黄河三角洲地区棉田杂草组成及其群落特征

房 锋, 李 美*, 高兴祥, 李 健, 张朝贤

(1.山东省农业科学院植物保护研究所, 山东省植物病毒学重点实验室, 济南 250100;2. 中国农业科学院植物保护研究所, 北京 100193)



黄河三角洲地区棉田杂草组成及其群落特征

房 锋1, 李 美1*, 高兴祥1, 李 健1, 张朝贤2

(1.山东省农业科学院植物保护研究所, 山东省植物病毒学重点实验室, 济南 250100;2. 中国农业科学院植物保护研究所, 北京 100193)

采用倒置“W”九点取样法对黄河三角洲棉田杂草种类及其群落结构进行了调查,并进行物种多样性分析。结果表明:黄河三角洲棉田杂草有61种,隶属于19科、47属,其中菊科杂草最多,有13种;其次是禾本科，有9种。优势杂草有马唐、芦苇、马齿苋、牛筋草、鳢肠、打碗花、藜、稗、铁苋菜和白茅10种,区域性优势杂草有6种,常见杂草3种,一般杂草42种。从区域分布来看,垦利、广饶、河口等地杂草丰富度指数、香农指数、辛普森指数、均匀度指数普遍较高。从聚类分析结果来看,该地区棉田杂草群落变化与空间距离、地理环境、种植模式等因素有密切关系。东营和利津两区县聚类分析的欧氏距离最小,为10.5;黄河南岸的高青和黄河三角洲其他县区之间欧氏距离最大,为23.4。

棉花; 杂草群落; 物种多样性; 聚类分析

棉花(GossypiumhirsutumLinn.)为我国重要的经济作物,同时是关系国计民生的战略物资[1-2]。在我国三大棉区中,黄河流域棉区棉花产量占全国总产量的40%左右[3],山东省是这一区域的产棉大省和优质棉生产大省,常年植棉面积70万 hm2以上[4-5]。近年来,随着种植业结构调整和农业劳动力的流失,山东省棉花生产呈现持续下降态势。尤其是鲁西南、鲁西北等传统植棉区棉花种植面积迅速降低,只有黄河三角洲植棉面积和单产处于稳定增长态势[6]。

棉花生产支撑和推动着山东纺织业发展,是当地农民收入的一条重要途径[6],而杂草是危害棉田安全生产的重要因素之一,严重影响棉农增收。据全国农田杂草考察组的抽样调查推算,全国棉田草害达中等以上程度的有220万 hm2,占棉花种植总面积的56%[7],自然情况下,杂草危害可造成棉花产量损失37.5%～68.4%,严重发生地块可造成棉花减产90%以上;在除草的情况下,每年造成产量损失约14%～16%[1,8-9]。

有关黄河三角洲棉田杂草种类及其危害的调查研究较少,且时间较早。张路生等[10]、刘合昌[11]分别于2001年和2005年对滨州市棉田杂草发生进行了调查,发现优势杂草主要有马唐、狗尾草、金狗尾草、牛筋草、稗草、香附子、千金子、马齿苋、反枝苋等,以禾本科杂草为主。随着农业种植结构的调整和农业机械化的发展,特别是除草剂的使用,黄河三角洲地区棉田草相已发生了较大改变,只有掌握棉田杂草的发生及其动态变化规律,及时调整控草策略,才可实现对棉田杂草的可持续治理[1,12]。本研究对黄河三角洲地区棉田杂草种类及其群落进行了调查,旨在进一步明确该地区棉田杂草的发生危害状况及其群落结构、不同杂草群落间的物种多样性和群落相似性,为实现棉田杂草的科学防控和可持续治理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 黄河三角洲地理及棉花种植概况

黄河三角洲位于渤海湾南岸和莱州湾西岸,地处117°31′～119°18′E和36°55′～38°16′N之间,主要分布于山东省东营市和滨州市境内。三角洲平原地势低平，区内以黄河河床为骨架,构成地面的主要分水岭。三角洲是由黄河多次改道和决口泛滥而形成的岗、坡、洼相间的微地貌形态,分布着砂、黏土不同的土体结构和盐化程度不一的各类盐渍土。黄河三角洲地处中纬度,属于暖温带半湿润大陆性季风气候区,四季分明,年平均气温11.7～12.6℃,年均降水量530～630 mm。该地区大部分为盐碱地,地下水位高,土地较瘠薄,植棉效益明显优于其他作物,是山东最大的优质棉生产基地[6,13-16]。

1.2 调查方法与样点分布

于2014年6月中旬,对黄河三角洲区域内的主要棉花种植区,共计3个地市、11个县市区、55个乡镇的330个地块进行取样调查,调查期间棉花生长期为苗期至蕾期。每地块采用倒置“W”九点取样,共计2 970个调查点,每样方0.25 m2,详细记录样点内杂草种类、株数、株高及栽培方式、生育期等。杂草种类鉴定以《中国植物志》[17]和《中国杂草志》[18]为依据。

1.3 数据统计及分析

以县(县级市或区)为单位,统计计算棉田杂草的相对优势度和物种多样性。相对优势度(relative abundance)RA=(RD+RH+RW+RF)/4。其中,RD为相对密度(relative density),即某种杂草的密度占杂草总密度的比例;RH为相对高度(relative height),即某种杂草的总高度占样方中所有杂草高度的比例;RW为相对鲜重(relative weight),即某种杂草的鲜重占样方中杂草总鲜重的比例;RF为相对频度(relative frequency),即某种杂草出现的样方数占所有杂草出现的总样方数的比例[19-20]。

研究数据使用Excel 2013进行处理,并用DPS 7.5进行统计及聚类分析,聚类方法采用最短距离法,数据不转换,距离测度采用欧氏距离。

2 结果与分析

2.1 黄河三角洲棉田杂草种类

调查发现黄河三角洲棉田杂草有61种,隶属于19科47属(表1)。其中,菊科杂草最多,有11属13种;其次是禾本科,有9属9种;藜科有4属7种;旋花科有3属4种;蓼科有2属4种;苋科1属4种;莎草科2属3种;茄科、大戟科和锦葵科均有2属2种;车前科、萝藦科均有1属2种;蒺藜科、马齿苋科、木贼科、蔷薇科、桑科、玄参科和茜草科均1属1种。菊科、禾本科和藜科3科杂草共占该区域棉田杂草种类的47.54%。

表1 黄河三角洲棉田杂草种类Table 1 Weed species in cotton fields in Yellow River delta

2.2 黄河三角洲棉田优势杂草分布

根据棉田杂草的优势度(表2)、出现频度及其在各棉区的发生情况,可以将黄河三角洲棉田杂草划分为以下4个类型:优势杂草、区域性优势杂草、常见杂草和一般杂草。优势杂草是指在该地区各县市区均有分布,优势度和发生频度均较高,对棉花生长发育及产量影响显著的杂草;区域性优势杂草是指在某些棉花种植区域出现,对当地的棉花生长发育影响很大,防除较困难的杂草;常见杂草是指在该地区大部分棉田均有发生,但优势度较低,对棉花危害较小的杂草;一般杂草是指在局部分布,优势度和发生频度也较低,对棉花整个的生长发育影响较小的杂草。

黄河三角洲棉田优势杂草主要有马唐、芦苇、马齿苋、牛筋草、鳢肠、打碗花、藜、稗、铁苋菜和白茅。以上10种杂草在黄河三角洲各棉区的发生优势度均较高,对棉花生长发育及产量影响严重,防除较为困难。

苣荬菜、狗尾草、刺儿菜、反枝苋、碱蓬和扁秆藨草在黄河三角洲部分棉区或某些特定类型棉田发生的优势度较大,对棉花的产量影响较严重,防除也较困难,为区域性优势杂草。如苣荬菜在惠民、沾化和滨城，狗尾草在河口,刺儿菜在高青、沾化和无棣,反枝苋在惠民和高青，碱蓬和扁秆藨草在东营、垦利、河口优势度较大。

小藜、香附子和龙葵虽然在大部分棉田都有发生,但优势度较低,对棉花产量与品质造成的影响较小,为棉田常见杂草。一般杂草有萹蓄、田旋花、凹头苋、苦苣菜、野西瓜苗和节节草等。

表2 黄河三角洲棉田主要杂草优势度1)Table 2 Relative abundance of main weeds in cotton fields in Yellow River delta

1) 表中所列为总优势度在0.5以上的杂草。

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

2.3 黄河三角洲棉田杂草发生特点及群落特征

从黄河三角洲棉田杂草的综合优势度数据(表2)可以看出：马唐、芦苇、马齿苋、牛筋草和鳢肠优势度位居前5位，依次为10.48、10.40、9.90、9.11和8.07，发生量大，优势度高；打碗花、藜、稗、铁苋菜和白茅位列6～10位，以上10种杂草是黄河三角洲棉田主要优势杂草。5种禾本科优势杂草优势度合计为38.92，5种阔叶优势杂草优势度合计为33.13，禾本科杂草发生相对较重。由于地理环境、农田生态、用药习惯及棉花种植方式不同等因素，黄河三角洲不同县区棉田杂草发生种类、群落组成及危害情况差异较大。如：马唐在高青和滨城区发生严重，优势度分别达到28.22和20.48，远高于该地区综合优势度10.48；芦苇在东营的垦利、利津、东营、广饶、河口以及滨州的滨城区发生严重，优势度均大于10.00；惠民县棉田牛筋草优势度高达26.99，而高青和无棣仅有0.87和1.76；东营河口区碱蓬和扁秆藨草有较高的优势度，分别是各自在黄河三角洲整个区域优势度的3.81倍和5.71倍；马齿苋、鳢肠在整个黄河三角洲棉田分布范围广且普遍发生较重，优势度为2.82～17.48不等。小藜、香附子、龙葵在该地区分布较广，但优势度较低，在0.00～4.44之间；扁蓄、田旋花、凹头苋、苦苣菜、野西瓜苗等杂草在该地区棉田零星分布，优势度低，在0.00～5.55之间，危害较轻。

2.4 黄河三角洲棉田杂草物种多样性

黄河三角洲棉田杂草物种丰富度最高的是垦利县,丰富度指数为9.97,其次是广饶、河口等县区;最低的是惠民县,丰富度指数为4.38(表3)。从反应群落多样性的香农指数看,垦利县棉田物种多样性最高,香农指数为2.86,其次是广饶、东营、无棣、沾化等县区棉田。从衡量群落物种优势集中性的辛普森指数看,广饶县和东营区棉田最高,均为0.92,其次是垦利、河口、无棣等县区棉田。从杂草群落的均匀度指数看,广饶最高,为0.80,其次是东营、垦利、沾化和无棣等县区(表3)。

表3 黄河三角洲棉田杂草群落的物种多样性Table 3 Species diversity of weed communities in cotton fields in Yellow River delta

2.5 不同县域棉田杂草聚类分析

将黄河三角洲各县市区棉田优势度(RA)≥0.5的杂草构成矩阵进行系统聚类分析,结果表明黄河三角洲棉田杂草群落变化和空间距离、地理环境、种植模式有密切关系。东营区和垦利县地理位置相邻,地理环境和种植模式基本一致,聚类分析的欧氏距离最小,为10.5,东营区、垦利两县区和利津之间距离为11.7;博兴、河口和广饶之间为13.4,三者和惠民之间为16.5;沾化和无棣之间为15.2;黄河南岸的高青和其他县区之间欧氏距离最大,为23.4(图1)。

3 讨论

从调查数据可以看出,黄河三角洲棉田杂草以马唐、芦苇、马齿苋、牛筋草、鳢肠、打碗花、藜、稗、铁苋菜、白茅为优势杂草；苣荬菜、狗尾草、刺儿菜、反枝苋、碱蓬和扁秆藨草等为区域性优势杂草。由于黄河三角洲地区棉花种植以地膜覆盖种植模式为主,兼有部分枣套棉和麦套棉,杂草防除大多采用覆膜前除草剂土壤喷雾处理,主要使用的除草剂品种为二甲戊灵、氟乐灵、乙草胺、乙氧氟草醚、扑草净等药剂及其复配制剂[22],本文调查结果多为施药后棉田杂草发生情况,一些对所选用除草剂相对敏感的杂草,如反枝苋、小藜、龙葵等,在部分除草剂土壤封闭效果差的地块,为优势杂草,但在多数喷施除草剂的地块,其优势度明显下降,在调查结果中仅为常见或一般杂草。

黄河三角洲地区主要为盐碱地,具有独特的地理环境和农业生态条件[6],该地区芦苇、扁秆藨草、碱蓬、白茅等喜盐碱的杂草在部分地区严重危害。例如东营市的垦利、利津、东营、广饶等县区芦苇发生最为严重;滨城区白茅的优势度仅次于马唐、芦苇和马齿苋。扁秆藨草和碱蓬在河口区的优势度分别排第4位和第6位。

图1 黄河三角洲棉花种植各县区田间 杂草群落聚类分析树状图Fig.1 The dendrogram of weed communities among different cotton regions built by cluster analysis

张路生等[10]、刘合昌[11]分别于2002年和2005年报道，滨州棉田杂草种类以禾本科杂草为主,主要有马唐、狗尾草、金狗尾草、牛筋草、稗草；有部分阔叶杂草和莎草,如:马齿苋、反枝苋、凹头苋、藜和香附子等，该结论和本文结论有一定的相似性,都是以禾本科杂草为主,但是在杂草优势度上存在很大差异,本文滨州市棉田杂草调查优势度由高到低依次是牛筋草、马唐、鳢肠、马齿苋、芦苇、稗、打碗花,造成这一差别的原因可能是本文与前者调查时间相隔较久,随着种植模式的改变、除草剂的多年使用等因素,杂草群落发生了改变。种植模式由原来的露地直播和移栽春棉为主转为地膜覆盖春棉为主;另外,也可能与调查取样点差异有关。王兆振等[23]报道，山东省棉田杂草共有68种,隶属于24科49属,其中优势杂草4种,区域优势杂草10种。滨州市优势杂草为芦苇和白茅,且占有绝对优势,其优势度远高于其后的马唐、鳢肠和牛筋草;东营市优势杂草为白茅、芦苇、牛筋草、铁苋菜、马齿苋和马唐。而本文东营市棉田杂草调查优势度由高到低依次是芦苇、马齿苋、牛筋草、鳢肠、马唐、藜、打碗花和白茅。造成这一差别的原因可能主要是由于调查取样点的差异和调查样本不同。王兆振等[23]调查了滨州的庆云、无棣、沾化、惠民、阳信以及淄博的高青和桓台等地区的58个样点,东营的垦利、广饶、河口等地区的64个样点,而本文调查了该地区的11个县(区)的55个乡镇的330个地块,每地块采用倒置“W”九点取样,共计2 970个调查点。由于棉田地理位置、土壤条件及往年的杂草管理方式差异,杂草在不同地块优势度会呈现出较大不同,增加取样点是全面掌握杂草群落的最好方式。

对比以上调查数据可以看出,黄河三角洲地区棉田杂草种群变化和群落演替随着地理位置的横向变化和时间的纵向变化均呈现出较大差异,定期开展普查是掌握杂草动态变化的最好途径。本研究将为黄河三角洲地区及时制定适宜的棉田杂草防除措施,实现棉田杂草的可持续治理提供参考依据。

[1] 马艳, 彭军, 奚建平, 等. 我国棉田杂草研究现状与发展趋势[J]. 棉花学报, 2010, 22(4):372-380.

[2] 杨红旗, 崔卫国. 我国棉花产业形势分析与发展策略[J]. 作物杂志, 2010(5):13-17.

[3] 黄滋康. 中国棉花品种及其系谱[M]. 北京: 中国农业出版社, 2007:78-81.

[4] 毛树春. 中国棉花景气报告2011[M]. 北京: 中国农业出版社, 2012:88-95.

[5] 赵洪亮, 孙玮琪. 山东棉花生产“十一五”回顾及“十二五”发展对策建议[J]. 中国棉花, 2011, 38(1):3-7.

[6] 刘金海, 郭香墨, 余学科, 等. 黄河三角洲棉花生产现状及展望[J]. 中国棉花, 2013, 40(1):1-2.

[7] 张泽溥. 我国农田杂草治理技术的发展[J]. 植物保护, 2004, 30(2):28-33.

[8] 李美, 高兴祥, 刘士国, 等. 山东盐碱地棉田不同杂草群落对棉花产量影响研究[J]. 草业学报, 2013, 22(6):328-334.

[9] 李美, 高兴祥, 高宗军, 等. 棉田不同杂草群落对棉花生长和产量的影响[J]. 山东农业科学, 2013, 45(2):97-101.

[10]张路生, 金宗亭, 刘俊展, 等. 滨州地区棉田杂草发生规律及控制措施[J]. 中国棉花, 2002, 29(1):38.

[11]刘合昌. 鲁北地区棉田杂草种类及分布规律初探[C]∥陈汝勇, 赵永民, 韩吉宝, 等. 黄河三角洲棉花生产发展论坛论文集.北京: 中国社会出版社, 2005：203-204.

[12]Grundy A C.Predicting weed emergence: a review of approaches and future challenges [J]. Weed Research, 2003, 43(1):1-11.

[13]刘春兰. 黄河三角洲地区棉花生产的气象灾害与应对措施[J]. 棉花科学, 2013, 35(1):3-9.

[14]蔡为民. 黄河三角洲土地利用变化及其可持续性评价[D]. 北京: 中国农业大学, 2004: 29.

[15]许学工. 黄河三角洲土地结构分析[J]. 地理学报, 1997, 52(1):18-26.

[16]张成扬, 赵智杰. 近10年黄河三角洲土地利用/覆盖时空变化特征与驱动因素定量分析[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2015, 51(1):151-158.

[17]中国科学院中国植物志编集委员会. FRPS《中国植物志》全文电子版网站[DB/OL]. http:∥frps.eflora.cn/.

[18]李扬汉. 中国杂草志[M]. 北京: 中国农业出版社, 1998.

[19]张朝贤, 胡祥恩, 钱益新, 等. 江汉平原麦田杂草调查[J]. 植物保护, 1998, 24(3):14-16.

[20]Shrestha A, Knezevic S Z, Roy R C, et al. Effect of tillage, cover crop and crop rotation on the composition of weed flora in a sandy soil [J]. Weed Research, 2002, 42(1):76-87.

[21]马克平,刘玉明. 生物群落多样性的测度方法Ⅰα多样性的测度方法(下)[J]生物多样性,1994,2(4)：231-239.

[22]袁立兵, 浑之英, 潘文亮. 我省棉田杂草防治技术[N]. 河北科技报, 2014-01-14(B04).

[23]王兆振, 杜龙, 刁金贤, 等. 山东省棉田杂草种类及其群落结构[J]. 植物保护学报, 2014, 41(1):103-108.

(责任编辑：杨明丽)

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

公益性行业(农业)科研专项(2013FY113200)；“十二五”国家科技支撑计划(2012BAD19B02)

S 451.223

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2016.05.026

* 通信作者 E-mail：limei9909@163.com