寧夏馬鈴薯田雜草種類及其群落特征

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　　摘要 為明確寧夏馬鈴薯田雜草發生種類及其群落特征，采用倒置“W”9點取樣法對寧夏馬鈴薯田雜草種類及其群落特征進行了研究，并進行了雜草物種多樣性分析。結果表明：寧夏馬鈴薯田雜草有71種，隸屬于22科56屬，其中以菊科、禾本科、藜科為主，優勢雜草為稗、灰綠藜、狗尾草和反枝莧。從雜草區域分布多樣性分析來看，彭陽縣物種豐富度最高，為39種，ShannonWiener指數為2.23、Pielou 指數為0.61、Simpson 指數為0.86。聚類分析結果表明，寧夏馬鈴薯田雜草群落可劃分為3組，第1組為黃土高原丘陵溝壑及六盤山陰濕區雜草群落，第2組為鹽、同、香山半荒漠區雜草群落，第3組為銀川平原黃灌區雜草群落。綜合分析，土壤結構和濕度是影響寧夏馬鈴薯田雜草群落組成的主要生態因子。
　　關鍵詞 馬鈴薯; 雜草種類; 群落結構; 物種多樣性; 聚類分析
　　中圖分類號： S 451
　　文獻標識碼： ADOI： 10.16688/j.zwbh.2018254
　　Abstract In order to clarify the occurrence and community characteristics of weeds in potato fields in Ningxia， weed species and the community were investigated using sampling methods of inverted Wpattern in potato fields， and then the species diversity was analyzed. The results showed that 71 weed species， which belong to 22 families and 56 genera， existed in potato fields in Ningxia. Compositae，Gramineae and Chenopodiaceae are primary families， with Echinochloa crusgalli，Chenopodium glaucum，Setaria viridis and Amaranthus retroflexus as dominate species in Ningxia. Analysis on the diversity of weed distribution showed that species richness of weeds in Pengyang county were highest with 39 species， with the ShannonWiener index of 2.23， the Pielou index of 0.61 and the Simpson index of 0.86. The structure of weed community in Ningxia could be categorized into three groups. The first group contained weed species form the loess hilly and gully region and the wet zone of Liupan mountain， the second group contained Yan， Tong and Xiangshan semidesert area， and the third group contained Yinchuan plain yellow irrigation area. Integrated analysis implied that structure and moisture of soil were the main ecological factors to affect the characterization of weed communities in potato fields in Ningxia.
　　Key words potato; weed species; community structure; species diversity; cluster analysis
　　馬鈴薯是繼水稻、小麥、玉米之后的第四大糧食作物，寧夏常年播種面積在20萬hm2左右[1]。雜草是馬鈴薯生產中的主要威脅之一，雜草與馬鈴薯爭奪養料、水分、陽光和空間，從而降低了馬鈴薯的產量和質量，每年馬鈴薯產量因雜草損失15%左右，隨著農業產業結構的調整、耕作制度變化及農田化學除草劑的大面積推廣，農田雜草群落在組成和分布上發生了新變化，且發生程度呈逐年加重趨勢。我區目前防除雜草多采用人工除草的方法，據調查，僅人工除草一項，每667 m2地就可增加成本150元以上[2]。
　　在雜草調查研究中，國內外學者相繼對棉花、小麥、玉米、花生、油菜及水稻等[39]作物田的雜草群落進行了調查，明確了農田雜草的群落結構，提出了相應的防治措施。但對馬鈴薯田雜草系統調查研究只有少數幾個省區，由于受地理環境條件、作物種類、種植制度及田間管理、除草措施等影響，不同地區農田雜草群落的構成及其生物多樣性差異明顯，同時由于長期形成的耕作習慣改變[10]、外來物種的入侵[11]、單一除草劑的使用[12]等原因導致雜草種類和群落結構發生較大改變，一些區域優勢雜草轉變為優勢雜草，一般性雜草上升為惡性雜草。王亞洲等[13]報道了黑龍江省馬鈴薯田雜草以稗Echinochloa crusgalli、藜Chenopodium album、狗尾草Setaria viridis等為優勢種群，而寄生性雜草菟絲子 Cuscuta chinensis 近年來已較難防除，嚴重危害馬鈴薯生產，有演變成為田間主要雜草的趨勢;梁玉娥等[14]調查發現廣西玉林市冬植馬鈴薯田雜草共有10科26種，其中鵝腸菜Myosoton aquaticum和看麥娘Alopecurus aequalis由一般性雜草轉變為優勢雜草，已經對馬鈴薯造成嚴重危害;葉文斌等[15]報道甘肅省西和縣馬鈴薯田鵝腸菜、小藜Chenopodium serotinum、綿毛酸模葉蓼Polygonum lapathifolium發生的優勢度及頻率顯著提高，成為當地馬鈴薯田的惡性雜草;張玉慧等[16]報道了冀西北馬鈴薯田雜草種類約32種，隸屬于18科，以藜、萹蓄Polygonum aviculare、卷莖蓼Fallopia convolvulus、苦蕎Fagopyrum tataricum等為優勢種群，近年來狗尾草、野黍Eriochloa villosa、草地風毛菊Saussurea amara 等雜草比重上升，傳播蔓延加快，已上升為優勢種，發生危害呈加重之勢。由于農田雜草群落的變化，導致除草劑過量、頻繁使用，對日益惡劣的環境造成嚴重污染，使農田生態系統抵抗力穩定性難以恢復到原來的水平，導致農田生物多樣性結構和功能遭到破壞，抗藥性雜草大面積發生[17]，已成為威脅我國糧食安全的重要問題之一[18]，所以掌握農田雜草群落組成和結構特征是進行雜草控制的最基礎性工作。 　　在農田草相已發生較大改變的形勢下要實現對雜草的可持續治理需要掌握雜草在農田中的發生及其種群結構動態變化規律，進而調整現有的控草策略[19]。目前，尚未見關于寧夏馬鈴薯田雜草分布及群落結構的報道。為及時掌握寧夏馬鈴薯田雜草分布現狀、危害情況、發生規律及群落結構，更好地制定安全、合理的草害防治和抗藥性雜草治理策略，實現對雜草的可持續治理，提高馬鈴薯的經濟效益，本研究對寧夏不同地區馬鈴薯田雜草種類和群落進行了調查，并利用多樣性指數分析不同雜草群落間的物種多樣性和群落相似性，旨在探明寧夏馬鈴薯田雜草的發生危害狀況及其群落結構，為實現馬鈴薯田雜草的可持續治理提供理論依據。
　　1 材料與方法
　　1.1 調查地區概況
　　寧夏回族自治區地處西北地區東部，黃河上中游，是傳統的農業省區。按自然地理和經濟社會發展水平，寧夏可分為引黃灌區、中部干旱帶和南部山區3個生態區域。馬鈴薯主要分布在南部山區的固原市原州區、西吉縣、彭陽縣、涇源縣和隆德縣，中部干旱帶的中衛市沙坡頭區、海原縣及吳忠市同心縣、鹽池縣和紅寺堡區，北部平原的石嘴山市惠農區和平羅縣。寧夏全境海拔1 000 m以上，地勢南高北低，落差近1 000 m，降水量南多北少，大都集中在夏季，馬鈴薯的生長主要在夏季，雜草的大面積發生同樣在夏季。
　　1.2 調查時間及方法
　　2016年和2017年的6月至9月，待馬鈴薯田雜草發生與危害基本定型、雜草種類齊全、雜草花果期[20]，采取倒置“W”九點取樣法[21]對寧夏12個區縣的馬鈴薯田雜草進行調查，每個縣選擇3個鄉，每個鄉選擇3個村，每村選擇3塊地，每個樣方調查9個樣點，每個樣點面積為0.25 m2，兩年連續共計調查324塊田2 916個樣點，分別記錄雜草發生種類、株數及危害程度;雜草種類鑒定參考《中國農田雜草防治原色圖解》[22]和《中國雜草志》[23]。
　　1.3 數據處理與分析
　　采用Excel進行數據的整理、計算，根據各樣點的調查數據在DPS數據處理系統中計算處理相對優勢度和物種多樣性。
　　相對多度RA=（RU+RD+RF）/3，其中：RU為相對均度， RD為相對密度， RF為相對頻度;田間均度（uniformity，U）指雜草出現的樣方數占總調查樣方數的比例;田間密度（density，D） 指雜草在調查田塊的平均密度之和占總調查田塊的比例;田間頻度（frequency，F） 指雜草出現的田塊數占總調查田塊的比例[24]。
　　物種豐富度指數（richness index）：一定樣方內的物種數（S）。ShannonWiener（物種多樣性指數）：H′=-∑si=1Piln Pi，Simpson（群落優勢度指數）：D=∑si=1P2i，式中 Pi是第i物種被第 1 次抽到的概率，Pi=Ni/N，Ni為樣方中第i種雜草的密度，N為該樣方中所有雜草密度的和。Pielou群落均勻度指數（J）：J=H′/lnS，其中物種豐富度S 即調查區域內的雜草種類數[25]。
　　聚類分析：將各縣市RA≥1的雜草RA與所分布地區構成矩陣，采用SPSS 13.0軟件對數據進行系統聚類分析，地區之間雜草群落的相似性測度采用系統聚類分析并生成樹狀圖，聚類方法采用組間均連法，數據轉化采用Z分數標準化，距離測度使用 Euclidean平方距離[24]。
　　2 結果與分析
　　2.1 寧夏馬鈴薯田雜草種類及分布
　　調查結果表明，寧夏馬鈴薯田雜草共有71種，隸屬于22科56屬，其中單子葉植物有1科10屬12種，雙子葉植物有21科46屬59種（圖1）。
　　2.2 寧夏馬鈴薯田雜草區系及優勢度
　　根據馬鈴薯田雜草發生頻率、嚴重程度及相對多度，將寧夏馬鈴薯田雜草劃分優勢雜草、區域性優勢雜草、常見雜草和一般雜草4種類型（表1）。
　　2.4 寧夏不同地區馬鈴薯田雜草多樣性分析
　　通過對寧夏地區馬鈴薯田雜草多樣性分析可知（表3），從物種豐富度來看，彭陽縣馬鈴薯田雜草種類最多，為39種，西吉縣次之，為38種，沙坡頭區的物種數目最少，僅為14種，紅寺堡區和同心縣的地理位置相鄰，但紅寺堡區雜草種類比同心縣多12種，是同心縣的1.71倍;從ShannonWiener來看，彭陽縣馬鈴薯田雜草物種多樣性指數明顯高于其他11個縣市區，為2.23，沙坡頭區物種多樣性指數最小，為1.32，說明彭陽縣雜草物種多樣性比其他地區更豐富;從Simpson和Pielou群落均勻度指數來看，彭陽縣明顯高于其他地區，反枝莧、打碗花、灰綠藜的相對多度之和高達51.63（表2），說明彭陽縣馬鈴薯田雜草群落優勢物種集中，馬鈴薯田雜草的種類和數量分布的均勻度均高于其他地區;沙坡頭區ShannonWiener指數、Pielou 指數、Simpson 指數最低，且物種最少，說明為沙坡頭區馬鈴薯田雜草種類單一，群落分布不均勻，穩定性差。
　　2.5 寧夏馬鈴薯田雜草群落相似性分析
　　將各地區相對多度大于1.0的雜草構成矩陣進行系統聚類分析，結果表明（圖2），寧夏馬鈴薯田的雜草群落可以劃分為3個分布區，按自然地理和經濟社會發展水平劃分[26]，將原州區、西吉縣、彭陽縣、涇源縣和隆德縣劃分為第1大類黃土高原溝壑及六盤山陰濕區分布區;將沙坡頭區、同心縣、鹽池縣、紅寺堡區和海原縣劃分為第2大類鹽、同、香山半荒漠區分布區;惠農區和平羅縣劃分為第3大類引黃灌區分布區。根據聚類分析得出，黃土高原溝壑及六盤山陰濕區分布區和鹽、同、香山半荒漠區分布區雜草群落結構比較相似，組內距離平方最小;黃土高原溝壑及六盤山陰濕區分布區和鹽、同、香山半荒漠區分布區雜草群落與引黃灌區分布區差異性較大，組內距離平方最大。
　　3 討論
　　通過調查寧夏馬鈴薯田雜草發生優勢度和田間危害程度情況可以看出，狗尾草、稗、灰綠藜和反枝莧等優勢雜草是寧夏馬鈴薯田的主要危害雜草，在未來一段時間將繼續嚴重影響馬鈴薯生產。一些區域優勢雜草如田旋花、牛筋草轉變為優勢雜草，一般性雜草如菟絲子、蘆葦將上升為惡性雜草，在今后的雜草治理中，也要密切關注非優勢雜草，防止常見雜草轉化為優勢雜草，根據雜草的發展趨勢，調整防治策略，實現馬鈴薯田雜草的可持續治理。 　　寧夏馬鈴薯田雜草種類及群落組成產生的差異是由地理環境、土壤性質、土壤墑情、降雨情況、氣候條件及控草措施等多方面因素影響導致的，雜草物種豐富度、多樣性、優勢度和均勻度是從不同角度衡量群落穩定性的重要指標，雜草物種豐富度、多樣性與均勻度越大，優勢度越小，則物種群落的結構越復雜，其反饋系統也越強大，對于環境的變化或來自物種群落內部種群波動的緩沖作用越強，物種群落也越穩定，這樣的雜草群落優勢種不太突出，雜草不容易嚴重發生[27]。黃土高原丘陵溝壑及六盤山陰濕區位于我國黃土高原西部，屬黃河中游黃土丘陵溝壑區，由于六盤山形成季風屏障的原因，此區域夏季降雨較多，氣候潮濕，形成了獨特的陰濕區，有利于作物的生長，雜草種類豐富，主要優勢雜草為狗尾草、稗、灰綠藜和反枝莧;鹽、同、香山半荒漠區位于寧夏回族自治區中部，引黃灌區以南，東西兩邊又處在毛烏素沙地和騰格里沙漠邊緣的地區，處于荒漠草原和干草原的過渡帶，是典型的生態脆弱帶，年降雨量少，氣候干燥，馬鈴薯田雜草種類偏少，密度偏低，主要優勢雜草為灰綠藜、甘草、馬齒莧、萹蓄、菟絲子等;銀川平原黃灌區位于黃河中游黃河灌溉平原區，相比寧南高海拔區，田間灌溉條件便利，雜草出苗率高，密度高，危害嚴重，主要優勢雜草為反枝莧、菟絲子、灰綠藜、稗、狗尾草、牛筋草等。
　　近年來，隨著農業產業結構的調整和農田化學除草的大面積推廣，農田雜草群落在組成和分布上發生了新變化，且發生程度呈逐年加重趨勢。調查發現，各產區普遍存在長期使用單一除草劑的情況，如寧夏南部山區長期使用精喹禾靈與砜嘧磺隆的馬鈴薯田，刺兒菜、馬齒莧等雜草發生量明顯增大，防除難度較大，大面積使用單一除草劑，雜草抗藥性隨之增強，目前全球已有300多種雜草對化學除草劑產生了抗藥性[28]，同時雜草抗藥性不僅表現在對一種除草劑的抗性，更為嚴重的是雜草還具有交互抗性和多抗性，因此如何安全有效地防除田間雜草已成為田間除草需要迫切解決的問題[2930]。
　　綜上所述，為了更好地認識雜草、減少雜草的危害，開展科學合理的農田除草工作，通過研究雜草組成與群落多樣性、群落相似性，明確馬鈴薯田雜草發生的種類及其群落的特點，在此基礎上，因地制宜地采取有針對性的雜草管理措施，根據不同地理環境、不同種植模式下馬鈴薯田雜草的發生特點，選擇適當的農作措施和除草措施，及時指導農民合理輪換使用除草劑，延緩雜草抗藥性的產生，對馬鈴薯田雜草的防除十分關鍵。
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　　（責任編輯：楊明麗）
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