不同耕作模式对大豆田土壤杂草种子库的影响

郭玉莲，黄春艳，王 宇，黄元炬，朴德万

(1.黑龙江省农业科学院植物保护研究所/农业部哈尔滨作物有害生物科学观测实验站，黑龙江哈尔滨 150086；2.农业部东北作物有害生物综合治理重点实验室，吉林长春 130124)



不同耕作模式对大豆田土壤杂草种子库的影响

郭玉莲1，2，黄春艳1，王 宇1，黄元炬1，朴德万1

(1.黑龙江省农业科学院植物保护研究所/农业部哈尔滨作物有害生物科学观测实验站，黑龙江哈尔滨 150086；2.农业部东北作物有害生物综合治理重点实验室，吉林长春 130124)

[目的]明确不同耕作模式对大豆田土壤杂草种子库的影响。[方法]采用杂草种子萌发法，调查玉米大豆轮作区翻耕和免耕2种耕作模式下大豆田0～30 cm土层土壤杂草种子库组成及特征。[结果]2013—2015年调查统计结果表明，翻耕大豆田杂草共有16科28种，免耕大豆田杂草共有15科26种，有22种杂草在翻耕和免耕大豆田均有分布。翻耕田主要优势杂草为稗草、铁苋菜、龙葵、藜和委陵菜，免耕田主要优势杂草为龙葵、铁苋菜、稗草、藜和马唐，杂草类型以阔叶杂草为主，禾本科杂草较少。翻耕大豆田杂草种子库密度为3 248.2粒/m2，主要分布在0～5、15～20、20～25 cm土层，其中稗草的密度和相对优势度最高；免耕大豆田杂草种子库密度为3 181.5粒/m2，主要分布在0～5、20～25、25～30 cm土层，其中龙葵密度和相对优势度最高。不同耕作模式优势杂草在土层中的分布有一定差别，稗草在翻耕田主要分布于0～5、10～15、20～25 cm土层，而在免耕田主要分布于20～25 cm土层；龙葵在翻耕田主要分布于5～10、20～25 cm土层，而在免耕田主要分布于20～25 cm土层。[结论]免耕和翻耕对大豆田杂草种子库密度影响不大，不同耕作模式对杂草相对优势度和土壤中的垂直分布有一定影响。

耕作模式；大豆田；杂草种子库

土壤种子库是指存在于土壤上层凋落物和土壤中全部存活种子的总和[1]，土壤种子库与地上杂草群落一起构成的杂草群落综合体，是杂草得以自然延续种族的关键所在，影响着地上杂草群落的发生、消涨与演替，是农田发生杂草危害的根源[2]。杂草种子库的研究已经成为杂草生态学研究方面的热点领域，受到国内外学者的高度关注[3-7]。迄今为止，国内外学者在不同除草方式[8]、不同施肥方式[9-12]、不同轮作方式[13-16]及农田杂草种子库的区域调查[17-26]等方面做了大量研究报道，Cardina 等[4]调查轮作和耕作方式对土壤种子库的影响时发现，杂草种子库密度的变化因轮作和耕作方式的不同而异，免耕连作时种子库密度最大，犁耕连作种子库密度低于轮作，而免耕连作种子库密度高于轮作；魏守辉等[13]研究表明不同轮作方式下杂草种子库的密度、物种组成及相对优势度差异显著。目前，虽然对杂草种子库的研究已有较多报道，但对不同耕作模式下玉米大豆轮作区杂草种子库的研究较少。笔者研究了玉米大豆轮作区翻耕和免耕模式下大豆田0～30 cm土层土壤杂草种子库组成和物种多样性，研究了不同耕作模式对杂草种子库的影响，旨在为农田杂草的综合管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 取样地概况 土壤样本来自黑龙江省农业科学院佳木斯分院试验地，于2013—2015年进行试验。试验地土壤为粘质草甸土，玉米大豆连续轮作5年以上，耕作方式为免耕和翻耕。佳木斯分院地处三江平原中心地区的佳木斯市，位于黑龙江省东北部，属于寒温带湿润大陆性季风气候，年平均降水量500 mm左右，75%～85%集中在6—10月，光照充足，全年日照时数2 400～2 500 h。年平均气温3 ℃左右，10 ℃以上活动积温2 150～2 700 ℃，无霜期120～140 d。土壤类型以黑土和草甸土为主，占耕地面积的76%以上。土壤有机质平均含量为3%～5%[27]。

1.2 方法

1.2.1 田间土样采集。于春季土壤融化深度达30 cm以上、杂草种子未萌动前，在免耕田和耕翻田分别采集土壤样本，在30 cm×30 cm×30 cm的土体内取样，每地块取3点，按0～5、5～10、10～15、15～20、20～25、25～30 cm的不同土层分别取土装袋。

1.2.2 样本处理。采用杂草种子萌发法进行种子库测定[28-31]。取回土样后将不同层次的土样定量后装入直径和高均为17 cm的塑料盆中，每个样本分别装3盆(3次重复)，浇透水并盖上报纸保湿，放在露天盆栽场自然生长，待大部分杂草已出苗及时移去报纸。

1.2.3 调查方法。杂草出苗后60 d左右[32]调查记录杂草种类和出苗数量。

1.3 数据处理 通过统计各处理杂草种子库的物种组成及数量，计算杂草种子库的特征参数。调查结果使用Excel数据处理软件进行计算、绘图。种子库密度(D)为单位面积内杂草种子的数量，单位为株数/m2[6，16]。物种丰富度(S)为种子库中包含的所有杂草种类数[6，16]。相对优势度(RA)为相对密度(RD)与相对频度(RF)之和的1/2，计算公式：RA=(RD+RF)/2，式中RD为某种杂草种子的密度占样本杂草种子总密度的比例，RF为某杂草出现的样本数占所有杂草出现的总样本数的比例[4，33]。

2 结果与分析

2.1 不同耕作模式下大豆田土壤杂草种子库的物种组成 翻耕大豆田共检测到16科28种杂草，其中菊科有6种，禾本科有3种，藜科、蓼科、十字花科、唇形科和锦葵科各2种，其余9科各1种。免耕大豆田杂草共有15科26种，其中菊科和禾本科各有6种，藜科、十字花科和锦葵科各2种，其余10科各1种。

免耕和翻耕大豆田土壤潜杂草群落物种丰富度较高，均有15科26种或16科28种杂草，但杂草的种类略有不同，翻耕和免耕大豆田共有的杂草22种，另外翻耕田有5种杂草在免耕田没有出现，免耕田有4种杂草在翻耕田没有出现。杂草类型上，以阔叶杂草为主，物种丰富度较高，禾本科杂草种类较少，莎草科杂草只有1种，且因为试验没有做到成株期，未能鉴定到种(表1)。

2.2 不同耕作模式大豆田杂草种子库密度及物种相对优势度

2.2.1 翻耕大豆田杂草种子库密度及物种相对优势度。由表2可知，翻耕大豆田杂草种子库总密度为3 248.2粒/m2，其中稗草的密度最高，为900.0粒/m2，密度200粒/m2以上的杂草依次为稗草、铁苋菜、龙葵、藜和委陵菜，可视为主要优势杂草。从垂直分布上看，稗草在0～25 cm密度均最高，龙葵在25～30 cm密度最高，0～5、10～15、15～20、20～25 cm次要杂草均为铁苋菜，5～10 cm次要杂草为龙葵，25～30 cm次要杂草为稗草。稗草的密度和相对优势度均最高，说明在翻耕大豆田稗草是绝对优势杂草，这与生产中杂草的发生危害情况一致。虽然藜在种子库中的相对优势度低于铁苋菜和龙葵，但藜在田间的生长量大，植株较高大，成株后覆盖度高、竞争能力较强，在田间的优势度及危害性要大于铁苋菜和龙葵，也是田间的重要杂草之一。

表1 不同耕作模式大豆田土壤杂草种子库的物种组成

Table 1 Species composition of potential weed community in soybean field under different tillage patterns

序号No.杂草种类Weedspesices拉丁学名Latinnames1稗草Echinochloacrusgalli(L.)Beauv.2马唐Digitariasanguinalis(Linn.)Scop.3狗尾草SetariaviridisP.Beauv.4野黍**Eriochloavillosa(Thunb.)Kunth5画眉草**Eragrostispilosa(L.)Beauv(禾本科)6小飞蓬Comnyzacanadensis(L.)Cronq.7腺梗豨莶SiegesbeckiapubescensMakino.8苣荬菜SonchusbrachyotusDC.9黄花蒿ArtemisiaannuaL.10狼把草*BidenstripartitaL.(菊科)11藜ChenopodiumalbumLinn.12灰绿藜ChenopodiumglaucumL.13本氏蓼*PolygonumbungeanumTurcz.14卷茎蓼*PolygonumconvolvulusL.15荠Capsellabursa-pastoris(Linn.)Medic.16铁苋菜AcalyphaaustralisL.17龙葵SolanumnigrumL.18委陵菜PotentillachinensisSer.19反枝苋AmaranthusretroflexusLinn.20莎草*Cyperaceaesp.(未鉴定到种)21马齿苋**PortulacaoleraceaL.22苘麻AbutilontheophrastiMedic.23野西瓜苗HibiscustrionumL.24萝藦**Metaplexisjaponica(Thunb.)Makino25陌上菜Linderniaprocumbens(Krock.)Philcox26香薷Elsholtziaciliata(Thunb.)Hyland.27黄花酢浆草Oxalispes-capraeL.28车前PlantagodepressaWilld.29风花菜Rorippaglobosa(Turcz.)Hayek30蒲公英TaraxacumohwianumKitam31水棘针*Amethysteacaerulea

注：*代表只在翻耕田中有分布的杂草；**代表只在免耕田中有分布的杂草。

Note：Weeds distributed only in plowing field.Weeds distributed only in no-tillage field.

2.2.2 免耕大豆田杂草种子库密度及物种相对优势度。由表3可知，免耕大豆田杂草种子库总密度为3 181.5粒/m2，其中龙葵的密度最高，为733.3粒/m2，密度200粒/m2以上的杂草依次为龙葵、铁苋菜、稗草、藜和马唐，可视为主要优势杂草。从垂直分布上看，0～5 cm的优势杂草为铁苋菜，次要杂草为稗草等；5～30 cm的优势杂草均为龙葵，5～10 cm次要杂草为铁苋菜；10～15 cm的次要杂草为稗草；15～20 cm的次要杂草为稗草和铁苋菜；20～30 cm的次要杂草为稗草。龙葵的总相对优势度值最高达到0.166，明显高于其他4种杂草，是免耕大豆田绝对优势杂草，尽管铁苋菜的优势度较高，高于稗草和藜，但其覆盖度要远远小于稗草和藜，所以稗草和藜仍然是田间主要优势杂草。

表2 翻耕大豆田杂草种子库密度及物种相对优势度

表3 免耕大豆田杂草种子库密度及物种相对优势度

2.3 不同耕作模式大豆田优势杂草在土壤种子库中的垂直分布 由图1、2可知，翻耕和免耕大豆田优势杂草均有5种，但种类、数量和在种子库中的垂直分布却有一定差别。在翻耕大豆田稗草的数量最多，垂直分布上在各层的数量均不少，在20～25 cm数量最多；在免耕大豆田中稗草的数量较龙葵和铁苋菜少，垂直分布上主要分布在下层。阔叶杂草龙葵在免耕田中数量最多，在翻耕田中却少于铁苋菜和稗草；垂直分布也不相同，在翻耕田中几乎是均匀分布，而在免耕田各土层中的分布具有一定差别，主要分布在20～25 cm土层中。阔叶杂草藜在免耕田中数量略少于翻耕田，垂直分布上，在翻耕田主要分布在0～5和25～30 cm土层，在免耕田则主要分布在5～10和20～25 cm土层。因此，不同耕作模式对杂草在土壤中的分布会有一定影响。

图1 翻耕大豆田优势杂草在土壤种子库中的垂直分布Fig.1 Vertical distribution of dominant weeds in soil seedbank of plowing soybean field

图2 免耕大豆田优势杂草在土壤种子库中的垂直分布Fig.2 Vertical distribution of dominant weeds in soil seedbank of no-tillage soybean field

3 结论与讨论

不同耕作模式杂草种子库有一定的差别。免耕和翻耕大豆田土壤潜杂草群落物种丰富度较高，均有近30种杂草，从种子库密度及物种相对优势度看出，主要优势杂草为稗草、藜、铁苋菜、龙葵和马唐，这一结果与生产中田间杂草发生情况基本一致[34-35]。

从翻耕大豆田杂草分布情况看，0～20 cm土层杂草种子分布较均匀，这可能是由于翻耕搅动土壤使杂草种子重新分布，20～25 cm土层杂草种子分布最多，可能由于翻耕深度较浅，20 cm以下翻动幅度较小，杂草种子积累较多。免耕田杂草种子多集中于0～5 cm表层和20～30 cm中下层土壤中，表层土壤种子多可能是由于种子脱落于地表造成积累，20～30 cm中下层土壤种子数量多是因长期不翻耕而造成的数量积累，5～15 cm浅土层杂草种子逐渐萌发出苗，从而减少了杂草种子量。

耕作方式影响杂草种子在土壤中的垂直分布，使种子所处的条件如埋藏深度、水分、光照等发生改变，从而间接影响杂草种子的休眠萌发状况，因而土壤中杂草种子埋藏深度的不同和相应萌发能力的差异可能是不同耕作条件下杂草种子库组成发生变化的主要原因[4]。因此，通过调控杂草种子库，提高杂草萌发出苗比例，采用各种防除措施减少杂草种子生产量，降低田间杂草种子积累数量，从而实现农田杂草的可持续治理。

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Effects of Different Tillage Patterns on Soil Weed Seedbank in Soybean Field

GUO Yu-lian1,2, HUANG Chun-yan1, WANG Yu1et al

(1. Institute of Plant Protection, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences/Scientific Observing and Experimental Station of Crop Pests of Harbin, Ministry of Agriculture, Harbin, Heilongjiang 150086；2. Key Laboratory of Integrated Pest Management on Crops in Northeast, Changchun, Jilin 130124)

[Objective] The aim was to explore effects of different tillage patterns on soil weed seed bank in soybean field. [Method] The composition and species diversity of soil weed seedbank in soybean field 0-30 cm soil layer under two different tillage patterns from soybean-maize rotation area by using the method of weed seed germination. [Result] The results of comprehensive survey in 2013-2015 showed that, a total of 28 weed species belonged to 16 families in the tillage soybean field, a total of 26 weed species belonged to 15 families in the no tillage soybean field. There were 22 kinds of weeds in tillage and no tillage soybean field. The main advantage weeds wereEchinochloacrus-galli(L.),AcalyphaaustralisL.,SolanumnigrumL.,ChenopodiumalbumLinn.,PotentillachinensisSer. in the tillage soybean field andSolanumnigrumL.,AcalyphaaustralisL.,Echinochloacrus-galli(L.),ChenopodiumalbumLinn.,Digitariasanguinalis(Linn.) Scop. in the no tillage soybean field. Broad leaved weeds are the main weeds, less gramineous weeds in the type of weeds. The density of weed seed bank was 3 248.2 grains/m2, more weeds located in the soil layer of 0-5, 15-20, 20-25 cm, and the density and the relative advantages ofEchinochloacrus-galli(L.) was the highest under tillage soybean field. The density of weed seed bank was 3 181.5 grains/m2, and more weeds located in the soil layer of 0-5, 20-25, 25-30 cm, the density and the relative advantages ofSolanumnigrumL. was the highest under no-tillage soybean field. There were quite different in the soil distribution of dominant weed species.Echinochloacrus-galli(L.) was mainly distributed in 0-5, 10-15, 20-25 cm soil layer under the tillage soybean field, and it was in the 20-25 cm soil layer under no-tillage soybean field was mainly distributed.SolanumnigrumL. was mainly distributed in 5-10, 20-25 cm soil layer under the tillage soybean field, and it was in the 20-25 cm soil layer under no-tillage soybean field was mainly distributed. [Conclusion] There were a little effect on density of weed seed bank under no-tillage and tillage of soybean field. Different tillage patterns had certain effect on the relative dominance of weeds and the vertical distribution in soil.

Tillage pattern; Soybean Field; Weed seedbank

“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAD19B02)；农业部东北作物有害生物综合治理重点实验室开放基金项目(DB201505KF06)。

郭玉莲(1970- )，女，黑龙江富锦人，研究员，博士，从事农田杂草防除、除草剂应用技术及药害研究。

2016-09-21

S 34

A

0517-6611(2016)31-0089-05