付浩龙，罗玉峰，余 琪，熊玉江，乔 伟

(1.长江科学院农业水利研究所，武汉 430010；2.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 210098；3.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072；4.长江水利委员会人事劳动局，武汉 430015 )

杂草作为农田生态系统中的重要组成之一，与作物间存在对光照、水分和生长空间资源的竞争。据统计，在我国农田杂草危害面积高达0.43 亿hm2，由杂草危害所带来的农作物减产占10%以上[1,2]。因此，进行合理的农田管理，降低杂草危害，对保障作物良好生长具有重要意义。

随着杂草危害认识的不断深入，学者对稻田杂草群落也进行了大量研究，但研究多集中在其危害性和防治途径方面[3,4]，且在施肥模式、种植制度和耕作方式等管理措施上来开展杂草多样性研究[5-7]。然而，随着节水灌溉技术的大力推广，作为人为重要管理措施的节水灌溉下稻田杂草群落多样性研究却相对较少，且以往的研究也多只反映在田间杂草的种类及发生程度上，没有对杂草危害度优势种、均匀度和多样性指数等进行深入的探讨。因此，本文在高邮灌区开展控制灌溉和常规灌溉杂草群落多样性调查，在明确杂草群落结构组成的基础上开展稻田杂草多样性研究，以期为节水灌溉稻田杂草控制提供科学的依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验于2013年6-10月在江苏省高邮灌区试验田进行。该灌区内土壤肥沃，气候温和，阳光充足、雨量充沛，年平均气温在14.8 ℃左右，年平均降水量为1 000 mm，平均风速基本保持在3.5 m/s左右，适合水稻的生长。灌区水稻作物种植面积达6 300 hm2，有效灌溉面积达5 900 hm2，罐区实行稻麦轮作，同时该灌区正在推广控制灌溉技术，能够很好地保障试验的开展。

1.2 试验处理与方法

试验当中节水灌溉实行控制灌溉，以当地常规灌溉为对照。共设控制灌溉和常规灌溉2个处理，每个处理2个重复，每块稻田种植面积约为0.233 hm2，水稻生长过程中为了防止除草剂对植物生长的影响，保持基本相同的农艺措施 (见表1)，水稻品种为当地普遍种植的镇稻99。

本试验调查方法以典型水稻田块为依托，在踏查的基础上，对不同灌溉模式水稻逐生育期内随机抽取5个代表性样方(为避免非稻田生镜对杂草群落的影响，每次样点的选择应该避开田埂附近，至少保持0.8 m的距离)，样方大小为1 m×1 m，采用7级目测法及分类标准[8]，在每个样方内先目测出总的杂草危害级别，然后逐一地记录每个样方中杂草种类、高度及其密度，并计算出杂草出现频率(杂草种类以《中国杂草志》的种类鉴定为依据)。杂草与水稻的株高采用钢尺直接进行测量，杂草覆盖度通过数码相机拍摄获取，并在地理信息系统软件中通过数字化后，计算面积比求得。

从分蘖前期(返青期群落刚刚迁入且田间水层较高杂草植株生长还未成熟故不考虑)开始，对常规灌溉典型田块和控制灌溉典型田块水稻各生育期内杂草植株群落种类、数量进行调查，各生育期调查时间见表2。

表1 农艺措施(农药、除草剂)情况Fig.1 The table of agronomic measures ( pesticides, herbicides)

注：①单位为mL/hm2。

表2 不同灌溉模式下稻田各生育期杂草植株群落调查时间Fig.2 The research time of the weed communities with each growth period of rice under different irrigation modes

1.3 试验数据分析

通过调查记录各杂草的种类、高度、盖度及其水稻植株高度，并计算出相应的重要值，运用物种丰富度S、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数来对杂草群落多样性进行分析[9,10]。同时调查每平米内各生育期杂草的数量即杂草分布密度，并把该杂草密度作为反映杂草植株发生程度的重要因子。杂草优势种的界定则是以杂草相对分布密度的10%为基准，当某种杂草密度占所有杂草密度的百分比(相对密度)有3次大于10%则定位优势种，小于等于10%的杂草则定位为非优势种。其计算公式如下：

杂草重要值IV=相对多度+相对高度+相对盖度

丰富度S：

S=群落物种个体数

Shannon-Wiener多样性指数H′：

(1)

Pi=ni/N

式中：Pi为第i种个体占群落个体总数的比例；ni为群落中第i个物种的个体总数；N为群落个体总数量。

Pielou均匀度指数E：

(2)

Hmax=lnS

式中：Hmax为物种当中最大的多样性指数。

同时，本试验数据分析和处理均采用EXCEL软件，计算物种多样性指数、均匀度指数及杂草密度等，用LSD进行不同处理下杂草群落各指标显著性差异分析(p=0.05)[11,12]。

2 结果与分析

2.1 稻田水层及土壤含水率变化

本试验实行控制灌溉和常规灌溉2种灌溉模式。其中常规灌溉按当地习惯进行浅湿调控灌溉，分别于水稻泡田栽插期、分蘖期和晒田以后，每隔4、5 和6 d灌水一次，每次灌15～20 h，自流灌溉至田间有4～8 cm薄水层；而控制灌溉是指秧苗本田移栽后，田面保留5～25 mm薄水层返青，此后各生育阶段灌水后田面不建立水层，以根层土壤水分为控制指标，确定灌水时间和灌水定额。

不同灌溉模式A、B田块水层与土壤含水率分布见图1。由图1可知，控制田块土壤含水率明显要高于常规灌溉，常规灌溉田块大部分时间处于有水层状态。由此可见，不同灌溉模式稻田水环境显著不同，从而影响田间杂草种类及群落特点。

图1 不同灌溉模式田间水层和土壤含水率变化情况Tab.1 The changes of water layer and soil moisture with different irrigation modes in field

2.2 稻田杂草群落组成及发生密度

通过对不同灌溉模式下稻田间杂草群落进行调查，其调查结果见表3。由表3可知，控制灌溉稻田杂草种类共有10科13种，常规灌溉则有9科11种，控制灌溉杂草种类较常规灌溉多；其中水虱草(Fimbristylis miliaceae)、合萌(Aeschynomene indica)及鲤肠(EcIipta prostrata L．)为控制灌溉稻田特有杂草，紫萍(Spirodela)则为常规灌溉特有杂草。不难看出，由于控制灌溉稻田田间均不建立水层(除返青期)，这种控制水层灌溉方式比起长期淹灌的常规灌溉而言给予了杂草生长更多的环境选择，促进了部分喜湿性旱地杂草的生长，结果导致控制灌溉稻田间杂草植株科、种要多于常规灌溉。而常规灌溉田间作为水层长期存在，使的田间环境单一，野荸荠(Heleocharis plantagineiformis)、紫萍(Spirodela)和轮藻(Chara)等典型喜湿性水生植株得到有利生长。

图2则反映了不同灌溉模式下稻田杂草群落总密度分布情况。由图2可知，控制灌溉和常规灌溉稻田杂草密度在时间上存在几乎相同的动态变化，杂草密度随生育期都呈现先增加后减少的变化趋势。其中，控制灌溉杂草密度最大出现在拔节孕穗期为37.8 茎/m2，最小则出现在分蘖前期为16.8 茎/m2；而常规灌溉杂草密度最大为60.0 茎/m2，最小为22 茎/m2，分别出现在分蘖后期和分蘖前期。且在分蘖后期和抽穗开花期控制灌溉和常规灌溉稻田杂草密度分布呈现差异显著(F2,18=11.99，p=0.002 778；F2,18=4.84，p=0.041 098)，生育后期(乳熟期和黄熟期)控制灌溉杂草密度略大于常规灌溉但差异不显著(F2,18=0.18，p=0.674 315；F2,18=0.004 9，p=0.944 751)，分蘖前期和拔节孕穗期控制灌溉杂草密度低于常规灌溉且差异也同样不显著(F2,18=0.85，p=0.368 135；F2,18=1.45，p=0.244 511)。

表3 不同灌溉模式田间杂草种类Fig.3 The field weed species with different irrigation modes

图2 不同灌溉模式稻田杂草群落总密度Tab.2 The density of paddy weed community with different irrigation modes

因此，可以看出常规灌溉稻田杂草各生育期密度总体是要大于控制灌溉，除生育前期和生育后期控制灌溉杂草密度略大于常规灌溉，其余各生育期尤其是中期控制灌溉稻田杂草密度均小于常规灌溉，且差异显著。

控制灌溉和常规灌溉稻田各生育期杂草群落的相对密度分布情况见表4。调查结果显示，控制灌溉杂草优势种为稗(Echinochloa crusgalli)、丁香蓼(Ludwigia prostrata)、鸭舌草(Monochoria vaginalis)和陌上菜(Lindernia procumbens)，且其相对密度分别为10.0%～26.9%、10.7%～28.2%、10.2%～14.3%和14.3%～53.3%。而常规灌溉杂草优势种则为丁香蓼(Ludwigia prostrata)、鸭舌草(Monochoria vaginalis)、陌上菜(Lindernia procumbens)、轮藻(Chara)和紫萍(Spirodela)，且相对密度分别为12.7%～50.9%、10.0%～25.3%、11.0%～42.7%、10%～22.1%和14.1%～40.1%。控制灌溉稻田杂草优势种要少于常规灌溉。

从杂草密度随生育期时间动态变化来看，作为控制灌溉特有优势种稗(Echinochloa crusgalli)的密度在生育后期呈现下降的变化趋势，而作为常规灌溉特有优势种的紫萍(Spirodela)和轮藻(Chara)则在整个生育期内相对密度均处于较高，相对稳定，变化趋势不明显。同时作为控制灌溉和常规灌溉共有的优势种丁香蓼(Ludwigia prostrata)、鸭舌草(Monochoria vaginalis)和陌上菜(Lindernia procumbens)，其控制灌溉田间杂草密度要低于常规灌溉，说明控制灌溉能够有效地抑制稻田优势种杂草的生长，降低杂草密度。

表4 不同灌溉模式稻田各生育期杂草群落相对密度 %

注：各生育期内3次以上的相对密度>10%的为优势种。

2.3 稻田杂草群落多样性分析

均匀度指数反映了群落分布均匀情况，而多样性指数能够体现出群落的稳定性。不同灌溉模式下，稻田各生育期杂草群落均匀度分布情况见图3。由图3可知，控制灌溉和常规灌溉杂草群落均匀度整体上在各生育期内变化幅度不大，在生育前期控制灌溉稻田杂草群落与常规灌溉几乎相同甚至低于常规灌溉，但随着生育期的推进在水稻生育后期控制灌溉杂草群落均匀度要略大于常规灌溉，杂草群落稳定性得到提高。控制灌溉稻田杂草群落均匀度指数最大出现在拔节孕穗期，最小则出现在分蘖末期，常规灌溉杂草均匀度指数最大在分蘖前期，最小则在分蘖末期。从差异显著性分析来看，除了拔节孕穗期和抽穗开花期差异显著外(F2,18=10.18，p=0.005 058；F2,18=5.35，p=0.032 698)，其余各生育期差异均不显著。

在拔节孕穗期我们看到2种不同灌溉模式杂草群落均匀度出现反差，且差异呈现出显著性，这可能与控制灌溉田间水环境的改变及其拔节孕穗期间出现的晒田有关。控制灌溉无水层环境较常规灌溉淹水环境更接近于晒田期间环境，这样迫使一些对环境改变适应性差的杂草植株死亡，导致常规灌溉田间其他适应强的杂草有足够的生长空间和资源，打破了原有的杂草群落分布均匀的特征，从而降低了常规灌溉杂草群落均匀度。

图3 不同灌溉模式稻田杂草群落均匀度Tab.3 The values of evenness of paddy weed community with different irrigation modes

图4则反映了不同灌溉模式下稻田各生育期杂草群落多样性指数分布情况。由图4可知，控制灌溉和常规灌溉稻田杂草群落多样性指数随生育期出现相同的趋势走向，均呈现先增加在减少的变化。在生育前期常规灌溉杂草群落多样性指数略大于控制灌溉，但到生育后期控制灌溉杂草群落多样性指数则又略大于常规灌溉。从差异显著性分析来看，除了拔节孕穗期差异显著外(F2,18=6.42，p=0.020 808)，其余各生育期差异均不显著。拔节孕穗期多样性指数差异显著很可能与此阶段均匀度指数变化有关。

图4 不同灌溉模式稻田杂草群落多样性指数Tab.4 The values of diversity index of paddy weed community with different irrigation modes

3 结 论

本文通过对不同灌溉模式下稻田杂草群落进行调查及多样性分析，得到如下结论。

(1)控制灌溉稻田杂草组成及丰富度要多于常规灌溉，控制灌溉共有10科13种，常规灌溉则有9科11种。

(2)控制灌溉田间杂草密度总体要低于常规灌溉，且随生育期推进控制灌溉稻田优势种杂草密度呈现下降趋势，控制灌溉能够有效地抑制稻田优势种杂草的生长，降低杂草发生密度。

(3)不同灌溉模式下稻田杂草Shannon-Wiener多样性指数各生育期内变化不大，且随生育期变化趋势基本相同，但控制灌溉稻田杂草Pielou均匀度在生育后期整体大于常规灌溉，杂草群落趋于相对稳定。

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[1] 张朝贤. 农田杂草与防控[M]. 北京:中国农业出版社, 2011.

[2] 牛新胜, 刘美菊, 张宏彦，等. 不同耕作、秸秆及氮素管理措施对冬小麦-夏玉米轮作田杂草生物量影响的研究[J]. 中国土壤与肥料, 2011,(6): 49-53.

[3] 戴伟民, 宋小玲, 吴 川，等. 江苏省杂草稻危害情况的调研[J]. 江苏农业学报, 2009,25(3):712-714.

[4] 王 强, 何锦豪, 李妙寿，等. 浙江省水稻田杂草发生种类及危害[J]. 浙江农业科学,2000,12(6):317-324.

[5] 蒋 敏, 沈明星, 沈新平，等. 长期不同施肥方式对麦田杂草群落的影响[J]. 生态学报, 2014,34(7):1 746-1 756.

[6] 沈建凯, 黄 璜, 傅志强，等. 规模化稻鸭生态种养对稻田杂草群落组成及物种多样性的影响[J]. 中国生态农业学报, 2010,18(1):123-128.

[7] 杨滨娟, 黄国勤, 徐 宁，等. 长期水旱轮作条件下不同复种方式对稻田杂草群落的影响[J]. 应用生态学报2013,24(9):2 533-2 538.

[8] 强 胜. 中国农田杂草多样性及其危害发生规律的研究[D]. 南京：南京农业大学，2001.

[9] Derksen D, Thomas A, Lafond G, et al. Impact of post-emergence herbicides on weed community diversity within conservation-tillage systems[J]. Weed Research, 1995,35(4):311-320.

[10] Stevenson FC, Légère A, Simard RR, et al. Weed species diversity in spring barley varies with crop rotation and tillage, but not with nutrient source[J]. Weed Science, 1997,45(4):798-806.

[11] 刘雨芳. EXCEl在群落生物多样性参数计算中的应用[J]. 湘潭师范学院学报(自然科学版), 2003,(2):80-82.

[12] Barberi P, Silvestri N, Bonari E. Weed communities of winter wheat as influenced by input level and rotation[J]. Weed Research, 1997,37(5):301-313.