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摘 要： 摘 要 研究長期不同施肥下黃壤性稻田稗草發(fā)生特征，明確稗草發(fā)生與長期不同施肥水稻產(chǎn)量和土壤性質(zhì)變異的響應(yīng)關(guān)系.基于農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測試驗站的一項連續(xù) 23 年不同施肥管理水稻試驗，選取不施肥( CK) 、單施氮肥( N) 、磷鉀肥( PK) 、
摘 要 研究長期不同施肥下黃壤性稻田稗草發(fā)生特征，明確稗草發(fā)生與長期不同施肥水稻產(chǎn)量和土壤性質(zhì)變異的響應(yīng)關(guān)系.基于農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測試驗站的一項連續(xù) 23 年不同施肥管理水稻試驗，選取不施肥( CK) 、單施氮肥( N) 、磷鉀肥( PK) 、氮磷肥 ( NP) 、氮鉀肥( NK) 、常量化肥( NPK) 、1 /4 有機肥替代化肥( 1 /4MNP) 、1 /2 有機肥替代化肥 ( 1 /2MNP) 、單施有機肥( M) 和常量有機肥化肥配施( MNPK) 10 個處理，采用田間調(diào)查法調(diào)查各處理稗草發(fā)生密度、單株穗數(shù)、總穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和穗粒重等植物學(xué)參數(shù); 采用方差分析明確不同處理稗草發(fā)生差異，采用直線擬合、相關(guān)分析和通徑分析明確雜草發(fā)生特征對水稻產(chǎn)量和土壤性質(zhì)的響應(yīng).結(jié)果表明: 長期不同施肥處理導(dǎo)致黃壤性稻田稗草發(fā)生特征顯著變異，稗草的密度、單株穗數(shù)和總穗數(shù)均以 MNPK 處理最高，其次是 1 /4MNP 處理.相較常量化肥處理，長期不施肥( CK) 和不平衡施肥( N、PK、NK、NP) 各處理稗草發(fā)生的密度顯著降低，施用有機肥各處理( 1 /4MNP、1 /2MNP、M、MNPK) 稗草的單株穗數(shù)顯著增加.稗草的發(fā)生密度和總穗數(shù)與水稻產(chǎn)量呈極顯著的正相關(guān)性，擬合直線的決定系數(shù)分別為 0.622 和 0.624.土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷和速效鉀與稗草發(fā)生參數(shù)之間存在顯著至極顯著的相關(guān)性; 通徑分析表明，土壤全氮含量對稗草單株穗數(shù)發(fā)生有直接正效應(yīng)，全磷含量是影響稗草密度和總穗數(shù)的主要因素，速效鉀含量對穗粒數(shù)和穗粒重影響最大.長期不同施肥導(dǎo)致黃壤性稻田稗草發(fā)生特征變異，施用有機肥提高了稗草的發(fā)生密度、單株穗數(shù)和總穗數(shù).土壤全磷含量是黃壤性稻田稗草密度和總穗數(shù)發(fā)生變異的直接影響因素.
關(guān)鍵詞 長期施肥; 稗草; 雜草種子; 黃壤性稻田; 土壤性質(zhì)
農(nóng)田雜草是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，其發(fā)生種類和數(shù)量能夠客觀反映其生境特征，對生境的土壤、水文、生態(tài)環(huán)境等具有指示性[1-3].同時，農(nóng)田的環(huán)境條件變異促進(jìn)雜草的趨異性進(jìn)化，導(dǎo)致了農(nóng)田生物多樣性的分異[4-5].施肥管理是農(nóng)田耕作管理的核心，長期不同的施肥管理方式改變了土壤的基本性質(zhì)[6-7]，顯著影響著農(nóng)田雜草生物多樣性發(fā)生特征[8-9]，進(jìn)而能夠影響到整個生態(tài)過程[1]. 因此，明確農(nóng)田雜草發(fā)生特征與長期不同施肥下作物產(chǎn)量和土壤性質(zhì)變異的響應(yīng)關(guān)系，能夠為農(nóng)田雜草生態(tài)演變和生態(tài)控制提供依據(jù).近年來，國內(nèi)外學(xué)者對施肥模式差異導(dǎo)致的農(nóng)田雜草變異作了大量研究.潘俊峰等[10]研究表明，長期不同施肥顯著改變了雜草的種群組成、群落數(shù)量和結(jié)構(gòu).馮偉等[11]研究了長期不同施肥對農(nóng)田雜草種子庫的影響，結(jié)果表明，長期均衡的施肥方式有利于維持土壤雜草種子庫多樣性，有利于提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和穩(wěn)定性.尹力初等[12]研究表明，長期施肥導(dǎo)致土壤速效磷變異是影響農(nóng)田雜草種群組成變異的首要因子.Lal 等[13]研究表明，施用磷肥和有機肥促進(jìn)了雜草群落組成的變化，平衡施肥會導(dǎo)致雜草密度降低，但不會導(dǎo)致物種消除或阻礙生物多樣性.前人研究主要集中于對整個群落結(jié)構(gòu)和生物多樣性的綜合評價，由于不同雜草的物候期差異和不同物種雜草對土壤性質(zhì)的響應(yīng)差異，很難對施肥導(dǎo)致某一特定物種雜草的發(fā)生變異特征及其與作物產(chǎn)量和土壤變異的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行客觀評價，對單種雜草的發(fā)生特征及其對不同施肥的響應(yīng)綜合評估亦 較 少. 稗 草 ( Echinochloa) 是我國危害最為嚴(yán)重的惡性雜草，短期內(nèi)的施肥差異[14]和長期不同施肥措施[15-16]可以改變稗草的密度、分蘗數(shù)、生物量等發(fā)生參數(shù).然而，目前國內(nèi)關(guān)于稻田稗草發(fā)生變異及其對長期施肥的響應(yīng)機制仍缺乏清晰的認(rèn)識.為此，本研究基于農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測試驗站的一項連續(xù) 23 年長期不同施肥稻田試驗，以稻田惡性雜草稗草為研究對象，調(diào)查評估長期不同施肥因素控制下稗草發(fā)生特征變異，揭示稗草發(fā)生與土壤性質(zhì)和水稻產(chǎn)量變異的響應(yīng)關(guān)系.
1 研究地區(qū)與研究方法
1. 1 試驗地概況
本研究依托于農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實驗站的一項連續(xù) 23 年長期施肥試驗.試驗地位于貴州省貴陽市花溪區(qū)貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi) ( 106°39'52″ E，26°29'49″ N) ，地處黔中丘陵區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，平均海拔 1071 m，年均氣溫 15.3 ℃，年均日照時數(shù) 1354 h 左右，相對濕度 75.5%，全年無霜期 270 d 左右，年降水量 1100 ～ 1200 mm.試驗地土壤為黃壤性水稻土黃泥田土種，成土母質(zhì)為三疊系灰?guī)r與砂頁巖風(fēng)化物. 該長期定位試驗于1994 年開始基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和勻地，1995 年開始連續(xù)監(jiān)測.1994 年采集基礎(chǔ)土樣，其耕層( 0 ～ 20 cm) 土壤基本性質(zhì)為: 有機質(zhì) 44.9 g·kg -1 ，全氮 1.96 g·kg -1 ，全磷 0.95 g·kg-1 ，全鉀 16. 4 g·kg-1 ，堿解氮 159 mg·kg-1 ，有 效 磷 13. 4 mg · kg-1 ，速 效 鉀 294 mg·kg-1 ，pH 值為 6.75.
1. 2 試驗設(shè)計
試驗采用大區(qū)對比試驗設(shè)計，小區(qū)面積 201 m2 ( 35.7 m×5.6 m) ，設(shè)置 10 個施肥管理處理，分別為不施肥( CK) 、單施氮肥( N) 、磷鉀肥( PK) 、氮磷肥 ( NP) 、氮鉀肥( NK) 、常量化肥( NPK) 、1 /4 有機肥替 代 化 肥 ( 1 /4MNP ) 、1 /2 有機肥替代化肥 ( 1 /2MNP) 、單施有機肥( M) 和常量有機肥化肥配施( MNPK) ，未 設(shè) 重 復(fù). 供試化肥為尿素 ( 含 N 46.0%) 、過磷酸鈣( 含 P2O5 12. 0%) 和氯化鉀( 含 K2O 60%) ; 有機肥為牛廄肥，鮮基養(yǎng)分多年測試平均含 N 2. 7 g · kg-1 、P2O5 1. 3 g · kg-1 、K2O 6. 0 g·kg-1 ，不同處理施肥量見表 1.試驗每年種植一季中稻，每年 4 月中旬育秧，6 月中旬插秧，10 月中旬收割，生育期約 185 d，冬季翻耕炕田.試驗過程中不使用除草劑和殺蟲劑等化學(xué)農(nóng)藥.所有處理除施肥差異外，其他農(nóng)事活動均一致.
稗草物種鑒定為光頭稗( Echinochloa colonum) .稗草發(fā)生調(diào)查于 2017 年 9 月 25 日開始，此時稗草處于成熟期，水稻處于黃熟期.由于試驗未置重復(fù)，本 研究將試驗地延長邊3等分，設(shè)置3個調(diào)查取樣重復(fù)小區(qū).采用田間調(diào)查方法，記錄重復(fù)小區(qū)內(nèi)稗草的密度、單株穗數(shù)和總穗數(shù); 在各小區(qū)取 4 個成熟稗穗，烘干脫粒，考察穗粒重和千粒重，根據(jù)穗粒重和千粒重計算每穗粒數(shù).水稻成熟后全小區(qū)收獲測定水稻籽粒產(chǎn)量.
土壤樣品于 2016 年 11 月采樣，每個重復(fù)小區(qū)采用梅花布點法，采集 0 ～ 20 cm 耕層土樣，土壤混合均勻后帶回室內(nèi)自然風(fēng)干，研磨制樣; 測試有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀和 pH 值共 8 項指標(biāo)，全部測試方法均參照《土壤農(nóng)化分析》[17]進(jìn)行.
1. 3 數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)整理和作圖采用 Excel 2016.統(tǒng)計分析采用 SPSS 17.0，用 LSD 法( α = 0.05) 進(jìn)行差異顯著性檢驗.稗草發(fā)生與水稻產(chǎn)量和土壤性質(zhì)采用線性回歸、相關(guān)分析和通徑分析.圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差.
相關(guān)期刊推薦：《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報》是中國科學(xué)院主管、中國生態(tài)學(xué)學(xué)會和中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所聯(lián)合主辦的綜合性學(xué)術(shù)期刊，創(chuàng)刊于1990年，由科學(xué)出版社出版。本刊主要報道應(yīng)用生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新性科研成果與科研進(jìn)展，反映我國應(yīng)用生態(tài)學(xué)的學(xué)術(shù)水平和發(fā)展方向，跟蹤學(xué)科發(fā)展前沿，注重理論與應(yīng)用結(jié)合，促進(jìn)國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流合作與人才培養(yǎng)。有投稿需求的作者，可以直接與期刊天空在線編輯聯(lián)系。
2 結(jié)果與分析
2. 1 長期不同施肥對稗草發(fā)生數(shù)量的影響
經(jīng)過 23 年長期不同施肥，黃壤性稻田稗草發(fā)生密度、單株穗數(shù)和總穗數(shù)均產(chǎn)生了顯著的變異( 圖 1) .稗草發(fā)生密度以氮鉀( NK) 處理最低，常量有機肥化肥配施( MNPK) 處理最高，MNPK 處理稗草密度是 NK 處理的 10.6 倍.不施肥( CK) 和缺素施肥 ( N、PK、NK、NP) 處理稗草密度顯著低于常規(guī)施肥處理( NPK) ，CK、N、PK、NK 和 NP 處理較 NPK 處理稗草發(fā)生密度分別低 31.9%、52.8%、56.9%、81.9% 和 69.4%.不同施肥處理間稗草單株穗數(shù)存在顯著差異，與 NPK 處理相比，單施氮肥( N) 處理和施用有機肥各處理( 1 /4MNP、1 /2MNP、M 和MNPK) 稗草的單株穗數(shù)均顯著增加，N、1 /4MNP、1 /2MNP、M 和 MNPK 處理較 NPK 處理稗草單株穗數(shù)分別增加了 143%、205%、108%、106% 和 232%. 不同施肥處理中，MNPK 處理稗草發(fā)生總穗數(shù)最高，NK 處理最低; 施用有機肥各處理( 1 /4MNP、1 /2MNP、M 和MNPK) 稗草發(fā)生總穗數(shù)顯著高于不施肥( CK) 和偏施化肥各處理( N、PK、NK、NP 和 NPK) .表明長期施用有機肥增加了黃壤性稻田稗草發(fā)生的密度、單株穗數(shù)和總穗數(shù)，而不平衡施肥導(dǎo)致了稗草發(fā)生密度和總穗數(shù)的降低.
2. 2 長期不同施肥對稗草種子發(fā)生特征的影響
不同施肥各處理稗草種子穗粒數(shù)、千粒重和穗粒重發(fā)生特征如圖 2.稗草穗粒數(shù)以單施氮肥( N) 和氮磷肥( NP) 處理最低，單施有機肥( M) 處理最高;稗草穗粒數(shù)隨著有機肥替代比例的增加呈增加趨勢，表明有機肥替代有利于稗草的穗粒數(shù)發(fā)育.稗草種子千粒重以 NK 處理最低，1 /4 有機肥替代化肥 ( 1 /4MNP) 處理最高.不同處理穗粒重發(fā)生規(guī)律與穗粒數(shù)規(guī)律一致，氮磷處理穗粒重最低，單施有機肥處理最高.表明長期有機肥替代化肥對稗草的穗粒數(shù)和穗粒重形成有利，缺鉀( N、NP 處理) 對稗草穗粒數(shù)、千粒重和穗粒重形成不利.
2. 3 稗草發(fā)生特征對水稻產(chǎn)量的響應(yīng)
水稻籽粒產(chǎn)量與稗草發(fā)生特征參數(shù)的直線擬合關(guān)系如圖 3.水稻籽粒產(chǎn)量與稗草發(fā)生密度和總穗數(shù)的擬合直線決定系數(shù)分別為 0.622 和 0.624，直線斜率均為正.表明在本研究條件下，稗草的發(fā)生密度和總穗數(shù)與作物籽粒產(chǎn)量有正相關(guān)性，較高的稗草發(fā)生密度和總穗數(shù)能夠反映作物的高產(chǎn).單株穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和穗粒重與水稻產(chǎn)量的相關(guān)性在統(tǒng)計圖 2 不同施肥處理稗草穗粒數(shù)、千粒重和穗粒重的差異 Fig.2 Difference in seed number per panicle，1000-seed mass and seed mass per panicle of Echinochloa under different fertilization treatments.上均不顯著.
2. 4 長期不同施肥條件下稗草發(fā)生和水稻籽粒產(chǎn)量對土壤性質(zhì)的響應(yīng)
長期施肥深刻地改變了土壤的基本性質(zhì)，并導(dǎo)致各施肥處理的土壤性質(zhì)分異( 表 2) .經(jīng)過 22 年的連續(xù)不同施肥措施，除單施氮肥處理外，不施肥和其他施肥處理土壤有機質(zhì)均較初始年份增加，以單施有機肥處理最高.不施肥和各種施肥處理土壤全氮含量均有所提升，以 MNPK 處理最高，PK 處理最低.不同施肥方式導(dǎo)致土壤全磷和有效磷發(fā)生顯著變異，長期不施磷肥各處理( CK、N、NK) 的土壤全磷和有效磷含量均降低，顯著低于施用化學(xué)磷肥和有機肥 各 處 理 ( PK、NP、NPK、1 /4MNP、1 /2MNP、M、 MNPK) .土壤全鉀和速效鉀含量均較初始年份有所降低，全鉀含量以 PK 和 NPK 處理最低，速效鉀含量以 NP 處理最低.不同處理土壤 pH 值以不施肥和單施氮肥處理較高.
稗草的發(fā)生特征和水稻籽粒產(chǎn)量與土壤性質(zhì)之間存在顯著的相關(guān)性( 表 3) .稗草發(fā)生密度與土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷和速效鉀呈顯著正相關(guān)關(guān)系，其中全磷和有效磷與稗草密度的相關(guān)性最高，表明土壤總磷水平和供磷能力越高，稗草的發(fā)生密度越大.這與 MNPK 處理具有最高的土壤全磷含量和最高的稗草密度的結(jié)果一致.稗草單株穗數(shù)與土壤全氮、全磷、堿解氮和有效磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系.稗草總穗數(shù)和穗粒重與土壤性質(zhì)的相關(guān)性規(guī)律與稗草發(fā)生密度一致.土壤全鉀和 pH 值對稗草發(fā)生的各特征參數(shù)均無顯著的相關(guān)性.水稻籽粒產(chǎn)量除與土壤速效鉀含量和 pH 值相關(guān)不顯著外，與有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮和有效磷均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，其中與全磷和有效磷含量相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)分別達(dá) 0.945 和 0.943. 通徑分析表明，土壤全氮含量直接影響稗草單株穗數(shù)形成，直接通徑系數(shù)為0.738; 全磷含量是影響稗草發(fā)生密度、總穗數(shù)和水稻籽粒產(chǎn)量的主要因素，直接通徑系數(shù)分別為 0.862、0.877 和 0.945; 土壤速效鉀含量對稗草穗粒數(shù)和穗粒重的影響最大.
