北疆棉田杂草多样性及群落组成

黄红娟 张朝贤 姜翠兰 张学坤 黄兆峰 吴文龙 魏守辉

摘要：为明确北疆棉田杂草种类及多样性，采用倒置W 9点取样法对北疆地区27块棉田共243个样方的杂草种类和鲜重进行调查，以明确棉田杂草的群落组成及结构。结果表明，北疆地区棉田主要杂草有44种，隶属于17科、38属，其中优势杂草3种（龙葵、灰绿藜和田旋花）、区域性优势杂草4种（野西瓜苗、反枝苋、苘麻和马齿苋）、常见杂草4种、一般杂草33种。北疆棉田的杂草群落主要由龙葵、灰绿藜、田旋花等阔叶杂草组成，给棉田杂草防控带来了严峻的挑战。

关键词：北疆;棉田;杂草群落;禾本科杂草;阔叶杂草;多样性;优势度;抗药性

中图分类号：S451  文献标志码：A  文章编号：1003-935X（2020）01-0007-07

Abstract：A survey was conducted to investigate the community composition and structure of weed species and determine their fresh biomass in 243 sample plots in 27 cotton fields in northern Xinjiang. There were 44 weed species belonging to 17 families and 38 genera of which three were dorminant： Solanum nigrum L.，Chenopodium glaucum L. and Convolvulus arvensis L. Four species （Hibiscus trionum L.，Amaranthus retroflexus L.，Abutilon theophrasti Medicus and Portulaca oleracea L.） were of regional importance，whereas four species were considered common weeds and 33 species of general distribution. The weed community in cotton fields of northern Xinjiang is mainly composed of broadleaf weeds including S. nigrum，C. glaucum and C. arvensis，all of them being difficult to control in cotton fields.

Key words：northern Xinjiang;cotton fields;weed community;diversity;degree of dominance

棉花是新疆重要的经济作物，播种面积占所有农作物总播种面积的50%左右[1]，然而近年来棉田杂草问题日趋严重，常年造成损失达14%～16%，严重制约了棉花的高效生产[2]。随着膜下滴灌栽培方式的推广、耕作制度的改变以及单一作用机制除草剂的长期应用等，棉田杂草群落组成及优势杂草已经发生了显著变化，区域性优势杂草的危害程度也呈加重趋势。有研究表明，连续滴灌改变了新疆棉区土壤种子库结构和组成，喜旱性杂草在种子库中的占比增加[3]。王少山等于1996年对阿拉尔垦区棉田杂草进行调查研究发现，田旋花（Convolvulus arvensis L.）、芦苇[Phragmites australis （Cav.） Trin. ex Steud.]和扁秆荆三棱[Schoenoplectus planiculmis （F. Schmidt） Egorova]是棉田中难以清除的三大恶性杂草，随着氟乐灵的连年使用，其他1年生禾本科杂草种类逐渐减少，而阔叶杂草的危害程度有加重趋势[4];2006年调查结果显示，该地区以田旋花、灰绿藜（Chenopodium glaucum L.）、稗草[Echinochlo acrusgalli （L.） Beauv.]、扁秆荆三棱为主要杂草组合[5]。综合多年调查结果来看，新疆南部地区的棉田杂草群落组成在10年间发生了显著变化，阔叶杂草逐渐成为了棉田优势杂草，这可能与二硝基苯胺类除草剂的连年使用有关。连年使用同一作用机制的化学除草剂，使得杂草的群落组成也因此发生了变化，由以1年生禾本科杂草为主的雜草群落演替为以阔叶杂草为主的杂草群落，多年生杂草的危害程度也日趋加重。棉田杂草不仅与棉花争夺营养、水分和光照等，直接影响棉花的产量，还会增加机采棉纤维的含杂率，影响棉花的品质和质量。为明确北疆地区棉田杂草的组成以及优势杂草种类，对新疆生产建设兵团农五师、农六师和农八师的棉田杂草进行抽样调查，旨在为制定棉田杂草精准防控策略提供依据。

1 材料与方法

1.1 调查方法和样点分布

分别于2017年和2018年的6月，对地处博尔塔拉蒙古自治州的农五师、地处昌吉回族自治州的农六师等地和地处石河子市、玛纳斯县等地的农八师等主要棉区棉田杂草进行抽样调查，调查时间为棉花的蕾期。采用倒置W 9点取样法对每个样地的杂草进行调查，共计调查27个样点（表1），243个样方，每个样方0.25 m2，记录每个样方里的杂草种类、株数和鲜重。

1.2 数据统计及分析

以各团场为单位根据调查的数据计算物种多样性、相对优势度等。物种多样性的测度采用丰富度指数（Shannon-Wiener index，H′）、辛普森指数（Simpsons index，D）、Pielou均匀度指数（J）。

RA=（RD+RW+RF）/3。

式中：RA表示相对优势度;RD为相对密度，即样方中某种杂草的密度占样方中所有杂草总密度的比例;RW为相对质量，即样方中某种杂草鲜重占样方中杂草总鲜重的比例;RF表示相对频度，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[6-8]。计算公式如下：

式中：Ni为样方中第i种杂草的密度;N为样方中杂草的总密度;Pi为样方中第i种杂草的出现概率;S为样方中的杂草物种数量。

2 结果与分析

2.1 棉田杂草区系

调查结果（表2）显示，北疆棉田主要杂草共有44种，属于17科、38属，其中单子叶杂草有1科、5属、5种;双子叶杂草有15科、32属、38种。菊科杂草种类最多，有7种，占杂草种类的15.9%;其次是藜科杂草，有6种;禾本科、豆科杂草各有5种;十字花科杂草有4种。

2.2 棉田杂草种类

根据各种杂草的优势度、出现频度以及在各地区棉田的具体发生情况，将北疆棉田杂草分为4种类型，即优势杂草、区域性优势杂草、常见杂草和一般杂草。优势杂草是指在各调查点均有分布，优势度较高，对棉花生长发育有显著影响的杂草;区域性优势杂草指在局部棉区出现，防除较困难的杂草;常见杂草指在大部分调查棉区均有发生，但优势度较低，对棉花危害较小的杂草;一般性杂草指在局部棉区分布，优势度较低，对棉花生长发育影响较小的杂草。

从表3可以看出，龙葵、灰绿藜和田旋花的综合优势度较高，对棉花生长影响较大，防除困难，为北疆棉田优势种杂草。灰绿藜和龙葵在幼苗阶段与棉花争夺营养和水分，在机采收割时龙葵紫色浆果会污染棉纤维，严重影响棉花的产量和品质。田旋花为多年生杂草，具有强大的地下根茎，繁殖能力强，为攀爬植物，在棉花的整个生育期都会影响棉花生长，特别是在生长后期，田旋花会成片缠绕并覆盖棉花，影响机采棉的收割。

野西瓜苗、反枝苋、苘麻和马齿苋在局部地区种群密度较大，严重影响棉花幼苗生长;部分地区扁秆荆三棱密度较大，该杂草为莎草科多年生杂草，有强大的地下根茎，很难防除，出土时叶片能够穿透地膜，对棉花早期生长也造成很大危害，为区域性优势种杂草。稗、狗尾草、白苋和花花柴为棉田常见杂草;蒺藜、芦苇、碱蓬、猪毛菜、地肤、苣荬菜、骆驼刺等在棉田中发生频率较低，对棉花生长影响较小，为棉田一般性杂草。

2.3 北疆垦区棉田杂草发生的特点及群落结构

由表3可知，从杂草的发生优势度来看，阔叶杂草灰绿藜、龙葵、田旋花等为主要优势种杂草，综合优势度达到59.71。其次为野西瓜苗、反枝苋、马齿苋、苘麻等，综合优势度为21.26。从区域上来看，农五师的灰绿藜优势度最大，明显高于另外2个区域，形成以灰绿藜+龙葵+反枝苋、龙葵+扁秆荆三棱+田旋花为主的杂草群落结构，该地区扁秆荆三棱的发生优势度是3个区域中最高的;农八师的龙葵优势度最高，是主要优势种杂草，此外该地区田旋花和马齿苋的优势度也是3个地区中最高的，形成以龙葵+田旋花+灰绿藜、龙葵+灰绿藜+野西瓜苗、龙葵+田旋花+马齿苋为主的杂草群落结构;农六师以龙葵为主要优势种杂草，龙葵的优势度是3个地区中最高的，达到 28.67，该地区杂草群落以龙葵+灰绿藜+田旋 花+野西瓜苗为主，反枝苋、苘麻、稗也都有较高的优势度。

2.4 棉田杂草群落的物种多样性

由表4可知，棉田杂草物种丰富度以农六师和农八师较高，农五师最低。所调查的3个区域气候较为相似，但是杂草的多样性存在一些差异，可能与当地种植环境、控草措施、施药水平等有一定的关系。综合来看，农五师的棉田杂草物种丰富度最低，其香农指数、辛普森指数和均匀度指数均是最低的，说明该地区棉田中杂草种类最少，优势种杂草相对较为集中，这与实际调查数据一致，农八师和农六师地区的物种多样性相对高一些。由于农田生态环境受人为干扰最为严重，因此地区间的差异可能与栽培模式、施药方式等密切相关。

3 讨论

农田杂草的发生与群落组成受到多方面因素的影响，与自然环境、作物轮作制度、栽培方式、控草策略等有关[9-10]。调查发现，新疆垦区棉田以龙葵、田旋花、灰绿藜等为主要优势种杂草，局部地区野西瓜苗、反枝苋、马齿苋、苘麻、扁秆荆三棱的发生较为严重。郝彦俊等于2002年对新疆地区棉田杂草进行了调查，结果发现， 马唐、田旋花、稗和灰绿藜是主要优势杂草，其次是画眉草、狗尾草、芦苇、反枝苋、野西瓜苗和苘麻等杂草， 该时期的杂草群落组成以禾本科杂草为主[11];魏建华等通过比较昌吉回族自治州2006—2015年期间杂草的群落结构发现，10年间马唐、牛筋草、狗尾草等禾本科杂草发生量呈下降趋势，而灰绿藜、龙葵、田旋花、野西瓜苗和苘麻等闊叶杂草发生量呈上升趋势[12]。随着除草剂的连年使用以及膜下滴灌栽培方式的推广，一年生禾本科杂草优势度迅速下降，而阔叶杂草逐渐替代了禾本科杂草成为优势种，龙葵由一般杂草迅速上升为优势杂草。进一步结合笔者的调查数据发现，北疆地区棉田杂草群落已经完成了由禾本科杂草向阔叶杂草演替的变化，禾本科杂草不再为优势群落，取而代之的是龙葵、灰绿藜和田旋花等，局部地区多年生杂草扁秆荆三棱危害程度也呈加重趋势。阔叶杂草和多年生杂草成为优势种群，给棉田的杂草防控带来极大的挑战。

杂草群落结构的变化与多种因素有关，新疆棉区多年来一直使用土壤封闭剂二硝基苯胺类除草剂（氟乐灵和二甲戊灵），近10年来则以二甲戊灵为主，二甲戊灵对禾本科杂草有很好的防效，而对于部分阔叶杂草的防效不佳，有研究表明，新疆部分田旋花种群已经对二甲戊灵产生了较高水平的耐药性[13]。龙葵由一般杂草演变为主要优势杂草，与其对二硝基苯胺类除草剂的耐受性强有一定关系，同时与近年来棉田膜下滴灌的栽培模式有关，如何防控棉田龙葵是目前北疆棉区面临的挑战之一。扁秆荆三棱在局部地区的发生也非常严重，虽然只是局部发生，但在所发生地块的田间密度很高，它是多年生杂草，具有匍匐根状茎和块茎，一般除草剂对其药效不佳，给棉花生产带来极大困难。

针对北疆棉田杂草的演替情况，今后应该加强对棉田杂草的监测，包括对棉田早期杂草种类、杂草种子库等的调查，以明确各区域棉田杂草的群落结构特征，如何因地制宜地使用除草剂，对棉田杂草进行精准有效防控，是当前棉田杂草防除面临的巨大挑战。

關于棉田杂草对二硝基苯胺类除草剂的抗药性监测也是值得关注的方向，由于二硝基苯胺类除草剂在新疆棉区连续使用多年，应开展长期连续的棉田杂草抗药性监测，以明确杂草的抗药性水平，为制定更科学的防控技术提供指导。据报道，目前已经有多种杂草对二硝基苯胺类除草剂产生了抗性，牛筋草[Eleusine indica（L.） Gaertn.]是首次报道的对氟乐灵产生抗性的棉田杂草[14]，至今已经报道的对二硝基苯胺类除草剂产生抗性的杂草有狗尾草、黑麦草（Lolium rigidum Gaudin）、长芒苋（Amaranthus palmeri S. Watson）、大穗看麦娘（Alopecurus myosuroides Huds.）、看麦娘（Alopecurus aequalis Sobol.）等[15-21]，新疆棉田中也有相同种类的杂草或者近缘种，产生抗药性的风险较大，长期的抗药性监测是非常有必要的。另外，应开发新作用机制的棉田除草剂，特别是推广应用针对难防杂草的除草剂，轮换使用不同作用机制的除草剂，以降低杂草抗药性发生的风险。由于本次调查是在棉花的整个生育期除草以后进行的，农民已经完成了最后一次田间除草，调查结果反映了棉田最后的草害情况，对制定棉田杂草防控策略具有一定的意义。

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