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Weed communities and eco-niches in wheat fields of the Yellow River irrigation zone of Lanzhou

兰州引黄灌区小麦田杂草群落及其生态位研究



全 文 :中国生态农业学报 2008 年 11 月 第 16 卷 第 6 期
Chinese Journal of Eco唱Agriculture,Nov.2008,16(6):1464-1468   
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2008.01464
  倡倡
兰州引黄灌区小麦田杂草群落及其生态位研究倡 倡
马丽荣1 蔺海明2倡倡 李 荣3
(1.甘肃省农业科学院 兰州 730070; 2.甘肃农业大学农学院 兰州 730070;
3.西北农林科技大学农学院 杨凌 712100)
摘 要 通过田间调查,并结合生态位理论和方法对不同栽培条件下兰州引黄灌区小麦田主要杂草群落组成及
生态位特征进行研究。 结果表明:小麦田主要杂草种类有打碗花( Calystegia hederacea )、藜(Chenopodium
album )、刺儿菜(Cephalanoplos segetum)、马齿苋(Portulaca oleracea )、反枝苋(Amaranthus retroflexus )、狗尾草
(Setaria viridis)、苣荬菜(Sonchus brachyotus) 和萹蓄(Polygonum aviculare )。 藜时间、水平、垂直生态位宽度值
最高,是群落中的优势杂草;其次是打碗花,为主要杂草;且藜与打碗花的时间、水平、垂直生态位重叠值比较大。
研究表明小麦田杂草群落存在潜在的变化因素,随着农田环境的变化,会导致农田杂草群落发生变化。
关键词 麦田 麦田杂草 田间杂草群落 生态位宽度 生态位重叠 兰州引黄灌区
中图分类号:Q948.1;S512.1  文献标识码:A  文章编号:1671-3990(2008)06 -1464-05
Weed communities and eco唱niches in wheat fields of the Yellow
River irrigation zone of Lanzhou
MA Li唱Rong1, LIN Hai唱Ming2, LI Rong3
(1.Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China; 2.College of Agronomy, Gansu Agricultural
University, Lanzhou 730070, China; 3.College of Agronomy, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)
Abstract The composition and eco唱niches of weeds in wheat fields of the Yellow River irrigation zone of Lanzhou were field in唱
vestigated based on eco唱niche theory and method.The results show that Calystegia hederacea, Chenopodium album, Cephalanoplos
segetum, Portulaca oleracea, Amaranthus retroflexus, Setaria viridis, Sonchus brachyotus and Polygonum aviculare form the main
eco唱damage population.Based on calculations of time, horizontal and vertical stretches of weed eco唱niches, C.album is the domi唱
nant species and C.hederacea is the main weed.C.album and C.hederacea niches extensively overlap.The result illustrates that
potential factors of wheat field weeds will induce field weed communities change as field environment varying.
Key words Wheat field, Wheat field weed, Field weed community, Eco唱niche breadth, Eco唱niche overlap, Yellow River irri唱
gation zone of Lanzhou
(Received Aug.30, 2007; accepted Jan.7, 2008)
  杂草是农业生产中的重要问题之一,是影响农
业产量的直接因素。 我国农田草害面积约为 0.43
亿 hm2 ,严重受害面积约 0.1 亿 hm2 ,每年因草害损
失粮食 1 750 万 t[ 1] 。 世界每年因杂草危害造成的
农作物减产达 9.7%,产量损失达 2 000 亿 kg。 据
中国农业年鉴 1996 年的统计显示,中国因草害年损
失农产品近 40 亿 kg,通过杂草防治挽回损失约 90
亿 kg[2] 。 农田化学除草使农业生产获得了巨大的
经济和社会效益,促进了耕作制度的改革。 而除草
剂长期施用可产生杂草抗药性、环境污染及除草剂
残毒等问题。
生态位是现代生态学发展起来的一种重要理
论,它以数学的方法测度物种在有限资源的多维空
间中综合利用资源的能力、利用资源多样化的程度
和竞争水平[ 3 -5] 。 近年来生态位理论已广泛应用于
多种生物的研究。 生态位宽度(Niche breadth)是度
量种群对环境资源利用能力的尺度。 种群动态的
一个间接测度和种群在群落中的地位和作用的数
倡 国家科学技术攻关西部专项项目(2001BA90A33)资助
通讯作者:蔺海明(1953 ~) ,男,博士,研究员,主要从事农业生态和中药材研究。 E唱mail:linhm@gsau.edu.cn
马丽荣(1974 ~) ,女,硕士研究生,助理研究员,主要从事农业生态学方面的研究。 E唱mail:malr1206@yahoo.com.cn
收稿日期:2007-08-30   接受日期:2008-01-07
第 6期 马丽荣等:兰州引黄灌区小麦田杂草群落及其生态位研究
量表达,能够较好地解释群落演替过程中种群的环
境适应性和资源利用能力。 生态位重叠 ( Niche
overlap)是两个种群在生态因子联系上具有相似
性,当两个种群利用同一资源或共占有同一资源时
就会出现生态位重叠现象[ 6] 。
郭水良、肖红等对农田杂草生态位进行了研
究 [7 -9] ,而对兰州引黄灌区小麦田杂草生态位的研
究尚未见报道。 兰州引黄灌区小麦田杂草具有顽
强的生命力,计测不同杂草间实际生态位重叠值,
明确它们对生态要求的相似程度,可为除草剂的合
理配制和优化使用提供科学依据,以有效防止杂草
群落的演变,延缓抗性杂草的产生和蔓延,保证农
业的可持续发展。
1 材料与方法
1.1 试验地基本概况
试验在甘肃省农业科学院兰州试验场进行。
该地位于东经 103°53′、北纬 36°06′,海拔 1 519.2
m。 年均气温 11.2 ℃,年均降水量 327 mm,年均日
照时数 2 446 h,无霜期 180 d 以上。 试验场为川水
地,土壤为黏质壤土,肥力中等,pH 为 8.3。 土壤有
机质含量 15.6 g· kg -1 ,全磷 0.89 g· kg -1 ,全钾
22.0 g· kg -1 ,碱解氮 79 g· kg -1 ,速效磷 19 mg·
kg -1 ,速效钾 210 mg· kg -1 。 前茬为胡麻。
1.2 试验设计
试验于 2006 年 3 ~7 月进行。 试验为随机区组
设计,设 3 个小麦密度水平,即播种量 450 万粒·
hm -2(低密度)、525 万粒· hm -2 (中密度)和 600 万
粒· hm -2 (高密度),每个密度处理又分除草(CK)
和不除草处理。 试验重复 3 次,小区面积 12.90
m2,供试小麦品种为“陇春 22”。 于 2006 年 3 月 19
日播种,播前基施磷酸二铵 300 kg· hm -2 ,播种后
42 d 追施尿素 150 kg· hm -2。 全生育期于 5 月 1
日和 6 月 5 日分别浇水 1 次,灌溉量第 1 水为 1 200
m3· hm -2 ,第 2 水为 1 500 m3 · hm -2 。 除草处理于
4 月 10 日、4 月 28 日、5 月 18 日分别人工除草 1
次,第 1 次以锄头除净为度,第 2 次和第 3 次人工拔
除,以观察时无较大杂草为度。
1.3 测定项目、时间及方法
采用对角线 5 点取样法,取样大小为 0.25 m2 。
于小麦出苗后 10 d 开始至 6 月底每隔 10 d 调查不
除草处理杂草的种类、株数、株高、生长分布情况。
对小麦中密度不除草处理进行生态位研究,依据试
验调查株数资料,以 10 d 为 1 个时间单元,将整个
小麦生长期分为 9 个时间单元,作为资源序列,计
算时间生态位;以中密度不除草处理的 3 个小区中
的 15 个样点为单元,构成资源序列,计算水平生态
位;以小麦株高的 1/3 为单元,划分为 4 个资源序列
(0 ~1/3,1/3 ~2/3,2/3 ~1, >1),计算垂直生
态位。
小麦成熟后小区单收单打计产,并测定小麦株
高、穗数、穗粒数和千粒重。
1.4 计算方法
重要值[ 10] ( IV) =(相对多度 +
相对频度 +相对盖度) /300 (1)
生态位宽度采用下式[11]计算:
B =-(钞si =1 P i lnP i) /lns (2)
式中: P i =N i /N ,即 1 个物种在 1 个资源状态中所
占的比例; N i 为物种在第 i 个资源状态的数目, N
为物种在所有资源状态中的数目。 s 为资源状态
总数。
生态位重叠采用下式[12]计算:
C ih =1 -12钞 N i jN i -NhjNh (3)
式中, C ih 为 i 种和 h 种之间的生态位重叠指数,N ij
为 i种在 j资源等级中的数值,N i为 i 种在所有资源
等级中的数值,Nhj 为 h 种在 j 资源等级中的出现数
值,Nh 为 h 种在所有资源等级中的数值。生态位重
叠指数的变化范围从 0到 1,0表示完全不重叠,1表
示百分之百重叠。
2 结果与分析
2.1 不同种植密度小麦田杂草群落组成及生
物量
试验结果表明,不同种植密度下群落中主要杂
草种类均为打碗花 (Calystegia hederacea)、 藜
(Chenopodium album)、 刺 儿 菜 (Cephalanoplos
segetum)、 马齿苋 (Portulaca oleracea)、 反枝苋
(Amaranthus retroflexus)、狗尾草(Setaria viridis)、
苣荬菜 (Sonchus brachyotus) 和萹蓄 (Polygonum
aviculare)。
对小麦高、中、低密度处理田间杂草株数及生
物量的分析结果表明,杂草平均株数、地上部分鲜
重及干重,小麦低密度和高密度处理间差异达显著
水平,而小麦中密度处理与低密度和高密度处理间
差异不显著(表 1)。 对小麦中密度处理杂草生态位
的分析更能代表大田生产中杂草的实际生态位,因
此本试验以中密度即小麦大田密度处理研究麦田
杂草生态位。
2.2 不同种植密度小麦田杂草重要值
以个体或盖度均难以反映出农田杂草对环境
资源的利用程度及对作物的危害,而重要值可显
示出不同植物在群落中的作用和地位 [ 11] , 因此选
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中国生态农业学报 2008 第 16卷
表 1 不同密度处理小麦田杂草株数及生物量比较
Tab.1 Comparison on the amount of weed plants and biomass in different density treatments of wheat field
密度处理
Density
treatment
株数
Plants
( plants· 0.25m -2 )
地上部分鲜重
Overground fresh weight
( g· 0.25m -2 )
地上部分干重
Overground dry weight
( g· 0.25 m -2 )
低 Low 100.74 a 420.83 a 63.15 a
中 Medium 94.00 ab 389.51 ab 57.79 ab
高 High 88.20b 332.87b 48.54b
  多重比较采用 Duncan 新复极差法 ,同列不同小写字母表示 0.05 水平下差异显著 。 Duncan’ s new multiple range test was used for multiple
comparison, the different small letters indicate significant difference at 0.05 level.
用重要值更能反映杂草在农田中的发生状况。 某
一杂草的重要值越大,表明该杂草在群落中的优
势越大。 本试验中小麦田 8 种主要杂草的重要值
相差较大。 综合小麦高、中、低 3 个密度处理重要
值结果,重要值均以藜最高,狗尾草居第 2,萹蓄最
低(表 2)。
表 2 不同密度处理小麦田杂草的重要值
Tab.2 Important value of weeds under different density treatments of wheat field
序号 杂草 中密度 位次 高密度 位次 低密度 位次
Order Weed Medium density Rank High density Rank Low density Rank
1 藜 Chenopodium album 0.437 1 0.372 1 0.396 1
2 刺儿菜 Cephalanoplos segetum 0.156 5 0.078 7 0.073 7
3 打碗花 Calystegia hederacea 0.214 4 0.188 3 0.157 3
4 萹蓄 Polygonum aviculare 0.065 8 0.041 8 0.046 8
5 苣荬菜 Sonchus brachyotus 0.124 6 0.104 5 0.156 4
6 狗尾草 Setaria viridis 0.379 2 0.370 2 0.389 2
7 马齿苋 Portulaca oleracea 0.102 7 0.102 6 0.083 6
8 反枝苋 Amaranthus retroflexus 0.292 3 0.175 4 0.145 5
2.3 小麦田主要杂草生态位分析
2.3.1 生态位宽度
生态位宽度可以作为杂草对农田环境资源利
用多样性的一种测度,反映了不同杂草在农田中的
生态适应幅度。 一般生态位较宽的杂草,对环境资
源利用的多样性较高,适应性生存力强,在农田发
生面积广,数量多,成为本区的优势杂草,其危害严
重,消除困难。
由表 3 可知,试验研究期间藜时间生态位宽度
值最大,说明藜与小麦的共生时间最长,达 95%以
上,危害最严重;其次为苣荬菜、刺儿菜、萹蓄、打碗
花,其时间生态位宽度值在 0.900 0 以上,与小麦的
共生时间都达到 90%以上。
藜的水平生态位宽度值最大,其次是狗尾草和
反枝苋,这 3 种杂草在空间资源位出现的频率较
高,在小麦田内分布较广、数量较多、利用资源较为
充分,具有较大的生态适应范围。 重要值大的物
种,其生态位宽度也宽[ 13,14] 。 但也有例外,如反枝
苋的生态位宽度大于重要值较大的物种打碗花,说
明反枝苋对环境的适应能力更强。
藜的垂直生态位宽度值也最大,其次是打碗
花,这两种杂草植株高度为小麦植株高度的
70.2% ~83.1%, 处于杂草群落的上层, 对光和垂
表 3 8种主要杂草的生态位宽度值
Tab.3 Niche breadth of the eight main weeds
序号
Order
时间生态位
Time niche
水平生态位
Horizontal niche
垂直生态位
Vertical niche
1 0.956 3 0.966 0 0.830 8
2 0.931 7 0.682 8 0.250 0
3 0.914 7 0.754 9 0.702 8
4 0.923 1 0.395 5 0
5 0.931 9 0.588 4 0.459 1
6 0.670 8 0.945 3 0.151 7
7 0.725 8 0.566 7 0
8 0.622 6 0.925 2 0
直空间竞争强。 其次是苣荬菜、刺儿菜,植株高度
约为小麦植株高度的 25.0% ~45.0%,处于杂草群
落的中层。 狗尾草、萹蓄、反枝苋和马齿苋接近地
面生长,植株相对矮小,处于光竞争弱势。
6641
第 6期 马丽荣等:兰州引黄灌区小麦田杂草群落及其生态位研究
2.3.2 时间生态位重叠
当两个物种利用同一资源或共同占有某一资
源因素(食物、营养成分、空间等)时,就会出现生态
位重叠现象。 生态位重叠较大的种群或有相近的
生态特性,或对生境因子有互补性的要求,即生态
位重叠是两个种在其与生态因子联系上的相似
性 [15] 。 生态位重叠值对认识生态系统中种内或种
间竞争具有重要意义。 时间生态位重叠值的大小
反映杂草在时间发生上的重叠情况。 由表 4 可知:
除藜与狗尾草(0.460 4)、藜与反枝苋(0.438 1)的
重叠值较小外,其他杂草之间的重叠值均在0.500 0
以上。 其中刺儿菜与打碗花(0.916 7)、刺儿菜与
萹蓄(0.962 0)、刺儿菜与苣荬菜(0.970 6)、打碗花
与苣荬菜(0.917 9)、萹蓄和苣荬菜(0.949 0)、狗尾
草与反枝苋(0.933 1)之间的重叠值达 0.900 0 以
上。 表明各杂草种群资源共享的趋势较明显。 农
田杂草的时间生态位重叠值较大,可能也与农事操
作引起杂草出苗期较一致有关。
表 4 8种主要杂草的时间生态位重叠值
Tab.4 Time niche overlap of the eight main weeds
序号
Order 1   2   3   4   5   6   7   8
1 1 0.828 0 0.839 6 0.797 4 0.831 3 0.460 4 0.585 6 0.438 1
2 1 0.916 7 0.962 0 0.970 6 0.632 4 0.733 9 0.610 1
3 1 0.897 1 0.917 9 0.620 8 0.730 2 0.598 5
4 1 0.949 0 0.662 9 0.729 4 0.640 6
5 1 0.629 1 0.726 6 0.606 7
6 1 0.839 8 0.933 1
7 1 0.844 7
8 1
2.3.3 水平生态位重叠
水平生态位重叠值的大小反映杂草在空间发生
上的重叠情况,重叠值较高的杂草对之间对生境要求
有很大的相似性。 群落主要种群生态位宽度越宽,与
其他种群生态位重叠的机会越大,生态位宽的种群对
生态位窄的种群也可能有较大的重叠值,反之则低。
由表 5 可知:藜与 打碗花 ( 0.558 6 )、狗 尾草
(0.721 7)、反枝苋 (0.653 2 ),狗尾草与反枝苋
(0.704 9),马齿苋与反枝苋(0.502 3)之间的水平重
叠值在 0.500 0 以上,其他杂草间生态位重叠值均低
于 0.500 0。 萹蓄与苣荬菜的水平生态位宽度较窄,
因此与其他杂草之间的重叠值均小于 0.500 0。
表 5 8种主要杂草的水平生态位重叠值
Tab.5 Horizontal niche overlap of the eight main weeds
序号
Order 1   2   3   4   5   6   7   8
1 1 0.358 1 0.558 0 0.170 6 0.359 3 0.721 7 0.289 1 0.653 2
2 1 0.386 3 0.228 6 0.490 8 0.319 5 0.217 4 0.427 4
3 1 0.313 0 0.457 3 0.464 4 0.295 7 0.492 4
4 1 0.282 1 0.268 0 0.238 1 0.145 7
5 1 0.285 6 0.230 8 0.397 0
6 1 0.429 9 0.704 9
7 1 0.502 3
8 1
2.3.4 垂直生态位重叠
垂直生态位重叠值的大小反映杂草在高度
发生上的重叠情况。 由表 6 可知:藜与刺儿菜
(0.571 4) 、打碗花(0.928 6) ,刺儿菜与打碗花
(0.625 0) 、萹蓄(0.500 0) 、苣荬菜(0.833 3) 、
狗尾草 ( 0.554 1 ) 、马齿苋 ( 0.500 0 ) 、反枝苋
(0.500 0) ,打碗花与萹蓄 (0.500 0) ,苣荬菜与
狗尾草 ( 0.720 7 ) 、马齿苋 (0.666 7) 、反枝苋
(0.666 7) ,狗尾草与马齿苋(0.945 9) 、反枝苋
(0.945 9 ) ,马齿苋和反枝苋 (1.000 0)之间的
垂直生态位重叠值在 0.500 0 以上,其他杂草间
垂直生态位重叠值均低于 0.500 0。 处于同一高
度的杂草,生态位重叠值较高,对资源的竞争能
力相近,竞争较为激烈;不同高度的杂草生态位
重叠值较小,反映出不同杂草对垂直空间及光照
条件要求上的差异。
7641
中国生态农业学报 2008 第 16卷
表 6 8种主要杂草的垂直生态位重叠值
Tab.6 Vertical niche overlap of the eight main weeds
序号
Order 1   2   3   4   5   6   7   8
1 1 0.571 4 0.928 6 0.464 3 0.440 5 0.161 2 0.107 1 0.107 1
2 1 0.625 0 0.500 0 0.833 3 0.554 1 0.500 0 0.500 0
3 1 0.500 0 0.458 3 0.179 1 0.125 0 0.125 0
4 1 0.333 3 0.054 1 0.000 0 0.000 0
5 1 0.720 7 0.666 7 0.666 7
6 1 0.945 9 0.945 9
7 1 1.000 0
8 1
3 小结与讨论
生态位研究表明,藜和打碗花在时间生态位、
水平生态位和垂直生态位 3 个资源轴上的生态位
宽度值均较大,表明两种杂草具有很强的资源利用
能力和潜在的较强的适应环境变化的能力。 两种
杂草在试验田内对热量、光照、水分和土壤等生态
因子无特殊要求,从而成为群落中的优势种。 刺儿
菜和苣荬菜的时间生态位宽度值和水平生态位宽
度值也较高,但垂直生态位宽度值较小,因而对该
资源轴所决定的生态因子变化的适应性较弱,其可
利用资源如光因高大种类的遮蔽而不够丰富,且资
源利用能力不强,故它们在整个杂草群落中处于相
对劣势。 狗尾草、反枝苋、萹蓄、马齿苋接近地面生
长,垂直生态位宽度值最小。
农田环境、除草剂的长期单一使用以及农田耕
作制度和栽培方式的改变加速了杂草群落演替的
步伐。 通常优势种杂草在得到有效控制的同时,次
优种杂草(即与优势杂草生态位重叠值最大的杂
草)便迅速占领原有的“空余生态位”,成为新的优
势种杂草[ 8] 。 本试验中,优势杂草藜的防除可能会
引起打碗花的发生蔓延。 因此应加强对这些潜在
危害杂草的及时预防和综合治理工作。 表明小麦
田杂草群落存在潜在的变化因素,随着农田环境的
变化,会导致农田杂草群落发生变化,从而给杂草
的综合管理带来新的困难。
本文提出应用生态位理论与方法来研究杂草
之间的竞争关系,对预测农田杂草群落的演替动
态,更加科学合理地防除农田杂草,保护生态环境
等方面具有重要的指导意义。
参考文献
[1] 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):26 -29
[2] 强胜.杂草学[M].北京:中国农业出版社,2001:18 -35
[3] 黄英姿.生态位理论研究中的数学方法[ J].应用生态
学报,1994,5(3):331 -337
[4] 余世效.物种多维生态位宽度测度[J].生态学报,1994,
14(1):32 -39
[5] 尚昌玉.现代生态学中的生态位理论[J].生态学进展,
1988,5(2):77 -84
[6] 张继义,赵哈林,张铜会,等.科尔沁沙地植物群落恢复
演替系列种群生态位动态特征[J].生态学报,2004,23
(12):2741 -2746
[7] 郭水良.农田杂草生态位研究方法及计算程序[ J].浙
江师范大学学报,1998,21(3):76 -79
[8] 郭水良,李扬汉.农田杂草生态位研究的意义及方法探
讨[J].生态学报,1998,18(5):496 -503
[9] 肖红,周启星,曹莹,等.沈阳地区水田主要杂草种群的
消长动态及生态位分析[ J].农村生态环境,2003,19
(3):9 -13
[10] 骆世明,彭少麟.农业生态系统分析[M].广州:广东科
技出版社,1996
[11] 尚玉昌.现代生态学中的生态位理论[ J].生态学进
展,1988,5(2):77 -84
[12] 孙儒泳.动物生态学原理[M].北京:北京师范大学出
版社,2001:334 -336
[13] 刘金福,洪伟.格氏栲群落生态学研究———格氏栲林主
要种群生态位的研究[ J].生态学报,1999,19(3):
347 -352
[14] 董建文,翟明普,徐程扬,等.京郊风景游憩林侧柏刺槐
群落林下植被生态位研究[ J].中国生态农业学报,
2007,15(4):13 -17
[15] 王刚.关于生态位定义的探讨及生态位重叠计测公式
改进的研究[J].生态学报,1984,4(4):119 -127
8641