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Effect of fertilization patterns on weed community in late rice fields

施肥模式对晚稻田杂草群落的影响



全 文 :植物营养与肥料学报 2015,21(1):200-210
JournalofPlantNutritionandFertilizer doi牶1011674/zwyf.20150122
收稿日期:2013-12-31   接受日期:2014-06-27
基金项目:国际植物营养研究所资助项目(IPNIHB34);湿地演化与生态恢复湖北省重点实验室开放课题资助。
作者简介:潘俊峰(1986—),男,安徽黄山人,硕士,助理研究员,主要从事植物营养学与农业生态学方面的研究。
Email:panjfaau@163com。  通信作者 Email:fchen@ipni.ac.cn
施肥模式对晚稻田杂草群落的影响
潘俊峰1,2,万开元1,李祖章3,陶 勇1,刘益仁3,刘 毅1,李志国1,
张过师1,4,陈 防1,4
(1中国科学院武汉植物园,湖北武汉 430074;2安徽农业大学,安徽合肥 230036;
3江西省农业科学院,江西南昌 330200;4国际植物营养研究所中国项目部,湖北武汉 430074)
摘要:【目的】长期不合理施化肥对生态环境的影响已经引起学者和公众的关注,有机肥的施用越来越受到重视。
揭示有机肥对农田杂草群落影响的机制、预测有机农业环境下杂草群落的演替趋势十分困难。本文对比研究不同
施肥模式下农田杂草的群落特征,探索晚稻田杂草群落结构演变趋势,以期为现代农业中有机肥的合理施用和农
田生物多样性保护提供科学依据。【方法】通过田间长期定位施肥试验,运用群落生态学方法研究了晚稻种植季五
种施肥处理区杂草群落的结构特征及其生物多样性。在每个小区随机设置5个面积为025m2的样方,记录各样
方内杂草物种种类、每个种类杂草的数量,调查杂草的盖度与频度;测定稻谷理论产量;使用照度计测量地表与水
稻冠层顶部的光照强度,计算光照透过率;测定耕作层土壤的有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量。计算杂草的
重要值,采用物种丰富度(S)和ShannonWiener指数(H)测定杂草群落的生物多样性;以15个处理小区中的11种
常见杂草的重要值构成原始数据矩阵,应用SPSS160软件进行主成分分析和典范对应分析。【结果】晚稻田不同
施肥处理土壤养分以及光照透过率差异显著,施有机肥的处理晚稻稻谷产量高于 CK与 NPK纯化肥处理。CK处
理区优势种为野荸荠-节节菜-异型莎草-鸭舌草,NPK处理区优势种为双穗雀稗,NPK5/5和NPK3/7处理区优
势种为双穗雀稗-鸭舌草,NPK7/3处理区优势种为双穗雀稗-鸭舌草-稗。主成分分析结果表明15个施肥处理
小区的杂草群落可以分为三大类:第一类是CK处理;第二类是NPK3/7处理;第三类是NPK、NPK5/5、NPK7/3三
个处理。主成分Factor1与有机质、碱解氮以及有效磷呈极显著负相关(P<001),与光照透过率呈极显著正相关
(P<001)。典范对应分析结果显示,节节菜、野荸荠与牛毛毡比较适宜生长在 CK处理区,双穗雀稗适宜在
NPK7/3处理区生长,鸭舌草、陌上菜以及四叶萍适宜生长在NPK3/7处理区。有机肥处理区的物种丰富度与物种
多样性指数处于NPK与CK之间,且随着有机肥比例的增加物种数增加。物种丰富度以及物种多样性指数与有机
质、碱解氮以及有效磷呈极显著正的“U型”相关(P<001),与速效钾呈显著负相关(P<005),与群落光照条件
呈极显著正相关(P<001)。【结论】晚稻田杂草群落特征与土壤有机质、碱解氮、有效磷含量以及地表光照透过
率关系密切。均衡施用有机和无机肥可以显著降低杂草群落的优势种数量,将杂草群落的优势种数量以及生物多
样性维持在不施肥与纯施化肥处理区之间。因此,可以通过调整有机肥的施用量来调控农田杂草生长及群落特
性,实现农田杂草的科学综合管理。综合考虑晚稻稻谷产量和杂草群落生物多样性状况,NPK3/7(化肥30% +有
机肥70%)施肥模式既可以保证作物的优质高产,也可以较好地维持杂草群落的生物多样性。
关键词:有机肥;杂草群落;土壤养分;生物多样性
中图分类号:S1541;S315   文献标识码:A   文章编号:1008-505X(2015)01-0200-11
Efectoffertilizationpaternsonweedcommunityinlatericefields
PANJunfeng1,2,WANKaiyuan1,LIZuzhang3,TAOYong1,LIUYiren3,LIUYi1,LIZhiguo1,
ZHANGGuoshi1,4,CHENFang1,4
(1WuhanBotanicalGarden,ChineseAcademicofSciences,Wuhan430074,China;2AnhuiAgriculturalUniversity,
Hefei230036,China;3JiangxiAcademyofAgriculturalSciences,Nanchang330200,China;4ChinaProgramof
InternationalPlantNutritionInstitute,Wuhan430074,China)
1期    潘俊峰,等:施肥模式对晚稻田杂草群落的影响
Abstract:【Objectives】Efectoflongtermandunreasonablechemicalfertilizationonecologicalenvironmenthas
atractedatentionofscholarsandthepublic,andapplicationoforganicfertilizerispaidmoreandmoreatention.
Itisdificulttorevealmechanismoforganicfertilizationonweedcommunitiesandforecastevolutiontrendofweed
communitiesunderorganicfarmingenvironment.Thispaperwastostudyweedcommunitiesunderdiferent
fertilizationpaternsinfarmlands,andexploreevolutiontrendofweedcommunitystructureinlatericefields.
【Methods】Theweedcommunitystructurefeaturesandbiodiversityoffivefertilizationtreatmentsinlaterice
growingseasonwerestudiedbyusingthemethodofcommunityecologybasedonalongtermfertilizationfield
experiment.Fivequadratseachwith025m2areaweresetineachplotforsamplingandinvestigation,andweed
species,numbers,coverageandfrequencyinthequadratswererecordedandthericeyieldsweremeasured.Digital
lightmeterswereplacedonthesoilsurfaceandtopofthecropcanopy.Soilsamplesweretakenineachplotto
analyzeorganicmater,availableN,PandK.Theimportancevaluesofeachweedspeciesineachplotwere
calculated,andthebiodiversityofweedswasmeasuredwiththespeciesrichnessSandShannonWienerindexH.
Importancevaluesof11commonweedspeciesin15plotswereusedasoriginalmatrixforprincipalcomponents
analysisandcanonicalcorespondenceanalysis(CCA)bySPSS160【Results】Therearesignificantdiferencesof
soilnutrientsandlighttransmitanceinlatericefieldsunderthediferentfertilizationpaterns.Thericeyieldsin
thetreatmentsofcombinedapplicationoforganicmanureandchemicalfertilizersarehigherthanthoseinother
treatments.Heleocharisplantagineiformis,Rotalaindica,CyperusdiformisandMonochoriavaginalisaredominant
weedspeciesintheCKtreatment.PaspalumpaspaloidesisdominantweedspeciesintheNPKtreatment.Theweed
speciesintheNPK5/5andNPK3/7treatmentsaredominatedbyPaspalumpaspaloidesandCyperusdiformis.
Paspalumpaspaloides,CyperusdiformisandEchinochloacrusgaliaredominantweedspeciesintheNPK7/3
treatment.TheresultofPCAindicatesthatthe15weedcommunitiescanbedividedintothreepaterns:patern1
includestheCKtreatment,patern2includestheNPK3/7fertilizationtreatment,andpatern3includestheNPK,
NPK5/5andNPK7/3fertilizationtreatments.Theprincipalcomponent1issignificantlyandnegativelycorelated
withorganicmater,availableNandP(P<001),butissignificantlyandpositivelycorelatedwithlight
transmitance(P<001).TheresultofCCAindicatesthatHeleocharisplantagineiformis,Rotalaindicaand
HeleocharisyokoscensisareadaptedtotheCKtreatment,PaspalumpaspaloidesisadapttotheNPK7/3treatment,
andMonochoriavaginalis,LinderniaprocumbensandMarsileaquadrifoliaareadapttotheNPK3/7treatment.The
numberofdominantspeciesandbiodiversityinthetreatmentsthatcombineduseorganicmanureandchemical
fertilizerswerebetweenthatintheCKandNPKtreatments.Thereisatrendthatthebiodiversityisincreasedwiththe
increaseoforganicmanureproportion.Thebiodiversityindicesofweedcommunityaresignificantupwardparabola
corelativewithorganicmaterandavailableNandP(P<001),whereasarenegativelycorelatedwithavailableK
(P<005)andsignificantlyandpositivelycorelatedwithtransmitance(P<001).【Conclusions】Theweed
communityfeaturesarecloselyrelatedtothecontentsofsoilorganicmater,availableN,availablePandlight
transmitance.Balancedfertilizationsignificantlyreducesthenumberofdominantweedspecies.Thetreatmentsthat
combineduseorganicmanureandchemicalfertilizersmaintainthenumberofdominantspeciesandbiodiversity
betweentheCKandNPKtreatments.Theseresultsshowthattheweedcommunitycouldberegulatedbyadjustingthe
applicationrateoforganicmanureforrealizingtheintegratedweedmanagement.Consideringboththeyieldoflate
riceandbiodiversityofweedcommunity,theNPK3/7treatment(chemicalfertilizer30% +organicmanure70%)is
notonlybeneficialtoobtainhighyield,butalsoshowsanadvantageforkeepingweedbiodiversity.
Keywords牶organicmanure牷weedcommunity牷soilnutrient牷biodiversity
  江西水稻种植面积340×104hm2,是我国重要
的稻谷主产区之一。据中国统计年鉴报道[1],2012
年江西省水稻产量为19501万吨。稻田杂草与作
物竞争光、热、水、肥、空间等资源,是制约作物优
质高产的重要因素[2-4]。虽然农田杂草可以通过化
学除草剂实施防控,但农药残留现象日益突出、杂
102
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
草抗药性不断增强[5],已对农业安全生产以及农业
生态环境保护产生了不利影响[6]。而且,近年来有
研究报道指出,杂草对于农田生态系统功能的正常
发挥和维持区域生态平衡等方面有着不可忽视的作
用[7-9]。因此,在现代集约化农业生产条件下,如何
科学实施稻田杂草防控,在达到水稻高产目标的同
时,实现对农田生态系统的重要组成部分—杂草的
生物多样性保护就成为必须解决的科学问题。
长期不合理的化肥施用对生态环境的影响已经
引起学者和公众的关注,与此同时,秸秆还田、绿肥
种植和有机肥施用等环境友好型作物生产技术正越
来越受到重视[10],这些措施可以明显改善土壤理化
性质和农田小气候[11],影响杂草与作物或杂草与杂
草间的竞争关系,进而影响农田杂草的生物多样
性[7,12],对农田杂草群落产生明显影响[13]。有研究
发现,长期秸秆还田和有机肥施用对冬闲田冬春季
杂草群落的调控效应显著,而且效应的强弱与施用
时期和方式密切相关[10];氮磷钾与有机肥配施模式
下种植绿肥能够促进冬季杂草生长,同时对春季杂
草有明显的抑制作用,杂草生物量显著降低[14];平
衡施用氮、磷、钾肥,并配合施用有机肥(猪粪和秸
秆),不仅有利于促进作物的生长,保持农田生态系
统中一定水平的杂草生物多样性,也降低了某些优
势杂草在群落中的优势地位[8]。
研究指出,平衡施用氮、磷、钾肥料,并配合施
用有机肥被认为是科学合理的施肥方式,是兼顾田
间杂草危害控制、作物产量提高和杂草物种多样性
保护的有效措施[8,15-16]。但是关于不同有机 -无机
肥配施比例下晚稻农田杂草群落的研究鲜有报道。
研究不同有机-无机肥配施比例下农田杂草群落演
变规律,对于揭示有机肥对农田杂草群落的作用机
制、科学预测现代有机农业环境下杂草群落的演
替,推荐合理的施肥模式具有极为重要的指导意义。
为此,本研究选择以江西省农田土壤肥力长期定位
监测试验田晚稻种植季的杂草群落为对象,对比研
究不同施肥模式,尤其是关注有机 -无机肥不同配
施比例下农田杂草群落特征,以明确晚稻田杂草群
落结构演变趋势,为现代农业有机肥的合理施用和
农田生物多样性的保护提供科学依据和技术参考。
1 材料和方法
11 研究区概况
研究区位于江西省南昌县江西省农业科学院试
验场,田间试验布设在农田土壤肥力长期定位监测
试验点。该地处于中亚热带,年平均气温175℃,
≥10℃积温5400℃,年降水量1600mm,年蒸发量
1800mm,无霜期约280d。试验自1984年早稻开
始,采用早稻—晚稻连作后冬季休闲的种植制度。
供试土壤为第四纪亚红粘土(即莲塘层)母质上发
育的中潴黄泥田,土壤肥力中等偏下,缺钾比较严
重。试验开始前耕层(0—20cm)土壤有机质含量
256g/kg,全氮136g/kg,碱解氮816mg/kg,全
磷 049g/kg,有效磷 208mg/kg,缓效钾 240
mg/kg,速效钾350mg/kg;pH为650,
12 试验设计
田间试验共设5个处理:1)不施肥(CK);2)化
肥30%+有机肥70%(NPK3/7);3)化肥50% +有
机肥50%(NPK5/5);4)化肥 70% +有机肥 30%
(NPK7/3);5)氮磷钾化肥(NPK),其中,处理2、3、
4与处理5的养分量相等。早稻施 N150kg/hm2、
P2O560kg/hm
2、K2O150kg/hm
2,晚稻施 N180
kg/hm2、P2O560kg/hm
2、K2O150kg/hm
2。氮肥用
尿素(含N46%),磷肥用过磷酸钙(含P2O512%),
钾肥用氯化钾(含K2O60%);早稻种植季有机肥采
用紫云英,其养分含量按照N030%、P2O5008%、
K2O023%计算;晚稻种植季采用鲜猪粪,其养分含
量按照 N045%、P2O5019%、K2O035%计算,
具体施肥量详见表1。其中,磷肥和有机肥全部作
基肥;氮肥50%作基肥,25%在分蘖期、25%在幼穗
分化期追施;钾肥全作追肥,其中 50%在分蘖期、
50%在幼穗分化期追施。试验小区面积333m2,3
次重复,随机区组排列。试验期间分别在早稻季和
晚稻季水稻幼苗期人工除草一次。
13 测定项目和方法
杂草调查工作于2009年9月下旬开始,此时
杂草处于花果期,水稻处于灌浆期。每小区随机设
置5个样方,每个样方面积为025m2(05m×05
m)。记录各样方内所有的杂草物种种类、每个种
类杂草数量,调查杂草的盖度与频度;同时,记录样
方内水稻穴数、有效穗数,并随机选取有代表性的
晚稻植株5株带回实验室考种,计算稻谷理论产量。
使用照度计(型号 T1H)测定地表与水稻冠层顶部
的光照强度,计算光照透过率。
采集耕层(0—20cm)土壤样品,在实验室经风
干、过筛备用。土壤有机质含量采用重铬酸钾容量
法;碱解氮采用NaOH浸提—H2SO4滴定法;有效磷
采用Olsen法;速效钾采用1mol/L的醋酸铵溶液浸
提—火焰光度计法测定[17]。
202
1期    潘俊峰,等:施肥模式对晚稻田杂草群落的影响
表1 不同施肥模式下的肥料用量(kg/hm2)
Table1 Proportionsofthetotalamountoffertilizerinfields
underdiferentfertilizationpaterns
处理
Treatments
肥料
Fertilizer
早稻
Earlyrice
晚稻
Laterice
CK 尿素 Urea 0 0
过磷酸钙 Superphosphate 0 0
硫酸钾 Potassiumsulfate 0 0
有机肥 Organicfertilizer 0 0
NPK3/7尿素 Urea 98 117
过磷酸钙 Superphosphate 267 57
硫酸钾 Potassiumsulfate 116 87
有机肥 Organicfertilizer 35000 28000
NPK5/5尿素 Urea 163 196
过磷酸钙 Superphosphate 333 183
硫酸钾 Potassiumsulfate 154 133
有机肥 Organicfertilizer 25000 20000
NPK7/3尿素 Urea 228 274
过磷酸钙 Superphosphate 400 310
硫酸钾 Potassiumsulfate 193 180
有机肥 Organicfertilizer 15000 12000
NPK 尿素 Urea 326 392
过磷酸钙 Superphosphate 500 500
硫酸钾 Potassiumsulfate 250 250
有机肥 Organicfertilizer 0 0
14 数据处理
根据各样点调查数据按照下列公式计算不同杂
草的重要值IV:
IV=(RC+RA+RF)/3 [1][18]
式中:RC表示相对盖度,即某杂草的盖度占样方中
所有杂草盖度的比例;RA表示相对多度,即指某杂
草的多度占样方中所有杂草多度的比例;RF为相对
频度,指某杂草的频度占所有杂草频度的比例。
杂草的生物多样性采用物种丰富度 S(即样方
中包含的所有杂草种类数)和物种多样性指数 H
(即田间杂草物种丰富度和物种均匀度的综合量的
ShannonWiener指数 H)表示。
H = -∑Pi·lnPi [2]
[19]
式中:Pi=Ni/N,Ni为样方中第 i物种的个体数,N
为样方总个体数。
以15个处理小区中的11种常见杂草的重要值
构成原始数据矩阵,应用 SPSS160软件进行主成
分分析,以分析所得的前两个主分量及其特征值计
算15个小区的前两个主向量,以此作15个施肥处
理小区的散点图[20]。以5种处理土壤中的11种常
见杂草的重要值构成原始数据矩阵,应用 SPSS160
软件进行典范对应分析,以每种杂草的前两个主分
量作杂草的二维散点图,并在图上标出5个施肥处
理的中心位置,连接原点与杂草位置成一直线,用这
些点和直线来表示杂草与施肥处理之间的关系:杂
草与某施肥处理的中心点越靠近,且直线越长,则表
示这种杂草越适宜在这种施肥处理下生长[21]。
试验数据采用Excel2010和 SPSS160进行处
理和统计分析。
2 结果与分析
21 晚稻田杂草的生长环境与产量
从表2可以看出,晚稻田的不同施肥处理土壤
养分以及光照透过率差异显著。土壤有机质、碱解
氮以及有效磷含量的变化趋势一致,CK处理区显
著低于其他处理区(P<005),NPK3/7处理显著高
于其他处理 (P<005),有机肥处理区显著高于
CK与 NPK纯化肥处理区 (P<005),且随着有机
肥比例的增加,有机质含量呈增加的趋势。土壤速
效钾含量 CK处理区显著低于其他处理区(P<
005),NPK纯化肥处理区显著高于其他处理区 (P
<005),施有机肥处理的速效钾含量处于 CK与
NPK纯化肥处理区之间。光照透过率在CK处理区
显著大于其他处理区 (P<005),NPK处理区显著
低于其他处理 (P<005),施有机肥处理区处于
CK与NPK纯化肥处理区之间,NPK3/7与 NPK7/3
处理显著低于NPK5/5处理 (P<005)。晚稻稻谷
产量在 NPK7/3处理显著高于其他处理(P<
005),CK处理显著低于其他处理 (P<005),施
有机肥处理区高于CK与NPK纯化肥处理区。
22 晚稻田杂草群落的物种组成
表3结果显示,本次试验调查共发现 11种杂
草。其中,牛毛毡 (Heleocharisyokoscensis)只在 CK
处理区生长,丁香蓼 (Ludwigiaprostrata)只在
NPK7/3处理区中不生长,陌 上 菜 (Lindernia
procumbens)、节节菜 (Rotalaindica)、鸭舌草
(Monochoriavaginalis)、稗 (Echinochloacrusgali)、
双穗 雀 稗 (Paspalum paspaloides)、异 型 莎 草
(Cyperusdiformis)等六种杂草在五个施肥处理区
302
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
均有生长。野荸荠(Heleocharisplantagineiformis)、
节节菜在 CK处理区显著大于其他处理区 (P<
005);施用有机肥处理区的鸭舌草重要值大于 CK
与NPK处理区,双穗雀稗的重要值随着有机肥比例
的增加而降低,且在NPK处理区显著高于其他处理
(P<005);异型莎草在CK处理区显著高于其他施
肥处理区 (P<005)。
表2 不同施肥模式下晚稻田的土壤养分、透光率以及晚稻产量
Table2 Soilnutrients,lighttransmitanceandyieldoflatericeinfieldsunderdiferentfertilizationpaterns
处理
Treatment
有机质
Organicmaters
(g/kg)
碱解氮
AvailableN
(mg/kg)
有效磷
AvailableP
(mg/kg)
速效钾
AvailableK
(mg/kg)
透光率
Lighttransmitance
(%)
晚稻产量
Latericeyield
(kg/hm2)
CK 202±035d 887±067e 59±070e 323±112e 193±079a 4615±415d
NPK3/7 361±089a 1722±106a 934±075a 495±057b 61±040c 6812±473b
NPK5/5 327±091b 1431±066b 823±114b 383±042d 109±044b 6558±551bc
NPK7/3 320±031b 1371±021c 692±080c 407±036c 62±056c 7153±289a
NPK 260±035c 1274±091d 519±031d 620±075a 49±036d 6388±450c
  注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异达 5%显著水平 Valuesfolowedbydiferentsmalletersinsamecolumnmean
significantatthe5% level.
  不同施肥处理间的杂草群落优势种组成差异明
显。在CK处理区以野荸荠-节节菜-异型莎草 -
鸭舌草为优势种,在NPK纯化肥处理区以双穗雀稗
占据优势地位,在 NPK5/5和 NPK3/7处理区双穗
雀稗-鸭舌草为优势种组成,NPK7/3处理区优势
种组成为双穗雀稗-鸭舌草-稗。可以看出,与CK
处理比较,施肥降低了杂草群落的优势种数,尤其是
NPK纯化肥处理区优势种结构单一,而配施有机肥
的优势种数维持在CK与NPK处理区之间。
23 主成分分析与典范对应分析结果
以15个处理小区中的11种常见杂草的重要值
构成原始数据矩阵进行主成分分析,15个处理小区
杂草群落的 Factor1与 Factor2的方差累积为
6988%(图 1)。15个施肥处理小区的杂草群落可
以分为三大类:第一类是CK处理的3个小区,主要
集中在Factor2的右侧;第二类是 NPK3/7处理的3
个小区,主要集中在第二象限;第三类是 NPK、
NPK5/5、NPK7/3三个处理九个小区,主要集中在
第三象限。主成分 Factor1与有机质、碱解氮以及
有效磷呈显著负相关(P<001),与光照透过率呈
极显著正相关(P<001)(图 2),Factor2与有机
质、碱解氮、有效磷、速效钾以及光照透过率均无
显著相关性。结果表明,有机质、碱解氮、有效磷
以及光照透过率影响杂草群落的物种组成。
图1 15个施肥处理小区杂草群落的主成分分析
Fig.1 PCAordinationdiagramofweedcommunityin
15fertilizationtreatmentplots
  以15个处理小区中的11种常见杂草的重要值
构成原始数据矩阵进行典范对应分析,15个处理小
区杂草群落的 Factor1与 Factor2的方差累积为
8606%(图 3),比较每种杂草与施肥处理的直线距
离。结果显示:NPK5/5与 NPK3/7处理的杂草群
落联系紧密,分别与CK、NPK以及 NPK7/3等三个
处理独立分布在不同象限。其中,节节菜、野荸荠
与牛毛毡比较适宜生长在 CK处理区,双穗雀稗适
宜在NPK7/3处理区生长,鸭舌草、陌上菜以及四
叶萍适宜生长在NPK3/7处理区。
402
1期    潘俊峰,等:施肥模式对晚稻田杂草群落的影响
表3 不同施肥模式下晚稻田杂草物种组成
Table3 Weedcommunityspeciescompositionunderdiferentfertilizationpaterns
处理
Treatment
盖度(%)
Coverage
密度(No./m2)
Density
频度 (%)
Frequency
重要值(%)
Importantvalues
牛毛毡 Heleocharisyokoscensis
CK 4.3±0.58a 57.0±10.54a 40.0±34.64a 0.1±0.03a
NPK3/7 / / / /
NPK5/5 / / / /
NPK7/3 / / / /
NPK / / / /
丁香蓼Ludwigiaprostrata
CK 2.2±2.03a 2.9±2.81a 26.7±23.09a 0.1±0.02a
NPK3/7 1.0±1.38ab 1.3±0.92ab 26.7±11.55a 0.1±0.03a
NPK5/5 0.8±0.61ab 1.1±0.46ab 26.7±11.55a 0.1±0.03a
NPK7/3 / / / /
NPK 0.3±0.58ab 0.3±0.46b 6.7±11.55ab 0.1±0.02a
陌上菜Linderniaprocumbens
CK 0.1±0.12b 1.1±0.92b 13.3±11.55b 0.1±0.01c
NPK3/7 2.3±0.42a 11.3±2.84a 46.7±46.19ab 0.1±0.03ab
NPK5/5 1.9±0.59a 12.8±1.33a 73.3±30.55a 0.1±0.01a
NPK7/3 0.7±0.95b 5.9±0.46b 40.0±20.00ab 0.1±0.01ab
NPK 0.4±0.64b 2.7±4.62b 20.0±34.64b 0.1±0.06bc
节节菜Rotalaindica
CK 11.9±1.15a 112.3±8.09a 80.0±34.64a 0.2±0.02a
NPK3/7 2.3±0.42b 11.3±2.84b 46.7±46.19ab 0.1±0.03b
NPK5/5 0.7±0.46c 5.3±4.41bc 20.0±200.01b 0.1±0.03c
NPK7/3 0.2±0.21c 1.6±1.60c 13.3±11.55b 0.1±0.02c
NPK 0.2±0.01c 0.8±0.01c 20.0±0.01b 0.1±0.01c
鸭舌草Monochoiavaginalis
CK 14.6±4.76ab 30.4±6.94a 86.7±23.09a 0.2±0.02c
NPK3/7 17.9±2.61a 27.2±1.60a 93.3±11.55a 0.3±0.02a
NPK5/5 8.5±2.54bc 12.0±2.88b 100.0±0.01a 0.2±0.05bc
NPK7/3 11.3±4.70abc 8.8±1.55b 73.3±30.55a 0.2±0.04b
NPK 4.3±0.83c 5.9±1.10b 60.0±34.64a 0.1±0.04c
稗Echinochloacrusgali
CK 0.4±0.01d 0.8±0.01c 20.0±0.01c 0.1±0.01d
NPK3/7 5.8±1.31a 12.8±3.46a 60.0±34.64ab 0.1±0.04ab
NPK5/5 3.4±1.25bc 7.7±4.03ab 63.3±20.83a 0.1±0.05bc
NPK7/3 4.2±0.69ab 11.5±2.44a 80.0±0.01a 0.2±0.02a
NPK 1.5±1.29cd 3.2±2.88bc 26.7±11.55bc 0.1±0.03cd
502
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
续表3Table3Continuous
处理
Treatment
盖度(%)
Coverage
密度(No./m2)
Density
频度 (%)
Frequency
重要值(%)
Importantvalues
双穗雀稗Paspalumdistichum
CK 2.7±2.01c 13.6±10.46c 53.3±11.55c 0.1±0.03d
NPK3/7 6.9±0.70c 48.0±22.87b 80.0±0.01b 0.3±0.05c
NPK5/5 15.0±5.55b 70.1±23.90b 93.3±11.55ab 0.5±0.12b
NPK7/3 16.3±1.53ab 63.7±24.58b 100.0±0.01a 0.5±0.04b
NPK 22.1±1.75a 105.3±12.40a 100.0±0.01a 0.7±0.09a
异型莎草Cyperusdiformis
CK 10.3±2.47a 75.7±21.31a 100.0±0.01a 0.2±0.02a
NPK3/7 1.7±0.31b 8.8±1.60b 46.7±46.19b 0.1±0.02b
NPK5/5 1.7±0.76b 8.5±2.39b 53.3±30.55ab 0.1±0.02b
NPK7/3 0.2±0.20b 1.1±0.46b 20.0±0.01b 0.1±0.01c
NPK 0.1±0.12b 0.5±0.92b 13.3±23.09b 0.1±0.03c
野荸荠Heleocharisplantagineiformis
CK 15.7±3.79a 112.5±53.35a 86.7±23.09a 0.2±0.07a
NPK3/7 0.4±0.53b 2.7±3.97b 13.3±11.55b 0.1±0.02b
NPK5/5 / / / /
NPK7/3 / / / /
NPK / / / /
四叶萍Marsileaquadrifolia
CK 2.3±0.36a 5.6±0.80b 26.7±11.55a 0.1±0.01b
NPK3/7 1.5±0.70b 8.0±1.37a 33.3±11.55a 0.1±0.01a
NPK5/5 / / / /
NPK7/3 / / / /
NPK / / / /
水竹叶Mlrdanniatriguetra
CK 1.1±1.03a 3.5±3.23a 26.7±30.55ab 0.1±0.02ab
NPK3/7 / / / /
NPK5/5 1.3±0.42a 3.7±1.67a 33.3±23.09a 0.1±0.04a
NPK7/3 / / / /
NPK / / / /
  注(Note):“/”表示杂草在处理区没有出现 “/”indicatestheweedspecieswasnotfoundintheplot.同列数据后不同小写字母表示处理间
差异达5%显著水平 Valuesfolowedbydiferentsmalletersinsamecolumnmeansignificantatthe5% level.
602
1期    潘俊峰,等:施肥模式对晚稻田杂草群落的影响
24 杂草群落的生物多样性
由表4可以看出,不同施肥处理间杂草群落的
生物多样性指数差异明显。从杂草种类(物种丰富
度S)水平上看,CK处理区显著高于其他施肥处理
区(P<005),NPK处理区最低,有机肥处理区处于
NPK与CK之间,且随着有机肥比例的增加物种数
增加;从物种多样性指数(H)上看,CK处理显著高
于其他施肥处理(P<005),NPK处理显著低于其
他施肥处理(P<005),有机肥处理处于 NPK与
CK之间,且随着有机肥比例的增加而增加。
  生物多样性指数与土壤养分、田间光照透过率
的相关性分析(图4、图5)结果表明,物种丰富度与
有机质、碱解氮以及有效磷呈极显著的正“U型”相
表4 不同施肥模式下杂草群落生物多样性
Table4 Biodiversityofweedcommunityunder
diferentfertilizationpaterns
处理
Treatment
物种丰富度(S)
Speciesrichness
物种多样性(H)
ShannonWiener
CK 100±100a 20±010a
NPK3/7 87±058ab 19±004ab
NPK5/5 80±000b 17±008b
NPK7/3 57±058c 13±007c
NPK 50±100c 10±023d
  注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异达5%显
著水平 Valuesfolowedbydiferentsmalletersinsamecolumnmean
significantatthe5% level.
图2 Factor1与土壤养分和透光率的相关性
Fig.2 CorrelationsbetweentheprincipalcomponentanalysisFactor1andsoilnutrientsandlighttransmitance
关(P<001),与速效钾呈显著负相关(P<005),
与群落光照条件极显著正相关(P<001)。物种多
样性指数与有机质、碱解氮、有效磷呈极显著正“U
型”相关(P<001),与速效钾极显著负相关(P<
001),与群落光照条件极显著正相关(P<001)。
3 讨论
本研究发现均衡施肥可显著降低水田杂草群落
的优势种数量和杂草物种数,这与作者在旱地小麦
田的研究结果一致[22]。土壤养分以及光照状况的
改变必然影响杂草的生长[23]。而均衡施肥又可以
改善土壤养分条件,增强水稻对杂草的竞争能力,降
低田间光照透过率,限制杂草的生长。NPK纯化肥
处理区优势种结构单一,杂草物种数明显低于其他
施肥处理。推测该施肥处理可能对禾本科植物生长
具有很强的促进作用,既提高水稻对杂草的竞争能
力,也对禾本科杂草双穗雀稗的生长具有促进作用,
影响其他种类杂草的生长,从而导致NPK纯化肥处
理区田间杂草优势物种组成的单一化和杂草物种数
的降低。长期有机-无机配施处理区的优势种数和
杂草物种数维持在 CK与 NPK处理区之间。杂草
物种数与速效钾呈显著负相关(P<005)(图 4),
与群落光照条件呈极显著正相关(P<001)(图
5),而该类处理区土壤速效钾含量与光照透过率均
处于CK与 NPK处理区之间,从而导致有机 -无机
配施处理区杂草物种数处于 CK与 NPK处理区之
间。光照状况又是限制杂草生长的重要因子[23],长
期有机 -无机配施处理区光照透过率显著高于
NPK纯化肥处理区(P<005),是促进杂草群落物
种多元化组成的重要原因。
702
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
图4 生物多样性与土壤养分的相关性
Fig.4 Correlationsbetweenbiodiversityandsoilnutrients
图3 11种杂草与5种施肥模式的典范对应分析
Fig.3 Canonicalcorrespondenceanalysisof11weed
speciesand5fertilizationpaterns
[注(Note):A—节节菜 Rotalaindica;B—鸭舌草 Monochoia
vaginalis;C—稗 Echinochloacrusgali;D—双穗雀稗 Paspalum
distichum;E—异型莎草 Cyperusdiformis;F—四叶萍 Marsilea
quadrifolia;G—水 竹 叶 Mlrdannia triguetra; H—野 荸 荠
Heleocharisplantagineiformis;I—丁香蓼 Ludwigiaprostrata;J—陌
上菜Linderniaprocumbens;K—牛毛毡Heleocharisyokoscensis.1—
CK;2—NPK3/7;3—NPK5/5;4—NPK7/3;5—NPK.]
生物多样性指数(物种丰富度、物种多样性指数)与
有机质、碱解氮以及有效磷呈极显著正“U型”相关
(P<001),即在有机质含量为20 40g/kg,碱解
氮含量为80 180mg/kg,有效磷含量为 0 100
mg/kg范围时,低养分或者高养分状况均会提高杂
草群落的生物多样性。在低养分条件的 CK处理
区,水稻生长受抑制,田间光照透过率较高,而可以
适应低养分条件的杂草却生长较好,导致杂草物种
数和物种多样性指数相对较高。在高养分条件的有
机-无机配施处理区,田间光照透过率低于 CK处
理区,造成物种数低于CK处理区,但该类处理区的
养分状况明显较好于 CK处理区,各物种杂草分布
相对较为均匀,导致物种多样性指数升高。处于中
等养分条件的是纯化肥处理区,水稻生长旺盛,田间
光照透过率显著低于其他施肥处理区,只有对低光
照条件有着较强适应能力的杂草物种才可以生长较
好,造成杂草物种数相对较低,杂草群落分布不均
匀,导致杂草群落多样性指数相对较低。
本研究发现莎草科野荸荠和牛毛毡比较适宜生
802
1期    潘俊峰,等:施肥模式对晚稻田杂草群落的影响
图5 生物多样性与透光率的相关性
Fig.5 Correlationsbetweenbiodiversity
andlighttransmitance
长在不施肥处理区,这与李儒海等[8]、程传鹏等[16]
研究结果一致。他们认为莎草科的某些杂草可以很
好地适应长期低养分条件。然而,笔者认为该现象
的产生不仅仅是因为杂草自身可以很好地适应长期
低养分条件,而且可能与其所在的环境也关系密切。
杂草的生长不仅与土壤养分含量相关,而且田间地
面小环境(如光照条件、土壤微生物等)也影响杂草
的生长。莎草科野荸荠与牛毛毡等比较适宜生长在
不施肥处理区,可能是其在稻田生境中能很好地适
应长期低养分条件;也可能是野荸荠与牛毛毡较其
他杂草更需要较好的光照条件,或者土壤微生物的
影响等等。因此,需要进一步的试验来解释杂草的
这种适应性。
以往多数学者关注研究肥料种类对杂草群落的
影响[2,8,24],很少涉及有机肥施用比例的作用,只有
尹力初等[23]比较了两个有机肥施用水平对杂草群
落的影响,他们的研究表明,在全施有机肥的处理区
杂草群落生物多样性高于有机肥和化肥各占一半的
施肥处理区。本研究首次发现长期均衡施肥模式下
杂草群落物种多样性随着有机肥比例的增加而增加
的趋势。笔者分析认为,一方面随着化肥施用比例
的下降,土壤养分对当季水稻的促进作用也呈下降
的趋势(表2),在一定程度上水稻对杂草的竞争能
力也呈现降低的趋势,较多种类的杂草种子就有机
会萌发、生长,最终形成多样化的杂草群落。另一
方面,随着有机肥比例的增加土壤有机质含量也呈
增高的趋势。而土壤有机质不仅可以改善土壤物理
性质,提升土壤养分供应能力,还可以增加土壤微生
物量与活性[16]。从这个角度看,或许土壤有机质含
量的增加可以提高杂草的竞争能力,导致随着有机
肥比例的增加而杂草群落生物多样性呈增加趋势的
现象。
4 结论
长期不同有机肥料及氮磷钾肥搭配的施肥模式
可以显著影响晚稻田杂草群落的物种组成,杂草群
落特征与土壤有机质、碱解氮、有效磷含量以及地
表光照透过率关系密切。与不施肥的处理相比,均
衡施用有机和化肥可以显著降低杂草群落的优势种
数量,将杂草群落的优势种数量以及生物多样性维
持在不施肥与纯化肥处理区之间。因此,本研究认
为可以通过调整有机肥的施用量来调控农田杂草生
长及群落特性,实现农田杂草的科学综合管理。综
合考虑晚稻稻谷产量和杂草群落生物多样性状况,
本研究认为 NPK3/7(化肥30% +有机肥70%)的
施肥模式既可以保证作物的优质高产,也可以较好
地维持杂草群落的生物多样性。
参 考 文 献:
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