稻麥兩熟制農(nóng)田雜草群落形成及其養(yǎng)分驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究.pdf

1、農(nóng)田雜草除與作物競(jìng)爭(zhēng)水、肥、光照等自然資源有礙于作物高產(chǎn)外，也是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的組成成份，能有效地改變作物生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤中的礦質(zhì)元素和有機(jī)質(zhì)的循環(huán)和能量流轉(zhuǎn)，土壤雜草種子庫(kù)是雜草存在的一種方式和生長(zhǎng)過(guò)渡的紐帶，與地上雜草群落共同構(gòu)成雜草群落綜合體。因此研究農(nóng)田雜草群落，能為生物多樣性的保護(hù)，糧食安全和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定提供依據(jù)。施肥顯著加快了農(nóng)田土壤肥力演變的進(jìn)程，也直接影響了農(nóng)田雜草的生長(zhǎng)、群落演替及遺傳進(jìn)化，合理施肥能改善作物與

2、雜草之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，減少雜草的密度，有效控制一些惡性雜草的發(fā)生，潛在降低農(nóng)田雜草對(duì)作物干擾的同時(shí)，保持一定可控制雜草的生物多樣性。
　　本文以太湖地區(qū)31年的長(zhǎng)期肥料定位試驗(yàn)土壤為材料，采用鏡檢法對(duì)化肥區(qū)不施肥(C0)、單施氮肥(CN)、氮肥加磷肥(CNP)、氮肥加鉀肥(CNK)、磷肥加鉀肥(CPK)、氮磷鉀3種肥料配施(CNPK)6個(gè)不同處理以及有機(jī)肥區(qū)單施有機(jī)肥(M0)、有機(jī)肥配施氮肥(MN)、有機(jī)肥配施氮磷肥(MNP)、有機(jī)

3、肥配施氮鉀肥(MNK)、有機(jī)肥配施磷鉀肥(MPK)、有機(jī)肥配施氮磷鉀肥6個(gè)不同處理的表層土壤(0-15cm)中雜草種子的種類(lèi)進(jìn)行鑒定并計(jì)數(shù);2010-2012年間，在小麥的苗期、拔節(jié)期和收獲期以及水稻的抽穗期、成熟期和收獲期對(duì)以上12個(gè)長(zhǎng)期不同施肥處理進(jìn)行了雜草群落調(diào)查，研究雜草類(lèi)型與密度的分布、雜草多樣性指數(shù)的變化，分析了雜草群落的辛普森指數(shù)，香濃指數(shù)，豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)，并對(duì)雜草調(diào)查分析數(shù)據(jù)與土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析和冗余分析

4、。探明施肥對(duì)土壤雜草種子庫(kù)及農(nóng)田雜革群落的影響特征和方式，論證了施肥可顯著改變農(nóng)田雜草發(fā)生狀況和雜草生物多樣性并探討了其原因，在此基礎(chǔ)上提出了起主要作用的養(yǎng)分因子，為利用養(yǎng)分管理措施調(diào)節(jié)農(nóng)田雜草，在控制雜草對(duì)農(nóng)業(yè)危害的同時(shí)，保持一定農(nóng)田可控雜草生物多樣性和提高農(nóng)作物產(chǎn)量提供基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:
　　1.經(jīng)過(guò)30年不同肥料管理田間下的稻麥復(fù)種連作，土壤養(yǎng)分含量各個(gè)指標(biāo)之間差異顯著。不施氮肥的C0和CPK處理，土壤全氮含量較初始土

5、壤分別提高4.1％和23.1％，全氮含量最高的MKP處理較初始土壤提高了46.8％;不施磷處理N、NK，土壤全磷含量與初始土壤持平，全磷含量最高的MPK處理較初始土壤提高了600％，是差異最大的土壤養(yǎng)分指標(biāo)。各個(gè)處理有效鉀含量與初始值比都有不同程度的降低。施用有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分各指標(biāo)有顯著影響，有機(jī)肥處理比無(wú)機(jī)肥處理在全氮、全磷、堿解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)含量上分別高18.16％、112.74％、11.82％、159.42％、20.22％，有

6、效鉀含量有所降低，下降了15.47％，其中MNP處理的全磷含量比CNP處理高111.17％。表明有機(jī)肥的施用能提高除土壤有效鉀以外的其它養(yǎng)分的指標(biāo)值。各處理試驗(yàn)小區(qū)水稻和小麥的平均產(chǎn)量均呈鋸齒狀波動(dòng)，受氣候和其他因素影響不同年份間的產(chǎn)量變動(dòng)差異較大。氮磷鉀平衡施肥小麥產(chǎn)量最高，比CPK處理高142.09％，比CNK處理高58.23％，比CNP處理高14.10％，各施肥處理的水稻和小麥產(chǎn)量均有增長(zhǎng)趨勢(shì)，水稻增產(chǎn)趨勢(shì)較小麥明顯，而小麥產(chǎn)量年

7、際間的波動(dòng)較大。有機(jī)肥與化肥配施和秸稈還田較單施化肥或有機(jī)肥有更明顯的增產(chǎn)效果。水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定性高于小麥，土壤中氮或磷元素的匱乏均能導(dǎo)致小麥產(chǎn)量的顯著降低，有效鉀含量差異并未顯著影響水稻小麥產(chǎn)量。
　　2.供試土壤雜草種子庫(kù)的密度差異顯著，其中MNPK處理的種子密度最低，僅為密度最大CPK處理的20.25％（圖1）。各有機(jī)肥處理的平均種子密度比化肥處理的降低48.71％(F=29.822，p＜0.001)。比較施有機(jī)肥與對(duì)應(yīng)化肥處

8、理的土壤雜草種子庫(kù)密度，MPK處理的雜草種子密度比CPK處理減少了74.80％(t=25.218，p＜0.001)，降幅最明顯，而MNP處理只比CNP處理減少了0.039％(t=0.607，p=0.576)，差異不顯著。長(zhǎng)期施用有機(jī)肥能極顯著減少土壤雜草種子庫(kù)數(shù)量，與化肥配施還能減少不同氮磷鉀肥對(duì)土壤雜草種子庫(kù)的影響效應(yīng)，平衡不同施肥處理間的差異;雨久花科的鴨舌草、玄參科的陌上菜、千屈菜科的水莧菜的種子密度分別占種子庫(kù)總密度的20.78

9、％、15.83％、10.37％，為優(yōu)勢(shì)種;蓼科的酸模葉蓼，菊科的鼠曲草、耳葉水莧，莎草科的牛毛氈、異型莎草分別占種子庫(kù)總密度的9.04％，6.02％、5.54％，5.82％、5.77％，為亞優(yōu)勢(shì)種，這些雜草種子密度大且廣泛分布于各個(gè)處理，這也是危害太湖地區(qū)農(nóng)田的主要雜草種群;長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的處理比化肥處理的香濃指數(shù)、辛普森指數(shù)的平均值變化很小。有機(jī)、無(wú)機(jī)肥對(duì)應(yīng)處理間雜草種子庫(kù)的群落多樣性指數(shù)差異不同，C0與M0處理各項(xiàng)群落多樣性指數(shù)均無(wú)

10、顯著差異，但顯著高于其它處理。在各處理中，有機(jī)、無(wú)機(jī)均衡施肥的MNPK處理中不僅保持了較高的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)，物種數(shù)及Margalef指數(shù)也顯著高于其余各個(gè)施肥處理，這表明有機(jī)、無(wú)機(jī)均衡施肥是維持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的措施?；?、化肥與有機(jī)肥的互作效應(yīng)對(duì)物種數(shù)及多樣性指數(shù)均具有極顯著影響，有機(jī)肥對(duì)物種數(shù)、Margalef、 Equitability均有極顯著影響，而對(duì)Simpson index及Shannon index沒(méi)有顯著影響。

11、施入有機(jī)肥能提高土壤雜草種子庫(kù)群落的辛普森、香濃及均勻度指數(shù)，使群落結(jié)構(gòu)趨了二穩(wěn)定;就土壤養(yǎng)分系統(tǒng)本身而言，土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量是影響土壤雜草種子庫(kù)分布的主要環(huán)境因子。長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥料單一或配合投入可顯著影響稻麥兩熟制農(nóng)田土壤雜草種子庫(kù)的群落組成，均衡施肥能降低優(yōu)勢(shì)雜草種子種群的優(yōu)勢(shì)地位，抑制其發(fā)生危害程度，提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力及穩(wěn)定性。
　　3.小飛蓬、看麥娘、大巢菜、稻槎菜、通泉草是本地區(qū)小麥生長(zhǎng)期的主要雜草類(lèi)型，隨著小麥

12、的生長(zhǎng)以及氮肥、有機(jī)肥的施入，雜草密度呈下降趨勢(shì);施入有機(jī)肥降低了麥季雜草的群落多樣性指數(shù)，在小麥生長(zhǎng)的不同時(shí)期均衡施肥的CNPK處理以及不施肥的C0處理的群落各項(xiàng)多樣性指數(shù)能維持在一個(gè)較高的水平。RDA分析顯示土壤氮含量以及有機(jī)質(zhì)含量與第一排序軸相關(guān)性大，是對(duì)雜草分布影響最大的兩個(gè)土壤養(yǎng)分因子。太湖地區(qū)稻麥兩熟制條件下，長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥料單一或配合投入可顯著影響麥田雜草的群落組成，其中氮肥和有機(jī)肥的施入能顯著降低雜草密度;土壤養(yǎng)分的差異

13、影響田面雜草密度和優(yōu)勢(shì)種群，均衡施肥能降低優(yōu)勢(shì)雜草種群的優(yōu)勢(shì)地位，抑制其發(fā)生危害程度，提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力及穩(wěn)定性。
　　4.隨著水稻的生育進(jìn)程，田間雜草密度增大，而NP肥的配施也能有效減少本試驗(yàn)區(qū)田間雜草的密度;牛毛氈、鴨舌草、耳葉水莧、水蕨是水稻生長(zhǎng)期的主要雜草類(lèi)型;在施入P肥的處理中，莎草科雜草密度減少甚至消失，鴨舌草密度則增加，耳葉水莧和水蕨則是在沒(méi)有施肥的C0處理生長(zhǎng)最好;氮磷配施減少群落的豐富度的同時(shí)能增加群落的均