義。

高粱通常在春末夏初播種，該階段極易受到雜草侵害，加上雜草在形態、生育規律及適生條件等方面與作物十分相似，此期若發生草害會導致高粱長勢瘦弱，對培育壯苗極為不利。研究表明，高粱在出苗后前4周內與雜草共生可造成減產40%～97%[29]。此次高梁田雜草調查時間集中在苗期至拔節期前，此階段雜草易于鑒別，對作物的危害程度可比性強，結果更能反映田間雜草的發生情況。結果表明，皖北地區高粱田共發現雜草17科36種，禾本科、菊科、莧科雜草種類最多，其中稗對高粱的威脅最嚴重，種群密度可達107.94株/m。雜草優勢度結果表明，稗、馬唐、牛筋草、狗尾草等雜草優勢度最高，RA在8.63～23.46之間，發生頻度高，種群密度大，是皖北地區高粱田雜草的重點防控對象。此外，苘麻、蒼耳、藜、葎草、刺兒菜、香附子等雜草在部分調查區域內發生較重，多位學者的研究表明，上述雜草在田間生長迅速，后期單株生長量較大，一旦擴散蔓延難以防除，因此篩選可防除上述雜草的高活性除草劑可為高粱穩產、增產提供理論支撐[30-32]。

物種多樣性可反映不同雜草群落間的競爭關系，又體現著地區間種質資源的豐富程度，明確不同高粱種植區域的雜草多樣性對指導當地農業生產實踐、減輕農業面源污染具有重要意義[33-34]。多樣性分析結果表明，阜陽市雜草的優勢度指數（Berger-Parker index）最高，達4.89，以稗、狗尾草、莧、牛筋草、馬唐為主；其次為亳州市，Berger-Parker指數為3.78，田間除禾本科的稗、馬唐、牛筋草、狗尾草危害嚴重外，鐵莧菜的發生量較大，優勢度可達8.19；淮北市的雜草種類最多，Margalef指數為3.16，田間優勢雜草以稗、牛筋草、狗尾草、鴨跖草等為主。阜陽市的Simpson、Shannon-Wiener、Pielou等指數均為最高，分別為0.87、2.41、0.72；其次為亳州市，各指數分別為0.85、2.26、0.70。不同地區間優勢雜草的發生程度與當地的氣候條件、耕作制度及農田管理水平等有很大關系[35-36]。

聚類分析結果表明，皖北高粱田雜草群落可分為2組，各地區雜草群落不一致的原因與農田管理水平、用藥習慣、種植制度等關系密切。阜陽、亳州市、宿州3市高粱產銷體系成熟，多為白酒、酒精生產企業的種植基地，種植區域常集中連片分布，且當地機械化程度和農田管理水平較高；而淮南、淮北、蚌埠3市的高粱種植多為家庭農場形式，不同農場種植制度靈活多變，除草劑應用水平及用藥時期差異較大。此外，陳國奇等[37]和周瑜等[38]的研究表明，除草方式、施肥水平、種植密度等田間管理措施對雜草發生和作物產量的影響較大，因此可通過改進和優化耕作措施來抑制優勢雜草的發生量，從而提高產量。當下農戶普遍知識儲備較少，缺乏對除草劑及雜草知識的正確認識，通常盲目加大除草劑的施用劑量來達到理想的防除效果，但此做法增加了雜草可持續治理的實施難度。因此在生產實踐中可結合此次對皖北地區高粱田雜草的調查結果，根據雜草的發生現狀采取科學、高效的綜合防除措施，將雜草對作物的危害降至最低水平。