全 文 ：耕作方式对华北寒旱区燕麦田杂草群落结构的影响*
张摇 莉1 摇 张立峰1,2**摇 武东霞1 摇 张君君1
( 1河北农业大学农学院, 河北保定 071000; 2农业部张北农业资源与生态环境重点野外科学观测试验站, 河北张家口
076450)
摘摇 要摇 为了明确不同耕作方式对燕麦田杂草群落结构及作物生产的影响,依托华北寒旱区
定位 10 年的免耕、深松、翻耕田间试验,并设置 10 年免耕后翻耕和 10 年深松后翻耕处理,监
测了 2 种土壤类型下燕麦田不同耕作方式的杂草总密度、优势杂草种类、杂草多样性指数和
生物量以及燕麦产量.结果表明: 区域杂草群落结构以狗尾草为主;长期免耕下燕麦田不同
生育期杂草密度为翻耕的 2. 20 ~ 5. 14 倍,而长期免耕或深松后翻耕处理的杂草密度与翻耕
差异不显著.免耕下砂质栗钙土与壤质草甸栗钙土燕麦田的杂草 Shannon 多样性指数分别达
0. 429 和 0. 531,免耕下杂草生物量是翻耕处理的 1. 35 和 2. 26 倍,而燕麦生物产量较翻耕处
理减少 22. 3%和 46. 2% .表明耕作方式与土壤类型共同决定杂草群落特征.华北寒旱区长期
免耕具有促进农田植物群落自然演化、容蓄多年生宿根类杂草的特征,而翻耕具有降低一年
生杂草密度、灭除浅位性宿根杂草、激发深位性宿根杂草的特征;杂草多样性与作物高产性相
悖演化.
关键词摇 耕作措施摇 杂草摇 生物多样性摇 竞争摇 燕麦产量
文章编号摇 1001-9332(2014)06-1725-08摇 中图分类号摇 S512. 6摇 文献标识码摇 A
Effect of tillage patterns on the structure of weed communities in oat fields in the cold and
arid region of North China. ZHANG Li1, ZHANG Li鄄feng1,2, WU Dong鄄xia1, ZHANG Jun鄄jun1
( 1 College of Agronomy, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, Hebei, China;
2Zhangbei Agricultural Resource and Ecological Environment Field Research Station, Ministry of Ag鄄
riculture, Zhangjiakou 076450, Hebei, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(6): 1725-1732.
Abstract: In order to clarify the effects of tillage patterns on farmland weed community structure
and crop production characteristics, based on 10 years location experiment with no鄄tillage, subsoi鄄
ling and conventional tillage in the cold and arid region of North China, and supplementary experi鄄
ment of plowing after 10 years no鄄tillage and subsoiling, oat was planted in 2 soils under different
tillage patterns, and field weed total density, dominant weed types, weed diversity index, field
weed biomass and oats yield were measured. The results showed that the regional weed community
was dominated by foxtail weed (Setaira viridis); the weed density under long鄄term no鄄tillage was
2. 20-5. 14 times of tillage at different growing stages of oat, but there were no significant differ鄄
ences between conditional tillage and plowing after long鄄term no鄄tillage and subsoiling. Field weed
Shannon diversity indices were 0. 429 and 0. 531, respectively, for sandy chestnut soil and loamy
meadow soil under no鄄tillage conditions, and field weed biomass values were 1. 35 and 2. 26 times
of plowing treatment, while the oat biomass values were only 2807. 4 kg· hm-2 and 4053. 9
kg·hm-2, decreased by 22. 3% and 46. 2% , respectively. The results showed that the weed com鄄
munity characteristics were affected by both tillage patterns and soil types. Long鄄term no鄄tillage
farmland in the cold and arid region of North China could promote the natural evolution of plant
communities by keeping more perennial weeds, and the plowing pattern lowered the annual weed
density, eliminated perennial weeds with shallow roots, and stimulated perennial weeds with deep
roots.
Key words: tillage; weed; biodiversity; competition; oat yield.
*农业部公益性行业(农业)科研专项经费项目(201003053)资助.
**通讯作者. E鄄mail: zlf@ hebau. edu. cn
2013鄄09鄄16 收稿,2014鄄03鄄28 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 6 月摇 第 25 卷摇 第 6 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2014, 25(6): 1725-1732
摇 摇 传统耕作以翻埋与消灭杂草为主要田间管理措
施,而耕作农田的风水侵蚀与温室气体排放、耕地作
业的能量消耗与高额成本,以及耕种作物的单一群
体与系统不稳定性,都要求探索替代以翻耕为基础
的传统耕作方式的新技术.自 20 世纪 50 年代国际
上出现了以不耕地、秸秆留田、喷洒除草剂和采用免
耕播种机为核心的“免耕法冶 [1-2],为农田管理技术
的改革提供了新的思路与途径. 自此,以免耕、深松
以及隔季或隔年耕作为标志的保护性耕作研究,受
到学界与社会的普遍关注. 少免耕作在控制土壤风
蚀、水蚀和沙尘污染[3-4],提高土壤肥力和抗旱节
水[5-7],以及节能减排和节本增效[5-6]等地气资源环
境改善方面效果显著. 而对农田生物群落方面的影
响,由于涉及作物产量与品质,在全球食物安全背景
下也日益受到重视. 农田杂草作为农田生态系统中
影响作物生产质量的重要因素,在与其共栖作物、土
壤耕作措施等生态因素的协同进化中,演化为具有
特异生境适应性的杂草群落,因此少免耕作条件下
杂草群落的变异反应备受关注. 杂草增加了农田生
态系统的生物多样性,具有诱引昆虫以辅助传粉、覆
被地面防止水土流失,以及固着养分促进循环等作
用而有益于作物生产[8-11];而杂草作为作物的同营
养级生物,又与共栖的作物存在养分、水分与光照等
资源的竞争[12] .生态环境的变化和人类生产活动的
干扰都能引起杂草密度和群落结构的改变,免耕麦
田杂草密度达翻耕的 2. 57 倍,导致小麦减产
11郾 3% [13] .半干旱气候条件下,春季与秋季休耕农
田杂草多样性指数分别为 1. 72 和 1. 76,大于浅耕
葡萄地[14],休耕加速了农田生态系统中杂草群落的
自然演进过程.东北平原免耕玉米田不施用除草剂
条件下,6 月底杂草种类、密度较翻耕分别增加
50郾 0% 、69. 2% ,除草剂成为阻滞杂草侵入、控制农
田杂草生物量的重要技术[15] .不同耕作方式下的农
田杂草群落演变特征,成为根据立地条件选配适宜
耕作措施的依据.本文以华北寒旱区一熟燕麦田为
研究对象,以传统的翻耕方式为对照,通过监测免
耕、深松长期作用下燕麦田的杂草群落特征及其对
作物生产的影响,明确土壤类型、栽培作物、耕作方
式等因素作为生境选择压力,对共栖杂草群落结构
的影响,为耕作方式的生态鄄生产效果评价提供科学
依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验区背景与试验设计
试验在地处华北寒旱区的河北省张家口市河北
农业大学张北实验站进行. 华北寒旱区位于北方平
原农区与内蒙古牧区的过渡地带,区域海拔 1420
m,年均温 2. 6 益,年均降水量 398 mm;受寒旱气候
环境与水土资源匮乏的影响,区域自然景观为以针
茅(Stipa capillata)鄄羊草(Leymus chinensis)群落为主
的干草原植被,农田为短季作物一熟生产.
田间试验背景为起始于 2001 年不同土壤耕作
方式的两个长期定位试验,土壤类型分为砂质栗钙
土和壤质草甸栗钙土,南北距 1500 m,种植作物为
燕麦,品种为‘坝莜一号爷;随播种施肥,全年雨养旱
作.试验设置 3 个主处理,分别为免耕(M)、深松
(S)和翻耕(F);2012 年在主处理基础上附加 10 年
免耕以后翻耕(MF)和 10 年深松以后翻耕(SF)处
理.试验采用随机区组设计,每个处理设 3 次重复,
砂质栗钙土与壤质草甸栗钙土田间小区面积分别为
6 m伊15 m和 15 m伊25 m. 田间作业工序:深松采用
凿型深松铲,作业深度 25 cm;常规耕作采用铧式犁
耕翻,作业深度 20 cm;免耕为联合收获机 25 cm 留
茬收获后不进行任何土壤管理. 本试验常年不施用
除草剂,于燕麦拔节期人工除草;2012 年在每处理
区预留样方 1 m伊1 m,监测农田杂草群落动态.燕麦
于 2012 年 6 月 1 日播种,9 月 15 日收获.
1郾 2摇 田间调查
采用 5 点取样法,每样方 0. 5 m伊0. 5 m,分别于
燕麦的苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期 5 个
生育时期,调查各处理区燕麦田的杂草总密度、生物
量、种类、株高及燕麦茎数等. 燕麦收获时测产和室
内考种.用相对密度(P i)作为衡量某种杂草重要程
度的指标;计算 Shannon 多样性指数(H)、Simpson
多样性指数(D)、Pielou均匀度指数(J)、Margalef 物
种丰富度指数(DMG)等.其测度公式为:
P i =Ni / N
H =移
S
i = 1
P i lnP i
D = 1 - 移
S
i = 1
P i2
J=H / lnS
DMG=(S-1) / (lnN)
式中:Ni为样方中第 i种杂草的密度;N 为样方中杂
草的总密度;S为各小区中 1 / 4 m2 内杂草种类数.
1郾 3摇 数据处理
运用 Excel 2003 和 SPSS 11. 0 统计软件对田间
杂草的原始数据进行处理,采用 LSD 法进行差异显
6271 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
著性分析,显著性水平设置为 琢=0. 05.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同耕作方式对燕麦田杂草群落总密度的
影响
不同耕作方式下燕麦田杂草与燕麦总密度监测
结果见表 1. 砂质栗钙土燕麦田翻耕处理生育期的
杂草总密度呈“双峰型冶变化特征.燕麦苗期至拔节
期杂草总密度升高 75. 9% ;抽穗期密度降低,较拔
节期下降 46. 5% ;至成熟期杂草密度再次上升,达
抽穗期的 2. 43 倍.从苗期至拔节期杂草的密度升高
过程与燕麦总茎数发育相似,期间相对充足的农田
资源环境支撑了杂草与燕麦的内禀性增长过程;抽
穗期杂草密度下降,与燕麦生物量迅速增长所造成
的田间资源环境强烈竞争有关;而成熟期杂草密度
再次上升,则更多的缘于燕麦生长势的快速降低和
短季杂草的滋生. 10 年免耕或深松之后进行翻耕处
理、常年深松处理杂草密度与常年翻耕处理的变化
特征相类似;而免耕处理两个峰值的增幅则较翻耕
处理小.
砂质栗钙土燕麦田免耕与深松处理的杂草总密
度与翻耕处理相比有升高的趋势. 免耕处理不同生
育期的杂草密度为翻耕处理的 2. 20 ~ 4. 03 倍,差异
显著;深松处理杂草密度为翻耕处理的 1. 18 ~ 2. 28
倍,差异不显著. 10 年免耕后翻耕和 10 年深松后翻
耕处理杂草密度与翻耕处理差异不显著. 免耕下高
密度的杂草成为燕麦生产的重要竞争因素,而自苗
期奠定的高密度杂草基础,成为免耕方式下杂草群
落演替的基本特征.
壤质草甸栗钙土燕麦田翻耕处理苗期的杂草密
度最高,随生育期推移密度降低,生育期杂草总密度
变化呈下降趋势(表 1),这与壤质草甸栗钙土相对
优越的水养资源增强了燕麦的生长势与竞争力有
关.长期免耕与深松之后的翻耕处理,具有与常年翻
耕近似的变化特征;而免耕处理则表现出类似砂质
栗钙土燕麦田的“双峰型冶变化特征,只是第一个峰
值提前至分蘖期;深松处理的杂草密度的时序变化
介于翻耕与免耕处理之间.
壤质草甸栗钙土燕麦田免耕与深松处理的杂草
总密度与翻耕处理相比有升高的趋势. 免耕不同生
育期的杂草密度为翻耕处理的 3. 11 ~ 5. 14 倍,除苗
期外,与翻耕处理差异显著;深松处理杂草密度为翻
耕处理的 1. 55 ~ 2. 53 倍,与翻耕、长期免耕后翻耕
和深松等处理差异不显著.
2郾 2摇 不同耕作方式对燕麦田杂草优势种类的影响
对燕麦田的杂草密度监测结果(表 1)表明,燕
麦田拔节期的杂草种类与密度在整个生育期内具有
较好的代表性,而此时杂草对燕麦生长的影响也很
大.由表 2 可知,砂质栗钙土燕麦田拔节期的常见杂
草为一年生杂草,包括狗尾草、黍子、野荞麦和灰绿
藜;多年生杂草有赖草、苣荬菜、蒲公英、驴耳凤毛菊
等.多年翻耕与深松处理燕麦田的杂草种类最少,只
有 2 种,狗尾草相对密度(P i)达 99. 6%和 99. 7% ,
且未出现多年生杂草;免耕处理燕麦田的杂草种类最
表 1摇 各处理燕麦田不同生育时期杂草密度
Table 1摇 Weed density at different stages of oat under different treatments (n=5)
土壤类型
Soil type
耕作方式
Tillage
pattern
生育时期 Growth stage
苗期
Seeding stage
杂草
Weed
(plant·
m-2)
燕麦
Oat
(stem·
m-2)
分蘖期
Tillering stage
杂草
Weed
(plant·
m-2)
燕麦
Oat
(stem·
m-2)
拔节期
Jointing stage
杂草
Weed
(plant·
m-2)
燕麦
Oat
(stem·
m-2)
抽穗期
Heading stage
杂草
Weed
(plant·
m-2)
燕麦
Oat
(stem·
m-2)
成熟期
Maturity stage
杂草
Weed
(plant·
m-2)
砂质栗钙土 玉 554. 0a 300. 6bc 547. 2a 485. 2c 680. 0a 553. 7bc 353. 3a 257. 4b 692. 0a
Sandy chestnut 域 292. 8b 350. 0a 347. 2b 524. 1bc 393. 3b 531. 5c 294. 7ab 255. 0b 372. 0b
soil 芋 137. 3b 354. 3a 222. 4b 667. 3a 241. 6b 716. 7a 129. 3b 346. 3a 314. 7b
郁 221. 3b 260. 5c 166. 4b 559. 9b 272. 8b 637. 7ab 184. 0ab 265. 5b 257. 3b
吁 250. 7b 314. 8ab 288. 0b 532. 7b 337. 6b 724. 1a 108. 0b 296. 3ab 305. 3b
壤质草甸栗钙土 玉 953. 3a 311. 8b 1045. 0a 485. 8a 654. 4a 441. 4c 565. 3a 317. 9b 704. 0a
Loamy meadow 域 444. 0ab 374. 1a 448. 0b 574. 7a 447. 2ab 687. 7a 334. 7b 444. 5a 368. 0b
chestnut soil 芋 286. 7b 368. 5a 203. 2b 568. 6a 210. 4b 700. 7a 156. 0c 374. 7ab 145. 3b
郁 442. 7ab 361. 1a 283. 2b 535. 8a 262. 4b 635. 8ab 342. 7b 382. 7ab 178. 7b
摇 吁 402. 7ab 315. 5b 245. 6b 531. 5a 416. 8ab 555. 6ab 218. 7bc 368. 5ab 185. 3b
玉: 免耕 No tillage; 域:深松 Subsoiling; 芋:常规耕作 Conventional tillage; 郁: 10 年免耕后翻耕 Plowing after 10 years no鄄tillage; 吁: 10 年深松
后翻耕 Plowing after 10 years subsoiling. 同列中不同字母表示处理间差异显著(P<0. 05) Different letters in the same column meant significant
difference among treatments at 0. 05 level. 下同 The same below.
72716 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 张摇 莉等: 耕作方式对华北寒旱区燕麦田杂草群落结构的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
多,为 6 种,狗尾草同样为优势种,其 P i为82郾 7% ,多
年生杂草相对密度占 14. 4% .宿根类多年生杂草的
侵入与繁衍成为免耕方式下杂草群落结构演替的重
要特征.免耕田只进行 1 年的翻耕作业,多年生杂草
的相对密度即可降至 0. 3% ,翻耕灭除砂质栗钙土
田宿根类杂草的功效显著.
由表 3 可知,狗尾草同样是壤质草甸栗钙土燕
麦田的优势种.常年翻耕处理燕麦田有 9 种杂草,狗
尾草 P i为 78. 0% ;多年生宿根草密度为 22. 4 株·
m-2,其中以小芦苇为主,Pi达 6. 5%;多年免耕或深松
后翻耕处理,多年生宿根草密度为 15. 2 ~ 18. 4 株·
m-2,因此,翻耕难以灭除草甸栗钙土燕麦田的宿根
类杂草.常年免耕燕麦田有 6 种杂草,狗尾草 P i为
80. 1% ;多年生宿根草密度为 52. 0 株·m-2,是翻耕
田的 2. 32 倍,其中以赖草为主,达 40. 0 株·m-2,P i
为 6. 1% .多年生浅根性宿根草的繁衍是免耕方式
下杂草群落增长的重要标志;翻耕则具有灭除浅根
性宿根类杂草的作用.
2郾 3摇 不同耕作方式对燕麦田杂草多样性指数的
影响
由表 4 可知,砂质栗钙土燕麦田杂草的 Shannon
多样性指数(H)、Simpson多样性指数(D)、Pielou均
表 2摇 不同耕作方式下砂质栗钙土燕麦田拔节期的杂草种类及密度
Table 2摇 Weed species and their densities at the heading stage of oat in sandy chestnut soil under different tillage patterns
生活型
Life form
杂草种类
Weed
species
耕作方式 Tillage pattern
玉
密度
Density
(plant·m-2)
P i
(% )
域
密度
Density
(plant·m-2)
P i
(% )
芋
密度
Density
(plant·m-2)
P i
(% )
郁
密度
Density
(plant·m-2)
P i
(% )
吁
密度
Density
(plant·m-2)
P i
(% )
一年生杂草 A 562. 4a 82. 7 392. 0ab 99. 7 220. 8b 99. 6 272. 0b 99. 7 335. 2b 99. 3
Annual weed B 13. 6 2. 0 - - - - - - - -
C 6. 4 0. 9 - - 0. 80 0. 4 - - 0. 8 0. 2
D - - 1. 3 0. 3 - - - - - -
多年生杂草 E 89. 6 13. 2 - - - - 0. 8 0. 3 - -
Perennial F 7. 2 1. 1 - - - - - - - -
weed G 0. 8 0. 1 - - - - - - - -
H - - - - - - - - 0. 8 0. 2
I - - - - - - - - 0. 8 0. 2
总密度 Total density 680. 0 393. 3 221. 6 272. 8 337. 6
种类数 Species number 6 2 2 3 4
A: 狗尾草 Setaira viridis; B: 野荞麦 Fagopyrum dibotrys; C: 黍子 Pentium miliaceum; D: 灰绿藜 Chenopodium glaucum; E: 赖草 Aneurolepidium
dasystachys; F: 苣荬菜 Sonchus brachyotus; G:蒲公英 Taraxacum mongolicum; H:酸模 Polygonum lapathifolium; I:驴耳凤毛菊 Saussurea glomera鄄
ta. 下同 The same below.
表 3摇 不同耕作方式下壤质草甸栗钙土燕麦田拔节期的杂草种类及密度
Table 3摇 Weed species and their densities at the heading stage of oat in loamy meadow chestnut soil under different tillage
patterns
生活型
Life form
杂草种类
Weed
species
耕作方式 Tillage pattern
玉
密度
Density
(plant·m-2)
P i
(% )
域
密度
Density
(plant·m-2)
P i
(% )
芋
密度
Density
(plant·m-2)
P i
(% )
郁
密度
Density
(plant·m-2)
P i
(% )
吁
密度
Density
(plant·m-2)
P i
(% )
一年生杂草 A 524. 0a 80. 1 418. 4ab 93. 6 164. 0b 78. 0 237. 6ab 90. 6 389. 6ab 93. 5
Annual weed B 12. 8 2. 0 3. 2 0. 7 4. 0 1. 9 0. 8 0. 3 0. 8 0. 2
C 65. 6 10. 0 24. 0 5. 4 20. 0 9. 5 5. 6 2. 1 11. 2 2. 7
多年生杂草 E 40. 0 6. 1 - - 4. 0 1. 9 15. 2 5. 8 5. 6 1. 3
Perennial F 1. 6 0. 2 - - - - - - - -
weed I - - - - 1. 6 0. 8 - - - -
J 10. 4 1. 6 1. 6 0. 4 13. 6 6. 5 3. 2 1. 2 9. 6 2. 3
K - - - - 0. 8 0. 4 - - - -
L - - - - 0. 8 0. 4 - - - -
M - - - - 1. 6 0. 8 - - - -
总密度 Total density 654. 4 447. 2 210. 4 262. 4 416. 8
种类数 Species number 6 4 9 5 5
J: 小芦苇 Calamagrostis canescens; K: 节节草 Equisetum ramosissimum; L: 问荆 Equisetum arvense; M: 刺儿菜 Cirsium setosum.
8271 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
表 4摇 不同耕作方式下燕麦田拔节期杂草多样性指数
Table 4摇 Biodiversity indices of weed at the heading stage
of oat under different tillage patterns
土壤类型
Soil type
耕作方式
Tillage
pattern
多样性指数
Biodiversity index
H D J DMG
砂质栗钙土 玉 0. 429 0. 324 0. 328 0. 500
Sandy chestnut 域 0. 010 0. 003 0. 014 0. 042
soil 芋 0. 049 0. 022 0. 070 0. 098
郁 0. 015 0. 006 0. 022 0. 047
吁 0. 035 0. 013 0. 051 0. 132
壤质草甸栗钙土 玉 0. 531 0. 331 0. 468 0. 451
Loamy meadow 域 0. 240 0. 133 0. 274 0. 243
chestnut soil 芋 0. 585 0. 321 0. 441 0. 555
郁 0. 266 0. 139 0. 219 0. 333
吁 0. 291 0. 142 0. 263 0. 382
匀度指数(J)及 Margalef物种丰富度指数(DMG)均
以免耕处理最高,分别为 0. 429、0. 324、0. 328 和
0郾 500.结合燕麦田拔节期杂草种类及密度特征(表
2)分析,免耕方式下砂质栗钙土燕麦田的杂草不仅
种类多、密度大、均度高,而且具有促进农田植物群
落自然演替的特征,因此成为农田燕麦群体的竞争
者.与免耕方式相比,翻耕方式 H 值为 0. 049,杂草
多样性显著降低,可见,翻耕有效控制了杂草对燕麦
的资源竞争;而且即使多年免耕后进行一次翻耕,也
同样具有显著控制杂草的效果.
壤质草甸栗钙土在翻耕处理的杂草 H、D、J 及
DMG值分别为 0. 585、0. 321、0. 441 和 0. 555,接近
甚至超过免耕处理(0. 531、0. 331、0. 468、0郾 451),表
明与免耕相比,翻耕处理并没有明显改变燕麦田杂
草的丰富度和均匀度. 结合壤质草甸栗钙土燕麦田
拔节期杂草种类及密度监测结果(表 3),翻耕处理
除具有降低一年生杂草密度和灭除浅根性宿根类杂
草作用外,尚具有激发某些类型杂草发育的特性.
2郾 4摇 杂草和燕麦株高、生物量和产量的影响
2郾 4郾 1 杂草株高和生物量 摇 以优势种狗尾草为代
表,砂质栗钙土与壤质草甸栗钙土燕麦田不同生育
期的杂草株高(图 1)监测结果表明,在燕麦拔节期
以前狗尾草株高呈稳定增长趋势,抽穗期基本达到
最高值.砂质栗钙土燕麦田翻耕处理狗尾草株高为
42. 09 cm,免耕处理为 29. 49 cm;壤质草甸栗钙土
狗尾草株高翻耕与免耕处理分别为 32. 34 和 37. 77
cm.与狗尾草株高增长趋势相似,砂质栗钙土燕麦
田一年生杂草地上生物量至燕麦成熟期达到最高,
壤质草甸栗钙土于拔节鄄抽穗期达到最高.砂质栗钙
土燕麦田翻耕处理一年生杂草生物量为 40郾 49
g·m-2,免耕(82. 98 g·m-2)为翻耕的 2. 05 倍;壤
质草甸栗钙土翻耕处理杂草生物量为 48郾 05
g·m-2,免耕(155. 86 g·m-2)为翻耕的 3. 24 倍.砂
质栗钙土燕麦田成熟期杂草生物量较抽穗期有所增
长与短季杂草的滋生有关.杂草株高和生物量先于
图 1摇 不同耕作方式下燕麦田杂草株高和生物量的变化
Fig. 1摇 Changes of plant height and biomass of weed in oat field under different tillage patterns.
a)砂质栗钙土 Sandy chestnut soil; b)壤质草甸栗钙土 Loamy meadow chestnut soil. 玉: 免耕 No tillage; 域: 深松 Subsoiling; 芋: 常规耕作 Con鄄
ventional tillage; 郁: 10 年免耕后翻耕 Plowing after 10 years no鄄tillage; 吁: 10 年深松后翻耕 Plowing after 10 years subsoiling. Se: 苗期 Seedling
stage; Ti: 分蘖期 Tillering stage; Jo: 拔节期 Jointing stage; He: 抽穗期 Heading stage; Ma: 成熟期 Maturity stage.
92716 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 张摇 莉等: 耕作方式对华北寒旱区燕麦田杂草群落结构的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 5摇 不同耕作方式下燕麦和杂草的产量*
Table 5摇 Yield of oat and weed under different tillage patterns
土壤类型
Soli type
产 量
Yield (kg·hm-2)
耕作方式 Tillage pattern
玉 域 芋 郁 吁
砂质栗钙土 燕麦生物产量 Oats biomass 2807. 4c 3453. 9bc 5214. 2a 4701. 5a 4230. 2ab
Sandy chestnut 燕麦经济产量 Oats economic yield 524. 0c 804. 7bc 1150. 0a 988. 1ab 985. 1ab
soil 杂草生物产量*Weed biomass 1515. 7c 708. 7a 1125. 1b 682. 9a 1051. 9b
壤质草甸栗钙土 燕麦生物产量 Oats biomass 4053. 9a 5618. 5a 5216. 8a 4625. 1a 5751. 3a
Loamy meadow 燕麦经济产量 Oats economic yield 642. 8a 887. 6a 780. 6a 712. 7a 937. 0a
chestnut soil 杂草生物产量*Weed biomass 1768. 8c 881. 4a 781. 8a 1266. 7b 778. 9a
* 杂草生物产量为燕麦生育期内的最高杂草生物量 Weed biomass was the highest biomass at oat growth stage.
燕麦增长,不仅是一年生杂草繁衍的需求,而且也是
与作物错期利用地气资源、提高其群落竞争力的重
要机制.
2郾 4郾 2 杂草和燕麦产量摇 不同耕作方式下燕麦和杂
草的产量见表 5. 砂质栗钙土燕麦田免耕处理的燕
麦生物产量为 2807. 4 kg· hm-2,只有翻耕处理
(5214. 2 kg·hm-2)的 53. 8% ;免耕处理的杂草生
物量为 1515. 7 kg·hm-2,是翻耕处理燕麦生物产量
的 29. 1% ,分别是翻耕、深松处理杂草生物量的
1郾 35、2. 14 倍.杂草地气资源的竞争成为免耕燕麦
减产的重要原因.多年免耕、深松之后仅进行一次翻
耕,即可达到显著的灭草效果,实现与常年翻耕近似
的燕麦产量;而常年深松较翻耕显著减产.
壤质栗钙土燕麦田不同耕作方式间的燕麦生物
产量差异相对较小,仍以免耕处理产量最低,为
4053郾 9 kg·hm-2,是翻耕处理(5216郾 8 kg·hm-2)的
77郾 7% ; 免 耕 处 理 的 杂 草 生 物 量 为 1768郾 8
kg·hm-2,是翻耕、深松处理的 2. 26、2. 01 倍(表
5).各种耕作方式下以深松处理燕麦产量最高,可
能与深松在不破坏表土层的基础上打破犁底层,有
利于根系生长有关.
3摇 讨摇 摇 论
生物的多样化与层级化促进了生态系统生物量
的积累,系统信息量提高、稳定性增强[16] . 然而,生
态系统自然进化的产品质量却大多难以满足人类社
会的需求,通过人工辅助能投入,控制非目标生物的
种类与密度,成为农业生态系统社会演化的重要机
制[9,17-19] .耕作土壤作为传统的管理措施,在翻埋杂
草、肥料、作物残茬,创建有利于作物生产的农田环
境方面发挥着重要作用. 而控制杂草对作物的竞争
则是其最为关键的任务.本研究表明,与翻耕处理相
比,土壤免耕使农田杂草的种类、密度与生物量显著
增加,生物多样性提高,而免耕农田的生物群落演替
更趋向生态系统的自然进化过程[20],有利于自然系
统的稳定性;然而免耕处理的燕麦产量却较翻耕处
理减少 22. 3%和 46. 2% ,杂草生物量达翻耕处理的
1. 35 和 2. 26 倍,免耕农田的群落生物竞争更趋向
于作物生产的退减过程.这与韩慧芳等[21]的研究结
果一致.农田杂草多样性与作物高产相悖演化.
植物的生活型分化是生态系统自然进化的基本
机制.土壤耕作所创造的土壤理化环境作为胁迫压
力筛选与控制着农田杂草的演化[22],并最终形成与
相应耕作方式相适应的特定农田杂草群落类型,即
农田杂草生活型[23] . 本试验结果表明,长期免耕下
多年生宿根类杂草的侵入与繁衍反映了翻耕下土壤
环境对宿根类杂草的灭除效应,而草甸栗钙土燕麦
田小芦苇密度的上升与高额的生产量,则表明翻耕
对多年生宿根类杂草的选控效应存在特异性. 浅位
宿根杂草受翻耕破坏而被灭除,深位宿根杂草的土
壤浅位翻耕反而改善了其营养环境,激发了繁衍潜
势;前者以砂质栗钙土燕麦田的赖草为代表,后者以
草甸栗钙土燕麦田的小芦苇、刺儿菜为代表.这与田
欣欣等[13]和韩惠芳等[23]的研究报道相类似. 生产
中耕作胁迫下的杂草适生化要求耕作方式的创新.
作为控制杂草对作物竞争的传统措施,由机械、
燃油、劳工等因素组成的土壤耕作成本占到了农田
生产总成本的 51. 5% ~53. 1% [24],而相应的 CO2排
放、半干旱区土壤风水侵蚀与沙尘污染等负外部性
效应,则使翻耕农田的社会成本倍增[25] . 基于农田
翻耕作业的直接成本、日益增加的社会成本,由长期
耕作所导致的杂草适生性蔓延的生态成本,以及杂
草群落综合防控技术的创新,关乎作物生产的可持
续发展.探索与开发包括局域少免耕管理、化学控草
在内的农田轮耕法,有助于得到杂草控制成本与作
物高效生产的平衡点[26-27] .
Derksen等[28]和 Swanton 等[29]研究发现,杂草
密度和耕作方式之间并不存在清晰的关系,杂草群
落的变化更多受地理位置、环境和管理措施的影响.
本研究结果表明,耕作方式与土壤环境共同影响与
0371 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
决定着杂草群落特征. 翻耕深埋杂草种子可以影响
其萌发;疏松耕作土壤能促进深位性宿根杂草生长,
因此,土壤中杂草种子与繁殖根茎的埋藏深度及萌
发能力的差异,可能是不同耕作方式下杂草群落结
构变化的内因[30] .免耕下砂质栗钙土与壤质草甸栗
钙土燕麦田的杂草 Shannon多样性指数(H)分别为
0. 429 和 0. 531,具有较高的物种丰富度、群落均匀
度和物种多样性,农田植物群落表现出强势自然演
化特征.刘方明等[15]研究发现,不施加除草剂条件
下,常规耕作玉米田杂草群落较稳定;免耕玉米田杂
草群落较不稳定.而本研究中,免耕燕麦田杂草群落
稳定,可能与长达 10 年的演替有关. 要实现在控制
杂草危害、保证作物产量的同时,又能达到保护农田
生物多样性的耕作措施,还需要进行深入的研究.
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作者简介摇 张摇 莉,女,1987 年生,硕士研究生.主要从事区
域农业生态工程研究. E鄄mail: mumianshu163@ 163. com
责任编辑摇 张凤丽
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