A field study was conducted to investigate the influences of no-tillage, stubble retention and crop type on weed density, species composition and community feature in a rotation system (winter wheatcommon vetchmaize) established 12 years ago on the Loess Plateau of eastern Gansu. This study showed that the weed species composition, density and community feature varied with the change of crop phases. Notillage practice increased the weed density at maize phase, while rotation with common vetch decreased the density in the notillage field. Stubble retention reduced the weed density under maize phase and the lowest density was observed in the notillage plus stubble retention field. Notillage practice significantly increased the weed species diversity under winter wheat phase and decreased the diversity under common vetch phase. At maize phase, a greater species diversity index was observed in the notillage field. These results suggested that no-tillage practice and stubble retention possibly suppress specific weeds with the presence of some crops and crop rotation is a vital way to controlling weeds in a farming system.
全 文 :保护性耕作对陇东黄土高原轮作田杂草的影响∗
赵玉信 陆姣云 杨惠敏∗∗
(兰州大学草地农业科技学院 /草地农业生态系统国家重点实验室, 兰州 730020)
摘 要 以陇东黄土高原旱地连续 12年保护性耕作为基础,通过田间取样调查,研究了 4 种
耕作措施下冬小麦⁃箭筈豌豆⁃玉米轮作田中杂草的组成和群落特征.结果表明:不同作物生长
期的杂草种类、密度和群落特征各异.免耕使冬小麦生长期杂草密度显著增大,轮作箭筈豌豆
后免耕处理的杂草密度变小;秸秆覆盖显著降低了玉米生长期的杂草密度,玉米生长期免耕+
秸秆覆盖处理的杂草密度最低.冬小麦和箭筈豌豆轮作前后杂草的群落多样性特征完全相
反,从冬小麦生长期到箭筈豌豆生长期,免耕处理杂草群落的多样性指数先高于常规耕作处
理,后期低于常规耕作处理;玉米生长期免耕处理的多样性指数均大于其他 3种处理.因此,免
耕和秸秆覆盖在一些作物生长期能抑制杂草的发生和分布,3 种作物轮作对杂草防治具有明
显作用.
关键词 黄土旱田; 轮作; 免耕; 秸秆覆盖; 杂草
文章编号 1001-9332(2015)04-1223-08 中图分类号 S341.6, S451.1 文献标识码 A
Effect of conservation tillage on weeds in a rotation system on the Loess Plateau of eastern
Gansu, Northwest China. ZHAO Yu⁃xin, LU Jiao⁃yun, YANG Hui⁃min (State Key Laboratory of
Grassland Agro⁃ecosystems, College of Pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou Univer⁃
sity, Lanzhou 730020, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(4): 1223-1230.
Abstract: A field study was conducted to investigate the influences of no⁃tillage, stubble retention
and crop type on weed density, species composition and community feature in a rotation system
(winter wheat⁃common vetch⁃maize) established 12 years ago on the Loess Plateau of eastern Gan⁃
su. This study showed that the weed species composition, density and community feature varied with
the change of crop phases. No⁃tillage practice increased the weed density at maize phase, while ro⁃
tation with common vetch decreased the density in the no⁃tillage field. Stubble retention reduced the
weed density under maize phase and the lowest density was observed in the no⁃tillage plus stubble
retention field. No⁃tillage practice significantly increased the weed species diversity under winter
wheat phase and decreased the diversity under common vetch phase. At maize phase, a greater spe⁃
cies diversity index was observed in the no⁃tillage field. These results suggested that no⁃tillage prac⁃
tice and stubble retention possibly suppress specific weeds with the presence of some crops and crop
rotation is a vital way to controlling weeds in a farming system.
Key words: dry land of loess region; rotation; no⁃tillage; stubble retention; weed.
∗教育部科学研究重大项目 ( 313028)、甘肃省科技重大专项
(1203FKDA035)和人力资源和社会保障部 2012 年度留学人员科技
活动项目择优资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: huimyang@ lzu.edu.cn
2014⁃05⁃28收稿,2015⁃02⁃02接受.
土壤耕作是被广泛应用的杂草防除方法,但传
统耕作常导致严重的水土流失,从而给杂草的控制
提出了新的挑战.近年来,保护性耕作成为杂草防治
的重要措施.然而,保护性耕作(尤其少免耕法)常会
使杂草密度增加,不利于田间管理,甚至会导致作物
产量降低[1],所以研究杂草发生对保护性耕作的响
应具有重要意义.
保护性耕作具有保水改土、增产增收、改善生态
环境的综合效益[2-3],但同时也存在很多问题,如降
低地表温度、播种质量不易保证和杂草控制较困难
等,需要通过加强管理来克服[4] .保护性耕作能否成
功的一个重要指标是对田间杂草的控制程度[5] .因
此,保护性耕作下农田杂草的发生能否维持在合理
或者更低的水平是研究中最需要明确的问题.研究
发现,不同耕作措施下杂草的密度、生物量、杂草群
应 用 生 态 学 报 2015年 4月 第 26卷 第 4期
Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2015, 26(4): 1223-1230
落的物种多样性均有较大差异,如在不除草时冬小
麦田免耕和深松耕处理下杂草总密度显著高于常规
耕作处理[6-7];玉米季中全免耕处理的杂草平均生
物量比半免耕处理高 77.5%~99.4%[8];免耕及免耕
+秸秆覆盖可以显著降低杂草群落的优势度[9] .这些
研究反映了杂草的发生及其群落结构特征与土壤耕
作效应的相关性,为杂草治理提供了新的思路和
方法.
轮作是普遍应用于杂草防治、提高作物产量和
改善农田生态环境的一项农业技术措施,在生产中
经常与土壤耕作措施协同应用.轮作系统能抑制杂
草的发生,原因在于不同的作物轮作序列导致了不
同的资源竞争环境和化感干扰,而且对土壤的扰动
和机械损伤模式提供了一个不稳定、不健康的环境,
有利于防止某种特定杂草的增殖[10] .还有研究发
现,多元化的作物长期轮作可以减少有机生产系统
中重要的一年生阔叶杂草种子库的种群和数量[11] .
由于作物轮作和耕作措施之间是相互作用的,很多
结论只是一个总的概括,缺乏作物类型和结构对杂
草组成及群落特征影响的研究.
陇东黄土高原旱农区生态环境脆弱,杂草危害
逐年加重,传统耕作导致耕地质量下降[12-14],而冬
小麦⁃豆类⁃玉米轮作是该地区土地利用强度很高的
种植模式之一[15] .轮作结合保护性耕作理论上可以
缓解生态危机,提高降水保蓄率,培肥土壤,降低杂
草的危害.因此,本研究以陇东黄土高原旱农区连续
12年保护性耕作为基础,通过田间取样调查,研究
了 4 种耕作措施下冬小麦⁃箭筈豌豆⁃玉米轮作田中
杂草的组成和群落特征,以期明确保护性耕作对轮
作不同阶段杂草的影响差异及轮作作物序列与杂草
组成和群落特征的关系.
1 研究地区与研究方法
1 1 试验地概况
试验地为自 2001年起轮作 13年的保护性耕作
地,位于甘肃庆阳黄土高原兰州大学草地农业系统
试验站(35°29′ N,107°55′ E).该地海拔 1300 m,气
候冬春季寒冷干燥,秋季多风,夏季炎热.年日照时
数 2300~2700 h,年平均气温 8 ~ 10 ℃,极端最高气
温 39.6 ℃,极端最低气温-22.4 ℃,>5 ℃年平均积
温 3445 ℃.无霜期平均为 150~190 d,年降水量 480~
660 mm,年平均蒸发量 1100 ~ 1500 mm.土壤质地为
黑垆土.
1 2 试验设计与田间管理
试验采用随机区组设计,在冬小麦⁃箭筈豌豆⁃
玉米轮作系统中设置了 4 种处理(表 1):常规耕作
(T)、常规耕作+秸秆覆盖(TS)、免耕(NT)和免耕+
秸秆覆盖(NTS),每处理 3 个重复,小区面积为 52
m2(13 m×4 m).为了避免年际变化对作物的影响,
使 3种作物出现在同一年,试验设置了 2 个轮作序
列:冬小麦⁃箭筈豌豆⁃玉米(序列 1)和玉米⁃冬小麦⁃
箭筈豌豆(序列 2).其中冬小麦品种为西峰 24 号
(Triticum aestivum),箭筈豌豆品种为兰箭 3 号
(Vicia sativa),玉米品种为中单 2 号(Zea mays),均
是当地商用品种.
大田管理:2012 年 9 月 19 日播种冬小麦,行距
为 15 cm,播量为 187 kg·hm-2,2013 年 6 月 25 日
收获小麦,然后轮作播种箭筈豌豆,箭筈豌豆的行距
和株距均为 25 cm,10 月 23 日收获(序列 1).2013
年 4月 18日播种玉米,行距 38 cm,株距 40 cm,播
量 30 kg·hm-2,9 月 21 日收获(序列 2).杂草的处
理方式:2001—2012年在 3 种作物生长期按当地的
管理方式进行除草(除草剂+人工除草),2013 年为
了全面调查杂草的发生及不同生长期的特征不采用
任何除草措施.施肥:冬小麦底肥施 300 kg·hm-2磷
二铵,拔节期追施尿素(N 46%)150 kg·hm-2;玉米
底肥施 300 kg·hm-2磷酸二铵,施 300 kg·hm-2尿
素作为追肥 (大喇叭口期);箭筈豌豆底肥施 63
kg P 2O5 ·hm
-2的磷肥.
1 3 调查取样与测定方法
2013年 4—9月在冬小麦、箭筈豌豆和玉米生
长期各进行 5 次调查,采用 5 点取样法按取样框
(0 5 m×0.5 m)取杂草地上部分,统计样方中杂草
的种类、株(分蘖)数和频率.
杂草密度为每平方米的杂草株(分蘖)数,物种
丰富度(S)为调查样方中所有杂草的种类数[16] .相
表 1 试验处理
Table 1 Experimental treatment
代号 处理 Treatment 具体操作 Operation
T 常规耕作 Conventional tillage 在每种作物收获后耕作一次,耕
深 30 cm左右
TS 常规耕作+秸秆覆盖 Convention⁃
al tillage+stubble retention
常规耕作,前茬作物收获后秸秆
还田,冬小麦和箭筈豌豆秸秆全
部还田,玉米秸秆一半还田
NT 免耕 No⁃tillage 较少扰动土壤,用免耕播种机
播种
NTS 免耕+秸秆覆盖 No⁃tillage+stub⁃
ble retention
免耕,前茬作物收获后秸秆还田
(还田量同 TS)
4221 应 用 生 态 学 报 26卷
对重要值(RI) = (RD+RF) / 2,式中,RD 为相对密
度,即某小区某种杂草的密度占所有杂草总密度的
比例; RF为相对频度,即某小区某种杂草出现的样
方数占小区所有杂草出现的总样方数的比例[17-19] .
Shannon指数(H)= -∑P i lnP i,式中,P i =Ni / N,Ni为
样方中第 i 个物种的个体数,N 为样方中物种总个
体数;群落优势度 Simpson指数(D)= ∑P i 2;群落均
匀度 Pielou指数(J)= H / lnS;群落相似性 Bray⁃Cur⁃
tis指数(RN)= 2jN / (aN +bN),式中:aN、bN分别为群
落 A、B所有物种的个体数目之和;jN为群落 A 和 B
共有种中个体数目较小者之和[9] .
1 4 数据处理
所得数据用 Excel 2010软件进行处理,用 SPSS
18.0统计软件进行方差分析,采用邓肯多重比较法
进行差异显著性分析.
2 结果与分析
2 1 保护性耕作措施下 3 种作物生长期杂草的种
类与平均密度
在冬小麦生长期的 5 次调查中共发现 15 科 28
种杂草(18 种一年生,10 种多年生),其中 18 种为
较多发生的杂草(表 2),其他为偶发性杂草,其中狗
表 2 不同耕作措施下冬小麦生长期杂草的种类和平均
密度
Table 2 Weed species and average density in the growing
season of winter wheat under different tillage practices
生活型
Life form
种类
Species
密度 Density(ind·m-2)
T TS NT NTS
1年生 荠菜 Capsella bursa⁃pastoris 1.6b 1.3b 8.0a 7.7a
Annual 播娘蒿 Descuminia sophia 0.3a 0.1a 0.2a 0.1a
weed 遏蓝菜 Thlaspi arvense 1.1a 2.5a 1.2a 0.7a
离子芥 Chorispora tenella 0.9a 0.6a 0.9a 1.9a
菊叶香藜 Chenopodium foetidum 3.3a 5.6a 5.1a 4.1a
刺藜 Chenopodium aristatum 3.1a 1.3a 2.3a 3.4a
藜 Chenopodium album 8.7a 10.6a 6.5a 7.5a
画眉草 Eragrostis pilosa 4.3b 0.9b 15.6a 5.7b
狗尾草 Setaria viridis 19.3ab 27.4a 30.2a 34.5a
附地菜 Trigonotis peduncularis 2.1b 0.5b 14.0a 17.8a
马齿苋 Portulaca oleracea 4.3a 1.9a 1.6a 1.7a
多年生 打碗花 Calystegia hederacea 3.3a 6.9a 5.8a 7.7a
Perennial 田旋花 Convolvulus arvensis 0.6b 0b 3.6a 3.6a
weed 山苦荬 Ixeris chinensis 0.1a 0a 1.5a 4.1a
蒲公英 Taraxacum officnala 0a 0a 0.1a 0.3a
夏枯草 Lagopsis supina 0b 0b 1.7a 1.1a
地丁草 Corydalis bungeana 0a 0a 1.7a 1.5a
早开堇菜 Viola prionantha 0.1a 0.1a 0.2a 0.1a
同行不同字母表示处理间差异显著(P<0.05) Different letters in the
same row showed significant difference among treatments at 0.05 level. 下
同 The same below.
尾草 ( Setaria viridis)、附地菜 ( Trigonotis peduncu⁃
laris)、藜(Chenopodium album)、荠菜(Capsella bursa⁃
pastoris)和打碗花(Calystegia hederacea)的发生密度
较大,占田间杂草群体数量的 70%以上,狗尾草大
量发生,在 NTS处理平均密度达到 34.5 株·m-2 .总
体上,冬小麦生长期的杂草以 1年生为主,占全部杂
草数量的 86%以上,多年生杂草以打碗花为主.不同
处理下杂草的种类和平均密度差异较大,NT和 NTS
处理杂草平均密度较 T 和 TS 处理高,附地菜的平
均密度显著升高,其他 1 年生杂草的平均密度差异
不显著;多年生杂草主要发生在 NT 和 NTS 处理的
田间(打碗花在各处理的分布较均匀),T和 TS处理
导致多年生杂草的营养繁殖受到抑制,使这些杂草
发生率很小.秸秆覆盖对杂草发生的影响并不明显,
没有表现出明显的规律性.
在箭筈豌豆生长期共发现 8 科 14 种杂草(10
种 1年生,4种多年生),9 种为较多发生的杂草(表
3),其中狗尾草、画眉草(Eragrostis pilosa)、藜、菊叶
香藜(Chenopodium foetidum)和马齿苋(Portulaca ol⁃
eracea)的发生密度较大,占田间杂草群体数量的
92%以上,狗尾草在 NTS 处理的平均密度达到了
56 9株·m-2,主要杂草仍以 1 年生为主,多年生杂
草仅占全部杂草数量的 2.6%.各处理的杂草种类和
平均密度较冬小麦生长期产生了很大差异,源于部
分杂草的消亡和发生,物种总数从 28 种减少至 14
种;T和 TS处理 3种藜科杂草和马齿苋的平均密度
均高于 NT和 NTS处理,而狗尾草和画眉草在 NT和
NTS处理的平均密度较高,3 种多年生杂草数量少,
分布不规律,田旋花(Convolvulus arvensis)只出现在
NT和 NTS处理.
表 3 不同耕作措施下箭筈豌豆生长期杂草的种类和平均
密度
Table 3 Weed species and average density in the growing
season of common vetch under different tillage practices
生活型
Life form
种类
Species
密度 Density(ind·m-2)
T TS NT NTS
1年生 藜 Chenopodium album 14.1a 8.3b 5.4b 5.9b
Annual 菊叶香藜 Chenopodium foetidum 8.0a 8.6a 6.1a 4.2a
weed 刺藜 Chenopodium aristatum. 6.6a 5.6a 2.4a 3.4a
狗尾草 Setaria viridis 34.7ab 41.0a 59.3a 56.9a
画眉草 Eragrostis pilosa 6.9b 1.3b 18.1a 5.9b
马齿苋 Portulaca oleracea 13.4a 8.7ab 3.3b 4.3b
多年生 地丁草 Corydalis bungeana 0.3a 2.5a 0.3a 0.5a
Perennial 打碗花 Calystegia hederacea 0a 1.7a 0.5a 0a
weed 田旋花 Convolvulus arvensis 0b 0b 0.2b 2.9a
52214期 赵玉信等: 保护性耕作对陇东黄土高原轮作田杂草的影响
在玉米生长期共发现 13 科 22 种杂草(其中 13
种 1 年生,9 种多年生),16 种为较多发生的杂草
(表 4),其中 3 种藜科杂草、狗尾草、女娄菜(Me⁃
landrium apricurn)和马齿苋大量发生(女娄菜只发
生在两种免耕处理下),占杂草群体数量的 86%以
上,田间主要杂草仍以 1年生为主,多年生杂草仅占
全部杂草数量的 4.5%.总体上,T 和 TS 处理的杂草
平均密度高于 NT 和 NTS 处理,与冬小麦和箭筈豌
豆生长期的杂草密度特征相反;TS和 NTS处理主要
杂草密度显著低于未覆盖秸秆的两个处理( T 和
NT),表明秸秆覆盖降低了玉米生长期的杂草密度.
多年生杂草偶发性大,不具有显著影响.
2 2 不同耕作措施下 3 种作物生长期杂草群落物
种多样性
在长期不同保护性耕作措施下,冬小麦、箭筈豌
豆和玉米生长期杂草的种类、分布差异导致各杂草
群落的多样性也发生了变化(表 5).冬小麦生长期
中,免耕处理杂草群落的物种丰富度(S)、多样性指
数(H)和群落优势度指数(D)显著高于耕作处理,
表明免耕处理下杂草群落分布更加均匀和稳定;而
秸秆覆盖处理的 H、D、J 均较未覆盖处理低,J 显著
降低,TS处理的群落多样性最低,秸秆覆盖处理的
效应较小.箭筈豌豆生长期中,两种免耕处理的杂草
群落 H、D、J 均显著低于两种常规耕作处理,与前作
冬小麦完全相反,可能是由轮作或者杂草的时间变
异引起的,秸秆覆盖的影响也很小,可能是由于冬小
表 4 不同耕作措施下玉米生长期杂草的种类和平均密度
Table 4 Weed species and average density in the growing
season of maize under different tillage practices
生活型
Life form
种类
Species
密度 Density (ind·m-2)
T TS NT NTS
1年生 藜 Chenopodium album 42.9a 43.0a 22.2ab 6.9b
Annual 菊叶香藜 Chenopodium foetidum 22.7b 10.7c 36.7a 7.9c
weed 刺藜 Chenopodium aristatum 43.5a 8.7b 24.1b 4.5b
狗尾草 Setaria viridis 34.4a 26.3ab13.1bc 4.9c
画眉草 Eragrostis pilosa 2.2b 1.5b 0.7b 16.7a
女娄菜 Melandrium apricurn 0b 0b 10.4a 17.1a
附地菜 Trigonotis peduncularis 0b 0b 0.7b 3.8a
地锦 Euphorbia humifusa 0.2b 0.4ab 1.0ab 1.67a
籽粒苋 Amaranthus hypochondriacus 1.7a 6.2a 6.2a 3.8a
马齿苋 Portulaca oleracea 20.0a 7.2ab20.8a 1.1b
多年生 打碗花 Calystegia hederacea 1.8a 7.9a 1.3a 0.8a
Perennial 田旋花 Convolvulus arvensis 0a 0a 0a 5.9a
weed 山苦荬 Ixeris chinensis 0.1a 0a 1.1a 0.1a
蒲公英 Taraxacum officnala 0a 0a 0.1a 0.1a
夏枯草 Lagopsis supina 0a 0a 0.8a 0.9a
早开堇菜 Viola prionantha 0b 0b 1.6a 0b
麦收获后秸秆直接还田,紧接着播种箭筈豌豆,秸秆
覆盖的效应很小或者没有足够的时间显现出来.玉
米生长期中,各处理杂草群落的物种多样性差异较
冬小麦和箭筈豌豆生长期小,免耕处理杂草群落多
样性略高于常规耕作处理,主要是由于各处理间的
物种数差异小,物种个体分配较均匀.
2 3 不同耕作措施对 3 种作物生长期杂草群落结
构的影响
在 4 种不同耕作处理下,冬小麦生长期杂草群
落的物种结构略有差异,主要物种的相对重要值也
发生了变化(表 6).两种常规耕作处理的主要组成
物种为离子芥 ( Chorispora tenella)、田旋花、刺藜
(Chenopodium aristatum)、荠菜和遏蓝菜(Thlaspi ar⁃
vense),其中离子芥为优势种,而两种免耕处理的主
要组成物种为播娘蒿(Descuminia sophia)、田旋花、
荠菜、离子芥和刺藜,播娘蒿为优势种,免耕处理下
播娘蒿的相对重要值较常规耕作处理显著升高.其
他种类杂草如藜、菊叶香藜、画眉草、狗尾草、附地菜
和马齿苋属于常见种,而打碗花、山苦荬 ( Ixeris
chinensis)、蒲公英 ( Taraxacum officnala)、夏枯草
(Lagopsis supine)、地丁草(Corydalis bungeana)和早
开堇菜(Viola prionantha)等多年生杂草属于偶见
种,大多数杂草的相对重要值在不同处理下的差异
不显著.秸秆覆盖与未覆盖处理的杂草相对重要值
接近,差异很小.
表 5 不同耕作措施对 3 种作物生长期杂草群落多样性的
影响
Table 5 Effects of different tillage practices on the species
diversity of weed community in the growing seasons of three
crops
作物
Crop
处理
Treatment
物种丰富度
Species
richness
Shannon
物种多样性
指数
Shannon
diversity
index
Simpson
优势度指数
Simpson
dominance
index
Pielou
均匀度指数
Pielou
evenness
index
冬小麦 T 5.00b 1.23b 0.64bc 0.83a
Winter TS 4.80b 1.01c 0.58c 0.74b
wheat NT 7.40a 1.51a 0.72a 0.78a
NTS 7.10a 1.39a 0.66ab 0.74b
箭筈豌豆 T 5.90a 1.39a 0.67a 0.80a
Common TS 5.90a 1.36a 0.66a 0.80a
vetch NT 5.50ab 0.86b 0.40b 0.50b
NTS 4.70b 0.83b 0.41b 0.55b
玉米 T 5.30b 1.08b 0.54b 0.66b
Maize TS 5.00b 1.30ab 0.68a 0.85a
NT 7.00a 1.44a 0.68a 0.75a
NTS 6.00b 1.28ab 0.62ab 0.74b
同列不同字母表示处理间差异显著(P<0.05) Different letters in the
same column showed significant difference among treatments at 0.05 level.
6221 应 用 生 态 学 报 26卷
表 6 不同耕作措施下冬小麦生长期杂草的相对重要值
Table 6 Relative importance values of weeds in the grow⁃
ing season of winter wheat under different tillage practices
杂草种类
Weed species
T TS NT NTS
荠菜 Capsella bursa-pastoris 0.133a 0.102a 0.116a 0.105a
播娘蒿 Descuminia sophia 0.108b 0.036b 0.177a 0.166a
遏蓝菜 Thlaspi arvense 0.089b 0.125a 0.055b 0.072b
离子芥 Chorispora tenella 0.133a 0.187a 0.090a 0.080a
菊叶香藜 Chenopodium foetidum 0.027a 0.005a 0.011a 0.018a
刺藜 Chenopodium aristatum 0.098a 0.140a 0.072a 0.093a
藜 Chenopodium album 0.061a 0.054a 0.044a 0.047a
画眉草 Eragrostis pilosa 0.042a 0.036a 0.035a 0.043a
狗尾草 Setaria viridis 0.056a 0.065a 0.041a 0.033a
附地菜 Trigonotis peduncularis 0.041a 0.041a 0.027a 0.033a
马齿苋 Portulaca oleracea 0.061a 0.049a 0.029a 0.032a
打碗花 Calystegia hederacea 0b 0b 0.042a 0.049a
田旋花 Convolvulus arvensis 0.115a 0.160a 0.128a 0.096a
山苦荬 Ixeris chinensis 0b 0b 0.050a 0.020a
蒲公英 Taraxacum officnala 0.023a 0a 0.040a 0.057a
夏枯草 Lagopsis supine 0.009a 0a 0.038a 0.045a
地丁草 Corydalis bungeana 0b 0b 0.003ab 0.011a
早开堇菜 Viola prionantha 0.004a 0.001a 0.002a 0a
同行不同字母表示处理间差异显著(P<0.05) Different letters in the
same row showed significant difference among treatments at 0.05 level. 下
同 The same below.
箭筈豌豆生长期主要杂草物种数较冬小麦生长
期少,两种常规耕作处理的主要组成物种为狗尾草、
藜、菊叶香藜、刺藜、画眉草和马齿苋,两种免耕处理
的主要组成物种为狗尾草、藜、菊叶香藜、画眉草和
马齿苋,各处理的优势种均为狗尾草(表 7).3 种藜
科杂草在常规耕作处理的相对重要值显著高于免耕
处理,其他杂草相对重要值在不同处理下的差异不
规律,各处理中地丁草为常见种,打碗花和田旋花为
偶见种.秸秆覆盖与未覆盖处理的杂草相对重要值
接近,差异很小.
玉米生长期中,两种常规耕作处理的主要组成
表 7 不同耕作措施下箭筈豌豆生长期杂草的相对重要值
Table 7 Relative importance values of weeds in the grow⁃
ing season of common vetch under different tillage practices
杂草种类
Weed species
T TS NT NTS
藜 Chenopodium album 0.199a 0.194a 0.160b 0.154b
菊叶香藜 Chenopodium foetidum 0.145a 0.142a 0.106ab 0.053b
刺藜 Chenopodium aristatum 0.125a 0.117a 0.041b 0.044b
狗尾草 Setaria viridis 0.277bc 0.276c 0.435ab 0.453a
画眉草 Eragrostis pilosa 0.098a 0.039b 0.114a 0.069ab
马齿苋 Portulaca oleracea 0.145a 0.136a 0.111a 0.141a
地丁草 Corydalis bungeana 0.011a 0.049a 0.005a 0.020a
打碗花 Calystegia hederacea 0b 0.047a 0.018ab 0b
田旋花 Convolvulus arvensis 0a 0a 0.011a 0.067a
物种为藜、菊叶香藜、刺藜、狗尾草、马齿苋、籽粒苋
(Amaranthus hypochondriacus)和打碗花,其中藜为优
势种,而两种免耕处理的主要组成物种为藜、菊叶香
藜、刺藜、狗尾草、女娄菜和籽粒苋,藜也为优势种,
两种常规耕作处理下藜的相对重要值显著高于两种
免耕处理(表 8).总体上,两种秸秆覆盖处理主要杂
草的相对重要值分别低于两种未覆盖秸秆处理,其
中藜、画眉草、附地菜和马齿苋的相对重要值在 NTS
处理下较 NT 处理显著降低.各处理中,地锦(Eu⁃
phorbia humifusa)和打碗花为常见种,女娄菜、附地
菜、田旋花、山苦荬、蒲公英、夏枯草和早开堇菜为偶
见种.
2 4 不同耕作措施下 3 种作物生长期杂草群落的
相似性
在冬小麦和箭筈豌豆生长期,T与 TS处理间杂
表 8 不同耕作措施下玉米生长期杂草的相对重要值
Table 8 Relative importance values of weeds in the grow⁃
ing season of maize under different tillage practices
杂草种类
Weed species
T TS NT NTS
藜 Chenopodium album 0.292a 0.254a 0.173b 0.170b
菊叶香藜 Chenopodium foetidum 0.142a 0.134a 0.131a 0.150a
刺藜 Chenopodium aristatum 0.117a 0.087a 0.075a 0.080a
狗尾草 Setaria viridis 0.162a 0.184a 0.117ab 0.127ab
画眉草 Eragrostis pilosa 0.052b 0.022b 0.072a 0.021b
女娄菜 Melandrium apricurn 0b 0b 0.076a 0.105a
附地菜 Trigonotis peduncularis 0b 0b 0.062a 0.027b
地锦 Euphorbia humifusa 0.006b 0.011b 0.020ab 0.042a
籽粒苋 Amaranthus hypochondriacus 0.053b 0.129a 0.088ab 0.093ab
马齿苋 Portulaca oleracea 0.118a 0.076a 0.094a 0.038b
打碗花 Calystegia hederacea 0.054ab 0.104a 0.033ab 0.029b
田旋花 Convolvulus arvensis 0b 0b 0b 0.072a
山苦荬 Ixeris chinensis 0.003b 0b 0.030a 0.003b
蒲公英 Taraxacum officnala 0a 0a 0.002a 0.003a
夏枯草 Lagopsis supina 0b 0b 0.019ab 0.040a
早开堇菜 Viola prionantha Bge. 0a 0a 0.007a 0a
表 9 不同作物生长期杂草群落的 Bray⁃Curtis指数
Table 9 Bray⁃Curtis indexes of weed communities in the
growing seasons of three crops
作物
Crop
处理
Treatment
T TS NT
冬小麦 TS 0.632
Winter wheat NT 0.503 0.444
NTS 0.472 0.437 0.780
箭筈豌豆 TS 0.759
Common vetch NT 0.555 0.542
NTS 0.584 0.602 0.796
玉米 TS 0.617
Maize NT 0.561 0.496
NTS 0.244 0.367 0.443
72214期 赵玉信等: 保护性耕作对陇东黄土高原轮作田杂草的影响
草群落的相似性较高,NT 与 NTS 处理间杂草群落
的相似性较高(表 9),表明与常规耕作相比,免耕处
理下杂草群落的物种组成发生了较大变化.玉米生
长期 T 与 TS 处理间杂草群落的相似性较高,而其
他各处理间相似性较低,NT 与 NTS 处理间的相似
性指数仅为 0.443,表明免耕处理区秸秆覆盖对杂草
群落的物种组成影响较大.
3 讨 论
土壤耕作会对杂草的发生和危害产生极大的影
响,正确的耕作制度应该能有效地控制杂草,而任何
不当的耕作栽培措施都会导致杂草的大量发生和危
害[20-21] .制定合理的种植轮作制度,形成不利于杂
草生长和种子保存的生态环境是防除杂草的有效措
施[22] .本研究发现,免耕处理显著提高了冬小麦生
长期杂草的密度,免耕使杂草发生严重的一个原因
可能是由于多年生杂草的存在[23-24],但由于冬小麦
返青早于大多数杂草发生,所以影响较小.轮作箭筈
豌豆之后的生长期各处理杂草密度差异变小.箭筈
豌豆的后茬作物为玉米,在秸秆覆盖处理下玉米生
长期杂草的密度显著降低,与前人研究结果一
致[25-26],可能的原因在于秸秆还田产生的化感物质
抑制了部分杂草的发生[27] .在这 3 种作物的轮作系
统中,免耕和秸秆覆盖发挥了不同的作用,轮作系统
的这种组合对抑制杂草起到了很大作用.
杂草的发生及群落结构与其自身生态类型和作
物种类有关,由于植物本身的生态适应性不同,各地
区杂草种类不同,同一种植物在不同地区的杂草性
表现也不同[28],有些杂草具有伴生性或寄生性,与
某种作物同时出现在特定的区域中.本研究中,冬小
麦的伴生杂草主要是播娘蒿、荠菜和打碗花,箭筈豌
豆的伴生杂草主要是藜、狗尾草和画眉草,玉米的伴
生杂草主要有藜、女娄菜和马齿苋.此外,不同的耕
作措施能改变土壤的理化性质、蓄水量和养分含量
等.研究表明,免耕和秸秆覆盖能蓄积水分[29],因而
有助于某些杂草的大量发生.本研究中,免耕处理也
表现出了更大的杂草发生量.耕作方式还会影响杂
草种子在土壤中的垂直分布,间接影响到杂草种子
的休眠萌发状况,使杂草的群落结构发生改变[7] .秸
秆覆盖也可能导致化感物质的释放,影响杂草的消
长.不同轮作制度下作物特殊的生长习性和资源竞
争模式的差异是轮作影响杂草群落的重要原因[30] .
这些因子相互作用、相互影响,使不同植物对资源的
利用发生变化,导致竞争力的改变,进而影响了杂草
的群落组成和结构.
群落的物种多样性、均匀度和优势度是从不同
角度衡量群落稳定性的重要尺度,群落多样性与均
匀度越大,优势集中性越小,群落越稳定,各物种之
间个体分配越均匀[31] .长期不同耕作方式和秸秆还
田处理下杂草群落的物种组成和多样性不同,其原
因可能是不同耕作方式和秸秆还田处理导致杂草生
存的外部环境条件不同,而各杂草对外部环境条件
改变的适应能力有所差异,从而影响了杂草的生
长[32] .本研究发现,冬小麦和箭筈豌豆轮作的过程
中,杂草的群落多样性表现完全相反,这可能是由于
原杂草群落的主体作物发生了变化,而播种箭筈豌
豆又对原杂草群落造成了扰动,两方面使杂草群落
重新构建,群落特征发生了变化.
近年来,生态平衡的控草措施逐渐受到重
视[33-34],已被应用的很多杂草防除措施在一定程度
上能缓解杂草的危害程度,但是否可持续利用尚需
时间证明.当前依赖于大规模除草剂和小农人工除
草的模式下环境压力与劳动成本逐渐升高,需要找
到高效的替代方式,而保护性耕作的生态效应已经
被广泛认同[35-36],但是免耕和秸秆覆盖对杂草的影
响复杂多变,仍然要基于具体的生境条件和作物格
局[22]来确定.本研究表明,免耕和秸秆覆盖对农田
杂草的调控作用因轮作作物而异.对陇东黄土高原
地区典型轮作系统的杂草调查结果可以为作物生产
管理提供理论参考,从而制定出最合适的杂草防除
方案以指导生产实践.
参考文献
[1] Buhler DD, Stoltenberg DE, Becker RL, et al. Perenni⁃
al weed populations after 14 years of variable tillage and
cropping practices. Weed Science, 1994, 42: 205-209
[2] Jia Y⁃M (贾延明), Zhang Z⁃G (张振国). Adaptabili⁃
ty test and key technology research on conservation till⁃
age. Transactions of the Chinese Society of Agricultural
Engineering (农业工程学报), 2002, 18(1): 78-81
(in Chinese)
[3] Chen Y⁃Q (陈源泉), Sui P (隋 鹏), Gao W⁃S (高
旺盛), et al. Quantitative analysis on technological
characteristics of different conservation tillage patterns in
major agricultural regions of China. Transactions of the
Chinese Society of Agricultural Engineering (农业工程
学报), 2012, 28(18): 1-7 (in Chinese)
[4] Gao H⁃W (高焕文), Li W⁃Y (李问盈), Li H⁃W (李
洪文 ). Conservation tillage technology with Chinese
characteristics. Transactions of the Chinese Society of Ag⁃
ricultural Engineering (农业工程学报), 2003, 19
(3): 1-4 (in Chinese)
8221 应 用 生 态 学 报 26卷
[5] Fan C⁃Q (樊翠芹), Wang G⁃Q (王贵启), Li B⁃H
(李秉华), et al. Effects of different tillage methods on
weed dynamics and yield in corn field. Chinese Agricul⁃
tural Science Bulletin (中国农学通报), 2009, 25
(10): 207-211 (in Chinese)
[6] Tian X⁃X (田欣欣), Bo C⁃Y (薄存瑶), Li L (李
丽), et al. Effects of different soil tillage systems on
weed biodiversity and wheat yield in winter wheat (Triti⁃
cum aestivum L.) field. Acta Ecologica Sinica (生态学
报), 2011, 31(10): 2768-2775 (in Chinese)
[7] Han H⁃F (韩惠芳), Ning T⁃Y (宁堂原), Li Z⁃J (李
增嘉), et al. Effects of conservation tillage and weed
control on soil water and organic carbon contents in win⁃
ter wheat fields. Chinese Journal of Applied Ecology (应
用生态学报), 2011, 22(5): 1183 - 1188 ( in Chi⁃
nese)
[8] Niu X⁃S (牛新胜), Liu M⁃J (刘美菊), Zhang H⁃Y
(张宏彦), et al. Influence of different tillage, straw
and nitrogen management on weeds biomass in winter
wheat⁃summer maize rotation systems. Soil and Fertilizer
Science in China (中国土壤与肥料), 2012(6): 49-
53 (in Chinese)
[9] Gao Z⁃J (高宗军), Li M (李 美), Gao X⁃X (高兴
祥), et al. Effects of different tillage on weed communi⁃
ties in winter wheat fields. Acta Prataculturae Sinica (草
业学报), 2011, 20(1): 15-21 (in Chinese)
[10] Teasdale JR, Mangum RW, Radhakrishnan J, et al.
Weed seedbank dynamics in three organic farming crop
rotations. Agronomy Journal, 2004, 96: 1429-1435
[11] Liebman M, Dyck E. Crop rotation and intercropping
strategies for weed management. Ecological Applications,
1993, 3: 92-122
[12] Yang J (杨 晶), Shen Y⁃Y (沈禹颖), Nan Z⁃B (南
志标), et al. Effects of conservation tillage on crop
yield and carbon pool management index on top soil
within a maize⁃wheat⁃soy rotation system in the Loess
Plateau. Acta Prataculturae Sinica (草业学报), 2010,
19(1): 75-82 (in Chinese)
[13] Zhao H⁃Y (赵红岩), Zhang X⁃D (张旭东), Wang Y⁃
H (王有恒), et al. Climate change and their impacts
on water resources in the Loess Plateau of east Gansu.
Agricultural Research in the Arid Areas (干旱地区农业
研究), 2012, 29(6): 262-268 (in Chinese)
[14] Guo X⁃Q (郭小强), Zhang X⁃B (张希彪). Weeds oc⁃
currence of farmland and integrated control measures in
east Gansu. Gansu Agricultural Science and Technology
(甘肃农业科技), 2004(11): 45-46 (in Chinese)
[15] Zhao R⁃L (赵如浪), Feng B⁃L (冯佰利), Jiang S⁃H
(蒋树怀), et al. Effects of conservation tillage on soil
aggregate in dry land of Loess Plateau. Journal of China
Agricultural University (中国农业大学学报), 2011,
16(4): 74-79 (in Chinese)
[16] Li R⁃H (李儒海), Qiang S (强 胜), Qiu D⁃S (邱
多生), et al. Effects 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): 3237-3243 (in Chinese)
[17] Cardina J, Herms CP, Doohan DJ. Crops rotation and
tillage system effects on weed seedbanks. Weed Science,
2009, 50: 448-460
[18] Shrestha A, Knezevic SZ, Roy RC. Effects of tillage,
cover crop and crop rotation on the composition of weed
flora in a sandy soil. Weed Research, 2002, 42: 76-87
[19] 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)
[20] Li S⁃S (李淑顺), Zhang L⁃J (张连举), Qiang S (强
胜). Weed community characteristics and comprehen⁃
sive evaluation on weeds in paddy fields under labor⁃sav⁃
ing cultivations in middle Jiangsu Province, China. Chi⁃
nese Journal of Rice Science (中国水稻科学), 2009,
23(2): 207-214 (in Chinese)
[21] Gu Y⁃F (谷艳芳), Hu N (胡 楠), Ding S⁃Y (丁圣
彦), et al. Community structure and dynamics of agri⁃
cultural weeds under different land utilization regimes in
Kaifeng area. Acta Ecologica Sinica (生态学报 ),
2007, 27(4): 1360-1367 (in Chinese)
[22] Wang K⁃J (王开金), Qiang S (强 胜). Quantitative
analysis of weed community in wheat field in northern
areas of Jiangsu Province. Jiangsu Journal of Agricultur⁃
al Sciences (江苏农业学报), 2002, 18(3): 147-153
(in Chinese)
[23] Wu J⁃L (吴竞仑), Zhou H⁃C (周恒昌). Seed bank of
perennial weeds in paddy fields. Chinese Journal of Rice
Science (中国水稻科学), 2006, 20(1): 89-96 ( in
Chinese)
[24] Shi N (史 娜), Zhao C⁃S (赵长山), Li Y (李
岩). Summary on dormancy mechanisms and regulation
of vegetative reproduction organs of perennial weeds.
Journal of Northeast Agricultural University (东北农业
大学学报), 2009, 40(7): 123-127 (in Chinese)
[25] Li C⁃Z (李昌新), Zhao F (赵 锋), Rui W⁃Y (芮雯
奕), et al. The long⁃term effects of returning straw and
applying or organic fertilizer on weed communities in a
paddy field with a double rice cropping system. Acta
Prataculturae Sinica (草业学报), 2009, 18(3): 142-
147 (in Chinese)
[26] 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 effect of
chemical weeding. Acta Agriculturae Shanghai (上海农
业学报), 2004, 20(1): 87-90 (in Chinese)
[27] Steinsiek JW, Oliver LR, Collins FC. Allelopathic po⁃
tential of wheat ( Triticum aestivum) straw on selected
weed species. Weed Science, 1982, 30: 495-497
[28] Gao P⁃L (高平磊), Guo S⁃L (郭水良), Yin L⁃P (印
丽萍), et al. Statistical analysis on traits influencing
weed distribution and their damages in China. Journal of
Shanghai Normal University (Natural Sciences) (上海
师范大学学报:自然科学版), 2010, 39(6): 623-
629 (in Chinese)
[29] Zhang H⁃L (张海林), Gao W⁃S (高旺盛), Chen F
(陈 阜), et al. Prospects and present situation of con⁃
92214期 赵玉信等: 保护性耕作对陇东黄土高原轮作田杂草的影响
servation tillage. Journal of China Agricultural University
(中国农业大学学报), 2005, 10(1): 16-20 (in Chi⁃
nese)
[30] Cheng C⁃P (程传鹏), Wan K⁃Y (万开元), Tao Y
(陶 勇), et al. The effects of fertilization on weed
communities and wheat growth in winter wheat (Triticum
aestivum L.) field under different cropping rotations.
Ecology and Environmental Sciences (生态环境学报),
2013, 22(3): 370-378 (in Chinese)
[31] Liu F⁃M (刘方明), Liang W⁃J (梁文举), Wen D⁃Z
(闻大中). Effects of tillage method and herbicide on
cornfield weed community. Chinese Journal of Applied
Ecology (应用生态学报), 2006, 16 ( 10): 1879 -
1882 (in Chinese)
[32] 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)
[33] Chen X (陈 欣), Wang Z⁃Q (王兆骞), Tang J⁃J
(唐建军). The ecological functions of weed biodiversity
in agro⁃ecosystem. Chinese Journal of Ecology (生态学
杂志), 2000, 19(4): 50-52 (in Chinese)
[34] Zhu W⁃D (朱文达), Zhang C⁃X (张朝贤), Wei S⁃H
(魏守辉). Ecological weed control by agronomic prac⁃
tices in rape fields. Journal of Huazhong Agricultural
University (华中农业大学学报), 2005, 24(2): 125-
128 (in Chinese)
[35] Yao X (姚 雄), Liao D⁃X (廖敦秀), Tang Y⁃Q (唐
永群), et al. Research progress of ecological efficiency
and developing strategies for paddy⁃field conservation
tillage. Ecology and Environmental Sciences (生态环境
学报), 2011, 20(2): 372-378 (in Chinese)
[36] Chen Y⁃Q (陈源泉), Li Y⁃Y (李媛媛), Sui P (隋
鹏), et al. Technological characteristics and quantitative
analysis of different conservation tillage patterns. Trans⁃
actions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
(农业工程学报), 2011, 26(12): 161-167 ( in Chi⁃
nese)
作者简介 赵玉信,男,1989 年生,硕士研究生.主要从事粮
草轮作系统杂草的研究. E⁃mail: tfyy890821@ 163.com
责任编辑 张凤丽
0321 应 用 生 态 学 报 26卷