全 文 ：中国生态农业学报 2012年 5月 第 20卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, May 2012, 20(5): 573−577


* 公益性行业(农业)科研专项经费项目(201203030)、福建省省属公益类科研院所基本科研专项(2010R1024-4)、福建省农业科学研究野
外观测站(2009J1002)和福建省自然科学基金项目(2009J01204, 2011J05058)资助
林新坚(1955—), 男, 研究员, 主要从事微生物与土壤培肥研究。E-mail: xinjianlin@163.net
收稿日期: 2011-09-12 接受日期: 2011-12-28
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.00573
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*
林新坚1 王 飞1 王长方2 林 诚1 李清华1 何春梅1 李 昱1
(1. 福建省农业科学院土壤肥料研究所 福州 350013; 2. 福建省农业科学院植物保护研究所 福州 350013)
摘 要 在福建黄泥田长期定位施肥试验的第 27年, 研究了不同施肥处理对冬春季稻田杂草群落及其 C、N、
P 化学计量的影响。结果表明, 与不施肥(CK)相比, 化肥+牛粪(NPKM)、化肥+秸秆还田(NPKS)及单施化肥
(NPK)处理的杂草 Shannon均匀度指数(E)降低 0.03~0.07个单位, NPKM与 NPKS处理还同时降低了 Margalef
物种丰富度指数(DMG), 而表征综合量度的 Shannon多样性指数(H′)则降低 0.02~0.16个单位。各施肥处理的杂
草生物量较 CK增加 89.6%~214.7%。不同施肥处理还提高了杂草 N、P、K养分含量, 尤其是 NPKM处理, 各
施肥处理养分积累顺序表现为: NPKM>NPKS>NPK。此外, 各施肥处理降低了杂草 C/N与 C/P计量比值。植
株 C/N、C/P、N/P与土壤 C/N、C/P、N/P及生物量间呈一定的显著相关。不同施肥处理影响杂草多样性及其
养分吸收, 施肥处理的杂草养分储量可观, 培肥潜力大。杂草的 C、N、P计量比一定程度上可反映土壤 C、N、
P计量特征。
关键词 长期施肥 黄泥田 杂草群落 生物多样性 养分吸收 生态化学计量学
中图分类号: S14; S184 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)05-0573-05
Effects of long-term fertilization on weed community characteristics and
carbon, nitrogen and phosphorus stoichiometry during winter-spring
season in yellow-clay paddy fields of South China
LIN Xin-Jian1, WANG Fei1, WANG Chang-Fang2, LIN Cheng1, LI Qing-Hua1, HE Chun-Mei1, LI Yu1
(1. Institute of Soils and Fertilizers, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350013, China; 2. Institute of Plant
Protection, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350013, China)
Abstract As an important agronomic measure, fertilization affects not only crop growth, but also field weeds and community
composition. However, the effects of different fertilization on weed community characteristics are still not fully understood. To that
end, a long-term experiment was set up in 1983 at Fujian Experimental Observatory Station, a station for the monitoring (via experi-
mental plots) of long-term farmland conservation practices. The station belongs to the Ministry of Agriculture and is located at
119°0410" E and 26°1331" N. The soils at the station are the typical yellow-clay paddy soils originating from foot-slope deposited
low-hilly red soils of mid-low-yield paddy fields. The influences of different long-term fertilization schemes on the characteristics of
field weed communities and carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) stoichiometry during winter-spring seasons were investi-
gated. The main aim was to lay the scientific basis for southern paddy soil fertility improvement and weed management and utiliza-
tion. The results showed that compared with the control (no fertilization, CK), Shannon uniform index (E) was 0.03~0.07 lower in
the treatments of chemical fertilizer plus cattle manure (NPKM), chemical fertilizer plus straw (NPKS) and chemical fertilizer (NPK).
Margalef abundant index (DMG) also dropped in NPKM and NPKS treatments. Shannon diversity index (H′), a comprehensive indi-
cator, was 0.02~0.16 lower in fertilization treatments. Compared with CK, weed biomass increased by 89.6%~214.7% in all fertiliza-
tion treatments. Weed N, P and K contents increased as well, and was most significant for NPKM treatment. In terms of accumulated
nutrients, the treatments rank of paddy soils was NPKM > NPKS > NPK. Furthermore, weed C/N and C/P ratios dropped in all fer-
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tilization treatments. Some significant correlations were noted among weed C/N, C/P and N/P ratios and C/N, C/P, N/P ratios of soil
and biomass. Different fertilization schemes influenced weed diversity and nutrient uptake. Also weed nutrient accumulation was
considerable in all fertilization treatments, with enormous fertility, C and N. To some extent, ratio among C, N, P of weeds reflected
C, N and P stoichiometry of soils.
Key words Long-term fertilization, Yellow-clay paddy field, Weed community, Biodiversity, Nutrient uptake, Ecological
stoichiometry
(Received Sep. 12, 2011; accepted Dec. 28, 2011)
杂草是农田生态系统的重要组成部分。杂草生
物多样性对于促进土壤养分循环, 维持土壤动物、
微生物, 减少土壤流失、酸化, 维持正常生态功能具
有重要作用[1−2]。施肥作为重要的一项农艺措施, 不
仅影响作物的生长发育 , 同时也影响田间杂草的
生长及群落组成 [3−6], 但至今关于不同养分管理措
施对杂草群落特征的影响 , 国内外仍没有统一的
结论 [1]。生态化学计量学综合了生物学、化学和物
理学的基本原理, 利用生态过程中多重化学元素的
平衡关系, 为研究 C、N、P等元素在生态系统过程
中的耦合关系提供了一种综合方法。目前, C∶N∶P
计量关系与植物个体生长发育、种群增长、群落动
态和生态系统过程的联系已成为生态学研究的前沿
领域之一[7]。黄泥田是福建等南方省份广泛分布的
一种渗育型水稻土, 通常因水分不足, 缺乏 P、K而
低产, 在水稻田中属中低产田[8]。对黄泥田的研究以
往多集中于水稻生育期的生长、土壤改良、养分管
理等方面 [9−10], 而对其冬闲田杂草的管理利用却鲜
见报道。为此, 本文以连续 27年的福建黄泥田长期
定位施肥试验为平台 , 开展杂草多样性监测研究 ,
试图明确不同施肥处理黄泥田冬闲期杂草群落及
C、N、P 化学计量特征, 从而为南方水稻土冬闲田
杂草管理及利用提供科学依据。
1 材料与方法
试验设在农业部耕地保育福建观测实验站土壤
肥力长期监测试验田 (闽侯县白沙镇 , 东经
119°0410", 北纬 26°1331")。成土母质为低丘红壤
坡积物, 土壤类型为黄泥田。试验区年平均气温 19.5
, ℃ 年均降雨量 1 350.9 mm, 年日照时数 1 812.5 h,
无霜期 311 d, ≥10 ℃的活动积温 6 422 ℃。试验前
(1983 年)耕层土壤 pH 4.90, 有机质 21.6 g·kg−1, 速
效氮 141 mg·kg−1、速效磷 24 mg·kg−1、速效钾 41
mg·kg−1。
试验设 4 个处理: 1)不施肥(CK); 2)单施化肥
(NPK); 3)化肥+牛粪(NPKM); 4)化肥+全部稻草回田
(NPKS)。每处理设 3次重复, 小区面积 12 m2。每季
施用化肥 N 103.5 kg·hm−2、P2O5 27 kg·hm−2、KCl 135
kg·hm−2。干牛粪每年施用量 3 750 kg·hm−2, 稻草施
用量为上茬稻草全部回田。
化肥施用方法为每茬水稻氮、钾肥的一半作基
肥, 一半作分蘖追肥, 磷肥全部基肥。供试化肥分别
用尿素、过磷酸钙、氯化钾。试验地 1983—2004年
均种植双季稻(每年种植两茬), 2005 年始种植单季
稻(每年种植 1茬), 早稻于每年 7月中旬收获, 中、
晚稻于 10月上旬收获。
于 2010年 2月(冬闲期)调查稻田杂草多样性。
用 40 cm×50 cm样框进行调查, 每小区 5个样框, 即
1 m2, 每小区分别统计杂草种类与密度。同时取小区
鲜草于 105 ℃杀青 20 min, 60 ℃烘干至恒重, 作为
杂草生物量的指标, 并供作杂草 C、N、P、K分析, 按
常规分析测定[11]。
利用 Shannon多样性指数(H′)、Shannon均匀度
指数(E)、Margalef 物种丰富度指数 (DMG) 3个指标
来计算杂草生物多样性[12−13]。测算公式如下:
H′=(NlgN−∑nlgn)N−1 (1)
E=H′(lnN)−1 (2)
DMG=(S−1)×(lnN)−1 (3)
式中, N为各小区中 1 m2内所有杂草的总数量, n为
各小区中 1 m2内某种杂草的数量, S为各小区中 1 m2
内杂草种类数量。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理对冬春季稻田杂草种类、密度及
生物多样性指数的影响
从杂草群落特征观察结果看(表 1), 不同施肥处
理的冬春季稻田杂草主要分属禾本科(Gramineae)、
豆科(Leguminosae)、石竹科(Caryophyllaceae)、十字
花 科 (Cruciferae) 、 菊 科 (Asteraceae) 、 伞 形 科
(Apiales)、蓼科 (Polygonaceae)、玄参科 (Scrophu-
lariaceae) 、 毛 茛 科 (Ranunculaceae) 、 菫 菜 科
(Violaceae)、三白草科(Saururaceae)等 11个科, 且主
要以禾本科、豆科、毛茛科、菊科种群占主要优势。
施肥均提高了冬春季的杂草总密度, 各处理杂
草总密度为 NPKM>NPKS>NPK>CK, 与 CK 相比,
NPKM、NPKS与 NPK处理分别提高 101.0%、95.9%、
41.5%, 表明 NPKM 处理对提高杂草总密度最为明
显。就具体杂草而言 , 不同施肥处理杂草看麦娘
(Alopecurus japonicus)均占主要优势, 除此之外, CK
第 5期 林新坚等: 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 575


表 1 不同施肥处理冬春季稻田杂草的种类、密度和生物多样性指数
Table 1 Weed species, densities and biodiversity indexes in rice field during winter-spring season under different fertilization treatments
密度 Density (plant·m−2) 杂草名称
Name of weed
科名
Family of weed CK NPK NPKM NPKS
牛筋草 Eleusine indica 禾本科 Gramineae 74.5±43.1 377.0±0 0 498.0±0
马唐 Digitaria sanguinalis 禾本科 Gramineae 3.0±0 2.0±0 352.3±159.3 526.0±0
看麦娘 Alopecurus japonicus 禾本科 Gramineae 514.7±301.4 563.3±466.8 568.9±482.4 459.7±276.5
紫云英 Astragalus sinicus 豆科 Leguminosae 39.5±40.3 134.3±112.0 860.0±388.9 64.3±102.8
繁缕 Stellaria media 石竹科 Caryophyllaceae 3.7±3.8 2.0±0 0 0
碎米荠 Cardamine 十字花科 Cruciferae 2.5±2.1 3.0±0 0 0
山莴苣 Lactuca indical 菊科 Asteraceae 1.0±0 1.0±0 0 0
小飞蓬 Conyza canadensis 菊科 Asteraceae 0 4.0±0 0.8±0.3 2.0±0
裸柱菊 Soliva anthemifolia 菊科 Asteraceae 5.0±6.9 6.0±3.6 1.3±0.7 27.0±39.8
天胡荽 Hydrocotyle sibthorpioide 伞形科 Apiales 18.0±0 15.5±13.4 0 2.0±0
鼠曲草 Gnaphalium affine 菊科 Asteraceae 89.0±39.6 81.3±50.8 10.5±3.8 33.0±15.0
扁蓄 Polygonumaviculare 蓼科 Polygonaceae 5.0±0 5.0±0 5.3±2.4 1.0±0
黄鹌菜 Roungia japonica 菊科 Asteraceae 7.0±1.4 10.0±5.6 18.4±10.9 14.7±11.9
通泉草 Mazus japonicus 玄参科 Scrophulariaceae 0 1.0±0 0 2.0±1.4
茴茴蒜 Ranunculus chinensis 毛茛科 Ranunculaceae 56.7±14.2 152.7±69.5 133.3±46.1 268.0±226.9
犁头草 Viola japonica 菫菜科 Violaceae 2.0±0 0 0 0
石胡荽 Centipeda minima 菊科 Asteraceae 1.0±0 5.0±0 0 0
积雪草 Centella asiatica 伞形科 Apiales 94.0±57.1 15.0±2.8 0 9.0±1.4
鱼腥草 Houttuynia cordata 三白草科 Saururaceae 4.0±0 0 0.8±0.3 0
丛枝蓼 Polygonum caespitosum 蓼科 Polygonaceae 54.1±6.0 1.0±0 7.1±5.1 3.0±0
杂草总密度 Total density of weeds — 974.6 1379.2 1 958.7 1 909.7
杂草类群数 Genra number of weeds (genus·m−2) — 18 19 11 14
Shannon多样性指数 Shannon diversity index — 0.74 0.70 0.58 0.72
Shannon均匀度指数 Shannon evenness index — 0.25 0.22 0.18 0.22
Margalef物种丰富度指数 Margalef abundance index — 5.69 5.73 3.04 3.96
CK: 不施肥 no fertilization; NPK: 单施化肥 chemical fertilizer; NPKM: 化肥+牛粪 chemical fertilizer plus cattle manure; NPKS: 化肥+秸
秆还田 chemical fertilizer plus straw. 下同 The same below.

处理的杂草种群优势不明显, 而 NPK处理以茴茴蒜
(Ranunculus chinensis)为优势种群, NPKM 处理以紫
云英(Astragalus sinicus)为优势种群, NPKS则以牛筋
草(Eleusine indica)占优势。这可能与长期施肥条件下
冬闲田生态环境、养分、水热条件发生变化有关, 而
每种杂草对生态环境及养分存在差异的响应。
Margalef 物种丰富度指数(DMG)是田间杂草的
种类数指标, Shannon 均匀度指数(E)是不同杂草之
间数量分布的均匀程度, Shannon 多样性指数(H′)是
对田间杂草物种丰富度和物种均匀度的综合量度。
对物种丰富度指数 DMG而言, 除 NPK处理较 CK略
有上升外, NPKM 与 NPKS 处理分别较 CK 降低
46.6%与 30.4%。而对 Shannon均匀度指数E而言, 长
期施肥均降低 Shannon均匀度指数, 分别较CK降低
0.03~0.07 个单位, 其表观综合量度的 Shannon 多样
性指数 H′则较 CK降低 0.02~0.16个单位。说明黄泥
田长期施肥降低了杂草物种分布均匀度, 有机无机
肥配施还同时降低了杂草丰富程度, 这与李昌新等[13]
研究结果基本一致 , 但与赵锋等 [14]研究结果相左 ,
其原因可能与区域气候、农田地力水平、耕作方式
及观测时间差异有关。
2.2 不同施肥处理对冬春季稻田杂草生物量的影响
由表 2 可知, 施肥均提高了稻田冬春季的杂草
生物量, NPK、NPKM、NPKS分别较 CK提高 89.6%、
214.7%和 167.8%, 其中 NPKM与 CK差异达显著水
平。从表中也可看出, 有机无机肥配施(包括配施牛
粪与秸秆还田)的杂草生物量较单施化肥处理有升
高趋势。另由表 2 可知, 各施肥处理杂草的含水量
与生物量变化趋势表现一致。

表 2 不同施肥处理冬春季稻田杂草的生物量和含水率
Table 2 Weed biomass and moisture content in rice field during
winter-spring season under different fertilization treatments
处理
Treatment
生物量
Biomass (g·m−2)
含水率
Moisture contents (%)
CK 163.7b 60.55b
NPK 310.3ab 65.81ab
NPKM 515.1a 72.32a
NPKS 438.3ab 63.15ab

2.3 不同施肥处理对冬春季稻田杂草 C、N、P、K
养分含量及吸收量的影响
由图 1 可知, 不同施肥处理杂草 C 除 NPKS 处
理略低于对照外, NPK 与 NPKM 均高于对照, 二者
分别较对照提高 3.2%与 10.9%。对养分而言, 施肥
均提高了杂草 N、P、K养分含量, 其中 N含量较对
照提高 11.2%~129.9%, 其中又以 NPKM 最为明显;
P 含量较对照提高 21.9%~80.1%, 同样以 NPKM 增
576 中国生态农业学报 2012 第 20卷




图 1 不同施肥处理对冬春季稻田杂草 C(A)、N(B)、P(C)、K(D)含量及吸收量的影响
Fig. 1 Effects of different fertilization treatments on C (A), N (B), P (C), K (D) contents and uptakes of weeds in rice field during winter-spring season

幅最为明显。K含量较CK提高 2.6%~15.3%, 以NPK
处理增幅最为明显。上述表明, 施肥对提高杂草 N
养分最为明显。这可能与施肥处理中豆科杂草占据
优势有关。
从杂草固定 C 与吸收养分看, 施肥处理杂草固
定 C 与吸收养分均高于 CK, 其中 C 增幅 90.3%~
250.7%、N 增幅 126.3%~649.6%、P 增幅 117.6%~
475.9%、K增幅 100.7%~236.2%, 且均表现出 NPKM>
NPKS>NPK的趋势, 其中 NPKM的 N、P养分吸收
量显著高于其他处理。如将施肥处理的杂草适时翻
压入土 , 为土壤提供的养分较为可观 , 其养分
(N+P2O5+K2O)累积量为 108.5~248.0 kg·hm−2, 尤其
是 NPKM 处理。上述结果说明, 施肥条件下黄泥田
冬春季杂草生物截获养分、减少养分损失和培肥地
力的功能不可忽视。
2.4 不同施肥处理对冬春季稻田杂草 C、N、P 化
学计量比的影响
从冬春期稻田杂草 C、N、P化学计量比来看, 各
施肥处理的杂草 C/N与 C/P均较 CK有所下降(表 3),
其中均以 NPKM 处理降幅最大, 分别较 CK 降低
22.4 和 77.9 个单位, 二者均达到显著差异。从 N/P
来看, 以 NPKM的 N/P最高, 并显著高于 NPKS, 这
可能与 NPKM 处理的杂草多以豆科绿肥为主, N 素
含量与生物量相对较高所致。N/P 被广泛用于诊断
植物个体、群落与生态系统的 N、P养分限制格局。
当植被的 N/P小于 14时, 表明植物生长较大程度受
到 N素的限制作用, 而大于 16时, 则反映植物生产
力受 P 素的限制更为强烈[15−16]。从本研究看, 各处
理的N/P均低于 14, 但从土壤测定结果看, 土壤缺 P
的风险要大于缺 N[10], 因而作为水田生态系统, 其
表征土壤 N、P 丰缺水平的植株 N/P 阈值还有待进
一步研究。

表 3 不同施肥处理冬春季稻田杂草 C、N、P
化学计量学特征
Table 3 Ecological stoichiometry statistics of C, N and P of
weeds in rice field during winter-spring season under different
fertilization treatments
处理 Treatment C/N C/P N/P
CK 44.0a 204.4a 4.7ab
NPK 36.2ab 175.4ab 4.9ab
NPKM 21.6b 126.5c 6.0a
NPKS 43.0a 153.4bc 3.8b

另由表 4 可知, 杂草 C/N 与杂草 C/P 呈显著正
相关, 而与杂草N/P呈极显著负相关; 杂草C/P与土
壤 C/P、N/P呈显著正相关, 但与杂草生物量呈显著
负相关; 土壤 N/P 与土壤 C/P 呈极显著正相关。说
明一定程度上, 杂草的 C、N、P相互比值受土壤 C、
N、P比值的影响, 并影响杂草的生物量。
3 讨论与结论
在黄泥田长期施肥的第 27年, 施肥均提高了冬
春季稻田杂草总密度与生物量, 但均降低了 Shannon
多样性指数。施肥处理降低了杂草 C/N与 C/P, 尤其
是 NPKM处理。植株 C/N、C/P、N/P与土壤 C/N、
C/P、N/P及生物量呈一定的显著相关。从中可以看
出, 不同施肥处理不仅改变了土壤 C、N、P等肥力
第 5期 林新坚等: 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 577


表 4 冬春季稻田杂草 C/N、C/P、N/P与土壤 C/N、C/P、N/P及生物量相关系数
Table 4 Correlation between C/N, C/P, N/P of weeds and C/N, C/P, N/P of soils and biomasses in rice field during winter-spring season
杂草 C/N
Weeds C/N
杂草 C/P
Weeds C/P
杂草 N/P
Weeds N/P
土壤 C/N
Soil C/N
土壤 C/P
Soil C/P
土壤 N/P
Soil C/P
杂草生物量
Weeds biomass
杂草 C/N Weeds C/N 1
杂草 C/P Weeds C/P 0.68* 1
杂草 N/P Weeds N/P −0.89** −0.36 1
土壤 C/N Soil C/N −0.09 −0.15 0.22 1
土壤 C/P Soil C/P 0.55 0.64* −0.42 0.01 1
土壤 N/P Soil N/P 0.54 0.65* −0.46 −0.29 0.95** 1
杂草生物量 Weeds biomass −0.08 −0.64* −0.10 0.26 −0.43 −0.48 1
“**”与“*”分别表示极显著与显著相关(n=12) “**”and “*” mean significant correlation at 1% and 5% levels, respectively.

状况, 一定程度上也影响了冬闲期杂草的种群与 C、
N、P计量学特征, 但冬春季杂草 C、N、P含量及其
计量比能否作为表征农田土壤肥力的敏感指标, 还
有待进一步研究。
长期施肥可显著提高黄泥田水稻籽粒 N、P、Ca、
Mg、S养分含量, 尤其是 NPKM处理[10]。本研究结
果进一步表明, 不同施肥处理总体提高了冬闲田杂
草 C、N、P、K 含量, 所以长期施肥不仅影响到作
物生长期植株养分的吸收分配, 也影响到冬闲期杂
草的矿质养分的吸收 , 而且二者表现出相似的规
律。施肥下黄泥田冬春季杂草截获速效养分与培肥
地力的功能同样不可忽视，表观来看, 与 CK 相比,
施肥杂草的 C增幅 90.3%~250.7%、N增幅 126.3%~
649.6%、P 增幅 117.6%~475.9%、K 增幅 100.7%~
236.2%, 且均表现出 NPKM>NPKS>NPK 的趋势。
冬闲期杂草吸收养分的肥力学意义在于适宜时期还
田后可增加土壤有机质, 提供后茬作物 N 源, 同时
先前被杂草吸收的 P、K 将更多地以有效态养分的
形式供应下茬作物生长。
杂草科学研究的一个重要目标是既能维持一定
的生物多样性, 建造环境友好型生态系统, 又能减少
杂草对主作物的负面影响, 提高或保持作物产量[2]。
本研究结果表明, NPKM 处理的冬闲田紫云英占明
显优势, 其原因一方面可能是施用牛粪时, 牛粪中
含有一定的未消化的紫云英种子, 另一方面, 生长
的紫云英自身结荚成熟时种子带荚埋入土壤, 秋季
种子重新萌发, 从而使紫云英形成优势种群, 并与
其他杂草构成竞争效应。由于紫云英是豆科绿肥作
物, 每公顷 30 t的鲜草量可提供 129 kg N、15~30 kg
P2O5、90 kg K2O[17]。由此可知冬闲期种植紫云英对
于南方中低产稻田培肥并抑制其他杂草具有现实意
义 , 对于冬闲田而言 , 不必在冬季去除田间杂草 ,
这有利于提高田间杂草生物学产量、C 的吸存和养
分积累, 也是一项培肥措施。
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