杂草入侵下小麦和杂草的相互作用和影响.doc

《杂草入侵下小麦和杂草的相互作用和影响.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《杂草入侵下小麦和杂草的相互作用和影响.doc（8页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、精品论文杂草入侵下春小麦和杂草的相互作用和影响王春霖代巍魏茶花张荣兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验室，兰州 （730000）E-mail：wangchunlin9000摘要:本实验研究了两种春小麦品种（定西-24 与和尚头）在不同的播种密度梯度下，同 时采用添加（不添加）杂草种子，以期探究不同春小麦密度下杂草的入侵能力及其对小麦的 影响。研究结果表明：在添加杂草的情况下，定西-24 的播种密度为 300 粒/m2 时，杂草的 种类和数量最少，而和尚头的播种密度为 900 粒/m2 时，杂草的种类、数量均达到最低。在 不添加杂草的情况下，定西-24 和和尚头均在播种密度为 900 粒/m2

2、时，杂草的种类、数目 和地上生物量均达到最低。此外，杂草的添加对株高存在显著的影响，在相同条件下，定西-24 比和尚头有更高的产量和千粒重。无论添加杂草与否，定西-24 与和尚头分别在播种密 度 600 粒/m2 和 300 粒/m2 时，小麦的构成均达到最好，尤其是产量最高。以上结果表明合理 播种能提高作物的产量，这为农业生态系统的管理和生物入侵的研究提供了初步的科学依 据。关键词: 杂草入侵春小麦密度产量 中图分类号：Q948.11.引言受人为栽培条件的影响，但本身又不是栽培对象，而且在田间滋生、带有野生植物特性 如多结实、易脱落等特点的植物称为“杂草”。因此，杂草既不是栽培植物，又不是野

3、生植 物1，而是适应于人造生境并且干扰人类活动的植物2。杂草研究之所以产生巨大的吸引力， 因为杂草所代表的这类植物比任何其它植物有更为微妙的生态学特点和生活史特征，它们不 仅能够入侵农田，而且能够成功地与人类特殊优待的作物竞争有限供给的资源3，由于杂草 总是间生于作物之间，与作物争光夺肥，并且在自然竞争选择下进化过来的杂草往往有着比 栽培作物更强的竞争能力，一旦失去人类控制，极易爆发危害，导致作物减产歉收，而杂草基金项目：长江学者和创新团队发展计划（IRT0729）和甘肃省自然科学基金 (ZS031-A25-037-D 和 3ZS061-A25-064)8自身又不能生产出数量和质量符合人类需要

4、的产品，所以一直被视为“有害之草”，是农业生产中的防治对象。所以在农田生态系统中，杂草是影响农作物生长的主要因素。许多研究 表明，杂草和作物的密度是影响杂草与作物竞争关系的主要因素, 并且不同作物间的竞争性 差异较大，同一作物不同的品种之间也存在很大的差异。Loreau 等(2001)研究表明，生物多 样性变化、生态系统功能和非生物因素中存在相互作用关系4。因此合理密植是一种经济、 有效的杂草防除措施之一，作物播种量或种植密度可提高对杂草的抑制作用。但在黄土高原 地区何种物种和播种密度下农田的杂草最少以及作物的产量最高的研究较少，为此我们在兰 州大学黄土高原实验站，播种了两种春小麦品种（定西-

5、24 与和尚头）和构建不同的密度梯 度，并添加相同数量的杂草种子的研究，探究不同春小麦密度下杂草的入侵能力及其对小麦 产量的影响，以期寻找适当的小麦的品种和播种比率使田间杂草降到最低，从而最大限度的 实现单位面积的高产。2. 材料与方法2.1 实验区概况实验于 2007 年 3 月至 9 月在兰州大学黄土高原实验站进行。该实验站位于甘肃省榆中 县北部黄土丘陵区中连川流域，地理位置为 N3602, E10425，海拔 2400m，年均气温 4.4，无霜期 104d，年降雨量 310.9mm，主要集中在 8 月到 10 月，10 月份降雨量达到最大， 约为 75mm。年蒸发量 1326 mm。气候

6、属于半干旱类型，是甘肃中部最干旱的旱作农业区之 一，植被为黄土高原西部荒漠草原区类型，土壤类型主要为黄绵土、黑垆土与灰钙土，植被 为荒漠草原植被。该区域雨养农业，主要作物为春小麦(Triticum aestivum) 、胡麻(Linum usitatissinum)、豌豆(Pisumsativum)和马铃薯(Solanumtuberrosum)等，一年一熟制。2.2 实验材料与方法2.2.1 实验材料与来源本实验选用的春小麦品种定西-24 和地方品种和尚头，由甘肃农科院旱地农业实验站提 供。定西-24 为 70 年代育成的较为抗旱的晚熟品种，在当地作为主要品种大面积种植；和尚 头代表了进化上较

7、为完善的传统品种，具有对干旱环境较强的适应能力以及耐草能力较强，50 年代以前有较大范围种植。本实验选用杂草是：打碗花(Calyategia hederacea)、野燕麦 (Avenafatua)、醉马草(Achnatheruminebrians)、蝇虫实(Corisermumdeclinatum)、二裂委陵菜 (Potentilla bifurca)、灰绿藜(Chenopodiumglaucum)、白花点地梅(Androsace incana)、狗尾草 (Setaria viridis)、冰草(Agrophroncristatum)、紫花香薷(Elsholzia argyi) ，这些杂草种子

8、采集精品论文于实验地周围的撂荒地、路边或作物地。2.2.2 实验方法本实验选用两种春小麦品种(定西-24 和和尚头)，各设置四个密度梯度，即 0、600、900 和 1200 粒/ m2，其中各密度梯度设置添加杂草和不添加杂草两个处理，添加杂草处理中， 各种杂草播以 100 粒/ m2，共 14 个处理，采用随机区组实验设计，小区面积 22m，重复 三次。采用条播播种方式，行间距为 20cm，播种深度约为 5cm。按当地农户种植小麦的施 肥量进行施肥，即尿素 112.5kg/hm，磷二胺 300kg/hm。收获时在小区中间 11m 取样，分 别测定小麦的地上生物量、经济产量、千粒重、分蘖数及穗

9、数等，测定各杂草的株数和地上 生物量。所有的统计分析在 SPSS 13.0 下进行。3.结果与分析3.1 不同处理杂草入侵情况在不添加杂草的农田系统中（图 1，2，3），定西 -24 播种密度为 D2(每平方米播种 900 粒)时，在三个观测期杂草的种类、数目和地上生物量均达到最低。同样和尚头播种密度为 D2(每平方米播种 900 粒)时，在三个观测期杂草的种类、数目和地上生物量均达到最低。这 表明在农业生产过程中，为了减少杂草的入侵，防止土壤的能量被杂草利用，选择适当的作 物品种以及合理的播种比例是重要的。在添加杂草的农田系统研究，能探讨何种物种以及播种比例能最大限度的降低杂草的入 侵，结果

10、表明杂草入侵定西-24 时，在定西-24 的播种密度为 300 粒/m2 时，杂草的种类和数 量最少，并且播种作物能降低杂草的种类和数量，但定西-24 的不同播种密度杂草的地上生 物量没有明显的变化；杂草入侵和尚头，在和尚头的播种密度为 900 粒/m2 时，杂草的种类、 数量以及地上生物量均达到最低（图 1，2，3）。以上结果表明，在定西-24 与和尚头的播种 密度分别是 300 粒/m2 和 900 粒/m2 时，能降低田间杂草的种类和数量。5.16日126.26日12107.28日1088664422A1D0A1D1A1D2A1D3A1H1A1H2A1H3005.16日6.26日7.28

11、日A0D0A0D1A0D2A0D3A0H1A0H2A0H3不添加杂草处理添加杂草处理图 1. 不同时期杂草添加与否对田间杂草种类的影响Fig 1 Effects of weeds adding ( or not) for the species of field weeds in different growing stages精品论文Fig 1 Effects of weeds adding ( or not) for the species of field weeds in different growing stagesA0 表示不添加杂草,A1 表示 100 粒/m2 各杂草种子；D

12、1、D2、D3 表示定西-24 的密度分别为 600、900、1200粒/m2；H1、H2、H3 表示和尚头的密度分别为 600、900、1200 粒/m2。1401201008060402005.16日6.26日7.28日A0D0 A0D1 A0D2 A0D3 A0H1 A0H2 A0H3 不添加杂草处理2001501005005.16日6.26日7.28日A1D0 A1D1 A1D2 A1D3 A1H1 A1H2 A1H3 添加杂草处理图 2.不同时期杂草添加与否对杂草总株数的影响Fig 2 Effects of weeds adding ( or not) for the trads o

13、f field weeds in different growing stages1009080706050403020100不添加杂草 添加杂草D0 D1 D2 D3 H1 H2 H3 不同物种及播种密度处理图 3. 不同物种和播种密度处理对杂草地上生物量的影响Fig 3 Effects of different wheat varieties and sowing density on the aboveground weeds biomass3.2 不同处理对小麦产量构成的影响禾本科种子产量的直接影响因素是种子的构成，即单位面积的的穂重，穗粒数和千粒重 。 本实验中不同处理下，杂草的添加

14、对株高存在显著性的影响（表 1），这表明随着杂草的添 加，春小麦通过提高自身的株高与杂草之间竞争更多的光能。杂草的添加对两个小麦品种的 无效分蘖、株高、单株穗重、单株穗粒数、单株穗粒重以及千粒重都有显著性的影响（表 1）， 并且在相同条件下，定西-24 比和尚头有更高的产量和千粒重，这表明不同的品种对小麦的精品论文产量构成具有明显的影响。小麦的密度梯度对有效分蘖、株高、单株地上生物量、单株穗重 、单株穗粒数以及单株穗粒重有显著性的影响（表 1）；并且无论添加杂草与否，定西-24 与和 尚头分别在播种密度 600 粒/m2 和 300 粒/m2 时，小麦的构成均达到最好，尤其是产量最高， 这表明

15、合理播种能提高作物的产量，在该实验区定西-24 与和尚头播种密度分别是 600 粒/m2 和 300 粒/m2 较好。表 1 不同处理对小麦构成的显著性分析结果Table 1. The results of significant analysis for wheat constitutes under different treatment conditions显著性（P）因 子有效分蘖无效分蘖株高单株重单株穗重单 株穗粒数单株穗粒重收获指数千粒重A0.4890.1270.0100.1420.190.2160.1290.2710.550B0.1590.0040.0050.0740.0130.

16、0020.0110.7840.019C0.0340.4150.0290.0040.0080.0040.0100.9670.945A*B0.1400.0120.0870.8020.5960.9280.4540.1610.029A*C0.5870.8980.3960.7850.8160.8970.8290.9070.958B*C0.8320.1450.3690.7150.9450.8100.9820.7660.225A*B*C0.2660.7490.0210.0500.0910.0410.2400.5590.135注：A 是否添加杂草， B 小麦品种， C 小麦密度4.讨论通过向农田生态系统添加杂

17、草与否的实验，在添加杂草的情况下，定西-24 的播种密度 为 300 粒/m2 时，杂草的种类和数量最少，此时杂草的入侵能力最弱，而和尚头的播种密度 为 900 粒/m2 时，杂草的种类、数量均达到最低，同时杂草的入侵能力最弱。生物入侵是指 生物由原生存地经自然或人为的途径侵入到另一个新环境,种群迅速蔓延失控,对入侵地的 生物多样性、农林牧渔业生产安全以及人类健康造成严重的经济损失或生态灾难的过程5。 本实验由于小麦的萌发和出苗时间一致，出苗期短，而添加的杂草萌发和出苗的时间差异很 大，而且在五月份时候小麦的扎根不深，植株生长不高，和杂草在地上和地下竞争不很激烈 ， 所以无论杂草添加到是不同密

18、度下的定西-24 还是和尚头时，杂草的种类和数量都差别不大（图 1，2）。而到六月底是小麦处于拔节期，扎根已经很深，高度基本达到最高，对于和尚 头由于本身深而大的根系，再加上此时降雨量少，随着和尚头密度的升高，杂草的种类减少 ，但总株数变化不大，表明高密度的和尚头和杂草的竞争抑制了杂草的增加，在密度为 H（3900粒/m2 ）时，杂草的种类最少。而定西-24 在不同密度和月份时，杂草的总株树差别不大，在密度为 D1（300 粒/m2 ）种类最少（图 1，2）。在不添加杂草的情况下，定西-24 和和尚 头均在播种密度为 900 粒/m2 时，杂草的种类、数目和地上生物量均达到最低。由于杂草的 种

19、类和数量较少，和小麦的竞争下处于劣势，随着小麦密度的增加杂草的种类数量和地上生 物量依次减小。均在密度 900 粒/m2 时达到最低（图 1，2，3）。杂草的添加对两个小麦品种的无效分蘖、株高、单株穗重、单株穗粒数、单株穗粒重以 及千粒重都有显著性的影响（表 1）， 在相同条件下，定西-24 比和尚头有更高的产量和千粒 重。杂草添加到定西-24 中，小麦的产量构成均表现为明显的下降，而杂草添加到和尚头中 ， 小麦构成中的株高、有效分蘖数、穂数和产量表现为明显的增加，无效分蘖数减少，这说明 在一定的生态系统中保持一定的杂草数量不仅能保持生态系统中物种的多样性，还能增加作 物的产量6,7。本实验下

20、无论添加杂草与否，定西-24 与和尚头分别在播种密度 600 粒/m2 和300 粒/m2 时，小麦的构成均达到最好，尤其是产量最高，表明合理播种能提高作物的产量。 杂草与作物间的地上竞争主要指对光的竞争。杂草与作物竞争光是非常普遍的现象，杂草和 作物叶片相互遮盖，导致对方的光合作用下降，干物质积累减少，最终降低产量。杂草与作 物对光的竞争能力主要取决于他们对地上空间的优先占有的能力、株高、叶面积及叶片的着 生方式。作物早发、早封行，就可能优先占有空间，抑制杂草的生长。反之，作物苗生长慢 ， 被快速生长的杂草所遮盖，吸收阳光就少，生长就受到抑制，出现草欺苗现象。一般来说， 植株高大，竞争光的能

21、力强。相比而言，地下竞争比地上部分的竞争更强烈，这种情况在干旱和半干旱区对水分的竞 争更是如此8。作物生产中还有其他的限制因子，如土壤中的养分不足，特别是三种大量元 素氮、磷和钾。很多杂草吸收养分的速度比作物快，而且吸收量大，更降低了土壤中作物可 利用的营养元素的含量，这样加剧了作物营养缺乏。并且在半干旱地区，作物生长常常受到 水分胁迫的影响，由于杂草吸收大量水分，从而加重水分胁迫程度9。很多研究表明，在土 壤水分含量较低时，杂草比作物更能较好地利用水分，叶片保持较高的水势10。杂草与作物构成了一个复杂的生态竞争体系 ,杂草对作物生长发育和产量性状的影响 机制非常复杂1113 。杂草的综合治理

22、是一项很复杂的农业系统工程，首先要探明杂草的种 类、分布、密度和生育阶段的特点及相互依存关系，特别是近年来由于小麦等作物耕作方式 和生产水平的不断改善，使得杂草的种类及分布变异较大，这时调查更显得必要，其次，要 系统研究杂草与生态因子间的相互关系，弄清杂草在长期演化过程中形成的一自身生物学特性及与作物伴生的内在机理、这是防除杂草的前提和基础。5. 研究结论本文通过研究得出以下一些主要结论：1. 杂草对定西-24 的株高、收获指数和千粒重有明显的抑制作用，但对和尚头的影响 不明显；杂草的侵入使定西-24 的无效分蘖数增加，而和尚头则大量减少。2. 定西-24 的平均收获指数高于和尚头，但杂草的干

23、扰能使定西-24 的收获指数下降， 而对和尚头的影响不大。3. 杂草对小麦有很大的影响，小麦生长前期，不论有无添加杂草的处理，各处理均有 杂草生长，并且其种类数和总株数变化不大；生长后期，有添加杂草的处理其杂草种类数和 总株数明显增加，并明显超过不添加杂草的处理。4.不同的小麦品种抵御外来杂草入侵的能力不同，定西-24 在播种密度为 300 粒/m2 时， 杂草的种类和数量最少，对杂草的抵御能力最强；而和尚头的播种密度为 900 粒/m2 时，杂 草的种类、数量均达到最少，对杂草的抵御能力最强。参考文献1 李世清，李生秀.旱地农田生态系统氮肥利用率的评价J.中国农业科学，2000，33(1):

24、76-81.2 李向林.杂草-作物干扰机制及杂草生态防治研究D.兰州市:兰州大学，1996.3 Grime, J. PPlant strategies and vegetative processes. John Wiley and Sons, N. Y. 1979.4 Loreau M, Naeem S, Inchausti P, Bengtsson J, Grime JP, Hector A, Hooper DU, Huston MA, Raffaelli D, Schmid B, Tilman D, Wardle DA (2001). Biodiversity and ecosystem

25、 functioning: current knowledge and future challenges. Science, 294, 804-808.5 严玉平, 王晓鸿. 生物入侵对中国农业的危害及对策J. 江西农业学报 , 2007,(02)6 徐克章. 生物多样性及其在农田作物生产中的意义和作用J. 吉林农业大学学报,1999,(02) .7 郭中伟. 农田生态系统中的生物多样性J. 科技导报 , 1998,(04)8 Fowler N.The role of competition in plant communities in arid and semiarid regionsJ

26、.Annual reviewofecologyandsystematics,1986,17:89-110.9 Black, K. D. and Dyson, C. B. An ecological threshold model for spraying herbicides in cereals.WeedResearch, 1993, 33: 279-290.10 Kropf, M. J. Simulation models for crop weed competition. Weed Research, 1988, 28: 453-459.11Holst N , Rasmussen I

27、A , Bastiaans L. Field weed population dynamics: a review of model approaches and applicationsJ. Weed Research , 2007 , 47: 1 - 14.12刘德立, Lovett J V , Johnson I R. 杂草对作物产量损失的经验模型J. 植物保护学报,1991 , 18(4): 371 - 377.13张朝贤, 胡祥恩, 钱益新, 等. 杂草密度与作物产量损失的预测模型J. 植物保护, 1997 ,23 (2 ): 6 - 10.The interaction and i

28、nfluence between the spring wheat and weeds under the invasion of weedsWang chunlin, Dai wei, Wei chahua, Zhang rongKey Laboratory of Arid and Grassland Ecology of Ministry of Education,LanzhouUniversity,Lanzhou,PRC,(730000)AbstractTwo spring wheat varieties (Dingxi-24 and Heshangtou) were selected

29、in our study, which were sown in different density gradient being constructed. Meanwhile, seeds of weed were added so as to detect the invasion ability of weeds and their impacts on the wheat under different density gradient.From the study we got the least species and number of field weeds when the

30、variaty of Dingxi-24 were sown under the density of 300 seeds per square meter. Subsequently, the species, number and aboveground biomass arrived its threshold as the Heshangtou were sown 900 seeds per square meter. This was the case when Dingxi-24 were sown at 900 seeds per square meter. Furthermor

31、e,the weeds has significant effect on plant height. Dingxi-24 has more yield and a thousand seed weight than Heshangtou under the same condition. When the sowing density of Dingxi-24 and Heshangtou were 600 and 300 seeds per square meter respectively, the composing of wheat was the best, especially

32、the high production, which was not related to weeds adding or not. Our results suggested that proper sowing may improve crop yield, this may give a primary evidence for the management of agro-ecosystem and study of biological invasion.Keywords: weed invasion springwheat density yield作者简介：王春霖，男，1983 年 9 月生，硕士研究生，主要研究方向是农业生态学