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)勢度比,旋耕+秸稈覆蓋處理的夏至草綜合優(yōu)勢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)勢度有明顯降低的趨勢,傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋處理的群落優(yōu)勢度最低,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: S451文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號: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:102102110030);河南省洛陽市科技攻關(guān)項(xiàng)目(編號:1001041A)。
作者簡介: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)俏覈闹饕Z食作物,提高其產(chǎn)量和改善其品質(zhì)對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]對我國生態(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,又能影響雜草幼苗采光而對雜草進(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亟待解決的重大難題。
目前,國外學(xué)者圍繞農(nóng)田雜草群體動態(tài)特征及其影響因素展開了大量研究[9-10],國內(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(由育種單位洛陽市農(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?;久?00萬株/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)勢度比(SDR):SDR=(RD+RC+RF+RW)/4,式中,RD、RC、RF、RW分別為相對密度、相對蓋度、相對頻度、相對鮮質(zhì)量[18]。物種多樣性用Shannon-Wiener指數(shù)(H)測度,H =-∑PilnPi,式中,Pi=Ni/N,Ni為樣方中第i個物種的個體數(shù),N為樣方中物種總個體數(shù);群落優(yōu)勢度用Simpson指數(shù)(D)測度,D=∑P2i;群落均勻度用Pielou均勻度指數(shù)(J)測度,J=H/lnS[19];群落相似性用Sorenson 指數(shù)(Cs)測度,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)勢度比均最大,為優(yōu)勢種,澤漆為常見種,CTS顯著增加了澤漆的綜合優(yōu)勢度比,降低了播娘蒿的綜合優(yōu)勢度比;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)勢度比最大,為該群落優(yōu)勢種,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)勢度比顯著降低,夏至草綜合優(yōu)勢度比顯著增加;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)勢度比均較大,為優(yōu)勢種,與CT相比,播娘蒿和澤漆的綜合優(yōu)勢度比顯著降低。因此,秸稈覆蓋的耕作處理顯著降低了播娘蒿的綜合優(yōu)勢度比。
2.3保護(hù)性耕作對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,與作物競爭光照、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]。李昌新等通過長期定位試驗(yàn)得出,秸稈冬季覆蓋還田對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]。方日堯等發(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)勢度比,改變了澤漆的優(yōu)勢地位,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。
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)勢度和均勻度發(fā)生變化。物種多樣性、群落優(yōu)勢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)勢度,這不僅影響了某些雜草的優(yōu)勢地位,也提高了非優(yōu)勢雜草的物種多樣性。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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