吳蕓紫, 劉章勇, 蔣 哲, 楊 梅

(1.長江大學(xué)主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 荊州 434025; 2.長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

稻-麥連作和稻-休耕農(nóng)田植物物種多樣性的比較

吳蕓紫1,2, 劉章勇2, 蔣 哲2, 楊 梅1,2

(1.長江大學(xué)主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 荊州 434025; 2.長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

為揭示休耕對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)植物群落和物種多樣性的影響，以稻-麥連作和稻-休耕系統(tǒng)為研究對象，研究田內(nèi)、田埂和溝渠3種生境的物種組成和多樣性特征。結(jié)果表明，1)稻-麥連作系統(tǒng)植物由28科58屬64種組成，多年生植物占39.1%；休耕系統(tǒng)植物由32科68屬76種組成，多年生植物占52.6%；2)休耕顯著提高了物種豐富度(P=0.021)和Shannon-Weiner多樣性指數(shù)(P=0.006)，但是稻-麥連作和稻-休耕系統(tǒng)之間的Simpson優(yōu)勢度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)沒有顯著差異(P=0.318,P=0.844)；3)無論稻-麥連作還是稻-休耕系統(tǒng)，田埂生境中各多樣性指數(shù)最高；但在休耕系統(tǒng)中，田埂和田內(nèi)各多樣性指數(shù)均沒有顯著差異；4)樣方去趨勢對應(yīng)分析(detrended correspondence analysis, DCA)排序明確揭示了連作和休耕系統(tǒng)樣地基本分離，且休耕期田內(nèi)和田埂植物群落組成相似。休耕可降低作物生境和非作物生境的植物組成差異，促進(jìn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)植物物種多樣性。

稻-麥連作；稻-休耕；DCA排序；物種豐富度；優(yōu)勢度指數(shù)；物種多樣性指數(shù)；生境

農(nóng)田植物多樣性對于增加天敵數(shù)量,防止土壤侵蝕，促進(jìn)養(yǎng)分積累與循環(huán),調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候等農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的維持具有重要作用[1-2]。近年來，關(guān)于農(nóng)田植物多樣性特征及其影響因素的研究日益受到重視[3-4]，農(nóng)田管理方式對農(nóng)田植物多樣性有重要影響，包括農(nóng)業(yè)化學(xué)品的使用[5-9]、種植制度(如，作物配置、熟制和種植方式)[10-11]以及耕作方式(如，免耕、旋耕、深松)等[12-16]。農(nóng)田管理方式直接關(guān)系到農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、土壤養(yǎng)分和土壤水分等的改變，進(jìn)一步影響農(nóng)田植物之間的競爭關(guān)系，導(dǎo)致植物群落組成和多樣性的不同[3,15]。盡管如此，國內(nèi)外研究多集中在化肥、除草劑、輪作和保護(hù)性耕作等對農(nóng)田植物群落的影響[5-16]，針對作物-休耕制度對植物多樣性影響的研究仍少見報道。

休耕是提高耕地質(zhì)量且成本低、見效快的有效途徑，它是指在可耕、可種的季節(jié)不耕田,不種植作物的一種耕作方式，可分為季休、年輪休、長休等[17]。休耕有利于緩解作物期帶來的負(fù)面效應(yīng)，提高土壤肥力和降低土壤侵蝕風(fēng)險，提高物種多樣性[18-21]。我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)很重視休耕，國外則常通過休耕恢復(fù)牧場和保護(hù)農(nóng)田鳥類[22]。稻-麥兩熟和稻-休耕一熟是目前我國長江中下游稻作區(qū)主要的種植制度。本研究通過比較連續(xù)3年稻-麥連作和稻-休耕系統(tǒng)的植物物種多樣性和群落結(jié)構(gòu)，以期闡明休耕對植物多樣性和植物群落組成的影響，揭示其規(guī)律為農(nóng)田管理及農(nóng)田植物多樣性保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于荊州市太湖農(nóng)場(30°24′ N， 111°54′ E)。該區(qū)域是江漢平原糧食主產(chǎn)區(qū)腹地，地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年日照時數(shù)1 800～2 000 h，年平均氣溫15.9～16.6 ℃，年無霜期242～263 d，多數(shù)年降水量在1 100～1 300 mm，4月-10月降水量占全年80%。調(diào)查區(qū)各樣地作物期的農(nóng)事操作基本相同，各樣地面積在860～1 240 m2，平均面積為1 050 m2。

1.2 研究方法

1.2.1 調(diào)查方法 本研究選取稻-麥連作系統(tǒng)(continuous rice-wheat system)和稻-休耕系統(tǒng)(rice-fallow system)各3個樣地，所有樣地種植方式已維持連續(xù)3年。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)包括了作物生境和其周圍的半自然生境，如田埂、溝渠等，因此，每個樣地調(diào)查生境包括田內(nèi)(interior)、田埂(field bund)和溝渠(drainage ditch)，每種生境類型隨機(jī)選取5個具有代表性的樣方進(jìn)行調(diào)查，其中溝渠的調(diào)查范圍包括溝渠邊坡和溝渠內(nèi)。根據(jù)草本植物調(diào)查的樣方標(biāo)準(zhǔn)[23]，設(shè)定樣方面積為(1 m×1 m或0.5 m×2 m)，累計樣方數(shù)量為80個,其中，稻-麥連作農(nóng)田45個樣方，稻-休耕農(nóng)田35個樣方。樣方類型分別標(biāo)記為RWI(稻-麥連作田內(nèi))、RWB(稻-麥連作田埂)、RWD(稻-麥連作溝渠)、RFI(稻-休耕連作田內(nèi))、RFB(稻-休耕連作田埂)和RFD(稻-休耕連作溝渠)。調(diào)查并記錄每個樣方內(nèi)的植物種類、蓋度、頻度，對于在野外調(diào)查期間難以辨認(rèn)的物種，要求在原生境下拍照，并制作標(biāo)本，帶回室內(nèi)以作進(jìn)一步物種鑒定。調(diào)查時間為2015年6月。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析 物種多樣性測度采用ɑ多樣性的測度方法[24-26]：物種豐富度指數(shù)(R)采用物種數(shù)(S)；物種多樣性分析采用Shannon-Weiner多樣性指數(shù)(H)；均勻度分析采用Pielou指數(shù)(J)；優(yōu)勢度分析采用Simpson指數(shù)(D)；用Jaccard相似系數(shù)(Cj)計算稻-麥連作系統(tǒng)和稻-休耕系統(tǒng)的物種相似性。相關(guān)參數(shù)計算公式如下：

物種豐富度指數(shù)：

R=S;

Shannon-Weiner多樣性指數(shù)：

Pielou均勻度指數(shù)：

Simpson指數(shù)：

重要值：I=(種i相對頻度+種i相對蓋度)/2;

Cj=c/(a+b-c).

式中：S為每一樣地中的植物物種總數(shù)目，N為所有物種總個體數(shù)，Pi為種i的相對重要值;相對頻度=(某物種頻度/總物種頻度之和)×100%；相對蓋度=(某物種蓋度/總物種蓋度之和)×100%;a和b分別為兩個不同系統(tǒng)的植物種數(shù);c為兩個不同系統(tǒng)共有的植物種數(shù)。以3個樣地的所有樣方為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)上述公式分別計算稻-麥連作和稻-休耕系統(tǒng)的各多樣性參數(shù)；以各樣地不同生境的樣方為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)上述公式分別計算稻-麥連作和稻-休耕系統(tǒng)各生境的多樣性參數(shù)。

排序分析是研究植物群落生態(tài)關(guān)系的重要方法，可以揭示植物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境間的生態(tài)關(guān)系。只使用物種組成數(shù)據(jù)時采用非限制性排序方法，如去趨勢對應(yīng)分析(detrendedcorrespondenceanalysis,DCA)[27]。本研究采用該法構(gòu)建群落-物種矩陣，對6個樣地、80個樣方的植物群落進(jìn)行排序分析，物種在每個樣方中的有或無以0和1表示。

數(shù)據(jù)初步分析、物種多樣性計算及方差分析分別在Excel和DPS13.5軟件中完成，80個樣方的群落排序使用Canoco5.0軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物的物種組成分析

稻-麥連作系統(tǒng)的3個樣地總計64種植物，分屬于28科58屬，種類較多的有禾本科(16屬16種)和菊科(6屬9種)，共占物種總數(shù)的39.1%；其次是莎草科(2屬4種)。不同生境中，物種數(shù)量和種類差異較大，其中田埂植物由22科44屬49種組成，占稻-麥連作農(nóng)田植物物種總數(shù)的76.6%；溝渠植物有16科29屬32種；田內(nèi)植物共有11科18屬20種，且許多田埂上出現(xiàn)的植物未在田內(nèi)發(fā)現(xiàn)，如車前(Plantago asiatica)、一年蓬(Erigeron annuus)、狗尾草(Setaria viridis)等。

稻-休耕系統(tǒng)3個樣地總計76種植物，分屬于32科68屬，種類較多的科依次為禾本科(14屬14種)、菊科(7屬11種)、莧科(4屬4種)和莎草科(2屬4種)。3種生境下的物種數(shù)量多少依次為田埂>田內(nèi)>溝渠，其中田埂植物隸屬于29科60屬65種，田內(nèi)植物共有17科33屬37種，溝渠植物隸屬于19科30屬33種。與稻-麥連作系統(tǒng)相比，稻-休耕系統(tǒng)出現(xiàn)許多新的植物種類，如茅莓(Rubus parvifolius)等薔薇科植物、馬松子(Melochia corchorifolia)等梧桐科植物；稻田休耕后，豆科植物小巢菜(Vicia hirsuta)和菊科植物一年蓬(Erigeron annuus)、蒲公英(Taraxacum mongolicum)等數(shù)量上升，而稗(Echinochloa crusgalli)、野老鸛草(Geranium wilfordii)、喜旱蓮子草(Alternanthera philoxeroides)等植物數(shù)量下降(表1)。比較稻-麥連作和稻-休耕系統(tǒng)的物種相似性，Jaccard系數(shù)值為0.49。

從生活周期角度，稻-麥連作系統(tǒng)的一、二年生植物有39種，占物種總數(shù)的60.9%；而稻-休耕系統(tǒng)的一、二年生植物也有36種，多年生植物有40種，一、二年生植物占物種總數(shù)的47.4%。此外，稻-麥連作系統(tǒng)45個樣方的植物均為草本植物，稻-休耕系統(tǒng)30個樣方植物仍以草本為主，但是21.7%的樣方中出現(xiàn)喬、灌木。此外，對稻-麥連作和稻-休耕系統(tǒng)相同生境下物種數(shù)進(jìn)行比較，稻-休耕系統(tǒng)的田內(nèi)和田埂物種數(shù)量顯著高于稻-麥連作系統(tǒng)，但是兩個系統(tǒng)的溝渠物種數(shù)量無顯著差異(圖1)。 稻-麥連作系統(tǒng)不同生境下的植物物種豐富度差異較大：田內(nèi)植物有20種，平均值為13.0；田埂總計有49種植物，各樣方有植物21～30種，平均值為26.3；溝渠總計有32種植物，各樣方平均值為21.0。稻-休耕系統(tǒng)3種生境下的物種豐富度大小依次為田埂>田內(nèi)>溝渠，其中田埂植物總計65種，各樣方平均值為35.3；田內(nèi)植物總計37種，各樣方平均值為21.7，溝渠植物總計33種，各樣方平均值為25.0(圖1，表1)。

2.2 植物物種的豐富度、多樣性和均勻度

稻-休耕系統(tǒng)的物種豐富度指數(shù)(R)和物種多樣性指數(shù)(H′)均顯著高于稻-麥連作系統(tǒng)(P=0.021；P=0.006)，但是兩者優(yōu)勢度指數(shù)(D)(P=0.318)和均勻度指數(shù)(J)(P=0.844)均無顯著差異(圖2)。

不同生境下，稻-麥連作系統(tǒng)Simpson優(yōu)勢度指數(shù)、Shannon-Weiner多樣性指數(shù)差異大，其中田埂最高，其次為溝渠，田內(nèi)多樣性最低。在稻-休耕系統(tǒng)中，除Pielou均勻度指數(shù)外，田埂各多樣性指數(shù)(R、H、D)均高于田內(nèi)(表2)。

相同生境下，稻-麥連作系統(tǒng)的物種豐富度、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)和Shannon-Weiner多樣性指數(shù)均低于同生境下的稻-休耕系統(tǒng)。從Simpson指數(shù)來看，田內(nèi)的稻-麥連作和稻-休耕D值差異極顯著(P=0.006)，田埂(P=0.263)和溝渠(P=0.259)未表現(xiàn)出無顯著差異；Shannon-Weiner指數(shù)，田內(nèi)稻-麥連作極顯著低于稻-休耕(P=0.001)，田埂之間差異顯著(P=0.011)，溝渠之間無顯著差異(P=0.291)；Pielou均勻度指數(shù)，田內(nèi)稻-麥連作顯著低于稻-休耕(P=0.016)、田埂(P=0.259)和溝渠(P=0.291)未表現(xiàn)出無顯著差異(表2)。

表1 稻-麥連作和稻-休耕系統(tǒng)3種生境的植物物種統(tǒng)計

續(xù)表1(2)

注：“1”、“0”分別表示各生境中物種的“有”或“無”；RWI、RWB和RWD分別代表稻-麥連作田內(nèi)、田埂和溝渠，RFI、RFB和RFD分別代表稻-休耕田內(nèi)、田埂和溝渠。下同。

Note: “1” represents presence and "0" represents absence of species in the habitats respectively. RWI, RWB and RWD represent the interior, field bud and drainage ditch of continuous rice-wheat system， respectively, and RFI, RFB and RFD represent the interior, field bud and drainage ditch of rice-fallow system， respectively; similarly for the following figures and tables.

2.3 植物群落DCA分析

圖1 稻-麥連作和稻-休耕系統(tǒng)不同生境下的植物物種數(shù)

對稻-麥連作和稻-休耕系統(tǒng)不同生境共80個樣方進(jìn)行DCA排序，得到前4個排序軸的特征值分別為0.501 3、0.407 3、0.299 8和0.270 4，其中，第1軸特征值最大，第2軸次之，說明前兩個排序軸包含更多的生態(tài)信息。根據(jù)前兩個排序軸作二維排序圖(圖3)，第1軸和第2軸較好地反映了植物群落之間以及群落與環(huán)境之間的相互關(guān)系。樣方DCA圖第1軸基本反映了種植制度的變化對群落的影響，第2軸基本反映了群落沿不同生境類型的變化梯度：對于稻-麥連作系統(tǒng)，從左到右，依次為田內(nèi)、溝渠和田埂；對于稻-休耕系統(tǒng)，從左到右，依次為溝渠、田內(nèi)和田埂。DCA圖中各個樣點間距離表示樣方內(nèi)群落相似程度。距離越近，則說明物種組成越相似；若出現(xiàn)重疊，則說明物種組成極為相似。結(jié)果表明，6種類型樣地基本相互分離，但仍有部分重疊，如RFI和RFB，說明稻-休耕系統(tǒng)中，田內(nèi)和田埂群落組成相似程度高；相反，RWI和RWB完全分離，說明稻-麥連作的田內(nèi)和田埂物種組成差異大。此外，在稻-麥連作系統(tǒng)中，除了田埂(RWB)多樣性較高外，溝渠(RWD)和田內(nèi)(RWI)多樣性均較低，位于圖左下方；相反，在稻-休耕系統(tǒng)中，田內(nèi)(RFI)和田埂(RFB)均具有較高的多樣性，位于圖右上方。

圖2 稻-麥連作和稻-休耕系統(tǒng)各多樣性指數(shù)比較

3 討論與結(jié)論

長期稻-麥連作和稻-休耕處理下，農(nóng)田植物群落物種組成、相對豐度和蓋度等均發(fā)生變化，導(dǎo)致物種豐富度、Shannon-Weiner多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)也發(fā)生變化，群落相似性較低(Jaccard系數(shù)為0.49)。其原因可能是作物期和休耕期的植物生存的農(nóng)田環(huán)境條件不同，使不同種類植物的生長發(fā)育受到不同程度的影響，表現(xiàn)為植物群落組成和物種多樣性不同。本研究發(fā)現(xiàn)，稻-休耕系統(tǒng)的物種豐富度、Shannon-Weiner指數(shù)和Simpson指數(shù)均高于稻-麥連作系統(tǒng)，表明休耕期對植物物種豐富度和多樣性有積極作用，這可能主要源于休耕期停止了化學(xué)品的投入和土壤擾動，改善了土壤營養(yǎng)。

表2 稻-麥連作和稻-休耕系統(tǒng)不同生境多樣性特征

注：同一多樣性指數(shù)同列不同小寫字母表示同一生境下不同系統(tǒng)間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowcase letters within the same column indicate significant difference among different diversity indices in the same habitat type at the 0.05 level.

圖3 80個植物樣方的DCA二維排序圖

休耕對農(nóng)田群落的影響首先與農(nóng)業(yè)化學(xué)品投入減少有關(guān)。研究表明，不施肥可以提高農(nóng)田雜草多樣性，這是雜草長期適應(yīng)土壤條件及與作物競爭的結(jié)果[5,7]。有研究發(fā)現(xiàn)，在停止使用除草劑和化肥后，植物物種平均數(shù)目提高了50%左右，且除草劑對物種多樣性和物種組成的影響遠(yuǎn)大于化肥的使用[28]。本研究中，稻田休耕后，與水稻伴生的田間雜草，如稗、千金子(Leptochloachinensis)、異型莎草(Cyperusdifformis)和碎米莎草(Cyperusiria)大幅度減少，而菊科植物如一年蓬、鼠麴草數(shù)量劇增，其它野生植物，如蒲公英、毛茛(Ranunculusjaponicus)和車前(Plantagoasiatica)數(shù)量也增加。同時，適氮植物，如豬殃殃(Galiumspurium)數(shù)量激增，而需氮水平高的物種則下降，為豆科植物所取代，如小巢菜和天藍(lán)苜蓿。該結(jié)果表明,休耕后土壤養(yǎng)分的變化會直接影響物種組成和相對豐度。

休耕對農(nóng)田植物群落的影響與土壤擾動的停止有關(guān)，其效應(yīng)類似于免耕對農(nóng)田植物群落的影響。有研究表明，土壤擾動少的免耕系統(tǒng)，有利于多年生雜草的發(fā)生，因為多年生雜草不會因為頻繁的耕作活動而折斷死亡，種子也更易于在土壤表層積累并繁殖[12-13,29]。

另有研究發(fā)現(xiàn)，休耕年間與作物種植年間的植物群落組成有較大的不同，且植物物種多樣性有較大提高，在于休耕期允許土壤種子庫的維持，并可能緩沖了作物期的負(fù)面效應(yīng)[3]。有研究也表明，土壤擾動少非常有利于更大和更多樣化的土壤種子庫的建立，促進(jìn)植物多樣性的提高[16,30]。相反，稻-麥連作系統(tǒng)中，農(nóng)田長期處于干濕交替和土壤受擾動的狀態(tài)，這對種子在土層中的貯存不利[5]。本研究中，休耕可以促進(jìn)原來稻田生態(tài)系統(tǒng)中由草本群落逐步向草-灌-喬復(fù)合群落演替。在連作系統(tǒng)中，與水稻伴生的主要是一、二年生短生活周期植物，如繁縷(Stellariamedia)和婆婆納(Veronicapolita)；在休耕系統(tǒng)中，多年生植物增加，間接反映在停止施用化肥和人工干擾變?nèi)鹾?，一年生雜草得到了控制。

此外，無論稻-麥連作還是稻-休耕系統(tǒng)，物種豐富度和多樣性的差異主要存在于田內(nèi)、田埂和溝渠不同生境之間，其中田埂各參數(shù)值最高。兩個系統(tǒng)中，田埂植物種類占農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)植物物種總數(shù)分別為76.6%和85.5%，且田埂和溝渠的植物物種總數(shù)比例可達(dá)100%，表明非作物生境在生物多樣性維持上具有重要意義。DCA排序圖顯示，稻-麥連作樣地和稻-休耕樣地幾乎完全分離，說明休耕影響了植物群落組成。且稻-麥連作系統(tǒng)中，RWD和RWI部分重疊，但與RWB完全分離；而稻-休耕系統(tǒng)中，RFI和RFB相互重疊，說明連作促進(jìn)農(nóng)田不同生境的植物群落差異，而休耕可以降低作物生境和田埂的植物組成差異。休耕可以促進(jìn)植物群落向農(nóng)田非作物生境(如，田埂及其它農(nóng)田邊界)群落靠近，暗示著休耕具有形成農(nóng)田野生植物避難所的作用[3,31]。

綜上，稻-麥連作的物種豐富度和各生物多樣性指數(shù)較稻-休耕系統(tǒng)低。因此，休耕可有效提高植物多樣性，緩沖了作物期的負(fù)面效應(yīng)。休耕期內(nèi)，通過保持土壤種子庫和周圍自然或半自然生境的種子擴(kuò)散，可有效保護(hù)植物物種多樣性。研究同時表明，稻-麥連作和稻-休耕系統(tǒng)植物群落組成差異較大，且休耕能促進(jìn)多年生植物的發(fā)展。本研究中，休耕導(dǎo)致的植物群落的變化則可能與休耕期農(nóng)業(yè)化學(xué)品停止施用、土壤擾動減少以及土壤種子庫的保持和周圍非作物生境的種子有效擴(kuò)散有關(guān)。

References:

[1] Mace G M,Norris K,Fitter A H.Biodiversity and ecosystem services:A multilayered relationship.Trends in Ecology and Evolution,2012,27(1):19-26.

[2] Marshall E J P,Brown V K,Boatman N D,Lutman P J W,Squire G R,Ward L K.The role of weeds in supporting biological diversity within crop fields.Weed Research,2003,43(2):77-89.

[3] Castro H,Barrico L,Rodriguez-Echeverria S,Freitas H.Trends in plant and soil microbial diversity associated with mediterranean extensive cereal-fallow rotation agro-ecosystems.Agriculture,Ecosystems and Environment,2016,217:33-40.

[4] Hole D G,Pekins A J,Wilson J D,Alexander I H,Grice P,Evans A D.Does organic farming benefit biodiversity.Biological Conservation,2005,122:113-130.

[5] 李儒海,強(qiáng)勝,邱多,儲秋華,潘根興.長期不同施肥方式對稻油兩熟制油菜田雜草群落多樣性的影響.生物多樣性,2008,16(2):118-125. Li R H,Qiang S,Qiu D,Chu Q H,Pan G X.Effects of long-term different fertilization regimes on the diversity of weed communities in oil seed rape fields under rice-oil seed rape cropping system.Biodiversity Science,2008,16(2):118-125.(in Chinese)

[6] 古巧珍,楊學(xué)云,孫本華,張樹蘭,同延安.不同施肥條件下黃土麥地雜草生物多樣性.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2007,18(5):1038-1042. Gu Q Z,Yang X Y,Sun B H,Zhang S L,Tong Y A.Weed biodiversity in winter wheat field of loess soil under different fertillization regimes.Chinese Journal of Applied Ecology,2007,18(5):1038-1042.(in Chinese)

[7] 施林林,沈明星,蔣敏,陸長嬰,王海侯,吳彤東,周新偉,沈新平.長期不同施肥方式對稻麥輪作田雜草群落的影響.中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,46(2):310-316. Shi L L,Shen M X,Jiang M,Lu C Y,Wang H H,Wu T D,Zhou X W,Shen X P.Effect of long term different fertilization management on weed community in rice-wheat rotation field.Scientia Agricultura Sinica,2013,46(2):310-316.(in Chinese)

[8] 孫國俊,李勇,李粉華,張海艷,韓敏,袁方,朱榮松,季忠,孫亦誠,朱鳳,徐冬平,黃麗.不同施肥方式對稻麥輪作田土壤雜草種子庫的影響.生物多樣性,2016,24(3):287-295. Sun G J,Li Y,Li F H,Zhang H Y,Han M,Yuan F,Zhu R S,Ji Z,Sun Y C,Zhu F,Xu D P,Huang L.Effects of fertilization regimes on weed seed banks in a rice-wheat crop system.Biodiversity Science,2016,24(3):287-295.(in Chinese)

[9] 萬開元,潘俊峰,李儒海,王道中,湯雷雷,陳防.長期施肥對旱地土壤雜草種子庫生物多樣性影響的研究.生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2010,19(4):836-842. Wan K Y,Pan J F,Li R H,Wang D Z,Tang L L,Chen F.Influence of long-term different fertilization on soil weed seed bank diversity of a dry land under winter wheat-soybean rotation.Ecology and Environmental Sciences,2010,19(4):836-842.(in Chinese)

[10] 強(qiáng)勝,沈俊明,張成群,邵耕耘,胡金良,王鳳良.種植制度對江蘇省棉田雜草群落影響的研究.植物生態(tài)學(xué)報,2003,27(2):278-282. Qiang S,Shen J M,Zhang C Q,Shao G Y,Hu J L,Wang F L.The influence of cropping systems on weed communities in the cotton fields of Jiangsu Province.Acta Phytoecologica Sinica,2003,27(2):278-282.(in Chinese)

[11] 楊濱娟,黃國勤,徐寧,王淑彬.長期水旱輪作條件下不同復(fù)種方式對稻田雜草群落的影響.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2013,24(9):2533-2538. Yang B J,Huang G Q,Xu N,Wang S B.Effects of different multiple cropping systems on paddy field weed community under long term paddy-upland rotation.Chinese Journal of Applied Ecology,2013,24(9):2533-2538.(in Chinese)

[12] Murph S D,Clements D R,Belaoussoff S,Kevan P G,Swanton C J.Promotion of weed species diversity and reduction of weed seedbanks with conservation tillage and crop rotation.Weed Science,2006,54(1):69-77.

[13] 高宗軍,李美,高興祥,郭曉,孫廷林,趙維.不同耕作方式對冬小麥田雜草群落的影響.草業(yè)學(xué)報，2011,20(1):15-21. Gao Z J,Li M,Gao X X,Guo X,Sun T L,Zhao W.Effects of different tillages on weed commnunities in winter wheat fields.Acta Prataculture Sinica,2011,20(1):15-21.(in Chinese)

[14] 田欣欣,薄存瑤,李麗,徐東東,寧堂原,韓惠芳,田慎重,李增嘉.耕作措施對冬小麥田雜草生物多樣性及產(chǎn)量的影響.生態(tài)學(xué)報,2011,31(10):2768-2775. Tian X X,Bo C Y,Li L,Xu D D,Ning T Y,Han H F,Tian S Z,Li Z J.Effects of different soil tillage systems on weed biodiversity and wheat yield in winter wheat(TriticumaestivumL.)field.Acta Ecologica Sinica,2011,31(10):2768-2775.(in Chinese)

[15] 魏有海,郭青云,郭良芝,翁華,程亮.青海保護(hù)性耕作農(nóng)田雜草群落組成及生物多樣性.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2013,31(1):219-222. Wei Y H,Guo Q Y,Guo L Z,Weng H,Cheng L.The community composition and biodiversity of weeds in conservation tillage system in Qinghai Province.Agricultural Research in the Arid Areas,2013,31(1):219-22.(in Chinese)

[16] 趙玉信,陸姣云,楊惠敏.保護(hù)性耕作對隴東黃土高原輪作田雜草的影響.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2015,26(4):1223-1230. Zhao Y X,Lu J Y,Yang H M.Effect of conservation tillage on weeds in a rotation system on the Loess Plateau of eastern Gansu,Northwest China.Chinese Journal of Applied Ecology,2015,26(4):1223-1230.(in Chinese)

[17] 羅婷婷,鄒學(xué)榮.撂荒、棄耕、退耕還林與休耕轉(zhuǎn)換機(jī)制謀劃.西部論壇,2015,25(2):40-46. Luo T T,Zou X R.Design of translation mechanism among uncultivated,abandoned land,reforestation land and fallow.West Forum,2015,25(2):40-46.(in Chinese)

[18] 陳丹梅,陳曉明,梁永江,霍新建,張長華,段玉琪,楊宇虹,袁玲.輪作對土壤養(yǎng)分、微生物活性及細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響.草業(yè)學(xué)報,2015,24(12):56-65. Chen D M,Chen X M,Liang Y J,Huo X J,Zhang C H,Duan Y Q,Yang Y H,Yuan L.Influence of crop rotation on soil nutrients,microbial activities and bacterial community structures.Acta Prataculture Sinica,2015,24(12):56-65.(in Chinese)

[19] Lal R.Soil erosion and land degradation:The global risks.Advances in Soil Science,1990,11:129-172.

[20] Kuussaari M,Hyv?nen T,H?rm? O.Pollinator insects benefit from rotational fallows.Agriculture,Ecosystems and Environment,2011,143(1):28-36.

[21] 薛超玉,焦峰,張海東,汝海麗.黃土丘陵區(qū)棄耕地恢復(fù)過程中土壤與植物恢復(fù)特征.草業(yè)科學(xué),2016,33(3):368-376. Xue C Y,Jiao F,Zhang H D,Ru H L.The characteristics of plant species and soil quality in the restoration process of the Loess hilly region.Pratacultural Science,2016,33(3):368-376.(in Chinese)

[22] Alcazar R.Conservation of great bustard,little bustard and lesser kestrel in the Baixo Alentejo cereal steppes—Project LIFE Estepárias,Final Report,2013.

[23] Zarin D J,郭輝軍,Enu-Kwesi L.復(fù)雜的農(nóng)業(yè)景觀系統(tǒng)中植物物種多樣性的評價方法——PLEC農(nóng)業(yè)生物多樣性指導(dǎo)小組對資料搜集與分析的指南.云南植物研究,2000(增刊):18-26. Zarin D J,Guo H J,Enu-Kwesi L.A method for evaluating the diversity of plant species in complex agricultural landscape systems PLEC guidelines for the collection and analysis of data collected by the agricultural biodiversity Steering Group.Acta Botanica Yunnanica,2000(S):18-26.(in Chinese)

[24] 馬克平,劉玉明.生物群落多樣性的測度方法Ⅰ:α多樣性的測度方法(下).生物多樣性,1994,2(4):231-239. Ma K P,Liu Y M.Measurement of biotic community diversity Ⅰ:Measurement of α-diversity.Biodiversity Science,1994,2(4):231-239.(in Chinese)

[25] 韓路,潘伯榮,王紹明,王建成.適度放牧對林間草原植物形態(tài)特征及生物多樣性的影響.草業(yè)科學(xué),2015,32(9):1405-1412. Han L,Pan B R,Wang S M,Wang J C．Effects of grazing on the morphological characteristics and biodiversity of the forest steppe in Yili．Pratacultural Science,2015,32(9):1405-1412.(in Chinese)

[26] 王壽兵.對傳統(tǒng)生物多樣性指數(shù)的質(zhì)疑.復(fù)旦大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2003,42(6):867-868. Wang S B.A question on the traditional biodiversity index.Journal of Fudan University：Natural Science,2003,42(6):867-868.(in Chinese)

[27] 賴江山.生態(tài)學(xué)多元數(shù)據(jù)排序分析軟件Canoco 5介紹.生物多樣性,2013,21(6):765-768. Lai J S.Canoco 5:A new version of an ecological multivariate data ordination program.Biodiversity Science,2013,21(6):765-768.(in Chinese)

[28] Hyv?nen T,Salonen J.Weed species diversity and community composition in cropping practices at two intensity levels ——A six-year experiment.Plant Ecology,2002,154:73-81.(in Chinese)

[29] 韓惠芳,寧堂原,田慎重,王瑜,王丙文,仲惟磊,李增嘉,田欣欣.土壤耕作及秸稈還田對夏玉米田雜草生物多樣性的影響.生態(tài)學(xué)報,2010,30(5):1140-1147. Han H H,Ning T Y,Tian S Z,Wang Y,Wang B W,Zhong W L,Li Z J,Tian X X.Effects of soil tillage and straw returning on weed biodiversity in summer maize (Zeamays) field.Acta Ecologica Sinica,2010,30(5):1140-1147.(in Chinese)

[30] 胡安,陳皓,陳先江,侯扶江.黃土高原農(nóng)田與草原土壤種子庫.草業(yè)科學(xué),2015,32(7):1035-1040. Hu A,Chen H,Chen X J,Hou F J.Soil seed banks of cropland and range land on the Loess Plateau.Paratacultural Science,2015,32(7):1035-1040.(in Chinese)

[31] Tscharntke T,Batáry P,Dormann C F.Set-aside management:How do succession,sowing patterns and landscape context affect biodiversity?Agriculture,Ecosystems and Environment,2011,143(1):37-44.

(責(zé)任編輯 張瑾)

Comparison of plant species diversity in continuous rice-wheat and rice-fallow systems

Wu Yun-zi1,2, Liu Zhang-yong2, Jiang Zhe2, Yang Mei1,2

(1.Hubei collaborative innovation center for grain industry, Jingzhou 434025, China; 2.College of agriculture, Yangtze University, Jingzhou 434025, China)

To explore the effect of fallow on weed community and species diversity in farm ecosystem, species composition and diversity were investigated in the interior, field bund, and drainage ditch of continuous rice-wheat and rice-fallow systems. The results showed that, 1) 64 species (58 genera belonging to 28 families) were distributed in continuous rice-wheat system with 39.1% perennial plants, while 76 species (32 families belonging to 68 genera) were distributed in rice-fallow system with 52.6% perennial plants; 2) Fallow significantly increased species richness (P=0.021)and Shannon-Wiener diversity index(P=0.006), but the difference of Simpson dominance index and Pielou evenness (P=0.318)index were not significant(P=0.844), between the two systems; 3) The species index in field bund were higher than that in interior and drainage ditch of both systems, which showed the importance of non-crop habitats for maintaining biodiversity, but no significant differences were found between the margin and interior of rice-fallow system; 4) The results of DCA clearly reflected the distribution range of various community types. Almost all rice-wheat communities were separated from rice-fallow communities, and community composition were similar between interior and field bund in the fallow period. These results reveal that fallow can reduce the difference of species composition between crop and non-crop habitats and effectively improve the plant biodiversity level of farm ecosystem.

continuous rice-wheat system; rice-fallow system; DCA ordination; species richness; dominance index; diversity index; habitats

Yang Mei E-mail:myang@yangtzeu.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0554

吳蕓紫,劉章勇,蔣哲,楊梅.稻-麥連作和稻-休耕農(nóng)田植物物種多樣性的比較.草業(yè)科學(xué),2017,34(5)：1090-1099.

Wu Y Z,Liu Z Y,Jiang Z,Yang M.Comparison of plant species diversity in continuous rice-wheat and rice-fallow systems.Pratacultural Science，2017,34(5)：1090-1099.

2016-11-01 接受日期：2017-01-16

國家重點研發(fā)計劃子課題(十三五糧豐增效科技創(chuàng)新)(2016YFD0300208-04)；長江大學(xué)濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心開放基金(KF201610)

吳蕓紫(1991-)，女，湖北咸寧人，在讀碩士生，主要從事農(nóng)業(yè)生物多樣性研究。E-mail：774324825@qq.com

楊梅(1981-)，女，湖北荊州人，講師，博士，主要從事農(nóng)業(yè)生物多樣性和分子生態(tài)學(xué)研究。E-mail：myang@yangtzeu.edu.cn

S344.1;Q948.15

A

1001-0629(2017)05-1090-10