不同耕作模式對(duì)玉米田土壤雜草種子庫的影響

黃春艷， 郭玉蓮， 王 宇， 黃元炬， 樸德萬， 蘇保華， 徐 充

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，農(nóng)業(yè)部哈爾濱作物有害生物科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，黑龍江哈爾濱 150086)

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不同耕作模式對(duì)玉米田土壤雜草種子庫的影響

黃春艷， 郭玉蓮， 王 宇， 黃元炬， 樸德萬， 蘇保華， 徐 充

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，農(nóng)業(yè)部哈爾濱作物有害生物科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，黑龍江哈爾濱 150086)

[目的]為明確不同耕作模式對(duì)玉米田土壤雜草種子庫的影響，研究翻耕和免耕模式下玉米田雜草種子庫的組成和特征。[方法]采用雜草種子萌發(fā)法，將0～5、5～10、10～15、15～20、20～25、25～30 cm 6個(gè)不同土層的土壤樣本分別裝盆，在自然條件下生長(zhǎng)60 d后調(diào)查雜草種類和數(shù)量，計(jì)算種子庫的密度和相對(duì)優(yōu)勢(shì)度。[結(jié)果]翻耕玉米田共有雜草15科24種，免耕玉米田有15科23種，其中19種雜草在翻耕和免耕玉米田均有分布，主要優(yōu)勢(shì)雜草為稗草、藜、鐵莧菜、龍葵和馬唐，雜草類型上以闊葉雜草為主，禾本科雜草較少。翻耕玉米田雜草種子庫總密度為4 292.4粒/m2，主要分布在0～5、20～25、25～30 cm土層，其中稗草的密度和相對(duì)優(yōu)勢(shì)度最高；免耕玉米田總密度為3 337.0粒/m2，主要分布在15～20、20～25 cm土層，其中藜的密度和相對(duì)優(yōu)勢(shì)度最高。不同耕作模式的優(yōu)勢(shì)雜草在土層中的分布有較大差別，稗草在翻耕田主要分布于25～30 cm土層，而在免耕田主要分布于0～5 cm土層；藜在免耕田主要分布于20～25 cm土層，而在翻耕田各土層呈較均勻分布。[結(jié)論]明確了不同耕作模式土壤雜草種子庫的組成和特征，為農(nóng)田雜草的綜合管理提供理論依據(jù)。

翻耕；免耕；玉米田；土壤雜草種子庫

土壤種子庫是指存在于土壤上層凋落物和土壤中全部存活種子的總和[1-2]。土壤種子庫時(shí)期是植物種群生活史的一個(gè)階段，稱之為潛種群階段，是種群定居、生存、繁衍和擴(kuò)散的基礎(chǔ)[3]。雜草種子庫是存在于確定面積的土壤表面及下土層中具有活力的雜草種子的總稱[4]。土壤雜草種子庫是潛雜草群落，地上雜草群落是顯雜草群落，農(nóng)田潛、顯雜草群落共同組成了農(nóng)田雜草群落的綜合體，而潛雜草群落的特征是決定下一季顯雜草群落(草害程度)的根本性因素[5-7]。土壤雜草種子庫是雜草在田間發(fā)生危害的根源[8]。雜草種子庫是雜草生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注[9-13]。目前已報(bào)道了玉米[14]、水稻[15-19]、小麥[20]、油菜[21]、煙草[22-24]等作物田潛、顯性雜草群落特征、雜草種子庫動(dòng)態(tài)、種子庫密度和多樣性等，以及稻麥連作田[25]、稻麥輪作田[26]、稻油輪作田[27]、稻鴨共作田[28]雜草種子庫研究。有關(guān)施肥對(duì)土壤雜草種子庫的影響也有較多報(bào)道[29-32]。魏守輝等[11]和潘俊峰等[33]分別研究了作物輪作制度對(duì)雜草種子庫的影響。雖然目前對(duì)雜草種子庫的研究已有較多報(bào)道，然而針對(duì)不同耕作模式下玉米大豆輪作區(qū)雜草種子庫的研究較少。筆者研究了翻耕和免耕2種耕作模式對(duì)玉米大豆輪作區(qū)玉米田雜草種子庫的影響，旨在明確該耕作模式對(duì)雜草種子庫的物種組成及潛雜草群落的影響，為農(nóng)田雜草的綜合管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2013～2015年進(jìn)行。土壤樣本采自黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院試驗(yàn)地，試驗(yàn)地土壤為黏質(zhì)草甸土，玉米大豆連續(xù)輪作5年以上。

佳木斯分院地處三江平原中心地區(qū)的佳木斯市。佳木斯市位于黑龍江省東北部，是國(guó)家重要商品糧基地。西起129°29′～135°05′ E，南起45°56′～48°28′ N，屬于寒溫帶濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。年平均氣溫3 ℃左右，活動(dòng)積溫2 150～2 700 ℃，日照時(shí)數(shù)2 400～2 500 h，無霜期120～140 d，平均年降水量500 mm左右。土壤類型主要為黑土和草甸土。氣候條件適宜一年一季作物生長(zhǎng)，三大主要作物玉米、大豆、水稻基本實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)全程機(jī)械化[34]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 土樣采集。于春季土壤融化深度達(dá)30 cm以上、雜草種子未萌動(dòng)前，在翻耕和免耕玉米田分別采集土壤樣本，在30 cm×30 cm×30 cm的土體內(nèi)取樣，每地塊取3點(diǎn)，取樣點(diǎn)土表面積合計(jì)為0.27 m2，按0～5、5～10、10～15、15～20、20～25、25～30 cm 6個(gè)不同土層分別取土裝袋。

1.2.2 樣本處理。采用雜草種子萌發(fā)法(Germination)進(jìn)行種子庫測(cè)定[35-38]。取回土樣后將不同層次的土樣定量裝入直徑和高均為17 cm的塑料盆中，每個(gè)樣本分別裝3盆(3次重復(fù))，澆透水并保濕，放在露天盆栽場(chǎng)使其自然生長(zhǎng)。

1.2.3 調(diào)查項(xiàng)目。雜草出苗后60 d左右[39]分別調(diào)查翻耕模式和免耕模式玉米田的雜草種類和出苗數(shù)量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算翻耕模式和免耕模式玉米田雜草種子庫的特征參數(shù)。①種子庫密度(D)。為單位面積內(nèi)雜草種子的數(shù)量，粒/m2[11,27]。②物種豐富度(S)。即種子庫中包含的所有雜草種類數(shù)[11,27]。③相對(duì)優(yōu)勢(shì)度(RA)。計(jì)算公式:RA=(RD+RF)/2。式中，RD為某種雜草種子的密度占樣本雜草種子總密度的比例；RF為某雜草出現(xiàn)的樣本數(shù)占所有雜草出現(xiàn)的總樣本數(shù)的比例[40-41]。RA值反映雜草種群在群落中所處的地位[11]。調(diào)查結(jié)果使用Excel數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行計(jì)算、繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作模式下玉米田土壤雜草種子庫的物種組成 經(jīng)調(diào)查可知，翻耕玉米田共檢測(cè)到24種雜草，隸屬于15科，其中禾本科和菊科各4種，藜科、蓼科和十字花科各2種，其余各1種。免耕玉米田有15科23種，其中禾本科4種，菊科和藜科各3種，錦葵科2種，其余各1種。由表1可知，免耕和翻耕玉米田土壤潛雜草群落物種豐富度較高，均有20種以上，但雜草種類略有不同，翻耕和免耕玉米田共有的雜草19種。雜草類型上，以闊葉雜草為主且種類較多，禾本科雜草較少，莎草科只有1種。

表1 不同耕作模式玉米田土壤雜草種子庫的物種組成

注：*表示只在翻耕田中有分布的雜草。 **表示只在免耕田中有分布的雜草。未標(biāo)星號(hào)表示翻耕田和免耕田共有的雜草。

Note: *Weeds distributed only in plowing field.**Weeds distributed only in no-tillage field.No asterisk indicated the common weeds in tillage field and free field.

2.2 不同耕作模式下雜草種子庫密度及物種相對(duì)優(yōu)勢(shì)度

2.2.1 翻耕玉米田雜草種子庫密度及物種相對(duì)優(yōu)勢(shì)度。由表2可知，翻耕玉米田雜草種子庫總密度為4 292.4粒/m2，其中稗草的密度最高，達(dá)1 822.2粒/m2。密度200.0粒/m2以上的雜草有稗草、鐵莧菜、龍葵、馬唐和藜，為主要優(yōu)勢(shì)雜草。從垂直分布上看，各土層優(yōu)勢(shì)雜草均為稗草，0～5 cm土層的次要雜草是馬唐，5～10、10～15、15～20 cm土層的次要雜草均為鐵莧菜，20～25 cm土層的次要雜草是龍葵，25～30 cm土層的次要雜草是馬唐。從種子庫中雜草的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度看，各土層均以稗草的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度最高，說明稗草是翻耕玉米田占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的雜草，這與生產(chǎn)中雜草的發(fā)生危害情況一致。雖然藜在種子庫中的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度低于鐵莧菜、龍葵和馬唐，但藜在田間的生長(zhǎng)量大，植株較高大，成株后覆蓋度高，競(jìng)爭(zhēng)能力較強(qiáng)，在田間的優(yōu)勢(shì)度及危害性大于鐵莧菜、龍葵和馬唐，是田間的重要雜草之一。

2.2.2 免耕玉米田雜草種子庫密度及物種相對(duì)優(yōu)勢(shì)度。由表3可知，免耕玉米田雜草種子庫總密度為3 337.0粒/m2，其中藜的密度最高為800.0粒/m2。密度200.0 粒/m2以上的雜草為藜、龍葵、稗草、鐵莧菜和馬唐，為主要優(yōu)勢(shì)雜草。從垂直分布上看，0～5 cm土層的優(yōu)勢(shì)雜草為稗草，次要雜草為藜；5～10 cm土層的優(yōu)勢(shì)雜草為龍葵，次要雜草為藜和稗草；10～15 cm土層的優(yōu)勢(shì)雜草為龍葵，次要雜草為稗草等；15～20、20～25 cm土層的優(yōu)勢(shì)雜草均為藜，次要雜草均為龍葵等；25～30 cm土層的優(yōu)勢(shì)雜草為藜，次要雜草為稗草等。藜的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度最高，達(dá)0.168，這與藜是田間優(yōu)勢(shì)雜草的實(shí)際情況相符合。稗草的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度也較高，為0.155,且生長(zhǎng)繁茂，植株在田間可以形成較高的覆蓋度，也是田間主要優(yōu)勢(shì)雜草之一。

表2 翻耕玉米田雜草種子庫密度及物種相對(duì)優(yōu)勢(shì)度

表3 免耕玉米田雜草種子庫密度及物種相對(duì)優(yōu)勢(shì)度

2.3 不同耕作模式玉米田優(yōu)勢(shì)雜草在土壤種子庫中的垂直分布 從圖1、2可知，翻耕和免耕玉米田優(yōu)勢(shì)雜草均有5種，但數(shù)量及垂直分布卻有較大差別。禾本科雜草以稗草為例，在翻耕玉米田數(shù)量最多，主要分布在20～30 cm土層，其在免耕玉米田中數(shù)量較藜和龍葵少，且主要分布在0～5 cm 土層。闊葉雜草以藜為例，在免耕玉米田中數(shù)量最多，而在翻耕田中卻最少；垂直分布也不同，在翻耕玉米田中幾乎呈均勻分布，而在免耕田各土層中的分布差別很大，主要分布在20～25 cm土層中，其次是25～30 cm土層。不同耕作模式對(duì)雜草在土壤中的分布有一定影響，翻耕使雜草種子在土壤耕層中重新分配，因此造成雜草在土層中分布的差別。

圖1 翻耕玉米田優(yōu)勢(shì)雜草在土壤種子庫中的垂直分布Fig.1 Vertical distribution of dominant weeds of no-tillage maize field

圖2 免耕玉米田優(yōu)勢(shì)雜草在土壤種子庫中的垂直分布Fig.2 Vertical distribution of dominant weeds in soil seedbank in soil seedbank of plowing maize field

3 結(jié)論與討論

(1)免耕和翻耕玉米田土壤潛雜草群落物種豐富度較高，均有20余種雜草，從種子庫密度及物種相對(duì)優(yōu)勢(shì)度分析可知，主要優(yōu)勢(shì)雜草為稗草、藜、鐵莧菜、龍葵和馬唐，這與陳鐵保等[42-43]的研究結(jié)果一致。

(2)從翻耕玉米田雜草分布情況看，0～5 cm表層及20～25、25～30 cm土壤下層分布較多，這可能是由于翻耕攪動(dòng)土壤使雜草種子被翻到表層，但翻耕深度可能較淺，20 cm土層以下沒有被翻動(dòng)，雜草種子積累較多。免耕田雜草種子多集中于15～25 cm中下層土壤，0～15 cm淺土層逐漸萌發(fā)出苗，減少了雜草種子量。

(3)土壤雜草種子庫(土壤潛雜草)與地上顯雜草均為農(nóng)田雜草群落的重要組成部分，是田間雜草發(fā)生危害的重要來源。雜草種子庫時(shí)刻處于輸入和輸出的動(dòng)態(tài)平衡之中，雜草種子萌發(fā)出苗是種子庫雜草種子的主要輸出方式。通過調(diào)控雜草種子庫，提高輸出比例，降低田間雜草種子輸入數(shù)量，采用各種防除措施減少雜草種子生產(chǎn)量，或阻斷雜草種子的輸入源，使種子庫規(guī)模不斷縮小并逐漸耗竭，從而可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)田雜草的可持續(xù)治理[4-5]。

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Effects of Different Tillage Patterns on Soil Weed Seedbank in Maize Field

HUANG Chun-yan, GUO Yu-lian, WANG Yu et al

(Institute of Plant Protection, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Observation and Experiment Station of Crop Pests of Harbin, Ministry of Agriculture, Harbin, Heilongjiang 150086)

[Objective] Field studies were conducted to evaluate the effects of two different tillage patterns, plowing and no-tillage, on the characteristics and the composition of soil weed seedbank.[Method] By using the method of weed seed germination,the 0-5，5-10，10-15，15-20，20-25，25-30 cm of 6 different soil samples were put into pots, the species and quantity of weeds were investigated after growing 60d under natural conditions, and then calculate the density and relative dominance of seed bank.[Result] The results showed that, a total of 24 weed species belonging 15 families in the plowing maize field,and 23 weed species belonging 15 families in the no tillage maize field.There were 19 kinds of weeds in plowing and no-tillage maize field.The main advantage weeds wereEchinochloacrus-galli(L.),ChenopodiumalbumLinn.,AcalyphaaustralisL.,SolanumnigrumL.andDigitariasanguinalis(Linn.) Scop.Broad leaved weeds are the main weeds, less gramineous weeds in the type of weeds.The density of weed seed bank is 4 292.4 grains/m2, more weeds located in 0-5, 20-25, 25-30 cm and the density and the relative advantages ofE.c. is the highest in plowing maize field.The density of weed seed bank is 3 337.0 grains/m2, more weeds located in the soil layer of 15-20, 20-25 cm and the density and the relative advantages ofCh.a. is the highest in no-tillage maize field.There are quite different in the soil distribution of dominant weed species.E.c. mainly distributed in 25-30 cm under the plowing maize field, and it is in the 0-5 cm soil layer under no-tillage field.Ch.a. mainly distributed in 20-25 cm under the no-tillage plowing maize field, and it showed a uniform distribution in the plowing field.[Conclusion] The composition and characteristics of soil weed seed bank in different tillage patterns were defined, which provided theoretical basis for integrated management of weeds in farmland.

Plowing; No-tillage; Maize field; Soil weed seedbank

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD19B02)。

黃春艷(1959- )，女，黑龍江勃利人，研究員，從事雜草科學(xué)、除草劑應(yīng)用技術(shù)及除草劑藥害研究。

2016-08-31

S 344

A

0517-6611(2016)32-0037-06