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Effects of different fertilization regimes on weed communities in wheat fields under rice-wheat cropping system.

不同施肥方式对稻麦两熟制小麦田杂草群落的影响


为揭示不同施肥方式对稻麦两熟制区麦田杂草的影响,以连续4年固定施肥田为对象,于2014年小麦收获前进行了杂草群落调查,研究不同施肥、秸秆还田小麦田间杂草种类、密度、高度、杂草多样性指数的差异,并对杂草种群分布与肥料因子进行典范分析. 结果表明:36个试验小麦田中共记录杂草20种,分属11科19属. 其中,菵草、泥胡菜、牛繁缕、蛇床广泛分布于各试验田块. 长期施肥可减少麦田杂草种类及发生密度,但会增加麦田杂草高度,其中阔叶杂草在试验设定的各施肥措施下种类及发生密度均显著下降;纯施化肥、有机肥配施化肥,特别是施用有机无机复混肥的田块中,杂草群落多样性指数和均匀度指数低,优势度指数较高,容易使单一优势杂草种类暴发,造成严重危害;秸秆还田配施有机肥化肥处理麦田环境中杂草多样性指数、均匀度指数相对较高,优势度指数相对较低,杂草群落的结构较复杂,群落相对稳定,且杂草密度较低,对小麦生长危害较轻.

To reveal the effects of different fertilization regimes on weed communities in wheat fields under a rice-wheat rotation system, a survey was conducted before wheat harvest in 2014 after a 4-year- long-term recurrent fertilization scheme. Weed species types, density, height and diversity index under different fertilization and strawreturning schemes in wheat fields were studied and complemented with a canonical correspondence analysis on weed community distribution and soil nutrient factors. Twenty weed species were recorded among 36 wheat fields belonging to 19 genera and 11 families. Beckmannia syzigachne, Hemistepta lyrata, Malachium aquaticum and Cnidium monnieri were widely distributed throughout the sampled area. Long-term fertilization appeared to reduce weed species richness and density, particularly for broadleaf weeds, but increased weed height. Diversity and evenness indices of weed communities were lower and dominance indices were higher in fields where chemical fertilizers were applied alone or combined with organic fertilizers, especially, where organic-inorganic compound fertilizer was used, in which it readily caused the outbreak of a dominant species and severe damage. Conversely, diversity and evenness indices of weed communities were higher and dominance indices were lower when the straw was returned to the field combined with chemical or organic fertilizers, in which weed community structures were complex and stable with lower weed density. Under these conditions weeds only caused slight reduction of wheat growth.


全 文 :不同施肥方式对稻麦两熟制小麦田杂草群落的影响
袁  方1  李  勇2  李粉华1  孙国俊1,3∗  韩  敏1  张海艳1  季  忠4  吴晨钰1
( 1常州市金坛区植保植检站, 江苏金坛 213200; 2常州市金坛区土壤肥料技术指导站, 江苏金坛 213200; 3扬州大学园艺与植
物保护学院, 江苏扬州 225009; 4常州市金坛区种子管理站, 江苏金坛 213200)
摘  要  为揭示不同施肥方式对稻麦两熟制区麦田杂草的影响,以连续 4 年固定施肥田为对
象,于 2014年小麦收获前进行了杂草群落调查,研究不同施肥、秸秆还田小麦田间杂草种类、
密度、高度、杂草多样性指数的差异,并对杂草种群分布与肥料因子进行典范分析. 结果表明:
36个试验小麦田中共记录杂草 20种,分属 11科 19属. 其中,菵草、泥胡菜、牛繁缕、蛇床广泛
分布于各试验田块. 长期施肥可减少麦田杂草种类及发生密度,但会增加麦田杂草高度,其中
阔叶杂草在试验设定的各施肥措施下种类及发生密度均显著下降;纯施化肥、有机肥配施化
肥,特别是施用有机无机复混肥的田块中,杂草群落多样性指数和均匀度指数低,优势度指数
较高,容易使单一优势杂草种类暴发,造成严重危害;秸秆还田配施有机肥化肥处理麦田环境
中杂草多样性指数、均匀度指数相对较高,优势度指数相对较低,杂草群落的结构较复杂,群
落相对稳定,且杂草密度较低,对小麦生长危害较轻.
关键词  化肥; 秸秆还田; 有机无机复混肥; 杂草; 小麦田
Effects of different fertilization regimes on weed communities in wheat fields under rice⁃
wheat cropping system. YUAN Fang1, LI Yong2, LI Fen⁃hua1, SUN Guo⁃jun1,3∗, HAN Min1,
ZHANG Hai⁃yan1, JI Zhong4, WU Chen⁃yu1 ( 1Plant Protection and Quarantine Station in Jintan
District of Changzhou, Jintan 213200, Jiangsu, China; 2Soil and Fertilizer Technology Guidance
Station in Jintan District of Changzhou, Jintan 213200, Jiangsu, China; 3School of Horticulture
and Plant Protection, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China; 4Seed Management
Station in Jintan District of Changzhou, Jintan 213200, Jiangsu, China) .
Abstract: To reveal the effects of different fertilization regimes on weed communities in wheat fields
under a rice⁃wheat rotation system, a survey was conducted before wheat harvest in 2014 after a
4⁃year long⁃term recurrent fertilization scheme. Weed species types, density, height and diversity
index under different fertilization and straw⁃returning schemes in wheat fields were studied and com⁃
plemented with a canonical correspondence analysis on weed community distribution and soil nutri⁃
ent factors. Twenty weed species were recorded among 36 wheat fields belonging to 19 genera and
11 families. Beckmannia syzigachne, Hemistepta lyrata, Malachium aquaticum and Cnidium mon⁃
nieri were widely distributed throughout the sampled area. Long⁃term fertilization appeared to reduce
weed species richness and density, particularly for broadleaf weeds, but increased weed height. Di⁃
versity and evenness indices of weed communities were lower and dominance indices were higher in
fields where chemical fertilizers were applied alone or combined with organic fertilizers, especially,
where organic⁃inorganic compound fertilizer was used, in which it readily caused the outbreak of a
dominant species and severe damage. Conversely, diversity and evenness indices of weed communi⁃
ties were higher and dominance indices were lower when the straw was returned to the field com⁃
bined with chemical or organic fertilizers, in which weed community structures were complex and
stable with lower weed density. Under these conditions weeds only caused slight reduction of wheat
growth.
Key words: chemical fertilizer; straw returning; organic and inorganic fertilizer; weed; wheat
field.
本文由国家公益性行业(农业)科研专项(201103004)和江苏省农业科技自主创新项目[CX(14)4044]资助 This work was supported by the Spe⁃
cial Fund for Agro⁃scientific Research in the Public Interest (201103004) and the Independent Innovation Project of Agricultrue Science & Technology of
Jiangsu Province [CX(14)4044].
2015⁃05⁃28 Received, 2015⁃10⁃29 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: jtszbz@ 163.com
应 用 生 态 学 报  2016年 1月  第 27卷  第 1期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Jan. 2016, 27(1): 125-132                    DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201601.027
    杂草是农田生态系统的生物组分,维持适当数
量的杂草对保护农田生物多样性发挥着重要作
用[1-2],但杂草往往与作物竞争水、肥、光等自然资
源,影响作物生长与产量[3] . 目前,肥料和除草剂是
农田生态系统主要的投入品[4],施肥改变土壤养分
含量及其结构,直接提高作物的产量及竞争优势,从
而改变农田中杂草群落的演替过程[5] . 太湖地区是
我国典型的稻麦两熟制高产区域,20 世纪 50 年代,
化学肥料开始逐渐取代有机肥,大量实践表明,化肥
虽能快速提高作物产量,但长期施用会对土壤结构、
土壤肥力和生物多样性等产生严重影响[6-8],杂草
群落也随之发生变化. 研究表明,土壤养分含量显
著影响农田杂草的密度、多样性指数以及群落结
构[9-11] . 朱文达等[12]发现,莎草科和马齿苋科杂草
在缺磷处理中没有出现,而在补充磷钾处理中却是
优势种群,不同杂草种群对养分的需求和响应是不
同的,而这种差异及其产生的竞争力差异将直接导
致杂草群落结构发生变化. 有机肥有助于改善土壤
结构,提高土壤肥力和促进微生物活性[13-14] .Major
等[15]和 Everaarts[16]研究都表明,有机肥的施入能
降低杂草密度,同时影响杂草群落多样性指数. 这
些结论虽为不同肥料管理条件下农田杂草群落的研
究提供了基础,但研究大多基于旱地进行,并多为养
分因子的影响. 2012年,蒋敏等[17]研究了长期施肥
对稻⁃麦两熟制区小麦田杂草生长的影响发现,氮
肥、有机肥的施入条件下杂草密度呈下降趋势,施入
有机肥降低了麦季杂草的群落多样性指数. 该试验
仍然着重于研究养分元素对杂草群落的影响,试验
设计中的有机肥配施化肥处理的有机肥仅为菜籽
饼,不仅肥源存在局限性,且与该区域大面积农业生
产有机肥施用习惯不相符. 保护性耕作一直是农业
技术研究的热点之一. Kumar 等[18]研究发现,作物
秸秆还田对土壤物理、化学和生物功能、土壤质量产
生影响. 保护性耕作和秸秆还田等都对农田杂草的
种类、生物多样性产生影响[19-20] .
稻、麦生产中,农民长期有施用化肥时配施农家
有机肥(猪粪、牛粪等)、秸秆还田等的习惯. 随着畜
禽的规模化生产,其粪便的产业化处理已成为商品
有机肥、有机无机复混肥生产的原料来源,多元化肥
料的生产结合肥料施用的科学化、简便化,使化肥配
施有机肥、秸秆还田或直接施用有机无机复混肥成
为必然. 而在中国典型的稻麦两熟制农田中杂草群
落对纯施化肥(常规施肥,N、P、K 配施)、猪粪堆肥
配施化肥、秸秆还田配施化肥、秸秆还田配施猪粪堆
肥化肥、商品有机无机复混肥料施用的响应研究较
少.因此,本研究立足于太湖地区南京农业大学的长
期定位施肥试验,探讨本区域不同施肥方式、秸秆还
田处理下麦田杂草群落的异质性,为农田杂草的生
态治理和多样性保护提供依据.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  试验地概况与试验设计
试验地位于江苏省常州市金坛区指前镇建春村
(31°39′42″ N, 119°28′23″ E),海拔 10 m,属亚热带
湿润季风性气候,年均气温 15.5 ℃,年均湿度 78%,
年降雨量 1084.7 mm.
田间试验始于 2010年 11 月小麦季,为夏水稻⁃
冬小麦的水旱轮作体系. 调查时间为 2014 年 5 月
22—23日. 试验小区共 36 个 (9 个处理 × 4 次重
复),每小区 40 m2(8 m×5 m),随机区组排列,小区
间用水泥埂隔离,防止串水串肥. 供试土壤为脱潜
型水稻土(乌栅土). 该季试验小麦于 2013 年 11 月
5日播种,品种为扬辐麦 4 号. 11 月 25 日所有处理
用 50%苄嘧·异丙隆可湿性粉剂 2.1 kg·hm-2除草
一次.
施肥措施:1) CK,完全不施肥;2) F,纯 NPK
(100%当地用量,下同);3) M1 F1,猪粪堆肥(3000
kg· hm-2 ) + 70% NPK;4) M2 F2,猪粪堆肥 ( 6000
kg·hm-2)+50%NPK;5) SF,秸秆全量还田+100%
NPK;6) SM1 F1,秸秆全量还田 +猪粪堆肥 ( 3000
kg·hm-2)+70%NPK;7) SM2F1,秸秆全量还田+猪
粪堆肥(6000 kg·hm-2)+70%NPK;8)MOI1,基肥猪
粪有机无机复混肥 (1500 kg·hm-2 ) +穗肥尿素
(130 kg·hm-2 );9) MOI2,猪粪有机无机复混肥
(2250 kg·hm-2)作基肥,全程一次施肥. F 处理纯
NPK肥料运筹方案为:基苗肥 ∶ 配方肥(N ∶ P 2O5 ∶
K2O= 16 ∶ 18 ∶ 8)375 kg·hm
-2+尿素 150 kg·hm-2;
拔节孕穗肥: (N ∶ P 2 O5 ∶ K2 O = 18 ∶ 7 ∶ 10) 375
kg·hm-2+尿素 150 kg·hm-2;N、P2O5、K2O用量分别
为 240、83、53 kg·hm-2 . 猪粪堆肥养分含量:有机质
45.4%,N 2.3%,P2O5 2.9%,K2O 1.2%,含水量 29.1%;
猪粪商品有机无机复合肥养分含量:有机质 16􀆰 1%,N
12.2%,P2O5 4.1%,K2O 4.1%,含水量 19.3%.
1􀆰 2  研究方法
在小麦蜡熟期 5 点取样调查作物田间密度、高
度,成熟期每处理试验小区收获 5 m2小麦,称量测
产. 在小麦蜡熟期(2014年 5月 22—23日),每小区
621 应  用  生  态  学  报                                      27卷
采用“W”形 9 点取样调查[21-22],每个样方 0.25 m2
(0.5 m×0.5 m),分别记载杂草种类、数量、高度.
1􀆰 3  数据处理
按下列公式计算杂草相对多度 RA:
RA=RU+RD+RF
式中:RU、RD、RF 分别为某杂草相对均度、相对密
度、相对频度. 田间均度为某杂草在田块中出现样
方数占调查田块总样方数百分比;田间频度为某杂
草出现的田块数占总调查田块数的百分比(单样地
计算方法:某杂草在样地中出现样方数占该样地调
查总样方数的百分比);田间密度为某杂草在各调
查田块平均密度和与田块数之比;相对均度为某杂
草均度与各种杂草均度和之比;相对密度为某杂草
平均密度与各种杂草密度和之比;相对频度为某杂
草频度与各种杂草频度和之比;相对多度较大的杂
草被视为当地的主要优势杂草,体现杂草丰富程
度[23-24] .
Shannon指数[25]:
H =- ∑P i lnP i
Simpson优势度指数[26]:
D =∑P i 2
Pielou均匀度指数[27]:
J=H / lnS
式中:S为物种总数;P i = Ni / N,N 为样方中总个体
数,Ni 为样方中第 i物种的个体数.
采用 SPSS 18.0软件对不同施肥处理下小麦成
熟期的密度、株高、产量以及物种多样性指数进行单
因素方差分析 ( one⁃way ANOVA),并进行 LSD 检
验,利用 Canoco for Windows 4.5 软件对不同施肥处
理杂草的相对多度矩阵结合肥料因子矩阵进行
CCA分析,并对分析结果进行 Monte Carlo 测验.图
表中数据为平均值±标准差.
将化肥、猪粪、秸秆最大用量记作 100%,各施
肥处理下,化肥、猪粪、秸秆的具体用量与最大用量
相比,并抽象为百分数,以杂草种类( y)为因变量,
化肥用量(x1)、猪粪用量( x2)、秸秆用量( x3)为自
变量,进行线性回归分析.
2  结果与分析
2􀆰 1  不同施肥处理和秸秆还田对小麦生长的影响
小麦的生长经历出苗、分蘖、拔节、抽穗、灌浆成
熟等不同生育阶段,随着小麦分蘖的生长,作物与杂
草的生长竞争会越来越激烈,至拔节前田间小麦茎
蘖数达最大峰值,后逐步下降,随着小麦植株的长
高,其对杂草的生长竞争压力增大. 调查结果显示,
施肥可显著提高小麦茎蘖数、株高和产量(表 1). 与
纯施化肥(F)、有机肥配施化肥(M1F1、M2F2)处理
相比,施用有机无机复混肥(MOI1、MOI2)处理有提
高作物产量的趋势;秸杆还田配施化肥(SF)、配施
有机肥化肥(SM1F1、SM2F1)处理提高作物产量的效
果显著.
2􀆰 2  不同施肥处理和秸秆还田对小麦田杂草种类
的影响
2􀆰 2􀆰 1对小麦田杂草组成与分布的影响  由表 2 可
以看出,试验小麦田共见杂草 20 种,分属 11 科 19
属,以菵草(Beckmannia syzigachne)、看麦娘(Alope⁃
curus aequalis)、日本看麦娘(A. japonicus)、泥胡菜
(Hemistepta lyrata)、牛繁缕(Malachium aquaticum)、
蛇床(Cnidium monnieri)等为主要杂草群落,不同施
肥、秸秆还田处理显著影响了田间杂草的种类组成
和分布.与完全不施肥处理(CK)比较,纯施化肥(F)
处理、有机肥配施化肥处理(M1F1、M2F2)的杂草种
类较少,主要是由于阔叶杂草的种类减少; SF、
SM1F1、SM2F1处理分别与 F、M1F1、M2F2处理相比,
由于增加了秸秆还田,禾本科杂草和阔叶杂草种类
数都明显减少,与 MOI1、MOI2使用有机无机复混肥
处理下的杂草群落有共同特点.
2􀆰 2􀆰 2对小麦田杂草种类数量的影响  调查结果显
示(图 1),CK 连续 4 年不施肥,平均有杂草 10. 3
种,施肥各处理则有杂草 2.8 ~ 6.8 种,仅为 CK 处
理区的26.8% ~ 65.9%.F、M1F1、M2F2、SF、SM1F1、
表 1  不同施肥处理和秸秆还田对小麦成熟期密度、株高和
产量的影响
Table 1  Effects of different fertilization and straw retur⁃
ning treatments on density, plant height and yield of wheat
at maturity stage
处理
Treatment
密度
Density
( ind·m-2)
株高
Plant height
(cm)
产量
Yield
(kg·m-2)
CK 228.0±74.5d 54.9±11.2c 0.3±0.0d
F 444.7±105.1ab 73.8±3.4ab 0.5±0.1c
M1F1 409.1±91.0bc 74.7±9.1ab 0.5±0.1c
M2F2 353.8±99.6c 73.8±3.9ab 0.5±0.1c
SF 428.8±100.9bc 76.9±7.8a 0.6±0.1ab
SM1F1 427.3±134.1bc 77.1±5.9a 0.6±0.1a
SM2F1 505.3±166.4a 77.5±5.3a 0.6±0.0a
MOI1 428.0±103.9bc 71.5±3.6b 0.5±0.1bc
MOI2 423.5±75.5bc 76.5±3.7ab 0.5±0.1abc
同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)Different small let⁃
ters in the same column meant significant difference among treatments at
0.05 level. 下同 The same below.
7211期                        袁  方等: 不同施肥方式对稻麦两熟制小麦田杂草群落的影响           
表 2  不同施肥、秸秆还田处理麦田杂草种类
Table 2  Weed species in wheat field under different fertilization and straw returning treatments
杂草种 Weed species CK F M1F1 M2F2 SF SM1F1 SM2F1 MOI1 MOI2
菵草 Beckmannia syzigachne + + + + + + + + +
看麦娘 Alopecurus aequalis - + + + - - + + +
日本看麦娘 A. japonicus + + + + + + - + -
硬草 Sclerochloa dura + - - + - - + - -
棒头草 Polypogon fuga + + - - - - - - -
早熟禾 Poa annua + - - - - - - - -
猪殃殃 Galium aparine var. tenerum - + + + + + - - -
泥胡菜 Hemistepta lyrata + + + + + + + + +
小飞蓬 Conyza canadensis + + - - - + - - -
牛繁缕 Malachium aquaticum + + + + + + + + +
通泉草 Mazus japonicus + + - + - + - - -
蛇床 Cnidium monnieri + + + + + + + + +
稻槎菜 Lapsana apogonoides + - - - + + + - -
酸模叶蓼 Polygonum lapathifolium + - - - + - - - -
野老鹳草 Geranium carolinianum + - - + + + + - -
荠菜 Capsella bursa⁃pastoris - - + - - - - - -
打碗花 Calystegin hederacea - - - - + - - - -
鼠麴草 Gnaphalium affine + - - - - - - - -
一年蓬 Erigeron annuus + - - - - - - - -
雪见草 Saluia plebeia + - - - - - - - -
+: 出现 Occurrence; -: 未出现 No occurrence.
SM2F1处理间杂草种类数虽无显著差异,但分别比
较 SF与 F、SM1F1、M1F1、SM2F1与 M2F2,前者杂草种
类数均高于后者,表明秸秆还田有增加杂草种类的
趋势;SM1F1处理杂草种类数略高于 SM2F1处理,增
施有机肥有减少杂草种类的趋势;M1F1、M2F2、SM1
F1、SM2F1处理平均有杂草种类 5.3 ~ 6.8 种,均高于
纯施化肥处理(F),表明减少化肥用量并补充有机
肥投入增加了杂草种类.将化肥、猪粪、秸秆最大用
量记作 100%,具体用量与之相比抽象为百分数,以
杂草种类( y)为因变量,化肥用量( x1 ) 、猪粪用量
图 1  不同施肥、秸秆还田处理麦田杂草种类数量
Fig.1  Number of weed species in wheat field under different
fertilization and straw returning treatments.
不同小写字母表示处理间差异显著(P< 0.05) Different small letters
meant significant difference among treatments at 0.05 level.
(x2)、秸秆用量(x3)为自变量,进行线性回归,其回
归方程为:y = 10.303-5.648 x1 -1.358 x2 +0􀆰 811 x3
(x1、 x2、 x3 系数的 P 值分别为 0. 001、 0. 029 和
0􀆰 141),表明化肥用量是影响杂草种类数的首要因
素,其次为猪粪,秸秆影响较小. 施用有机无机复混
肥的 MOI1、MOI2处理平均有杂草 2.8 ~ 3.3 种,与其
他施肥处理相比,施用有机无机复混肥可显著减少
麦田杂草种类数.
2􀆰 3  不同施肥处理和秸秆还田对小麦田杂草生长
的影响
调查发现,完全不施肥处理(CK)杂草平均密度
为 119.0株·m-2,纯施化肥处理 F、有机肥配施化肥
处理(M1F1、M2F2)田间杂草平均密度与 CK 相当,
无差异;秸秆还田配施化肥处理(SF)、秸秆还田配
施有机肥化肥处理(SM1F1、SM2F1)田间平均杂草密
度为 41.6 ~ 52.0 株·m-2,显著低于 CK、F、M1 F1、
M2F2;有机无机复混肥处理(MOI1、MOI2)田间平均
杂草密度分别为 74.5、62.0 株·m-2,略低于 CK、F、
M1F1、M2F2,略高于秸秆还田配施化肥、配施有机肥
化肥的 3个处理(表 3).
由表 3可以看出,有机肥配施化肥处理(M1F1、
M2F2)麦田中禾本科杂草平均密度分别为 111. 3、
108.8株·m-2,明显高于其他不施肥、施肥处理. CK
禾本科杂草平均高度为 31.2 cm,施肥各处理禾本科
821 应  用  生  态  学  报                                      27卷
表 3  不同施肥、秸秆还田处理麦田杂草平均密度和高度
Table 3  Density and height of weeds in wheat field under different fertilization and straw returning treatments
处理
Treatment
杂草密度
Weed density
(ind·m-2)
禾本科杂草
Grassy weed
密度
Density
(ind·m-2)
高度
Height
(cm)
菵草
Beckmannia syzigachne
密度
Density
(ind·m-2)
高度
Height
(cm)
阔叶杂草
Broadleaf weed
密度
Density
(ind·m-2)
高度
Height
(cm)
繁缕
Stellaria media
密度
Density
(ind·m-2)
高度
Height
(cm)
CK 119.0±24.0a 44.5±21.9bc 31.2±4.8c 33.8±19.3bc 33.5±4.7b 52.0±3.7a 20.5±4.1b 9.8±10.1a 14.5±6.2b
F 100.0±35.2abc 90.8±36.7ab 65.1±4.6ab 72.3±32.3ab 65.2±4.7a 8.5±1.3bc 48.7±15.8a 3.3±3.0b 49.7±13.6a
M1F1 114.3±41.2a 111.3±41.7a 63.6±2.7ab 76.0±32.8a 69.6±8.1a 8.8±1.5bc 53.0±8.8a 4.5±2.4ab 49.9±16.0a
M2F2 106.8±66.1ab 108.8±68.0a 61.3±8.6ab 67.5±26.8abc 64.0±11.0a 13.3±6.6b 49.3±7.0a 2.8±1.0b 41.9±6.6a
SF 46.5±22.5cd 34.5±18.2bc 59.4±9.7b 32.5±16.6c 59.8±7.5a 12.0±5.0b 54.4±15.5a 3.3±2.2b 45.8±20.9a
SM1F1 52.0±20.5bcd 37.5±19.6bc 60.0±12.2b 30.5±15.7c 60.5±11.6a 12.3±3.6b 59.0±11.6a 3.3±2.5b 54.4±12.4a
SM2F1 41.8±17.0d 28.5±17.1c 65.8±11.5ab 27.8±16.9c 67.5±14.4a 12.8±5.4b 53.8±14.8a 5.8±2.2ab 43.9±24.7a
MOI1 74.5±38.9abcd 67.0±39.5abc 68.7±5.5ab 59.5±31.1abc 70.5±8.8a 7.8±5.4bc 59.1±25.5a 3.0±3.2b 46.1±3.6a
MOI2 62.0±26.1abcd 60.0±25.9abc 73.5±7.6a 56.5±18.7abc 74.4±7.5a 3.3±2.5c 46.4±32.4a 2.0±2.5b 49.5±2.5a
杂草平均高度在 59.4~73.5 cm,差异显著,施用有机
无机复混肥处理(MOI1、MOI2)与 CK 间差异显著.
完全不施肥处理菵草的平均密度为 33.8 株·m-2,
占该处理杂草密度的 28.4%,各施肥处理菵草的平
均密度在 27.8~76.0株·m-2,占各处理杂草密度的
58.7%~91.1%,可见,菵草为麦田的主要杂草种类.
不同施肥处理对菵草密度的影响与对禾本科杂草密
度的影响基本一致;完全不施肥处理(CK)菵草平均
高度 33.5 cm,施肥各处理平均高度在 59.8~74.4 cm,
差异显著. 完全不施肥处理(CK)阔叶杂草平均密度
为 52.0 株·m-2,施肥各处理阔叶杂草平均密度在
3.3~13.3株·m-2,差异显著;完全不施肥处理(CK)阔
叶杂草平均高度为 20.5 cm,施肥各处理阔叶杂草平
均高度在 46.4~59.1 cm,差异显著. 完全不施肥处理
(CK)牛繁缕平均密度为 9.8株·m-2,施肥各处理牛
繁缕平均密度在 2.0~5.8株·m-2,差异显著;完全不
施肥处理(CK)牛繁缕平均高度为 14.5 cm,施肥各处
理牛繁缕平均高度在 41.9~54.4 cm,差异显著.
2􀆰 4  不同施肥处理和秸秆还田对小麦田杂草生物
多样性的影响
完全不施肥处理杂草物种多样性 Shannon 指数
(H)为 1.83,与各不同施肥处理杂草类群比较,差异
显著(表 4);有机肥配施化肥处理与有机无机复混
肥处理比较有差异;纯施化肥处理与秸秆还田配施
有机肥化肥处理比较,差异显著. 完全不施肥处理
杂草群落优势度 Simpson 指数(D)为 0.22,与各不
同施肥处理比较,差异显著;有机无机复混肥处理与
秸秆还田配施化肥处理、秸秆还田配施有机肥化肥
处理比较,差异显著. 完全不施肥处理杂草群落
Pielou均匀度指数(J)为 0.79,与纯施化肥处理、有
机肥配施化肥处理、有机无机复混肥处理比较,差异
显著;与秸秆还田配施化肥处理、秸秆还田配施有机
肥化肥处理比较,无显著差异.
2􀆰 5  麦田杂草数量特征与肥料因子的关系
根据不同施肥措施下肥料施用类型与用量建立
不同施肥、秸秆还田处理下土壤养分因子赋值矩阵
(表5) .采用典范对应分析( CCA)对不同施肥、秸
表 4  不同施肥、秸秆还田处理麦田杂草群落生物多样性
Table 4   Species diversity of weed communities in wheat
field under different fertilization and straw returning treat⁃
ments
处理
Treatment
物种丰富度
Species
richness
Shannon指数
Shannon index
Simpson指数
Simpson index
Pielou
均匀度指数
Pielou evenness
index
CK 10.25 1.83±0.12a 0.22±0.04d 0.79±0.06a
F 4.75 0.76±0.40cd 0.62±0.23abc 0.48±0.24bc
M1F1 6.50 0.85±0.37bc 0.56±0.22abc 0.51±0.19bc
M2F2 6.50 0.97±0.18bc 0.53±0.13bc 0.52±0.11bc
SF 5.50 1.03±0.10bc 0.50±0.05bc 0.61±0.09abc
SM1F1 6.75 1.30±0.44b 0.40±0.19cd 0.68±0.19ab
SM2F1 5.50 1.05±0.45bc 0.50±0.21bc 0.63±0.19abc
MOI1 3.25 0.60±0.35cd 0.69±0.19ab 0.48±0.22bc
MOI2 2.75 0.34±0.25d 0.82±0.13a 0.38±0.04c
表 5  不同施肥、秸秆还田处理土壤养分因子的赋值
Table 5  Valuation of soil nutrient factors under different
fertilization and straw returning treatments
处理
Treatment
土壤养分因子 Soil nutrient factor
F M S MO I
CK 0 0 0 0 0
F 1 0 0 0 2.3
M1F1 0.7 1 0 0 0
M2F2 0.5 2 0 0 0
SF 1 0 1 0 0
SM1F1 0.7 1 1 0 0
SM2F1 0.7 2 1 0 0
MOI1 0 0 0 1 1
MOI2 0 0 0 1.5 0
F: 化肥 Chemical fertilizer; M: 猪粪堆肥 Pig manure; S: 秸秆 Straw;
MO: 猪粪有机肥 Pig manure organic fertilizer; I: 无机肥 Inorganic fer⁃
tilizer.
9211期                        袁  方等: 不同施肥方式对稻麦两熟制小麦田杂草群落的影响           
图 2  不同施肥、秸秆还田处理对小麦田杂草生长影响的
CCA分析
Fig.2  CCA analysis of effects of different fertilization, straw re⁃
turning treatments on weed growth in wheat field.
→土壤养分因子 Soil nutrient factor; Ⅰ: 施肥处理 Fertilization treat⁃
ment; Ⅱ:杂草种类Weed species. 1) 菵草 Beckmannia syzigachne; 2)
泥胡菜 Hemistepta lyrata; 3) 稻槎菜 Lapsana apogonoides; 4) 小飞蓬
Conyza canadensis; 5) 硬草 Sclerochloa dura; 6) 早熟禾 Poa annua;
7) 牛繁缕 Malachium aquaticum; 8) 通泉草 Mazus japonicus; 9) 蛇床
Cnidium monnieri; 10) 看麦娘 Alopecurus aequalis; 11) 日本看麦娘
Alopecurus japonicus; 12) 猪殃殃 Galium aparine var. tenerum; 13) 荠
菜 Capsella bursa⁃pastoris; 14) 打碗花 Calystegin hederacea; 15) 鼠麴
草 Gnaphalium affine; 16) 野老鹳草 Geranium carolinianum; 17) 一年
蓬 Erigeron annuus; 18) 棒头草 Polypogon fuga; 19) 雪见草 Saluia
plebeia; 20) 酸模叶蓼 Polygonum lapathifolium.
秆还田处理下杂草分布和土壤养分指标进行空间分
析,结果(图 2)显示,荠菜(Capsella bursa⁃pastoris)、
看麦娘、日本看麦娘、猪殃殃 (Galium aparine var.
tenerum)等杂草种类的发生与猪粪堆肥(M)、化肥
(F)、无机肥( I)的施用呈正相关,其中荠菜尤其偏
好发生于施用 M 的小区;打碗花(Calystegin hedera⁃
cea)与酸模叶蓼(Polygonum lapathifolium)的发生与
猪粪有机肥(MO)、秸秆(S)的施用呈正相关;菵草、
牛繁缕、泥胡菜、蛇床等分布在二维排序图的中心杂
草种类,对肥料类型的偏好性较差,而小飞蓬(Cony⁃
za canadensis)、棒头草 ( Polypogon fuga)、稻槎菜
(Lapsana apogonoides)、硬草( Sclerochloa dura)、早
熟禾(Poa annua)、鼠麴草(Gnaphalium affine)、雪见
草(Saluia plebeia)、一年蓬(Erigeron annuus)等,分
布于二维排序图的边缘,属于耐贫瘠的杂草种类.
因此,经过长期的固定施肥,F、M2F2、SM1F1 处理小
区形成了较为相似的杂草群落,SM2F1、MOI1、SF、
MOI2 处理小区的杂草群落相似,而不施肥小区的小
飞蓬、棒头草、稻槎菜、硬草、早熟禾、鼠麴草、雪见
草、一年蓬等耐贫瘠杂草密度较高.
3  讨    论
肥料的施用能提高土壤中相应营养元素的含
量,作物的生长通常能抑制绝大部分杂草的发生,通
过增加作物竞争优势和培育农田生境来综合治理杂
草的方法越来越受到关注,施肥是最有效直接的措
施,肥料在增加作物产量的同时能有效减少杂草密
度[28-31] .本研究表明,施肥麦田环境中杂草种类显
著下降,在各种施肥措施下主要减少的杂草种类为
阔叶杂草. 杂草对肥料类型存在偏好性差异,肥料
的施用量、施用种类对麦田禾本科杂草、阔叶杂草生
长的影响不同:单纯施用化肥的麦田中杂草种类数
最少,减少化肥用量,提高有机肥投入增加了杂草种
类,秸秆还田配施化肥有机肥不仅可以减少麦田阔
叶杂草种类,而且同时减少了禾本科杂草种类;秸秆
还田配施化肥或配施有机肥化肥与纯施化肥、有机
肥配施化肥相比较,麦田杂草种类数有增加的趋势.
施用肥料的麦田中杂草密度显著下降,阔叶杂草密
度在各施肥措施下均显著下降,其中牛繁缕发生密
度在各施肥措施下的降低最为显著;禾本科杂草密
度在秸秆还田配施化肥、有机无机肥的麦田环境中
有所下降,在其他施肥措施下则显著上升.推测造成
杂草种类及密度下降的原因:肥料的施用显著增加
了土壤中氮磷钾的含量, 改变农田的养分生境,使
土壤微生物多样性提高[32-34],从而加大了微生物对
杂草种子的腐解作用; 另外,秸秆还田降解时会产
生一些抑制杂草种子萌发的物质, 从而导致杂草密
度降低[3] . 在不同施肥措施下,麦田杂草高度均显
著增加,杂草与作物之间存在对光照、土壤养分与水
分等资源的竞争,肥料施用后,小麦生长迅速,株高
及生物量也显著增加,杂草为保持与作物的竞争力
在株高上产生一定的补偿效应,以利于截获和转化
更多的光能,提高光能利用率. 不同肥料的施用及
秸秆还田不仅提高了土壤中相应营养元素的含量,
更改善了土壤的物理、化学和生物学性状,从而改变
土壤的生态环境,促进作物的健壮生长,对杂草生长
产生影响.
不同施肥措施下形成差异明显的杂草群落组
成,使杂草种类、优势杂草组成、杂草密度和相对多
度均发生变化,导致物种多样性指数和物种丰富度
指数不同[35-36] . 生物多样性分析表明,不同肥料施
用导致麦田杂草物种多样性指数降低,杂草优势度
指数提高,均匀度指数降低,容易对作物造成危害.
杂草物种丰富度、多样性、均匀度与优势度是从不同
角度衡量群落稳定性的重要指标,杂草物种丰富度、
群落物种多样性与均匀度越大,优势度越小,则物种
群落的结构越复杂,其反馈系统也越强大,对于环境
031 应  用  生  态  学  报                                      27卷
的变化或来自物种群落内部种群波动的缓冲作用越
强,物种群落也越稳定,这样的杂草群落优势种不太
突出,杂草也不容易严重发生[37] . 本研究表明,纯施
化肥、有机肥配施化肥,特别是在施用有机无机复混
肥的田块中,杂草群落多样性指数低,均匀度指数
低,优势度指数较高,容易使单一优势杂草种类暴
发,造成严重危害;秸秆还田配施有机肥化肥处理麦
田环境中杂草物种多样性指数、均匀度指数相对较
高,优势度指数相对较低,杂草群落的结构较复杂,
群落相对稳定,且杂草密度较低,对小麦生长危害较
轻. 因此,均衡的施肥措施更易形成稳定的农田生
态系统,配合合理的杂草防除策略,可保持农田的生
产力和稳定性.
对小麦生长的分析表明,施肥处理的小麦产量
是不施肥处理的 1.8 倍以上,施肥处理田间作物密
度远高于不施肥处理,施肥不仅增加了作物的田间
密度,同时增加了作物的茎粗和高度. 事实上,小麦
田植物的生态竞争主要是农作物与杂草的竞争,可
通过不同施肥措施增加农作物的生物量,形成生态
位竞争,从而影响杂草生长. 化肥、有机肥和秸秆的
施用直接改变了土壤的理化性状,不同类型化肥有
机肥的配施在提高作物竞争优势的同时影响了不同
杂草的种内和种间竞争,导致不同处理间杂草产生
分异[38-40] . 该研究虽然是长期不同类型肥料施用对
小麦田生态过程影响的一个片段,但阐明了合理、科
学施肥可在一定程度上控制农田杂草的危害.
致谢  南京农业大学杂草研究室强胜教授、张峥博士和丹麦
哥本哈根大学 Bernal E. Valverde教授帮助修改论文,高平磊
博士研究生帮助进行数据分析;南京农业大学资源与环境科
学学院对试验给予帮助;扬州大学徐冬平硕士研究生参与试
验工作,在此一并感谢!
参考文献
[1]  Fenn ME, Poth MA, Aber JD, et al. Nitrogen excess in
north American ecosystems: Predisposing factors, eco⁃
system responses, and management strategies. Ecologi⁃
cal Applications, 1998, 8: 706-733
[2]  Anderson RL, Tanaka DL, Black AL, et al. Weed com⁃
munity and species response to crop rotation, tillage,
and nitrogen fertility. Weed Technology, 1998, 12:
531-536
[3]  Li R⁃H (李儒海), Qiang S (强  胜), Qiu D⁃S (邱
多生), et al. Effect of long term fertilization regimes on
weed communities in paddy fields under rice⁃oilseed
rape cropping system. Acta Ecologica Sinica (生态学
报), 2008, 28(7): 3236-3243 (in Chinese)
[4]  Derksen DA, Anderson RL, Blackshaw RE, et al.
Weed dynamics and management strategies for cropping
systems in the Northern Great Plains. Agronomy Jour⁃
nal, 2002, 94: 174-185
[5]  Li R⁃H (李儒海), Qiang S (强  胜), Qiu D⁃S (邱
多生), et al. Effects of long⁃term different fertilization
regimes on the diversity of weed communities in oilseed
rape fields under rice⁃oilseed rape cropping system. Bio⁃
logical Diversity (生物多样性), 2008, 16(2): 118-
125 (in Chinese)
[6]  Yardirn EN, Edwards CA. The effects of chemical pest,
disease and weed management practices on the trophic
structure of nematode populations in tomato agroecosys⁃
tems. Applied Soil Ecology, 1998, 7: 137-147
[7]  Yeates GW, Bongers T. Nematode diversity in agroeco⁃
systems. Agriculture, Ecosystems & Environment, 1999,
74: 113-135
[8]  Hu C, Qi YC. Effect of compost and chemical fertilizer
on soil nematode community in a Chinese maize field.
European Journal of Soil Biology, 2010, 46: 230-236
[9]  Boguzas V, Marcinkeviciene A, Kairyte A. Quantitative
and qualitative evaluation of weed seed bank in organic
farming. Agronomy Research, 2004, 2: 13-22
[10]  Hamid R, Frouddin AM. Long⁃term effects of crop rota⁃
tion and fertilizers on weed community in spring barley.
Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 2009, 33:
315-323
[11]  Neve P, Vila⁃Aiub M, Roux F. Evolutionary: Thinking
in agricultural weed management. New Phytologist,
2009, 184: 783-793
[12]  Zhu W⁃D (朱文达), Tu S⁃X (涂书新), Wei F⁃X (魏
福香). Effect of fertilizer application on the occurrence
and damage of weed in wheat field. Acta Phytophylacica
Sinica (植物保护学报), 1998, 25(4): 364-368 ( in
Chinese)
[13]  Neher DA. Role of nematodes in soil health and their use
as indicators. Journal of Nematology, 2001, 33: 161-
168
[14]  Mader P, Fliebach A, Dubois D, et al. Soil fertility and
biodiversity in organic farming. Science, 2002, 296:
1694-1697
[15]  Major J, Steiner C, Ditommaso A, et al. Weed composi⁃
tion and cover after three years of soil fertility manage⁃
ment in the central Brazilian Amazon: Compost, fertili⁃
zer, manure and charcoal applications. Weed Biology
and Management, 2005, 5: 69-76
[16]  Everaarts AP. Response of weeds to the method of ferti⁃
lizer application on low⁃fertility acid soils in Suriname.
Weed Research, 1992, 32: 391-397
[17]  Jiang M (蒋   敏), Shen M⁃X (沈明星), Shen X⁃P
(沈新平), et al. Effect of long⁃term fertilization pattern
on weed community diversity in wheat field. Acta Ecolo⁃
gica Sinica (生态学报), 2014, 34(7): 1746- 1756
(in Chinese)
[18]  Kumar K, Goh KM. Crop residues and management
practices: Effects on soil quality, soil nitrogen dyna⁃
mics, crop yield, and nitrogen recovery. Advances in Ag⁃
ronomy, 2000, 68: 197-319
[19]  Wang G⁃Z (王国忠), Yang P⁃Z (杨佩珍), Lu Z⁃R
(陆峥嵘), et al. Effect of returning straw to field on
weeds of rice field and wheat field and the efficiency of
chemical weeding. Acta Agriculturae Shanghai (上海农
1311期                        袁  方等: 不同施肥方式对稻麦两熟制小麦田杂草群落的影响           
业学报), 2004(1): 87-90 (in Chinese)
[20]  Han H⁃F (韩惠芳), Ning T⁃Y (宁堂原), Tian S⁃Z
(田慎重), et al. Effects of soil tillage and straw retur⁃
ning on weed biodiversity in summer maize (Zea mays)
field. Acta Ecologica Sinica (生态学报), 2010, 30
(5): 1140-1147 (in Chinese)
[21]  Thomas AC. Weed survey system used in Saskatchewan
for cereal and oilseed crops. Weed Science, 1985, 33:
34-43
[22]  Zhang C⁃X (张朝贤), Hu X⁃E (胡祥恩), Qian Y⁃X
(钱益新), et al. Weed survey in wheat fields in Jiang⁃
han Plain. Plant Protection (植物保护), 1998, 24
(3): 14-16 (in Chinese)
[23]  Qiang S (强  胜). Weed Science. Beijing: China Agri⁃
culture Press, 2001 (in Chinese)
[24]  Wang Y⁃Z (王英姿), Ji M⁃S (纪明山), Qi Z⁃Q (祁
之秋), et al. Occurrence of weeds in orchards in Liao⁃
ning Province. Plant Protection (植物保护), 2008, 34
(4): 98-101 (in Chinese)
[25]  Putman RJ, Wratten SD. Principles of Ecology. Califor⁃
nia: University of California Press, 1984: 320-326
[26]  Parish T, Lakhani KH, Sparks TH. Modelling the rela⁃
tionship between bird population variables and hedgerow
and other field margin attributes. Ⅰ. Species richness of
winter, summer and breeding birds. Journal of Applied
Ecology, 1994, 31: 764-775
[27]  Hill MO. Diversity and evenness: A unifying notation
and its consequences. Ecology, 1973, 54: 427-432
[28]   Blackshaw RE. Application method of nitrogen fertilizer
affects weed growth and competition with winter wheat.
Weed Biology and Management, 2004, 4: 103-113
[29]  Grant CA, Derksen DA, Blackshaw RE, et al. Differen⁃
tial response of weed and crop species to potassium and
sulphur fertilizers. Canadian Journal of Plant Science,
2007, 87: 293-296
[30]  Shen MX, Yang LZ, Yao YM, et al. Long⁃term effects
of fertilizer managements on crop yields and organic car⁃
bon storage of a typical rice⁃wheat agroecosystem of Chi⁃
na. Biology and Fertility of Soils, 2007, 44: 187-200
[31]  Tarek AE. Chemical fertilizers could offer a real solution
for minimizing over consumption of herbicides for con⁃
trolling weeds in faba bean (Vicia faba L.). Trends in
Applied Sciences Research, 2008, 3: 142-153
[32]  Liu T (刘  婷), Ye C⁃L (叶成龙), Chen X⁃Y (陈小
云), et al. Effects of different organic manure sources
and their combinations with chemical fertilization on soil
nematode community structure in a paddy field of East
China. Chinese Journal of Applied Ecology (应用生态学
报), 2013, 24(12): 3508-3516 (in Chinese)
[33]   Zhao J, Zhang RF, Xue C, et al. Pyrosequencing re⁃
veals contrasting soil bacterial diversity and community
structure of two main winter wheat cropping systems in
China. Microbial Ecology, 2014, 67: 443-453
[34]  Zhao J, Ni T, Li Y, et al. Responses of bacterial com⁃
munities in arable soils in a rice⁃wheat cropping system
to different fertilizer regimes and sampling times. PLoS
One, 2014, 9(1): e85301
[35]  Paolini R, Principi M, Froud⁃Williams RJ. Competition
between sugar beet and Sinapis arvensis and Chenopo⁃
dimn album, as affected by timing of nitrogen fertiliza⁃
tion. Weed Research, 1999, 39: 425-440
[36]  Gu Q⁃Z (古巧珍), Yang X⁃Y (杨学云), Sun B⁃H
(孙本华), et al. Weed biodiversity in winter wheat
field of loess soil under different fertilization regimes.
Chinese Journal of Applied Ecology (应用生态学报),
2007, 18(5): 1038-1042 (in Chinese)
[37]  Xiang Z⁃X (向佐湘), Shan W⁃X (单武雄), He Q⁃H
(何秋虹), et al. Effect of ecologically⁃based weed
management strategies on weed community and diversity
in hilly tea plantations. Chinese Journal of Eco⁃
Agriculture (中国生态农业学报), 2009, 17 ( 5):
857-861 (in Chinese)
[38]  Gough L, Grace JB, Taylor KL. The relationship be⁃
tween species richness and community biomass: The im⁃
portance of environmental variables. Oikos, 1994, 70:
271-279
[39]  Huenneke LF, Hamburg SP, Koide R, et al. Effects of
soil resources on plant invasion and community structure
in Californian serpentine grassland. Ecology, 1990, 71:
478-491
[40]  Yin LC, Cai ZC, Zhong WH. Changes in weed commu⁃
nity diversity of maize crops due to long⁃term fertiliza⁃
tion. Crop Protection, 2006, 25: 910-914
作者简介  袁  方,男,1986 年生,硕士,农艺师. 主要从事
农作物有害生物监测研究. E⁃mail: 425565081@ qq.com
责任编辑  张凤丽
袁方, 李勇, 李粉华, 等. 不同施肥方式对稻麦两熟制小麦田杂草群落的影响. 应用生态学报, 2016, 27(1): 125-132
Yuan F, Li Y, Li F⁃H, et al. Effects of different fertilization regimes on weed communities in wheat fields under rice⁃wheat cropping
system. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(1): 125-132 (in Chinese)
231 应  用  生  态  学  报                                      27卷