房 鋒, 李 美*, 高興祥, 李 健, 張朝賢

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所, 山東省植物病毒學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 濟(jì)南 250100;2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所, 北京 100193)

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黃河三角洲地區(qū)棉田雜草組成及其群落特征

房 鋒1, 李 美1*, 高興祥1, 李 健1, 張朝賢2

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所, 山東省植物病毒學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 濟(jì)南 250100;2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所, 北京 100193)

采用倒置“W”九點(diǎn)取樣法對(duì)黃河三角洲棉田雜草種類及其群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)查,并進(jìn)行物種多樣性分析。結(jié)果表明:黃河三角洲棉田雜草有61種,隸屬于19科、47屬,其中菊科雜草最多,有13種;其次是禾本科，有9種。優(yōu)勢(shì)雜草有馬唐、蘆葦、馬齒莧、牛筋草、鱧腸、打碗花、藜、稗、鐵莧菜和白茅10種,區(qū)域性優(yōu)勢(shì)雜草有6種,常見(jiàn)雜草3種,一般雜草42種。從區(qū)域分布來(lái)看,墾利、廣饒、河口等地雜草豐富度指數(shù)、香農(nóng)指數(shù)、辛普森指數(shù)、均勻度指數(shù)普遍較高。從聚類分析結(jié)果來(lái)看,該地區(qū)棉田雜草群落變化與空間距離、地理環(huán)境、種植模式等因素有密切關(guān)系。東營(yíng)和利津兩區(qū)縣聚類分析的歐氏距離最小,為10.5;黃河南岸的高青和黃河三角洲其他縣區(qū)之間歐氏距離最大,為23.4。

棉花; 雜草群落; 物種多樣性; 聚類分析

棉花(GossypiumhirsutumLinn.)為我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物,同時(shí)是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的戰(zhàn)略物資[1-2]。在我國(guó)三大棉區(qū)中,黃河流域棉區(qū)棉花產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的40%左右[3],山東省是這一區(qū)域的產(chǎn)棉大省和優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)大省,常年植棉面積70萬(wàn) hm2以上[4-5]。近年來(lái),隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的流失,山東省棉花生產(chǎn)呈現(xiàn)持續(xù)下降態(tài)勢(shì)。尤其是魯西南、魯西北等傳統(tǒng)植棉區(qū)棉花種植面積迅速降低,只有黃河三角洲植棉面積和單產(chǎn)處于穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)[6]。

棉花生產(chǎn)支撐和推動(dòng)著山東紡織業(yè)發(fā)展,是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入的一條重要途徑[6],而雜草是危害棉田安全生產(chǎn)的重要因素之一,嚴(yán)重影響棉農(nóng)增收。據(jù)全國(guó)農(nóng)田雜草考察組的抽樣調(diào)查推算,全國(guó)棉田草害達(dá)中等以上程度的有220萬(wàn) hm2,占棉花種植總面積的56%[7],自然情況下,雜草危害可造成棉花產(chǎn)量損失37.5%～68.4%,嚴(yán)重發(fā)生地塊可造成棉花減產(chǎn)90%以上;在除草的情況下,每年造成產(chǎn)量損失約14%～16%[1,8-9]。

有關(guān)黃河三角洲棉田雜草種類及其危害的調(diào)查研究較少,且時(shí)間較早。張路生等[10]、劉合昌[11]分別于2001年和2005年對(duì)濱州市棉田雜草發(fā)生進(jìn)行了調(diào)查,發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)雜草主要有馬唐、狗尾草、金狗尾草、牛筋草、稗草、香附子、千金子、馬齒莧、反枝莧等,以禾本科雜草為主。隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整和農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展,特別是除草劑的使用,黃河三角洲地區(qū)棉田草相已發(fā)生了較大改變,只有掌握棉田雜草的發(fā)生及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,及時(shí)調(diào)整控草策略,才可實(shí)現(xiàn)對(duì)棉田雜草的可持續(xù)治理[1,12]。本研究對(duì)黃河三角洲地區(qū)棉田雜草種類及其群落進(jìn)行了調(diào)查,旨在進(jìn)一步明確該地區(qū)棉田雜草的發(fā)生危害狀況及其群落結(jié)構(gòu)、不同雜草群落間的物種多樣性和群落相似性,為實(shí)現(xiàn)棉田雜草的科學(xué)防控和可持續(xù)治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 黃河三角洲地理及棉花種植概況

黃河三角洲位于渤海灣南岸和萊州灣西岸,地處117°31′～119°18′E和36°55′～38°16′N之間,主要分布于山東省東營(yíng)市和濱州市境內(nèi)。三角洲平原地勢(shì)低平，區(qū)內(nèi)以黃河河床為骨架,構(gòu)成地面的主要分水嶺。三角洲是由黃河多次改道和決口泛濫而形成的崗、坡、洼相間的微地貌形態(tài),分布著砂、黏土不同的土體結(jié)構(gòu)和鹽化程度不一的各類鹽漬土。黃河三角洲地處中緯度,屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū),四季分明,年平均氣溫11.7～12.6℃,年均降水量530～630 mm。該地區(qū)大部分為鹽堿地,地下水位高,土地較瘠薄,植棉效益明顯優(yōu)于其他作物,是山東最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地[6,13-16]。

1.2 調(diào)查方法與樣點(diǎn)分布

于2014年6月中旬,對(duì)黃河三角洲區(qū)域內(nèi)的主要棉花種植區(qū),共計(jì)3個(gè)地市、11個(gè)縣市區(qū)、55個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的330個(gè)地塊進(jìn)行取樣調(diào)查,調(diào)查期間棉花生長(zhǎng)期為苗期至蕾期。每地塊采用倒置“W”九點(diǎn)取樣,共計(jì)2 970個(gè)調(diào)查點(diǎn),每樣方0.25 m2,詳細(xì)記錄樣點(diǎn)內(nèi)雜草種類、株數(shù)、株高及栽培方式、生育期等。雜草種類鑒定以《中國(guó)植物志》[17]和《中國(guó)雜草志》[18]為依據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

以縣(縣級(jí)市或區(qū))為單位,統(tǒng)計(jì)計(jì)算棉田雜草的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度和物種多樣性。相對(duì)優(yōu)勢(shì)度(relative abundance)RA=(RD+RH+RW+RF)/4。其中,RD為相對(duì)密度(relative density),即某種雜草的密度占雜草總密度的比例;RH為相對(duì)高度(relative height),即某種雜草的總高度占樣方中所有雜草高度的比例;RW為相對(duì)鮮重(relative weight),即某種雜草的鮮重占樣方中雜草總鮮重的比例;RF為相對(duì)頻度(relative frequency),即某種雜草出現(xiàn)的樣方數(shù)占所有雜草出現(xiàn)的總樣方數(shù)的比例[19-20]。

研究數(shù)據(jù)使用Excel 2013進(jìn)行處理,并用DPS 7.5進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及聚類分析,聚類方法采用最短距離法,數(shù)據(jù)不轉(zhuǎn)換,距離測(cè)度采用歐氏距離。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃河三角洲棉田雜草種類

調(diào)查發(fā)現(xiàn)黃河三角洲棉田雜草有61種,隸屬于19科47屬(表1)。其中,菊科雜草最多,有11屬13種;其次是禾本科,有9屬9種;藜科有4屬7種;旋花科有3屬4種;蓼科有2屬4種;莧科1屬4種;莎草科2屬3種;茄科、大戟科和錦葵科均有2屬2種;車前科、蘿藦科均有1屬2種;蒺藜科、馬齒莧科、木賊科、薔薇科、?？啤⑿⒖坪蛙绮菘凭?屬1種。菊科、禾本科和藜科3科雜草共占該區(qū)域棉田雜草種類的47.54%。

表1 黃河三角洲棉田雜草種類Table 1 Weed species in cotton fields in Yellow River delta

2.2 黃河三角洲棉田優(yōu)勢(shì)雜草分布

根據(jù)棉田雜草的優(yōu)勢(shì)度(表2)、出現(xiàn)頻度及其在各棉區(qū)的發(fā)生情況,可以將黃河三角洲棉田雜草劃分為以下4個(gè)類型:優(yōu)勢(shì)雜草、區(qū)域性優(yōu)勢(shì)雜草、常見(jiàn)雜草和一般雜草。優(yōu)勢(shì)雜草是指在該地區(qū)各縣市區(qū)均有分布,優(yōu)勢(shì)度和發(fā)生頻度均較高,對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量影響顯著的雜草;區(qū)域性優(yōu)勢(shì)雜草是指在某些棉花種植區(qū)域出現(xiàn),對(duì)當(dāng)?shù)氐拿藁ㄉL(zhǎng)發(fā)育影響很大,防除較困難的雜草;常見(jiàn)雜草是指在該地區(qū)大部分棉田均有發(fā)生,但優(yōu)勢(shì)度較低,對(duì)棉花危害較小的雜草;一般雜草是指在局部分布,優(yōu)勢(shì)度和發(fā)生頻度也較低,對(duì)棉花整個(gè)的生長(zhǎng)發(fā)育影響較小的雜草。

黃河三角洲棉田優(yōu)勢(shì)雜草主要有馬唐、蘆葦、馬齒莧、牛筋草、鱧腸、打碗花、藜、稗、鐵莧菜和白茅。以上10種雜草在黃河三角洲各棉區(qū)的發(fā)生優(yōu)勢(shì)度均較高,對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量影響嚴(yán)重,防除較為困難。

苣荬菜、狗尾草、刺兒菜、反枝莧、堿蓬和扁稈藨草在黃河三角洲部分棉區(qū)或某些特定類型棉田發(fā)生的優(yōu)勢(shì)度較大,對(duì)棉花的產(chǎn)量影響較嚴(yán)重,防除也較困難,為區(qū)域性優(yōu)勢(shì)雜草。如苣荬菜在惠民、沾化和濱城，狗尾草在河口,刺兒菜在高青、沾化和無(wú)棣,反枝莧在惠民和高青，堿蓬和扁稈藨草在東營(yíng)、墾利、河口優(yōu)勢(shì)度較大。

小藜、香附子和龍葵雖然在大部分棉田都有發(fā)生,但優(yōu)勢(shì)度較低,對(duì)棉花產(chǎn)量與品質(zhì)造成的影響較小,為棉田常見(jiàn)雜草。一般雜草有萹蓄、田旋花、凹頭莧、苦苣菜、野西瓜苗和節(jié)節(jié)草等。

表2 黃河三角洲棉田主要雜草優(yōu)勢(shì)度1)Table 2 Relative abundance of main weeds in cotton fields in Yellow River delta

1) 表中所列為總優(yōu)勢(shì)度在0.5以上的雜草。

Weeds with an overall relative abundance over 0.5 are listed in the table.

2.3 黃河三角洲棉田雜草發(fā)生特點(diǎn)及群落特征

從黃河三角洲棉田雜草的綜合優(yōu)勢(shì)度數(shù)據(jù)(表2)可以看出：馬唐、蘆葦、馬齒莧、牛筋草和鱧腸優(yōu)勢(shì)度位居前5位，依次為10.48、10.40、9.90、9.11和8.07，發(fā)生量大，優(yōu)勢(shì)度高；打碗花、藜、稗、鐵莧菜和白茅位列6～10位，以上10種雜草是黃河三角洲棉田主要優(yōu)勢(shì)雜草。5種禾本科優(yōu)勢(shì)雜草優(yōu)勢(shì)度合計(jì)為38.92，5種闊葉優(yōu)勢(shì)雜草優(yōu)勢(shì)度合計(jì)為33.13，禾本科雜草發(fā)生相對(duì)較重。由于地理環(huán)境、農(nóng)田生態(tài)、用藥習(xí)慣及棉花種植方式不同等因素，黃河三角洲不同縣區(qū)棉田雜草發(fā)生種類、群落組成及危害情況差異較大。如：馬唐在高青和濱城區(qū)發(fā)生嚴(yán)重，優(yōu)勢(shì)度分別達(dá)到28.22和20.48，遠(yuǎn)高于該地區(qū)綜合優(yōu)勢(shì)度10.48；蘆葦在東營(yíng)的墾利、利津、東營(yíng)、廣饒、河口以及濱州的濱城區(qū)發(fā)生嚴(yán)重，優(yōu)勢(shì)度均大于10.00；惠民縣棉田牛筋草優(yōu)勢(shì)度高達(dá)26.99，而高青和無(wú)棣僅有0.87和1.76；東營(yíng)河口區(qū)堿蓬和扁稈藨草有較高的優(yōu)勢(shì)度，分別是各自在黃河三角洲整個(gè)區(qū)域優(yōu)勢(shì)度的3.81倍和5.71倍；馬齒莧、鱧腸在整個(gè)黃河三角洲棉田分布范圍廣且普遍發(fā)生較重，優(yōu)勢(shì)度為2.82～17.48不等。小藜、香附子、龍葵在該地區(qū)分布較廣，但優(yōu)勢(shì)度較低，在0.00～4.44之間；扁蓄、田旋花、凹頭莧、苦苣菜、野西瓜苗等雜草在該地區(qū)棉田零星分布，優(yōu)勢(shì)度低，在0.00～5.55之間，危害較輕。

2.4 黃河三角洲棉田雜草物種多樣性

黃河三角洲棉田雜草物種豐富度最高的是墾利縣,豐富度指數(shù)為9.97,其次是廣饒、河口等縣區(qū);最低的是惠民縣,豐富度指數(shù)為4.38(表3)。從反應(yīng)群落多樣性的香農(nóng)指數(shù)看,墾利縣棉田物種多樣性最高,香農(nóng)指數(shù)為2.86,其次是廣饒、東營(yíng)、無(wú)棣、沾化等縣區(qū)棉田。從衡量群落物種優(yōu)勢(shì)集中性的辛普森指數(shù)看,廣饒縣和東營(yíng)區(qū)棉田最高,均為0.92,其次是墾利、河口、無(wú)棣等縣區(qū)棉田。從雜草群落的均勻度指數(shù)看,廣饒最高,為0.80,其次是東營(yíng)、墾利、沾化和無(wú)棣等縣區(qū)(表3)。

表3 黃河三角洲棉田雜草群落的物種多樣性Table 3 Species diversity of weed communities in cotton fields in Yellow River delta

2.5 不同縣域棉田雜草聚類分析

將黃河三角洲各縣市區(qū)棉田優(yōu)勢(shì)度(RA)≥0.5的雜草構(gòu)成矩陣進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析,結(jié)果表明黃河三角洲棉田雜草群落變化和空間距離、地理環(huán)境、種植模式有密切關(guān)系。東營(yíng)區(qū)和墾利縣地理位置相鄰,地理環(huán)境和種植模式基本一致,聚類分析的歐氏距離最小,為10.5,東營(yíng)區(qū)、墾利兩縣區(qū)和利津之間距離為11.7;博興、河口和廣饒之間為13.4,三者和惠民之間為16.5;沾化和無(wú)棣之間為15.2;黃河南岸的高青和其他縣區(qū)之間歐氏距離最大,為23.4(圖1)。

3 討論

從調(diào)查數(shù)據(jù)可以看出,黃河三角洲棉田雜草以馬唐、蘆葦、馬齒莧、牛筋草、鱧腸、打碗花、藜、稗、鐵莧菜、白茅為優(yōu)勢(shì)雜草；苣荬菜、狗尾草、刺兒菜、反枝莧、堿蓬和扁稈藨草等為區(qū)域性優(yōu)勢(shì)雜草。由于黃河三角洲地區(qū)棉花種植以地膜覆蓋種植模式為主,兼有部分棗套棉和麥套棉,雜草防除大多采用覆膜前除草劑土壤噴霧處理,主要使用的除草劑品種為二甲戊靈、氟樂(lè)靈、乙草胺、乙氧氟草醚、撲草凈等藥劑及其復(fù)配制劑[22],本文調(diào)查結(jié)果多為施藥后棉田雜草發(fā)生情況,一些對(duì)所選用除草劑相對(duì)敏感的雜草,如反枝莧、小藜、龍葵等,在部分除草劑土壤封閉效果差的地塊,為優(yōu)勢(shì)雜草,但在多數(shù)噴施除草劑的地塊,其優(yōu)勢(shì)度明顯下降,在調(diào)查結(jié)果中僅為常見(jiàn)或一般雜草。

黃河三角洲地區(qū)主要為鹽堿地,具有獨(dú)特的地理環(huán)境和農(nóng)業(yè)生態(tài)條件[6],該地區(qū)蘆葦、扁稈藨草、堿蓬、白茅等喜鹽堿的雜草在部分地區(qū)嚴(yán)重危害。例如東營(yíng)市的墾利、利津、東營(yíng)、廣饒等縣區(qū)蘆葦發(fā)生最為嚴(yán)重;濱城區(qū)白茅的優(yōu)勢(shì)度僅次于馬唐、蘆葦和馬齒莧。扁稈藨草和堿蓬在河口區(qū)的優(yōu)勢(shì)度分別排第4位和第6位。

圖1 黃河三角洲棉花種植各縣區(qū)田間 雜草群落聚類分析樹狀圖Fig.1 The dendrogram of weed communities among different cotton regions built by cluster analysis

張路生等[10]、劉合昌[11]分別于2002年和2005年報(bào)道，濱州棉田雜草種類以禾本科雜草為主,主要有馬唐、狗尾草、金狗尾草、牛筋草、稗草；有部分闊葉雜草和莎草,如:馬齒莧、反枝莧、凹頭莧、藜和香附子等，該結(jié)論和本文結(jié)論有一定的相似性,都是以禾本科雜草為主,但是在雜草優(yōu)勢(shì)度上存在很大差異,本文濱州市棉田雜草調(diào)查優(yōu)勢(shì)度由高到低依次是牛筋草、馬唐、鱧腸、馬齒莧、蘆葦、稗、打碗花,造成這一差別的原因可能是本文與前者調(diào)查時(shí)間相隔較久,隨著種植模式的改變、除草劑的多年使用等因素,雜草群落發(fā)生了改變。種植模式由原來(lái)的露地直播和移栽春棉為主轉(zhuǎn)為地膜覆蓋春棉為主;另外,也可能與調(diào)查取樣點(diǎn)差異有關(guān)。王兆振等[23]報(bào)道，山東省棉田雜草共有68種,隸屬于24科49屬,其中優(yōu)勢(shì)雜草4種,區(qū)域優(yōu)勢(shì)雜草10種。濱州市優(yōu)勢(shì)雜草為蘆葦和白茅,且占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其優(yōu)勢(shì)度遠(yuǎn)高于其后的馬唐、鱧腸和牛筋草;東營(yíng)市優(yōu)勢(shì)雜草為白茅、蘆葦、牛筋草、鐵莧菜、馬齒莧和馬唐。而本文東營(yíng)市棉田雜草調(diào)查優(yōu)勢(shì)度由高到低依次是蘆葦、馬齒莧、牛筋草、鱧腸、馬唐、藜、打碗花和白茅。造成這一差別的原因可能主要是由于調(diào)查取樣點(diǎn)的差異和調(diào)查樣本不同。王兆振等[23]調(diào)查了濱州的慶云、無(wú)棣、沾化、惠民、陽(yáng)信以及淄博的高青和桓臺(tái)等地區(qū)的58個(gè)樣點(diǎn),東營(yíng)的墾利、廣饒、河口等地區(qū)的64個(gè)樣點(diǎn),而本文調(diào)查了該地區(qū)的11個(gè)縣(區(qū))的55個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的330個(gè)地塊,每地塊采用倒置“W”九點(diǎn)取樣,共計(jì)2 970個(gè)調(diào)查點(diǎn)。由于棉田地理位置、土壤條件及往年的雜草管理方式差異,雜草在不同地塊優(yōu)勢(shì)度會(huì)呈現(xiàn)出較大不同,增加取樣點(diǎn)是全面掌握雜草群落的最好方式。

對(duì)比以上調(diào)查數(shù)據(jù)可以看出,黃河三角洲地區(qū)棉田雜草種群變化和群落演替隨著地理位置的橫向變化和時(shí)間的縱向變化均呈現(xiàn)出較大差異,定期開(kāi)展普查是掌握雜草動(dòng)態(tài)變化的最好途徑。本研究將為黃河三角洲地區(qū)及時(shí)制定適宜的棉田雜草防除措施,實(shí)現(xiàn)棉田雜草的可持續(xù)治理提供參考依據(jù)。

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(責(zé)任編輯：楊明麗)

Species composition and characterization of weed communities in cotton fields in Yellow River delta

Fang Feng1, Li Mei1, Gao Xingxiang1, Li Jian1, Zhang Chaoxian2

(1.Institute of Plant Protection, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Shandong Key Laboratory of Plant Virology, Ji’nan 250100, China; 2.Institute of Plant Protection,Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193,China)

Weed survey was conducted to determine the weed communities composition and characterization in cotton fields in Yellow River delta using the inverted W-pattern method. Weed species diversity was also analyzed. The results showed that there were totally 61 weed species belonging to 19 families, 47 genera in cotton fields in Yellow River delta. Among them, 13 species belong to Compositae, and 9 species belong to Gramineae.Digitariasanguinalis,Phragmitesaustralis,Portulacaoleracea,Eleusineindica,Ecliptaprostrata,Calystegiahederacea,Chenopodiumalbum,Echinochloacrusgalli,Acalyphaaustralis,Imperatacylindricawere considered as dominant weeds. In addition to the above 10 species, there were 6 kinds of regional dominant weeds, 3 kinds of common weeds and 42 kinds of normal weeds. According to the regional distribution, the Margalef’s richness index, Shannon-Wiener index, Simpson index, Pielou index of weed species of cotton fields in Kenli, Guangrao, and Hekou counties were generally higher than those of other counties. Furthermore, cluster analysis revealed that cotton weed community was closely related to spatial distance, geographical environment, planting patterns and other factors. The euclidean distance of Dongying and Lijin was minimum (10.5). However, Gaoqing in the southern bank of the Yellow River and other counties in Yellow River delta had the maximum euclidean distance of 23.4.

cotton; weed community; species diversity; cluster analysis

2015-10-15

2015-11-26

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(2013FY113200)；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAD19B02)

S 451.223

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2016.05.026

* 通信作者 E-mail：limei9909@163.com