不同前茬作物下苜蓿地土壤杂草种子库的特征

郭艳艳，王建光，孙启忠，王清郦

(1.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.中国农业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010010；3.中国农业科学院研究生院，北京 100081)

紫花苜蓿(Medicagosative)是我国重要的优良豆科牧草。苜蓿苗期易受田间杂草的危害，有效的控草措施不仅是苜蓿草地建植成功的关键，也是保障苜蓿优质高产的关键。现代农业的可持续发展提倡利用生物、生态的措施来治理杂草，尽量减少化学除草剂的使用[1-2]。土壤杂草种子库的大小、组成及分布可揭示杂草发生的趋势，预测杂草对牧草的危害，对杂草的管理具有重要意义。

杂草种子库(Weed Seedbank)是留存于土壤表面及土层中具有活力的杂草种子的总称[1,3]，是杂草发生危害的根源，受到杂草管理者的普遍关注。有研究表明，合理的轮作是一种非常有效的生态控草措施，能有效减少土壤种子库中的杂草种子数量，降低次年杂草危害[2,4-6]。有关苜蓿地杂草的研究主要侧重于对苜蓿地杂草种类[7-9]和苜蓿种子田杂草土壤种子库的调查[10]，而轮作对苜蓿地杂草种子库密度和组成有较大影响，可降低杂草种子密度，有利于杂草控制。鉴于此，本研究对不同前茬作物下紫花苜蓿土壤杂草种子库数量特征进行分析，了解土壤杂草种子库的杂草组成、杂草种子数量及分布，揭示杂草种群的消长规律，预测杂草种群[11]对苜蓿的危害，以期为苜蓿的田间杂草管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1试验地概况 试验地在内蒙古赤峰市林西县，地处117°38′～118°37′ E，43°14′～44°15′ N，属中温带大陆性季风气候，四季分明，风沙、干旱严重，栗钙土，雨热同季，降水少而集中，日照充足，年平均气温2.1 ℃，日照时数2 900 h，降水量340 mm，无霜期120 d。2010年林西县全年降水量为350 mm。该地区田间分布的主要杂草有反枝苋、灰绿藜、刺藜、稗草等。它们多在4-5月开始萌发，6-9月开始结实，繁殖能力极强，在其生长周期内，生长条件适宜即可迅速萌发生长，还可缩短其营养生长期。即使个体较小，也会开花、结实，完成其繁衍后代的过程，种子大量存留在土壤中，以待适时传播、蔓延。

1.2试验材料 前茬作物为青贮玉米(Zeamays)、尖叶胡枝子(Lespedezahedysaroides)和沙打旺(Astragalushuangheensis)。青贮玉米从2007年开始，连续种植2年；尖叶胡枝子于2004年播种，连续生长5年；沙打旺于2004年播种，连续生长5年。试验地于2008年秋季耕翻，2009年6月30日播种苜蓿，苜蓿品种为敖汉苜蓿，条播，行距50 cm。

为了减少农作措施对苜蓿地杂草土壤种子库的影响，各试验地农作措施均相同且同时进行。

1.3试验方法 试验采用土壤分层取样法和种子萌发法进行调查。分别在2010年4、7、8、9和10月进行土壤取样，用直径为5 cm的圆筒形土壤取样器，采用对角线五点取样，重复3次，每点土样将其按深度分为0～5、5～10和10～15 cm 3层分装，同一层的土样混装在一起。

种子调查采用萌发法，将取得的土壤混匀，风干后，分别平铺于育苗盘中，厚度约为2 cm，置于温室中。每天定时(17：00-18:00)用喷壶浇水，保持土壤湿润，促使土样中杂草种子萌发。出苗30 d后，记录可辨认杂草幼苗种类和杂草数量，记录后拔除已发芽的杂草。至不再有杂草出土时，风干、翻动、混匀土样，再浇水，促其进一步萌发，直至观察不到有杂草萌发，并对杂草种类和数量进行记录。

1.4数据分析 数据采用Microsoft Office Excel 2003和SAS统计软件进行处理、分析，使用Excel 2003对种子库中主要杂草的数量和种子垂直分布作图，采用SAS对种子密度进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1土壤杂草种子库的组成 调查结果表明，林西县紫花苜蓿地土壤杂草种子库中主要杂草有15种(表1)，隶属于11科。其中禾本科4种，分别是稗草、画眉草、狗尾草和虎尾草；藜科2种，为灰绿藜和刺藜；其他苋科、马齿苋科、大戟科、旋花科、锦葵科、菊科、蓼科、豆科和茄科各1种，分别为反枝苋、马齿苋、地锦、打碗花、冬葵、苣荬菜、扁蓄、扁蓿豆和龙葵。

表1 紫花苜蓿地土壤杂草种子库名录

对0～15 cm土层马齿苋、反枝苋、灰绿藜、刺藜和画眉草5种数量较多的杂草的种子数进行分析(图1)，不同前茬作物和取样时间下，7-9月杂草种子的数量较多，相比而言4和10月种子数量较少。4-10月，当前茬为青贮玉米和尖叶胡枝子时，马齿苋种子数量的动态变化呈上升趋势，前茬为沙打旺时，马齿苋种子数量变化平缓。反枝苋种子的数量在不同前茬作物下都有所增加。刺藜的种子数量从4-7月呈上升趋势，7-10月呈下降趋势。灰绿藜和画眉草种子的数量相对较少，灰绿藜在沙打旺为前茬的苜蓿地中分布较多，画眉草则在尖叶胡枝子为前茬的苜蓿地中分布较多，二者种子数量的变化较小。总的来看，前茬为青贮玉米时种子库主要杂草是马齿苋和反枝苋，前茬为尖叶胡枝子时主要为马齿苋、刺藜和反枝苋，前茬为沙打旺时种子库主要为刺藜和反枝苋。

2.2前茬作物对杂草种子库密度及其垂直分布的影响

2.2.1对杂草种子库密度的影响 3种前茬作物下，8月份苜蓿地土壤杂草种子库密度最大，前茬为尖叶胡枝子时密度最大，前茬为沙打旺时次之，前茬为青贮玉米时密度最小。4月份种子库密度最小，密度大小顺序为尖叶胡枝子前茬、青贮玉米前茬、沙打旺前茬(表 2)。

图1 不同前茬作物下苜蓿土壤杂草种子库主要杂草种子密度

表2 紫花苜蓿地0～15 cm土层土壤杂草种子库密度比较 粒·m-2

前茬作物和取样时间对土壤杂草种子库的密度均有影响。当前茬作物为尖叶胡枝子时，土壤杂草种子库密度与其他两种前茬作物之间存在显著差异(P<0.05)。同时，取样时间不同土壤杂草种子库杂草种子的密度亦存在差异，7、8和9月3个月与4月之间种子库密度存在显著差异。7月前茬为青贮玉米时，种子库密度与尖叶胡枝子前茬作物存在显著差异，10月前茬作物为沙打旺时，种子库密度与青贮玉米前茬作物存在显著差异，4、8和9月前茬作物间种子库密度差异不显著；而且，前茬为沙打旺时，7、8和9月3个月种子库密度与4和10月存在差异。

2.2.2对杂草种子库垂直分布的影响 从各土层杂草种子数占0～15 cm总土层种子的比例(图2)来看，不同前茬作物及取样时间下，土壤杂草种子库垂直分布的趋势较相近，即0～5 cm的土层杂草种子所占的比例最大，10～15 cm土层中种子数量比例较小，即杂草种子主要集中在0～10 cm的土壤耕作层的表层和中层，而10～15 cm种子的分布较少。

4月3种前茬作物下，0～5 cm土层种子占0～15 cm总土层种子的比例最高，5～15 cm土层的种子较少，而其余月份0～5 cm土层种子所占的比例有所下降，但10月又有所上升。这可能是由于随着生长季的来临，种子萌发出地面，土壤表层中种子数量逐渐减少，表层种子的比例呈下降的趋势，而后期部分杂草结实，落于地面的种子又逐渐回到种子库中。5～10 cm和10～15 cm土层种子占0～15 cm总土层种子的比例变化趋势与之相反，随着表层土壤中种子的比例变化而变化。

图2 不同土层杂草种子数占0～15 cm总土层总量的比例

3 讨论与结论

3.1前茬作物对苜蓿地土壤杂草种子库组成的影响 Barberi等[4]研究表明，杂草土壤种子库中多为一年生和二年生的杂草，且阔叶杂草居多。与这一结论类似，本研究中紫花苜蓿土壤杂草种子库中也多为一年生阔叶杂草。此外，不同前茬作物下苜蓿地杂草的种类基本一致，造成这种结果可能与当地的气候条件和相同的田间管理措施有关，因为杂草的种类受地区、环境条件以及栽培措施的影响很大。与车晋滇[8]的研究结果相似，不同的前茬作物下，苜蓿地优势杂草的种类存在差异：前茬为青贮玉米时苜蓿地杂草主要是马齿苋和反枝苋。为尖叶胡枝子时主要是马齿苋、刺藜和反枝苋；为沙打旺时主要是刺藜和反枝苋；究其原因可能是由于杂草的生物、生态学特性各不相同，对环境条件的适应能力也不一致，因此杂草萌发的种类存在差异。如反枝苋适应性极强，到处都能生长，不耐荫，在密植田或高秆作物中生长发育不好，而马齿苋喜温暖湿润气候，适应性较强，能耐旱。此外，不同的前茬作物及轮作序列提供了多种方式的资源竞争，形成一种多样化的生长环境，导致种子库中杂草的种类和组成发生了变化，从而影响田间杂草的发生与危害。

3.2前茬作物对苜蓿地土壤杂草种子库种群密度的影响 研究表明，杂草种子库的密度一般介于 0～1 000 000粒·m-2[12]，紫花苜蓿杂草种子库密度介于 1 247～6 190粒·m-2。因杂草具有多实性，杂草种子进入土壤最主要的方式是杂草的结实，同时通过生物活动、风力、水流和器具等途径也可进入土壤种子库，而萌发和死亡则是其最主要的输出方式，种子的休眠机制也会影响种子库的输出动态。

前茬作物为尖叶胡枝子时，土壤杂草种子库密度与青贮玉米和沙打旺之间存在显著差异(P<0.05)，表明前茬作物对杂草土壤种子库的密度影响较大。种子库中杂草种子的萌发数量与杂草种类是相关的，种间竞争导致杂草种类减少，进而竞争性强的杂草的数量就会逐渐增加，进一步显示出它的优势。不同前茬作物下苜蓿地土壤杂草种子库中杂草的种类存在差异，因此杂草的数量必定也存在差异。前茬作物尖叶胡枝子和沙打旺同属豆科作物，而青贮玉米属禾本科作物，种植后的土壤环境必然有一定的差异，对后作的影响也不尽相同，从而也会对土壤种子库的密度产生影响，这有待于进一步研究。

杂草的发生量还与外部环境条件和土壤湿度等因素有关，这与当地的气候条件相关，有待进一步调查。试验采用萌发法对种子密度进行调查，由于杂草种子具休眠特性，有可能会低估种子的密度，产生一定的偏差，在后续的试验中加以改进。

3.3苜蓿地土壤杂草种子库垂直分布特点 刘萍[10]的研究表明，利用一年的苜蓿种子田土壤种子库中0～5 cm范围内有活力的杂草种子数量占总量的94%。彭建[13]调查表明，苜蓿地土壤种子库中田旋花(Convolvulusarvensis)的种子主要分布于0～5 cm土层，占所有土层种子数量的85.2%。寇建村等[14]研究表明，随土壤深度的增加，土壤种子含量呈下降趋势，50%～80%的种子分布在表层0～10 cm的土壤中。与上述结论类似，3种前茬作物下紫花苜蓿地杂草种子均主要集中于0～5 cm土壤耕作层，5～15 cm土层中分布较少，这表明前茬作物对土壤杂草种子库垂直分布的影响较小，而可能与耕作和栽培方式有关。种子的垂直分布主要受这一因素的影响[15]，因为耕翻可改变土壤的垂直结构，其深度决定了种子存留的深度，此外还受土壤类型的影响[16]。所以，在生产实践中应因地制宜，选择合适的耕作方式。

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