摘 要 為明確改變施肥和耕作方式是否可有效控制高粱-玉米輪作體系中高粱田雜草發(fā)生，破解高粱對(duì)除草劑敏感、易產(chǎn)生藥害和專用除草劑產(chǎn)品匱乏的難題，選擇山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高粱研究所東白試驗(yàn)基地長(zhǎng)期定位施肥田和修文試驗(yàn)基地長(zhǎng)期不同耕作方式田，于2017-2021年運(yùn)用群落生態(tài)學(xué)方法研究5種施肥方式（不施肥、NPK配施、PK配施、NP配施、NK配施）和3種耕作方式（傳統(tǒng)耕作方式：秸稈粉碎還田+秋旋耕；秸稈粉碎還田+深松；秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕）對(duì)高粱-玉米輪作體系高粱田雜草多樣性的影響。結(jié)果表明：不同施肥田和不同耕作方式高粱田分別可統(tǒng)計(jì)到12種和9種雜草，且均以藜、水稗和反枝莧3種雜草密度較高；不同施肥處理以NPK均衡施肥和NP處理雜草密度最低（同不施肥相比雜草密度分別下降79.18%和76.97%），但對(duì)雜草群落多樣性指數(shù)影響較小同對(duì)照相比差異不顯著；各施肥處理連續(xù)施用3年后的雜草密度大小依次為CK>PK>NK>NP=NPK；3種耕作方式中以秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕處理雜草密度最低（同傳統(tǒng)耕作相比雜草密度下降68.48%），且雜草群落構(gòu)成與其他耕作方式相比相似性較低，但對(duì)多樣性指數(shù)影響較??；較優(yōu)施肥和耕作方式處理對(duì)雜草的強(qiáng)選擇壓力形成均為連續(xù)實(shí)施3年后。因此，推薦秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕和NPK（速效鉀含量<200 mg/kg地塊）或NP（速效鉀含量>200 mg/kg地塊）為高粱-玉米輪作體系高粱田雜草物理防治較優(yōu)處理方式。

關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞：高粱田雜草；雜草多樣性；施肥方式；耕作方式

雜草是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其群落的形成是長(zhǎng)期適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、生產(chǎn)條件和耕作制度，并與栽培作物競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)的結(jié)果[1-3]，且與作物處于同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，不僅在養(yǎng)分、光照方面競(jìng)爭(zhēng)激烈，而且是部分農(nóng)田病、蟲(chóng)害的中間寄主，是制約作物產(chǎn)量的重要因子[3-4]。研究表明，作物體系[5]、耕作措施[6]和農(nóng)藝措施[7]的變化對(duì)農(nóng)田雜草群落特征及生物多樣性具有較大影響，且合理有效的農(nóng)田管理措施能夠顯著降低雜草危害，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育[1，8-9]，因此，通過(guò)優(yōu)化農(nóng)田管理措施，并明確其與雜草群落形成之間的互作關(guān)系，成為農(nóng)田雜草生態(tài)防治和化學(xué)除草劑減量施用目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要途徑之一。

高粱作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)重要的C4作物之一，因其具有抗旱、耐鹽堿、耐貧瘠特性，在我國(guó)中下等、邊際農(nóng)田開(kāi)發(fā)利用方面發(fā)揮著重要作用 [10-11]。玉米-高粱輪作是山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高粱研究所栽培團(tuán)隊(duì)經(jīng)多年田間試驗(yàn)，且已在山西產(chǎn)區(qū)取得良好推廣效果的可有效克服高粱連作障礙發(fā)生的高經(jīng)濟(jì)效益輪作模式[12]。然而，高粱栽培過(guò)程中的雜草有數(shù)百種，它們?cè)谕庑?、生態(tài)、繁殖習(xí)性、危害特點(diǎn)以及對(duì)除草劑的敏感性都不相同，而高粱又是一種對(duì)除草劑敏感的作物，登記于高粱田的專用除草劑較少，在生產(chǎn)中除草主要以土壤封閉劑為主[13]，且玉米-高粱輪作體系中因玉米田除草劑不合理使用導(dǎo)致農(nóng)田土壤除草劑殘留超標(biāo)而引起的高粱藥害現(xiàn)象亦時(shí)有發(fā)生[14-15]，因此玉米-高粱輪作體系中如何科學(xué)除草，破解高粱田除草劑藥害問(wèn)題一直是高粱生產(chǎn)中難以解決的問(wèn)題。另外，近年來(lái)為有效防治高粱田雜草生長(zhǎng)，研究者雖已從免耕、覆地膜、苗前與苗后化學(xué)防治和豆類間作防草等方面展開(kāi)了研究，且發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期免耕田雜草發(fā)生較為嚴(yán)重[16]；發(fā)現(xiàn)覆黑色地膜防草增產(chǎn)效果顯著[17-18]；鑒選出一些可用于苗后莖葉處理的化學(xué)除草劑[13，19-20]；發(fā)現(xiàn)高粱與豆類作物間作可有效降低雜草發(fā)生程度[21-22]，但有關(guān)高粱-玉米輪作系統(tǒng)下基于農(nóng)田管理措施優(yōu)化的雜草生態(tài)防治技術(shù)還不成熟，特別是不同施肥處理和耕作方式對(duì)高粱田雜草多樣性變化、發(fā)生規(guī)律及防治效果的影響還有待進(jìn)一步探究，而通過(guò)改變施肥與耕作方式可在一定程度降低農(nóng)田雜草危害的結(jié)論已在其他作物栽培過(guò)程中被廣泛證實(shí)，如：王能偉等[4]不同施肥方式下的小麥田間的雜草密度、物種組成、生物多樣性均存在較大差別；冉海燕等[6]發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期不同定位施肥處理可影響水稻田雜草種類及發(fā)生量，其中磷肥主要影響雜草種類組成，氮肥主要影響雜草生物量；黃春艷等[23]發(fā)現(xiàn)玉米田不同耕作方式下雜草發(fā)生總量存在明顯差異，其中，免耕田雜草總量最多，旋耕田居中，翻耕田最少。因此，本研究以高粱-玉米輪作系統(tǒng)中的田間雜草為研究對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)耕作措施與不同施肥處理對(duì)輪作田雜草多樣性變化的影響進(jìn)行分析，旨在明確施肥和耕作方式改變對(duì)玉米-高粱輪作體系高粱田雜草防控及多樣性的影響，并為后期輪作體系高粱田雜草生態(tài)防治技術(shù)開(kāi)發(fā)和減少除草劑用量與藥害發(fā)生奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 不同施肥處理對(duì)高粱-玉米輪作田間雜草生物多樣性的影響

1.1.1 試驗(yàn)地概況

高粱-玉米輪作體系下長(zhǎng)期施肥定位試驗(yàn)田位于山西省晉中市榆次區(qū)山西農(nóng)科院東陽(yáng)試驗(yàn)基地。該試驗(yàn)基地降雨主要集中于6-9月，年均氣溫9-10 ℃，＞0 ℃積溫 3 990 ℃，無(wú)霜期151 d左右，最少日照數(shù) 2 535 h，多年平均降水量約450 mm。土壤類型為潮褐土，質(zhì)地為黏壤土。

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試作物為高粱（‘晉雜34號(hào)’）和玉米（‘先玉335’）。不同施肥方式試驗(yàn)始于2017年，并于2022年結(jié)束；2017年播種前各處理土壤化學(xué)特性見(jiàn)表1。試驗(yàn)共設(shè)NPK、PK、NK、NP和CK 5個(gè)處理（表2）。試驗(yàn)所用氮肥為尿素，磷肥為過(guò)磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。磷肥和鉀肥作為基肥一次施入；氮肥的1/2作為基肥，剩余1/2的氮肥在拔節(jié)期時(shí)追施。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)面積為15 m×5 m=75 m2，重復(fù)3次（圖1）。高粱與玉米的施肥方案一致，每年作物的同一施肥處理位置不變。2017年5月11日播種高粱‘晉雜34號(hào)’，10月3日收獲，留苗密度為每公頃182100株；2018年5月4日播種玉米‘先玉335’，10月8日收獲，留苗密度為每公頃61500株。2019-2021年玉米與高粱種植時(shí)間及密度均相同。

1.2 不同耕作方式對(duì)高粱-玉米輪作田間雜草生物多樣性的影響

1.2.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)地位于山西省晉中市榆次區(qū)修文鎮(zhèn)試驗(yàn)基地。該地區(qū)平均日照時(shí)數(shù) 2 662 h，均氣溫10.1 ℃，極端最低氣溫 -21.2 ℃，極端高溫 37 ℃，＞0 ℃積溫 3 990 ℃，無(wú)霜期 158 d，屬大陸性半干旱氣候，年均降雨 395.8 mm。試驗(yàn)地土壤為壤土，0～20 cm 砂層土壤有機(jī)質(zhì)11.00 g/kg、全氮0.76 g/kg、速效磷4.60 mg/kg、速效鉀120.40 mg/kg、pH 6.8。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 供試作物為高粱（‘晉雜34號(hào)’）、玉米（‘先玉335’）；耕作方式試驗(yàn)同樣始于2017年，并于2022年結(jié)束；采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置3個(gè)處理，分別為：秸稈粉碎還田+秋旋耕（CK）、秸稈粉碎還田+深松、秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕，其中，各處理具體方法為：①秸稈粉碎還田+秋旋耕：秋季當(dāng)季作物收獲后秸稈粉碎還田，并用旋耕機(jī)旋耕1次，耕作深度15 cm；②秸稈粉碎還田+深松：當(dāng)季作物秸稈粉碎還田，深松機(jī)深松1次，耕作深度35 cm；③秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕：當(dāng)季作物秸稈粉碎還田，當(dāng)年秋天翻轉(zhuǎn)犁深耕，耕作深度25 cm，于當(dāng)年土壤上凍前旋耕機(jī)旋耕1次，耕作深度15 cm。作物施肥量、播種量以當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)耕種為標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)小區(qū) 10 m×20 m=200 m2，每個(gè)處理3 次重復(fù)（圖2）。高粱于2017年5月8日播種，種植密度18萬(wàn)株/hm2，10月9日收獲；玉米于2018年4月 27日播種，種植密度6萬(wàn)株/hm2，10月10日收獲。2019-2021年玉米與高粱種植時(shí)間及密度均相同。

1.3 雜草調(diào)查

雜草群落調(diào)查于2017、2019和2021年高粱拔節(jié)期進(jìn)行。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(shí)調(diào)查每種雜草的蓋度，并稱量地上部鮮重。采用相對(duì)密度（小區(qū)中某種雜草的密度除以小區(qū)中所有雜草的密度之和）作為衡量某種雜草重要程度的指標(biāo)。[JP]

物種豐富度（S）：樣方中包含的所有雜草種類數(shù)；采用的生物多樣性指數(shù)為3個(gè)應(yīng)用得比較普遍的指數(shù)：Shannon-Wiener 指數(shù)（H）測(cè)度， H=-∑Pi ln Pi，式中，Pi= Ni / N，Ni為樣方中第 i 個(gè)物種的個(gè)體數(shù)，N 為樣方中物種總個(gè)體數(shù)；群落優(yōu)勢(shì)度用 Simpson 指數(shù)（D）測(cè)度， D = ∑Pi2；群落均勻度用 Pielou 均勻度指數(shù)（J）測(cè)度，J = H/lnS； 群落相似性用 Sorenson 指數(shù)（Cs）測(cè)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)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010數(shù)據(jù)進(jìn)行整理；采用SPSS17.0進(jìn)行方差顯著性分析；采用orgin2018繪制熱圖；通過(guò)邁維代謝云平臺(tái)（https：//cloud.metware.cn）繪制Sorenson相似性指數(shù)熱圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)高粱-玉米輪作田雜草生物多樣性的影響

2.1.1 輪作田雜草種類及密度 在輪作體系高粱田共發(fā)現(xiàn)藜、反枝莧、苘麻、水稗、馬唐、狗尾草、田旋花、苣買菜、打碗花、虎尾草、曼陀羅、馬齒莧12種雜草，分屬 8個(gè)科，其中藜科 1 種，莧科1種，錦葵科1種，禾本科 4種，菊科1種，茄科 1 種，馬齒莧科1種，旋花科2種（圖1，表3）。不同處理間雜草種類和密度存在明顯差異，且3年田間雜草總密度大小順序均為CK>PK>NK> NP=NPK；不施肥（CK）除苘麻密度與PK處理差異不顯著和狗尾草密度低于PK處理外，其余10種雜草密度均顯著高于其他處理；NPK處理除苣買菜、曼陀羅外，其余10種雜草高粱田3年平均密度均顯著低于除NP外的其他處理，且該處理田間雜草總密度僅為 23.11株/m2，同對(duì)照相比雜草密度下降了79.18%（表3）；不施用N肥或P肥，田間雜草的總密度均顯著高于均衡施用NPK肥，但不施用K肥時(shí)，雜草的總密度卻較低，3 a平均總密度為25.56株/m2，且與NPK相比差異不顯著（表3）。這可能是由于試驗(yàn)區(qū)土壤中基礎(chǔ)K肥充足，即使不額外施用K肥，高粱亦可良好生長(zhǎng)，從而使田間雜草的生長(zhǎng)處于劣勢(shì)地位，發(fā)生量較少；而不額外補(bǔ)充N或P肥，高粱 生長(zhǎng)發(fā)育受到限制，則促使雜草生長(zhǎng)處于優(yōu)勢(shì) 地位。

另外，雜草總密度較低的NP和NPK處理3年中雜草密度均呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，且在2019年和2021年之間多數(shù)雜草密度趨于穩(wěn)定，差異不顯著，但CK和PK處理多數(shù)雜草密度卻呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；NK處理除水稗在2019年密度突然升高外，其余雜草密度均處于下降趨勢(shì)，但下降趨勢(shì)小于NP和NPK處理（表3，圖3）。說(shuō)明缺氮時(shí)高

粱田雜草生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)優(yōu)于缺施磷肥，因此，推斷N是影響大多數(shù)雜草發(fā)生的主要因素，且以NPK均衡施肥或高鉀田NP施肥處理保障高粱良好生長(zhǎng)時(shí)，可提升高粱對(duì)雜草生長(zhǎng)的抑制效果。

2.1.2 高粱-玉米輪作體系雜草優(yōu)勢(shì)種 由圖4可知，雜草群落中不同施肥處理對(duì)各雜草相對(duì)豐度存在一定差異，但各處理中均以藜相對(duì)密度最高（>20%），說(shuō)明藜為高粱-玉米輪作體系中的優(yōu)勢(shì)種雜草，且占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位；藜、水稗、反枝莧雖然在PK、CK處理中相對(duì)密度高于NK處理，但NK處理中馬唐的相對(duì)密度卻高于2種處理；雜草總密度較低的NPK處理中以藜、水稗、反枝莧和苣買菜相對(duì)密度較高（>10%），但未發(fā)生田旋花、狗尾草和虎尾草為害；NP處理以藜、水稗、苣買菜和馬唐相對(duì)密度較高，但曼陀羅和狗尾草未發(fā)生危害，且反枝莧和苘麻3年整體相對(duì)豐度顯著低于其他處理；在長(zhǎng)期缺磷和缺氮環(huán)境下，除雜草藜外，反枝莧、水稗和馬唐亦為主要優(yōu)勢(shì)雜草，相對(duì)密度高于其他雜草，說(shuō)明藜、反枝莧、水稗和馬唐能很好的適應(yīng)土壤低P、低N環(huán)境，具有較強(qiáng)的耐貧瘠特性。雜草苣買菜在同時(shí)施用N和P時(shí)（NP和NPK），相對(duì)密度明顯高于其他處理，說(shuō)明N和P均衡施用會(huì)促進(jìn)苣買菜向優(yōu)勢(shì)種發(fā)展。

2.1.3 高粱-玉米輪作體系雜草群落生物多樣性 從表4可以看出，不同施肥處理下，由于受雜草總密度和分布的影響，輪作體系高粱田中雜草群落生物多樣性同樣存在顯著差異。與不施肥（CK）和缺氮（PK）處理相比，其他施肥處理在一定程度上均可顯著降低雜草豐富度和優(yōu)勢(shì)度；各處理以物種豐富度（S）和群落優(yōu)勢(shì)度（D）之間差異較為顯著，而物種多樣性Shannon指數(shù)（H）和群落均勻度（J），以PK處理物種多樣性顯著低于NK處理外，其余處理之間差異不顯著；雜草總密度較小的NP和NPK 2種處理的物種豐富度和群落優(yōu)勢(shì)度均顯著低于CK和PK處理；不同年限中各處理雜草生物多樣性差異不顯著，但相同年限下均以NPK處理雜草群落S和D指數(shù)均較低，說(shuō)明衡施肥在一定程度上會(huì)降低雜草群落多樣性，促使雜草群落簡(jiǎn)單化，便于后期防治。

2.1.4 高粱-玉米輪作體系中不同施肥處理間的雜草群落相似性 Sorensen群落相似性指數(shù)作為反映群落或樣方間物種的相似性的主要指數(shù)，其測(cè)定值可以用來(lái)比較不同地段的生境多樣性[24]。因此為明確不同施肥處理間的雜草群落之間的一致性，計(jì)算了不同處理間的Sorenson 相似性指數(shù)，結(jié)果表明：NP與 PK 、CK處理間雜草群落相似性較高，相關(guān)系數(shù)分別為0.95和0.91；較優(yōu)處理NPK與NP、PK、CK、NK間的雜草群落相似性最低，Sorenson 相似性指數(shù)分別為 0.84、0.90、0.86和0.67，說(shuō)明NPK均衡施肥處理可強(qiáng)化自然環(huán)境選擇壓力，促使雜草新群落的形成（圖5）。

2.2 不同耕作方式對(duì)高粱-玉米輪作體系中雜草生物多樣性的影響

2.2.1 田間雜草種類及密度 由表5可知，不同耕作方式下輪作體系高粱田共發(fā)現(xiàn) 9種雜草，分屬 7個(gè)科，其中禾本科 2種，藜科 1 種，莧科1種，錦葵科1種，菊科2種，十字花科1種，旋花科1種。不同耕作方式下，各處理雜草種類和密度均有一定差異，其中優(yōu)化后的耕作處理雜草種類明顯較少，而生產(chǎn)對(duì)照處理（秸稈粉碎還田+秋旋耕）雜草種類則明顯較多，增加了田旋花和播娘蒿2種雜草。不同耕作方式下的田間雜草總密度大小順序?yàn)榻斩挿鬯檫€田+秋旋耕>粉碎秸稈還田+深松>粉碎秸稈還田+深耕+秋旋耕。綜合來(lái)看，輪作田秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕處理雜草總密度最小，為該輪作體系中的較優(yōu)耕作方式。在秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕耕作方式下，9種雜草中除雜草藜發(fā)生較為嚴(yán)重外，其余雜草發(fā)生程度均較低，其中以苘麻、馬唐、田旋花、播娘蒿、苣買菜密度較小，基本可實(shí)現(xiàn)零發(fā)生；刺兒菜、反之莧和水稗密度居中，但明顯低于其他耕作方式。另外，連續(xù)多年采用同一種耕作方式后，除生產(chǎn)對(duì)照（秸稈粉碎還田+秋旋耕）外，其余2種方式均隨著使用年限的延長(zhǎng)相關(guān)雜草密度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且均在2019年出現(xiàn)明顯下降；對(duì)照耕作方式雖然隨著使用年限的增加雜草密度亦會(huì)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但對(duì)雜草群落影響強(qiáng)度較弱，多數(shù)雜草均在2021年才出現(xiàn)下降。說(shuō)明高粱、玉米輪作體系中，使用粉碎秸稈還田+深耕+秋旋耕耕作方式可有效降低作物生長(zhǎng)發(fā)育期間的雜草密度，有利于減少化學(xué)除草劑投入量，且基于耕作方式來(lái)強(qiáng)化雜草自然環(huán)境選擇壓力至少需要3 a。

2.2.2 輪作田雜草優(yōu)勢(shì)種 對(duì)不同耕作方式處理下的高粱田雜草相對(duì)密度進(jìn)行計(jì)算后可發(fā)現(xiàn)：雜草密度較低的耕作方式（秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕）中藜、水稗和刺兒菜相對(duì)密度顯著高于對(duì)照，但反枝莧相對(duì)密度差異不顯著；對(duì)照組馬唐、苣買菜、播娘蒿、田旋花相對(duì)密度顯著高于秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕（表6）；秸稈粉碎還田+深松處理同對(duì)照相比反枝莧、苘麻和苣買菜相對(duì)密度差異不顯著，但水稗相對(duì)密度卻高于對(duì)照；隨著耕作方式使用年限的增加，除雜草藜外，其余雜草相對(duì)密度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。說(shuō)明藜為高粱田雜草優(yōu)勢(shì)種，且長(zhǎng)期采用雜草密度較低的耕作方式（秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕）會(huì)使雜草群落向藜、水稗和刺兒菜3種強(qiáng)化，為其后期雜草靶向防治提供了參考依據(jù)。

2.2.3 輪作田雜草群落生物多樣性 為進(jìn)一步明確耕作方式與雜草發(fā)生之間的關(guān)系，通過(guò)多樣性指數(shù)（物種豐富度、群落優(yōu)勢(shì)度、物種多樣性和群落均勻度）對(duì)互作效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：不同耕作方式下，生產(chǎn)對(duì)照處理（秸稈粉碎還田）中的雜草物種豐富度和多樣性明顯高于其他方式，且與粉碎秸稈還田+深松處理和粉碎秸稈還田+深耕+秋旋耕處理相比差異顯著；同生產(chǎn)對(duì)照相比2種優(yōu)化后的耕作方式均可顯著提高輪作體系中的雜草群落優(yōu)勢(shì)度，但均勻度差異不顯著；綜合來(lái)看，豐富度指數(shù)S、多樣性指數(shù)H和均勻度指數(shù)J均以秸稈粉碎還田+秋旋耕（生產(chǎn)對(duì)照）為最高，最低的為粉碎秸稈還田+深耕+秋旋耕處理（表7），再次表明高粱-玉米輪作體系中采用粉碎秸稈還田+深耕+秋旋耕的耕作方式可降低栽培過(guò)程中雜草群落多樣性。另外，在群落優(yōu)勢(shì)度方面以秸稈粉碎還田+秋旋耕（生產(chǎn)對(duì)照）為最低，以粉碎秸稈還田+深耕+秋旋耕處理下的群落優(yōu)勢(shì)度最高，說(shuō)明優(yōu)化后的耕作方式顯著提高了雜草自然環(huán)境選擇壓力，加快適應(yīng)力較弱雜草的淘汰，進(jìn)而降低雜草群落多樣性。

2.2.4 輪作體系高粱田不同耕作方式間雜草群落相似性分析 通過(guò)Sorensen 群落相似性指數(shù)對(duì)不同耕作方式之間的雜草群落相似性進(jìn)行評(píng)價(jià)后發(fā)現(xiàn)：輪作體系高粱田，粉碎秸稈還田+深松處理和粉碎秸稈還田+深耕+秋旋耕處理間雜草群落相似性均最高，相關(guān)系數(shù)平均值為0.9；秸稈粉碎還田+秋旋耕（生產(chǎn)對(duì)照）與粉碎秸稈還田+深耕+秋旋耕處理間相似性最低，相關(guān)系數(shù)平均值為0.85，但與粉碎秸稈還田+深松之間的雜草群落相關(guān)性系數(shù)為0.89（圖6）。說(shuō)明耕作方式會(huì)對(duì)雜草發(fā)生產(chǎn)生一定影響，且選擇壓以粉碎秸稈還田+深耕+秋旋耕處理最大（與其他耕作方式之間相似性較?。?，可顯著改變雜草群落。

3 討 論

農(nóng)田雜草作為農(nóng)作物農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的一部分，不僅可導(dǎo)致作物減產(chǎn)，成為病蟲(chóng)害的媒介和寄主，助長(zhǎng)病、蟲(chóng)害發(fā)生，而且在保護(hù)天敵、防止土壤侵蝕、促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)、消除環(huán)境污染、維持生態(tài)系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮和保持生態(tài)平衡等方面有著不可忽視的作用[25-27]，因此，如何降低雜草的有害作用，發(fā)揮其有利作用一直是人們的研究熱點(diǎn)。另外，目前已有研究發(fā)現(xiàn)土壤養(yǎng)分、生態(tài)環(huán)境及水分等狀況對(duì)農(nóng)田雜草生物多樣性具有較大影響 [28-30]，但有關(guān)不同施肥處理對(duì)高粱-玉米輪作田雜草多樣性的影響還不清楚，且明確雜草多樣性及其在農(nóng)作物生育期中的變化規(guī)律是雜草有效防治的關(guān)鍵，因此，本研究探究了高粱-玉米輪作田雜草發(fā)生與耕作方式和不同施肥處理之間的互作關(guān)系，旨在為輪作田雜草物理防治奠定理論基礎(chǔ)。

3.1 施肥方式對(duì)玉米-高粱輪作體系高粱田雜草發(fā)生及多樣性的影響

施肥是一項(xiàng)很重要的農(nóng)業(yè)管理措施，不僅對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響，同時(shí)也能影響田間各種雜草的生長(zhǎng)，從而影響農(nóng)田雜草的生物多樣性[31-32]，如：Kandasamy 等[33]研究認(rèn)為，冬小麥平衡施肥處理和未施肥處理時(shí)雜草干物質(zhì)量較低；尹力初等[34]對(duì)玉米田雜草多樣性的研究結(jié)果表明，平衡施用N、P、K肥，不僅有利于促進(jìn)作物的生長(zhǎng)，維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性，也有利于降低某些優(yōu)勢(shì)雜草在群落中的優(yōu)勢(shì)度，從而可能對(duì)它們進(jìn)行理想的控制。相關(guān)研究結(jié)果同

本文（均衡施用N、P、K肥可有效降低雜草密度和生物多樣性）相似，推斷其與均衡施肥能夠促進(jìn)高粱生長(zhǎng)發(fā)育、增加覆蓋度，降低了作物冠層透過(guò)的光照輻射，從而限制雜草對(duì)光照、養(yǎng)分與水分的利用，使田間雜草的生長(zhǎng)處于劣勢(shì)地位有關(guān)。另外，Andreasen等[35]研究發(fā)現(xiàn)土壤中 P 含量是影響大多數(shù)雜草發(fā)生的主要因素；尹力初等[34]指出不施用N、K肥或不施用P肥時(shí)，田間的優(yōu)勢(shì)雜草分別為香附子和馬唐。本研究結(jié)果則表明，山西地區(qū)土壤中K肥充足，N是影響大多數(shù)雜草發(fā)生的主要因素，且長(zhǎng)期低P條件時(shí)，馬唐在雜草群落中的地位明顯提高；但在不施用K或N肥的條件下，水稗在雜草群落中的相對(duì)重要性超過(guò)馬唐，這與前人研究有所差異，推斷其可能與不同地理區(qū)域氣候、輪作耕作制度及施肥習(xí)慣差異導(dǎo)致農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)不同引起雜草自然環(huán)境選擇壓力發(fā)生改變有關(guān)。

3.2 耕作方式對(duì)玉米-高粱輪作體系高粱田雜草發(fā)生及多樣性的影響

研究表明合理的耕作方式能有效減少土壤種子庫(kù)中的雜草種子數(shù)量，降低次年雜草危害，且耕作方式的變化亦可導(dǎo)致農(nóng)田雜草群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不同的耕作方式與秸稈覆蓋處理導(dǎo)致雜草生長(zhǎng)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，從而使雜草群落物種多樣性、群落優(yōu)勢(shì)度和均勻度發(fā)生變化[36-37]，如：王能偉等[4]發(fā)現(xiàn)深耕和旋耕能顯著降低冬小麥-夏玉米農(nóng)田春季雜草密度；方日?qǐng)虻萚38]發(fā)現(xiàn)，深松覆蓋有效地控制了小麥田雜草的滋生；高宗軍等[39]研究指出，與旋耕相比，免耕增加了麥田雜草的種類，顯著影響了雜草的生物多樣性。本試驗(yàn)研究結(jié)果不僅同樣表明不同耕作方式會(huì)對(duì)雜草種類、密度及多樣性產(chǎn)生影響，而且與生產(chǎn)對(duì)照（秸稈粉碎還田+秋旋耕）處理相比，秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕處理可顯著降低高粱田雜草密度和雜草群落多樣性，再次證實(shí)通過(guò)耕作方式可在一定程度上實(shí)現(xiàn)農(nóng)田雜草物理防治，對(duì)減少農(nóng)田化學(xué)除草劑用量具有積極作用。另外，本研究結(jié)果還顯示秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕處理可促使高粱田雜草向藜、水稗和刺兒菜3個(gè)優(yōu)勢(shì)種發(fā)展，因此使用該耕作方式后在后期應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)3種雜草進(jìn)行靶向防治。

3.3 不同施肥和耕作方式施用年限對(duì)雜草選擇壓力形成的影響

在一定區(qū)域內(nèi)，隨著施肥和耕作方式的變化，雜草種群的適應(yīng)策略就會(huì)在更細(xì)小的空間（田塊對(duì)田塊）和時(shí)間（年度對(duì)年度）尺度上發(fā)生改變[1]。本研究發(fā)現(xiàn)，高粱-玉米輪作體系中相同的施肥方式或耕作方式在連續(xù)使用3年后（2019年）即可對(duì)雜草表現(xiàn)出良好的強(qiáng)選擇壓，迫使雜草群落發(fā)生明顯改變。研究結(jié)果中的強(qiáng)選擇壓形成年份與張崢等[1]（綜合種養(yǎng)模式實(shí)施1～3 年，雜草群落綜合草情優(yōu)勢(shì)度和土壤種子庫(kù)密度均明顯下降）、樊翠芹等[40]（連續(xù)免耕5 a，免耕覆蓋麥秸的雜草數(shù)量低于旋耕玉米田）和袁方等[41]（可減少麥田雜草種類及發(fā)生密度）存在差異，這可能與研究實(shí)施的生態(tài)區(qū)存在差異有關(guān)。然而相關(guān)研究結(jié)果均共同證實(shí)施肥和耕作方式對(duì)雜草強(qiáng)選擇壓的形成與實(shí)施年限存在較大關(guān)系，且會(huì)隨實(shí)施年限發(fā)生變化[40]，因此在后期我們還需注意控制強(qiáng)適應(yīng)力雜草群落的形成，以防相關(guān)措施強(qiáng)選擇壓 失效。

綜合來(lái)看，采用本研究鑒選出的較優(yōu)施肥方式（NPK）和較優(yōu)耕作方式（粉碎秸稈還田+深耕+秋旋耕），可有效控制輪作體系高粱田雜草發(fā)生，且均顯示藜和水稗會(huì)發(fā)展成為高粱田雜草優(yōu)勢(shì)種，為后期高粱田雜草靶向防治提供了參考依據(jù)。另外，基于較優(yōu)施肥方式和耕作方式在雜草防治中的聯(lián)合應(yīng)用效果、氮磷鉀不同配施水平對(duì)雜草群落的影響以及研究結(jié)果在不同生態(tài)區(qū)之間與整個(gè)生育期雜草防治中的應(yīng)用效果等在后期仍需進(jìn)一步探究，以期為輪作體系高粱田雜草高效防治、減少除草劑藥害和破解高粱田專用除草劑匱乏的現(xiàn)狀提供技術(shù)支撐。

4 結(jié) 論

長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)高粱田雜草密度及多樣性產(chǎn)生一定影響，且在本試驗(yàn)連續(xù)實(shí)施3年會(huì)對(duì)區(qū)域內(nèi)雜草形成強(qiáng)選擇壓；各施肥方式中以NPK和NP施肥處理的雜草密度最低，防治效果最好； N是影響輪作體系高粱田大多數(shù)雜草發(fā)生的主要因素；藜、反枝莧、水稗為高粱-玉米輪作體系中的優(yōu)勢(shì)種雜草，其中雜草藜占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位；雜草藜、反枝莧、苘麻、水稗和馬唐能很好的適應(yīng)土壤低P、低N環(huán)境，具有較強(qiáng)的耐貧瘠特性；N和P均衡施用會(huì)促進(jìn)苣買菜向優(yōu)勢(shì)種發(fā)展。因此，推薦速效鉀含量>200 mg/kg和速效鉀含量<200 mg/kg生態(tài)區(qū)分別采用NP和NPK為較優(yōu)施肥處理。

高粱-玉米輪作田不同耕作方式下的田間雜草總密度大小順序?yàn)榻斩挿鬯檫€田+秋旋耕（生產(chǎn)對(duì)照）>粉碎秸稈還田+深松>粉碎秸稈還田+深耕+秋旋耕，且秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕處理連續(xù)施用3年后對(duì)雜草的選擇壓明顯變強(qiáng)，此時(shí)該處理雜草群落與其他處理形成明顯差異，因此，推薦秸稈粉碎還田+深耕+秋旋耕為可有效降低輪作體系中的雜草密度和減少雜草危害的較優(yōu)耕作方式。

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Effects of Different Fertilization and Cultivation Methods on

Weed Diversity in Sorghum-Maize Rotation Fields

BAI Wenbin1， ZHANG Jianhua1， GAO Zhenfeng2 and HAO Jianping3

（1.Sorghum Research Institute of Shanxi Agricultural University， Yuci Shanxi 030600， China; 2.College of

Food Science and Engineering， Shanxi Agricultural University，Taiyuan 030031，China;

3.College of Agriculture， Shanxi Agricultural University， Taigu Shanxi 030801，China）

Abstract To investigate whether altering fertilization and cultivation methods can effectively control weed occurrence in sorghum fields within the sorghum-maize rotation system， and to address the challenges posed by sorghum's sensitivity to herbicides， susceptibility to pesticide damage， and the lack of specialized herbicide products， the Dongbai experimental field at the Sorghum Research Institute of Shanxi Agricultural University with long-term fertilization， and the Xiuwen experimental field with long-term different cultivation methods， were selected as the study sites. From 2017 to 2021， community ecology methods were used to assess the effects of five fertilization methods （no fertilization， NPK combination， PK combination， NP combination， NK combination） and three cultivation methods （traditional cultivation methods： crushing straw returning to the field + autumn rotary ploughing; crushing straw returning to the field + deep loosening; crushing straw returning to the field + deep ploughing + autumn rotary ploughing） on weed diversity in sorghum fields under the sorghum-maize rotation system. The findings revealed that 12 and 9 types of weeds could be counted in different fertilization fields and different cultivation methods used in sorghum fields， respectively. Notably， the density of Chenopodium album， Amaranthus retroflexus， and Echinochloa phyllopogon （Stapf） Koss demonstrated significantly higher density across all treatments compared to other weeds. Concerning fertilization treatments， NPK balanced fertilization and NP treatment exhibited the lowest weed density （ a decrease of 79.18% and 76.97%， respectively， compared to no fertilization， NPK and NP treatment）. However， their effect on the weed community diversity index was relatively minor and not significantly different from the control. The order of weed density after three years of continuous application for each fertilization treatment was CK>PK>NK>NP=NPK. Among the three cultivation methods， crushing straw returning to the field + deep ploughing + autumn rotary ploughing exhibited the lowest weed density （a 68.48% reduction compared to traditional cultivation）， and the weed community composition was different from other cultivation methods obviously， but had minimal effect on the diversity index. Optimal fertilization and cultivation methods applied strong selection pressure on weeds after three years of continuous implementation. Therefore， it is recommended to employ crushing straw returning to the field + deep ploughing + autumn rotary ploughing， and NPK （plots with available potassium content below 200 mg/kg） or NP （plots with available potassium content above 200 mg/kg） as the optimal treatment methods for weed physical control in sorghum-maize rotation systems.

Key words Weeds of sorghum fields; Weed diversity; Fertilization method; Cultivation methods

Received 2023-06-03 Returned 2023-07-08

Foundation item Modern Agriculture Miscellaneous Grain Industry Technology System of Shanxi Province （No.2023CYJSTX03-16）.

First author BAI Wenbin，male，Ph.D，associate researcher.Research area：development of Sorghum cultivation technology.E-mail：baiwenbin1983@126.com

Corresponding author HAO Jianping，male，professor，doctoral supervisor.Research area：high yield and efficient cultivation of crops.E-mail：tghjp88@sina.com

（責(zé)任編輯：成 敏 Responsible editor：CHENG Min）

基金項(xiàng)目：山西省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)雜糧產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（2023CYJSTX03-16）。

第一作者：白文斌，男，博士，副研究員，研究方向?yàn)楦吡辉耘嗉夹g(shù)開(kāi)發(fā)。E-mail：baiwenbin1983@126.com

通信作者：郝建平，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樽魑锔弋a(chǎn)高效栽培。E-mail：tghjp88@sina.com