全 文 :书不同施肥模式下水稻生育期间杂草群落特征
董春华1,2,3,刘强1,高菊生2,3,徐明岗2,文石林2,3,曾希柏4
(1.湖南农业大学资源环境学院,湖南 长沙410128;2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 祁阳农田生态系统国家野外试验站,
湖南 祁阳426182;3.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 农业部作物营养与施肥重点开放实验室,北京100081;
4.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 农业部农业环境重点开放实验室,北京100081)
摘要:利用中国农业科学院红壤实验站1982年布置的红壤稻田长期定位试验,于2011年研究了在无机肥和有机
肥含有等量氮磷钾养分的条件下,长期施用有机肥、化肥和有机无机肥混施模式下水稻生育期间杂草种类和生物
量变化。结果表明,施肥30年后,有机无机肥混施处理早稻和晚稻杂草种类最少,有机肥处理早稻杂草种类最多,
不施肥处理晚稻最多,且后两者比前者依次分别高出34.4%和39.3%;有机肥处理两季杂草总量最高,比无机有
机混施、化肥和不施肥处理分别高出10.7%,4.5%和37.7%,早稻杂草总量和湿生杂草生物量有机肥处理最多,
晚稻不施肥处理最多,早稻和晚稻浮水杂草生物总量有机无机肥混施处理最多。土壤碱解氮、有效磷与杂草总干
物质量显著正相关(相关系数分别为0.465和0.517),与湿生杂草生物量显著正相关(相关系数分别为0.482和
0.542),土壤有效磷与浮水杂草生物量极显著正相关(相关系数为0.666),pH 与之极显著负相关(相关系数为
0.516)。土壤有效磷受土壤pH 和碱解氮及其他因子的共同作用对杂草总干物质量产生影响。通过各种施肥措
施维持土壤适宜pH及碱解氮、有效磷含量,能有效控制南方红壤稻田中湿生和浮水杂草生长,使杂草种类与总生
物量达到有益的动态平衡。
关键词:长期试验;施肥模式;双季稻;杂草群落;特征
中图分类号:S511.062;S451 文献标识码:A 文章编号:10045759(2013)03021809
犇犗犐:10.11686/cyxb20130329
杂草是农田生态系统的重要组成部分,对保持农田生态系统的平衡与稳定发挥着重要作用[1,2]。过去,人们
一直努力将杂草从农业生态系统中清除出去,但近年来,保护农业生产区域中杂草等野生植物的多样性,以及发
挥其在维持生态平衡中的作用逐渐为人们所重视,并不断引导人们对田间杂草管理策略进行新的思考[36]。国外
已经开始采用保持田间一定数量杂草和维持农田生态系统生物多样性等农艺措施来实现农田休闲期养分保持和
系统稳定性提高[7],国内也在相关领域开展了大量的研究工作[8,9]。目前,对旱地系统杂草研究较多[1012],对稻
田系统的研究还有待增加。
杂草管理的目的应该是降低杂草对作物产量的影响,并保持一定可控制杂草的生物多样性,施肥能对稻田杂
草群落产生显著影响[10]。在不同施肥模式下并经过多年栽培后,不同稻作模式的稻田各自已形成相对稳定的优
势杂草群落,这可能在不同养分和生态环境下,有不同的杂草种类与其相适应。李昌新等[13]研究表明,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。李儒海
等[14]研究表明,单施化肥(平衡施用N、P、K肥)、化肥配施猪粪、化肥配施夏季、秋季和全年秸秆处理均能显著改
变田间杂草群落的组成,改变某些杂草在群落中的优势地位,从而抑制其发生危害程度。黄爱军等[15]研究表明,
通过合理施肥和秸秆还田措施,可以对稻油复种模式中春季杂草群落进行有效调控。双季稻面积占我国水稻总
面积75%以上,农业生态环境开发潜力巨大。为此,本研究通过对中国农业科学院红壤实验站双季稻区不同肥
料用量的长期定位试验进行研究,通过监测不同施肥模式下早晚稻杂草群落特征,以期阐明长期施肥对南方红壤
218-226
2013年6月
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
第22卷 第3期
Vol.22,No.3
收稿日期:20120530;改回日期:20120725
基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(201125),公益性行业(农业)科研专项经费(201203030),公益性行业(农业)科研
专项经费(201103005)和国家青年科学基金(31100310)资助。
作者简介:董春华(1976),男,湖南祁阳人,助研,博士。Email:dch200707@yahoo.com.cn
通讯作者。Email:gjusheng@163.com,zengxb@cjac.org.cn
稻田生态系统的影响,并为稻田杂草多样性的管理提供理论依据和技术参考。
1 材料与方法
1.1 自然条件
试验地点设在湖南省祁阳县官山坪中国农业科学院红壤试验站内,东经111°52′23″,北纬26°45′12″,海拔约
120m,年平均温度18.0℃,最高温度36.6~40.0℃,≥10.0℃的年积温5600℃,年降水量1250mm,年蒸发量
1470mm,无霜期约为300d,年日照时数1610~1620h,太阳辐射量4550MJ/m2,温、光、热资源丰富。
1.2 供试土壤与试验设计
试验始于1982年,供试土壤为第四纪红土母质发育稻田,土壤质地为壤质粘土,耕层土壤:pH5.2,有机质
含量为19.8g/kg,全氮为1.44g/kg,碱解氮为82.8mg/kg,全磷为0.48g/kg,速效磷为9.6mg/kg,缓效钾为
237mg/kg,速效钾为65.9mg/kg。
试验选取4个处理:1)M;2)NPK;3)NPKM;4)CK。小区面积:1.8m×15.0m=27m2,3次重复,随机排
列,小区间均用水泥埂分隔。一年两熟双季稻,肥料施用量见表1。每季水稻施肥量相等,为:尿素(N46%)
157.5kg/hm2,过磷酸钙(P2O512%)450.4kg/hm2,氯化钾(K2O60%)56.3kg/hm2,有机肥为腐熟的牛粪
22500kg/hm2(折合养分含量:N72.0kg/hm2,P2O556.3kg/hm2,K2O33.8kg/hm2),牛粪养分含量为多年
测定的平均值。所有肥料均作底肥一次施入。试验水稻(犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪)品种为当地常用品种,3~5年更换一次。
表1 试验处理及肥料施用量
犜犪犫犾犲1 犜狉犲犪狋犿犲狀狋狊狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狊 kg/hm2
处理
Treatment
肥料施用量 Amountoffertilizerapplied
化肥施用量 Chemicalfertilizerapplied
N P2O5 K2O
有机肥用量
Manure
肥料养分含量 Nutrientscontentinfertilizer
N P2O5 K2O
CK 0 0 0 0 0 0 0
M 0 0 0 22500 72.5 56.3 33.8
NPK 72.5 56.3 33.8 0 72.5 56.3 33.8
NPKM 72.5 56.3 33.8 22500 145.0 112.6 67.6
:每季水稻施肥量Amountsoffertilizerappliedeachseason.
1.3 测定项目及方法
于2011年早稻和晚稻生育期间分别采集分蘖始期、分蘖盛期和成熟期4个生育期0~20cm耕层土壤样,测
定项目为碱解氮、速效磷、速效钾含量及pH。早稻土壤样品采集时间分别为5月27日、6月18日和7月15日,
晚稻分别为8月15日、9月10日和10月11日。
在早稻和晚稻上述生育时期,每小区采集有代表性的0.25m2 水面及土壤中杂草,计算杂草种类后,分为湿
生杂草和浮水杂草分别称取干物质量。湿生杂草为生长在稻田土壤上的杂草,维持一定土壤含水量即可生存,主
要有鸭舌草(犕狅狀狅犮犺狅狉犻犪狏犪犵犻狀犪犾犻狊)、牛毛毡(犈犾犲狅犮犺犪狉犻狊狔狅犽狅狊犮犲狀狊犻狊)、异型莎草(犆狔狆犲狉狌狊犱犻犳犳狅狉犿犻狊)、节节菜
(犚狅狋犪犾犪犻狀犱犻犮犪)、稗子(犈犮犺犻狀狅犮犺犾狅犪犮狉狌狊犵犪犾犾犻)、绿藻(犆犺犾狅狉犲犾犾犪)和空心莲子草(犃犾狋犲狉狀犪狀狋犺犲狉犪狆犺犻犾狅狓犮狉狅犻犱犲狊)
等,浮水杂草为生长在稻田水中的杂草,主要有浮萍(犔犲犿狀犪犿犻狀狅狉)和四叶萍(犕犪狉狊犻犾犲犪狇狌犪犱狉犻犳狅犾犻犪)等[16]。
碱解氮用扩散法,速效磷用Olsen法,pH采用水土比为2.5进行,速效钾用1mol/LNH4OAc浸提-火焰
光度法[17]。
1.4 分析方法
采用Excel2003、SPSS13.0软件进行统计分析,不同施肥处理间采用LSD 法进行差异显著性检验(α=
0.05)。
912第22卷第3期 草业学报2013年
2 结果与分析
2.1 长期不同施肥对稻田杂草生长的影响
2.1.1 对稻田杂草种类数量和优势杂草的影响 长期施肥30年后稻田杂草变化明显(表2)。早稻杂草种类 M
处理最多,晚稻CK处理最多,早稻和晚稻NPKM处理都最少,早稻 M、NPK和CK处理比NPKM 种类数量分
别高出34.4%,24.6%和31.1%,晚稻分别高出24.6%,11.5%和39.3%;早稻NPKM和NPK处理浮萍覆盖率
达95%以上,其次为M处理,CK处理几乎没有;早稻只有M和CK处理出现牛毛毡,晚稻狗牙根(犆狔狀狅犱狅狀犱犪犮
狋狔犾狅狀)仅未在NPKM处理中占优势。不同处理不同生育期杂草种类数量不一样,出现不同优势杂草,这可能是
因为不同施肥模式下作物长势不同,导致农田小气候差异显著,进而影响作物与杂草以及杂草与杂草之间的竞争
关系,从而引起杂草群落演变,同时也可能是因为杂草对养分利用具有选择性,因而不同施肥措施能显著影响农
田养分状况,进而影响杂草间的养分分配,也可能与杂草生育周期有关[1820]。
表2 2011年水稻生育期田间稻田杂草种类数量与优势杂草
犜犪犫犾犲2 犠犲犲犱狊狆犲犮犻犲狊狀狌犿犫犲狉犪狀犱犱狅犿犻狀犪狀狋狑犲犲犱狊犪狋犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉狅狑犻狀犵狊狋犪犵犲狊狅犳狉犻犮犲犻狀2011
季别
Season
处理
Treatments
杂草种类数 Weedspeciesnumber
分蘖始期
ITS
分蘖盛期
ATS
成熟期
MS
平均
Mean
(No.)
优势杂草
Dominantweedspecies
早稻
Early
rice
M 6.7±0.6 8.7±1.2 9.3±0.6 8.2±1.4 浮萍、四叶萍、鸭舌草犔.犿犻狀狅狉,犕.狇狌犪犱狉犻犳狅犾犻犪,犕.狏犪犵犻狀犪犾犻狊
NPKM 6.7±1.2 6.0±0.0 5.7±1.2 6.1±0.5 浮萍、四叶萍、鸭舌草犔.犿犻狀狅狉,犕.狇狌犪犱狉犻犳狅犾犻犪,犕.狏犪犵犻狀犪犾犻狊
NPK 7.3±1.2 8.3±0.6 7.3±0.6 7.6±0.6 浮萍、四叶萍、鸭舌草犔.犿犻狀狅狉,犕.狇狌犪犱狉犻犳狅犾犻犪,犕.狏犪犵犻狀犪犾犻狊
CK 7.7±0.6 7.7±0.6 8.7±0.6 8.0±0.6 绿藻、节节菜、牛毛毡犆犺犾狅狉犲犾犾犪,犚.犻狀犱犻犮犪,犈.狔狅犽狅狊犮犲狀狊犻狊
晚稻
Late
rice
M 7.0±1.0 7.7±0.6 8.0±1.0 7.6±0.5 四叶萍、鸭舌草、狗牙根犕.狇狌犪犱狉犻犳狅犾犻犪,犕.狏犪犵犻狀犪犾犻狊,犆.犱犪犮狋狔犾狅狀
NPKM 5.3±1.2 6.3±0.6 6.7±0.6 6.1±0.7 四叶萍犕.狇狌犪犱狉犻犳狅犾犻犪
NPK 6.3±0.6 7.0±1.0 7.0±0.0 6.8±0.4 四叶萍、狗牙根犕.狇狌犪犱狉犻犳狅犾犻犪,犆.犱犪犮狋狔犾狅狀
CK 8.0±0.0 8.7±0.6 8.7±0.6 8.5±0.4 牛毛毡、节节菜、狗牙根犈.狔狅犽狅狊犮犲狀狊犻狊,犚.犻狀犱犻犮犪,犆.犱犪犮狋狔犾狅狀
ITS:Initialtileringstage;ATS:Activetileringstage;MS:Maturingstage.下同 Thesamebelow.
2.1.2 对杂草种类与密度的影响 早稻杂草中,矮慈姑(犛犪犵犻狋狋犪狉犻犪狆狔犵犿犪犲犪)、四叶萍、稗子、节节菜和牛毛毡
是稳定性杂草品种,晚稻杂草中,四叶萍、稗子、节节菜、鸭舌草和异型莎草是稳定性杂草品种,其他出现的杂草随
水稻生育期变化而变化(表3)。早稻不同施肥模式中:狗牙根分蘖始期少量出现在NPKM 处理中,在分蘖盛期
和成熟期消失,而在其他处理中一直存在;鸭舌草分蘖始期最先出现在CK处理中,且密度一直保持最低;丁香蓼
(犔狌犱狑犻犵犻犪狆狉狅狊狋狉犪狋犪)开始只出现在 NPK处理中,但在成熟期大量出现在CK处理中;空心莲子草只出现在
NPK和NPKM处理中,成熟期在NPKM处理中消失;异型莎草最晚出现在NPKM处理中,且密度最低;绿藻分
蘖始期大量出现在CK处理中,但在成熟期中消失。晚稻不同施肥模式中:狗牙根分蘖盛期少量出现在NPKM
处理中,且保持最低密度;一年蓬(犈狉犻犵犲狉狅狀犪狀狀狌狌狊)和陌上菜(犔犻狀犱犲狉狀犻犪狆狉狅犮狌犿犫犲狀狊)只在成熟期出现在CK处
理中,牛毛毡一直未在NPKM处理中出现。水稻早晚稻杂草种类及密度的不同和变化与外界环境相关,尤其是
施肥与竞争,与杂草生活史也密不可分[21,22]。
2.1.3 对稻田杂草干物质量的影响 早稻以 M 处理杂草总干物质量高,晚稻CK处理最高,两季以 M 处理最
高,M处理两季总干物质量比NPKM、NPK和CK处理分别高出10.7%,4.5%和37.7%(图1)。
早稻分蘖始期、分蘖盛期和成熟期杂草干物质总量最低是CK处理,最高分别是NPK、NPKM和 M处理,且
同一生育时期比CK处理分别高出77.9%,289.9%和410.5%(图1);晚稻分蘖始期、分蘖盛期和成熟期杂草干
物质总量最高的处理分别是 M、NPK和CK,且同一生育时期比NPKM 处理分别高出56.6%,29.9%和75.7%
(图1)。
022 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.3
表3 2011年早晚稻不同生育期杂草种类与密度
犜犪犫犾犲3 犛狆犲犮犻犲狊犪狀犱犱犲狀狊犻狋狔狅犳狑犲犲犱狊犪狋犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉狅狑犻狀犵狊狋犪犵犲狊狅犳狉犻犮犲犻狀2011 株Plant/0.25m2
生育时期
Growth
period
处理
Treatments
矮慈姑
犛.
狆狔犵
犿犪犲犪
四叶萍
犕.
狇狌犪犱狉犻
犳狅犾犻犪
稗子
犈.
犮狉狌狊
犵犪犾犾犻
节节菜
犚.犻狀
犱犻犮犪
狗牙根
犆.
犱犪犮
狋狔犾狅狀
鸭舌草
犕.
狏犪犵犻
狀犪犾犻狊
丁香
犔.
狆狉狅狊
狋狉犪狋犪
空心莲子
草 犃.
狆犺犻犾狅狓
犮狉狅犻犱犲狊
一年蓬
犈.犪狀狀
狌狌狊
异 型 莎
草
犆.犱犻犳
犳狅狉犿犻狊
陌上菜
犔.狆狉狅
犮狌犿犫犲狀狊
绿藻
犆犺犾狅
狉犲犾犾犪
牛毛毡
犈.狔狅犽
狅狊犮犲狀狊犻狊
始分蘖期 M 168.0 16.7 21.7 5.3 1.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 + +
ITS NPKM 94.3 14.3 20.3 1.0 0.3 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 + +
(早稻 NPK 65.3 8.7 6.7 0.7 3.0 0.0 0.3 1.0 0.0 0.0 0.0 + +
Earlyrice) CK 27.7 4.3 8.7 2.7 0.7 0.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 + +
分蘖盛期 M 13.3 24.7 22.3 117.7 1.7 218.0 0.0 0.0 0.0 34.7 0.0 + +
ATS NPKM 20.3 47.0 24.7 16.0 0.0 159.7 0.0 0.7 0.0 0.0 0.0 + +
(早稻 NPK 36.7 32.0 7.0 33.3 0.7 140.7 0.4 1.7 0.0 6.3 0.0 + +
Earlyrice) CK 35.0 21.0 7.0 140.7 0.3 28.0 0.0 0.0 0.0 3.0 0.0 + +
成熟期 M 7.3 9.0 24.3 126.0 3.0 206.0 0.0 0.0 0.0 45.3 0.0 + +
MS NPKM 7.7 22.0 21.7 16.7 0.0 145.0 0.0 0.0 0.0 1.7 0.0 + +
(早稻 NPK 21.3 20.0 6.0 42.7 2.0 128.7 0.7 1.7 0.0 5.0 0.0 + +
Earlyrice) CK 21.3 13.0 3.0 472.0 2.3 76.0 38.7 0.0 0.0 43.3 0.0 - +
始分蘖期 M 0.0 16.7 12.7 6.7 2.7 20.7 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 - +
ITS NPKM 0.0 34.3 9.3 1.7 0.0 17.7 0.3 0.0 0.0 0.3 0.0 - -
(晚稻 NPK 0.0 33.3 3.7 7.0 7.7 7.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 - +
Laterice) CK 0.0 9.3 1.7 85.7 3.3 17.3 3.7 0.0 0.0 9.0 0.0 - +
分蘖盛期 M 0.0 14.3 12.3 39.0 2.7 28.7 1.7 0.0 0.0 62.3 0.0 - +
ATS NPKM 0.0 29.3 8.7 5.0 1.0 19.7 0.3 0.0 0.0 8.0 0.0 - -
(晚稻 NPK 0.0 29.0 4.0 17.0 19.3 20.7 0.7 0.0 0.0 7.7 0.0 - +
Laterice) CK 0.0 10.3 0.7 198.0 21.3 23.0 10.0 0.0 0.0 12.3 0.0 - +
成熟期 M 0.0 22.0 11.7 14.0 41.0 1.0 2.7 0.0 0.0 11.7 0.0 - +
MS NPKM 0.0 32.3 8.3 28.0 0.7 8.0 1.0 0.0 0.0 6.7 0.0 - -
(晚稻 NPK 0.0 22.3 2.7 20.7 35.7 2.7 0.3 0.0 0.0 4.7 0.0 - +
Laterice) CK 0.0 4.3 0.7 118.0 38.7 1.7 2.7 0.0 10.3 2.0 13.3 - +
“+”代表出现的杂草,“-”代表未出现的杂草。“+”representappearedweeds,“-”representnonappearedweeds.
不同施肥处理下稻田湿生杂草干物质量(图1)和浮水杂草干物质量(图1)有明显差异,浮水杂草对湿生杂草
的抑制和竞争作用明显,尤其是浮萍在早稻分蘖始期对杂草抑制作用强烈,在分蘖盛期和成熟期湿生杂草则抑制
和竞争浮水杂草,同一时期湿生杂草生物总量与浮水杂草生物总量呈消长变化(图1)。早稻各个生育时期湿生
杂草生物量都以 M处理最高,且分蘖盛期和成熟期比分蘖始期分别增加165.7%和325.0%,晚稻都以CK处理
最高,且分蘖盛期和成熟期比分蘖始期分别增加167.8%和261.0%,不同处理下,湿生杂草生物量随早晚稻生育
时期的推进普遍呈上升趋势;早稻和晚稻各生育时期浮水杂草生物总量都以NPKM处理为最高,且早稻分蘖盛
期和成熟期比分蘖始期分别增加52.5%和29.6%,晚稻分蘖盛期和成熟期比分蘖始期分别增加98.3%和
49.4%,不同处理下,湿生杂草生物量随早晚稻生育时期的推进普遍呈先升后降趋势。
方差分析结果(表4)表明,施肥和生育时期2个因素都对稻田杂草生物量产生显著影响,且施肥和水稻季
别、水稻季别和生育时期之间有显著交互作用。其中以生育时期对稻田杂草总干物质量的影响最大。
2.2 长期不同施肥后土壤有效养分及pH与杂草生长的关系
相关分析(表5)表明,土壤不同养分含量变化对杂草生长有明显影响。土壤碱解氮、有效磷与杂草总干物质
122第22卷第3期 草业学报2013年
量显著正相关,速效钾与之极显著负相关,各土壤养分对湿生杂草干物质量的影响与对杂草总干物质量的影响一
致;浮水杂草对有效磷含量变化非常敏感,增加土壤有效磷含量能促进浮水杂草生长,但pH与浮水杂草干物质
量极显著负相关。
图1 2011年水稻生育期间杂草干物质量动态变化
犉犻犵.1 犇狔狀犪犿犻犮犮犺犪狀犵犲狊狅犳狑犲犲犱犱狉狔犿犪狊狊犪狋
犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉狅狑犻狀犵狊狋犪犵犲狊狅犳狉犻犮犲犻狀2011
不同小写字母表示差异显著(犘<0.05)。Thedifferentsmal
lettersmeanthesignificantdifferenceat犘<0.05.
222 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.3
表4 施肥、水稻级别、生育时期三因素对杂草干物质总量的影响
犜犪犫犾犲4 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犳犲狉狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀,狉犻犮犲狊犲犪狊狅狀犪狀犱犵狉狅狑犻狀犵狊狋犪犵犲狊狅狀狋狅狋犪犾犱狉狔犿犪狊狊狅犳狑犲犲犱狊
变异来源Sourceofvariation 平方和TypeIIIsumofsquares 自由度Degreeoffreedom 均方 Meansquare 犉值犉value 犘值犘value
F 162.3 3 54.1 8.57 0.029
G 916.2 2 458.1 13.28 0.006
S 23.9 1 23.9 0.69 0.438
F×G 176.1 6 29.3 0.85 0.576
F×S 471.2 3 157.1 4.55 0.035
G×S 86.9 2 43.5 4.06 0.049
误差Error 207.0 6 34.5
总和 Total 14072.8 24
决定系数为0.549(校正决定系数为0.412)。RSquared=0.549(AdjustedRSquared=0.412).F:施肥Fertilizer;S:水稻季别Riceseason;G:生
育时期 Growingstage.
表5 早稻和晚稻生育期间土壤有效养分及狆犎与杂草干物质量的相关关系
犜犪犫犾犲5 犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀狊狅犳犪狏犪犻犾犪犫犾犲狀狌狋狉犻犲狀狋犮狅狀狋犲狀狋狊犪狀犱狊狅犻犾狆犎狑犻狋犺犱狉狔犿犪狊狊狅犳
狑犲犲犱狊犱狌狉犻狀犵犲犪狉犾狔犪狀犱犾犪狋犲狉犻犮犲狊犲犪狊狅狀
土壤养分Soilnutrient
杂草总干物质量
Totalweeddrymass
方程Equation 狉
湿生杂草干物质量
Wetweeddrymass
方程Equation 狉
浮水杂草干物质量
Floatingweeddrymass
方程Equation 狉
碱解氮AlkalihydrolyzableN 狔=2.2139狓+115.1 0.465 狔=1.1796狓+132.59 0.482 狔=1.8717狓+127.6 0.336
有效磷AvailableP 狔=1.5998狓+8.9815 0.517 狔=2.4079狓+23.997 0.542 狔=3.0011狓+9.471 0.666
速效钾AvailableK 狔=-2.1255狓+208.66 -0.493 狔=-2.5122狓+196.44-0.582 狔=1.7762狓+146.24 0.234
pH 狔=-0.0014狓+6.1276-0.096 狔=0.0027狓+6.0571 0.194 狔=-0.0127狓+6.2002 -0.516
犘<0.05,犘<0.01.
直接通径系数以土壤碱解氮和pH较大,表明二者对杂草总干物质量直接影响最大(表6)。有效磷与pH对
杂草总干物质量的影响皆为负效应,但经过其他因子影响,两者对杂草总干物质量的间接效应皆起到了正作用;
土壤中有效磷对杂草总干物质量的直接影响较小,且为负效应,其间接影响为正效应,但与杂草总干物质量最终
表现为显著正效应;土壤碱解氮对杂草总干物质量的直接和间接影响皆为正效应,且影响作用较大。因此适宜的
土壤pH和碱解氮、有效磷含量能有效调控稻田杂草生物量。
表6 土壤有效养分及狆犎对杂草总干物质量的影响
犜犪犫犾犲6 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犪狏犪犻犾犪犫犾犲狀狌狋狉犻犲狀狋犮狅狀狋犲狀狋狊犪狀犱狆犎狅犳狆犪犱犱狔狊狅犻犾狅狀犱狉狔犿犪狊狊狅犳狑犲犲犱狊
因素
Factor
狉 直接通径
Directpath
间接通径Indirectpath
碱解氮
AlkalihydrolyzableN
有效磷
AvailableP
速效钾
AvailableK
pH 合计
Total
碱解氮AlkalihydrolyzableN 0.465 0.625 0.168 0.227 -0.185 0.210
有效磷AvailableP 0.517 -0.169 -0.045 -0.058 0.156 0.053
速效钾AvailableK -0.493 -0.834 -0.303 -0.288 0.426 -0.165
pH -0.096 -0.415 0.041 0.054 0.016 0.111
322第22卷第3期 草业学报2013年
3 讨论
长期不同施肥对湘南红壤双季稻田早晚稻杂草群落的作用,是通过影响土壤状况(包括养分体系、有机质动
态、土壤温度、土壤氧化还原状况等)产生影响的[2325],作物和杂草以及杂草之间对养分、光照、水分等环境资源存
在着激烈竞争关系[18]。有研究表明,土壤养分和pH与杂草生物量存在显著相关关系[10,11,26,27]。本试验进行30
年后,早稻和晚稻施用有机肥(牛粪)处理下杂草种类比使用化肥处理多,而且两季杂草总生物量也要高,说明在
等养分情况下,施用有机肥更能提高杂草多样性和生物量;试验中有机无机肥混施处理肥量增加了1倍,但早晚
稻杂草种类最少,且其两季杂草总生物量仅高于不施肥处理,说明有机、无机肥混施使杂草类群和生物量明显得
到抑制;稻田中杂草狗牙根,生存力极强,对水稻生产破坏力极大,各处理中只有有机、无机混施处理下优势杂草
种类中无狗牙根,早稻分蘖始期有机、无机肥混施处理下出现极少量狗牙根,但在分蘖盛期和成熟期消失,晚稻分
蘖盛期开始出现狗牙根,其密度保持最低水平,说明有机、无机肥混施处理对狗牙根繁殖有一定的抑制作用。早
稻和晚稻都出现较稳定的适应性杂草品种,但更多杂草品种的出现随水稻生育期变化而变化,这可能与环境变化
有关,因为随着水稻生育期变化,光照强度、土壤理化性质等都会发生相应的改变,而最终影响到相关杂草能否生
存。
牛粪等有机物料富含氮、磷等养分,但其肥效较化肥缓慢[28]。施有机肥处理两季杂草总生物量最高,早稻也
最高,晚稻虽然不是最高,但与最高值差异不显著,这也可能与施用牛粪有机肥后土壤中养分残留较多有关,有机
肥施用时期越晚,数量越多,残留养分对杂草的促进效应就越明显,有机无机肥混施处理施肥量最多,但其两季杂
草总生物量比化肥氮磷钾处理还低,其晚稻杂草生物量最少,这显示了其生境中植物间竞争非常激烈,同时也说
明了,土壤养分和pH变化及植物间竞争程度可能是造成杂草种类和生物量产生差异的主因。
在早晚稻不同生育时期杂草干物质总量最高值对应的处理是变化的,这种变化可能反映了杂草与水稻之间
总的竞争趋势,同时,稻田中浮水杂草和湿生杂草的生长存在相互抑制作用,早晚稻不同生育时期湿生杂草和浮
水杂草生物量呈消长变化,这充分说明了湿生杂草和浮水杂草竞争的激烈性;当然生育期间的气候条件差异[29]
也是引起杂草干物质量差异的原因之一,尤其是杂草之间及杂草与水稻之间对光照的竞争值得进一步研究。
本研究借助30余年的长期定位试验,发现长期不同施肥后,土壤碱解氮、有效磷都与杂草总干物质量显著相
关,土壤有效磷和pH与浮水杂草生物量极显著相关。通径和逐步回归分析表明,土壤碱解氮对稻田杂草干物质
量的影响为直接作用,其中,有效磷和pH的直接作用为负效应,他们通过其他因子的影响间接起到了正效应。
因此,在农业生产中,采用各种措施维持土壤适宜pH及碱解氮和有效磷含量,能够有效抑制稻田湿生杂草和浮
水杂草的发生,使杂草生物总量和种类数量与作物之间达到一个有益的动态平衡。
致谢:该长期试验由 刘更另 院士设计并一直在 刘更另 院士指导下进行。高菊生同志从1984至今,一直负责该
试验田间管理、调查、取样、收产等项工作。同时,在研究过程中得到了徐明岗研究员、黄鸿翔研究员等的大力支
持。在此,一并致谢!
参考文献:
[1] 林新坚,王飞,王长方,等.长期施肥对南方黄泥田冬春季杂草群落及其C、N、P化学计量的影响[J].中国生态农业学报,
2012,20(5):573577.
[2] 沈浦,高菊生,徐明岗,等.长期施用含硫和含氯化肥对稻田杂草生长动态的影响[J].应用生态学报,2011,22(4):992
998.
[3] FriedG,PetttS,DessaintF,犲狋犪犾.ArableweeddeclineinNorthernFrance:Cropedgesasregugiaforweedconservation[J].
BiologicalConservation,2009,142:238243.
[4] AltieriMA.Howbestcanweusebiodiversityingroecosystem[J].OutlookonAgriculture,1991,20:1523.
[5] MclaughlinA,MineauP.Theimpactofagriculturalpracticesonbiodiversity[J].Agriculture,EcosystemsandEnvironment,
1995,55:201212.
422 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.3
[6] 张福锁.植物营养生态生理学和遗传学[M].北京:中国科学技术出版社,1993.
[7] CanadianGeneralStandardsBoard.NationalStandardofCanada:OrganicAgriculture[S].1999.
[8] 杨健源,杨贤智.我国杂草科学的研究与应用进展[J].广东农业科学,1998,(5):2629.
[9] 陈海坚,黄昭奋,黎瑞波,等.农业生物多样性的内涵与功能及其保护[J].华南热带农业大学学报,2005,11(2):2427.
[10] YinLC,CaiZC,ZhongW H.Changesinweedcommunitydiversityofmaizecropsduetolongtermfertilization[J].Crop
Protection,2006,25:910914.
[11] YinLC,CaiZC,ZhongW H.Changesinweedcompositionofwinterwheatcropsduetolongtermfertilization[J].Agri
culture,EcosystemsandEnvironment,2005,107:181186.
[12] SaitoK,LinquistB,JohnsonDE,犲狋犪犾.PlantedlegumefalowsreduceweedsandincreasesoilNandPcontentsbutnotup
landriceyields[J].AgroforestSystem,2008,74(1):6372.
[13] 李昌新,赵锋,芮雯奕,等.长期秸秆还田和有机肥施用对双季稻田冬春季杂草群落的影响[J].草业学报,2009,18(3):
142147.
[14] 李儒海,强胜,邱多生,等.长期不同施肥方式对稻油轮作制水稻田杂草群落的影响[J].生态学报,2008,28(7):3236
3243.
[15] 黄爱军,赵锋,陈雪凤,等.施肥与秸秆还田对太湖稻-油复种系统春季杂草群落特征的影响[J].长江流域资源与环境,
2009,18(6):515521.
[16] 刘克,赵文吉,郭逍宇,等.野鸭湖典型湿地植物光谱特征[J].生态学报,2010,30(21):58535861.
[17] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京:中国农业科技出版社,2000:107109,147149,150152,166168,179181,
191195.
[18] 古巧珍,杨学云,孙本华,等.不同施肥条件下黄土麦地杂草生物多样性[J].应用生态学报,2007,18(5):10381042.
[19] 张磊,欧阳竹,董玉红,等.农田生态系统杂草的养分和水分效应研究[J].中国水土保持学报,2005,19(2):6974.
[20] ColbachN,DtlrrC,ChauvelB,犲狋犪犾.EffectofenvironmentalconditionsonAlopecurusmyosuroidesgerminationII.Effect
ofmoistureconditionsandstoragelength[J].WeedResearch,2002,42(3):210221.
[21] 王斌,张荣.半干旱区农田杂草的生活史对策研究[J].草业学报,2011,20(1):257260.
[22] 高宗军,李美,高兴祥,等.不同耕作方式对冬小麦田杂草群落的影响[J].草业学报,2011,20(1):1521.
[23] 马丽荣,蔺海明,陈玉梁,等.兰州引黄灌区玉米田杂草群落及生态位研究[J].草业学报,2007,16(2):111117.
[24] JohnsonKH,ClarkHJ,SchmitzOJ,犲狋犪犾.Biodiversityandtheproductivityandstabilityofecosystem[J].TrendsinE
cology&Evolution,1996,11:372377.
[25] 邢福,周景英,金永君,等.我国草田轮作的历史、理论与实践概览[J].草业学报,2011,20(3):245255.
[26] 蔡树美,蔡玉琪,李广水,等.施用尿素、有机-无机复混肥和包膜有机肥对几种水稻田土表水层pH 的影响[J].土壤,
2010,42(2):288291.
[27] 李华,陈英旭,梁新强,等.浮萍对稻田田面水中氮素转化与可溶性氮的影响[J].水土保持学报,2006,20(5):9294,
129.
[28] 黄治平,徐斌,涂德浴.连续施用猪粪菜地土壤基质化研究[J].安徽农业大学学报,2007,34(2):262264.
[29] 贺建林.湖南省水旱灾害及其时空分布[J].长江流域资源与环境,1997,6(2):187192.
522第22卷第3期 草业学报2013年
犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀犿狅犱犲犾狊狅狀狋犺犲犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳狑犲犲犱
犮狅犿犿狌狀犻狋犻犲狊犱狌狉犻狀犵狋犺犲狉犻犮犲犵狉狅狑犻狀犵狊犲犪狊狅狀狊
DONGChunhua1,2,3,LIUQiang1,GAOJusheng2,3,XUMinggang2,WENShilin2,3,ZENGXibai4
(1.ColegeofResourceandEnvironment,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China;
2.InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanningCAAS,QiyangAgroecosystem
ofNationalFieldExperimentalStation,Qiyang426182,China;3.InstituteofAgricultural
ResourcesandGegionalPlanningCAAS/MinistryofAgricultureKeyLaboratoryofCrop
NutritionandFertilization,Beijing100081,China;4.InstituteofAgricultural
EnvironmentandSustainableDevelopmentCAAS/KeyLaboratoryof
AgroEnvironment,MinistryofAgriculture
ofChina,Beijing100081,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Aninvestigationwasmadeatadoublericepaddyfieldsetupin1982intheRedSoilFieldExperi
mentalStation,CAAS,Chinatostudythespeciesandbiomassofweedsgrowingduringtherice(犗狉狔狕犪狊犪狋犻
狏犪)growingseasons.Overa30yearperiod,organic,chemical,andamixedorganicandinorganicfertiliser
wereappliedwiththesameratesofnitrogen(N),phosphorus(P),andpotassium(K).Comparedwithother
treatments,longtermapplicationofmixedfertiliserresultedintheleastnumberofweedspeciesinbothrice
growingseasons.Organicfertiliserapplicationresultedinthegreatestnumberofweedspeciesintheearlyrice
growingseason,whiletreatmentwithoutfertiliserapplicationresultedinthegreatestnumberinthelategrow
ingseason:4.4%and39.3%higherthantheformertworespectively.Longtermapplicationoforganicfertili
serresultedinthehighestbiomassofweedsinbothseasons,10.7%,4.5%and37.7%higherthantheappli
cationsofmixed,chemical,andnofertiliserrespectively.Longtermapplicationoforganicfertiliserresultedin
thehighestbiomassofalweedsandfloatingweedsintheearlyseason,thetreatmentwithoutfertiliserapplica
tionresultedinthehighestbiomassofbothinthelateseason,whilemixedfertiliserapplicationresultedinthe
highestbiomassoffloatingweedsinbothseasons.SoilalkalihydrolyzableNandavailablePwerepositively
correlatedwiththedrymassofweeds(狉=0.465,犘<0.05and狉=0.517,犘<0.05,respectively),andofwet
weeds(狉=0.482,犘<0.05and狉=0.542,犘<0.05,respectively).Drymassoffloatingweedswaspositively
correlatedwithsoilavailableP(狉=0.666,犘<0.01),andwasnegativelycorrelatedwithsoilpH (狉=0.516,
犘<0.01).SoilavailableP,underthecoeffectsofsoilpH,alkalihydrolyzableNandotherfactors,hadanin
directeffectonthedrymassofweeds.Ifeffectivecontrolofthegrowthofwetandfloatingweedsinredsoil
paddyofsouthChinaistobeattemptedbyachievingabeneficialdynamicequilibriumbetweentheweedspecies
andtotalbiomasses,thebestwayistoadoptvariousfertilisationmeasurestomaintainproperalkalihydrolyza
bleNandavailablePcontentsandsoilpH.
犓犲狔狑狅狉犱狊:longtermexperiment;fertilisationmodel;doublecroppingrice;weedcommunity;characteristics
622 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.3