不同前茬作物下苜蓿地土壤雜草種子庫的特征

郭艷艷，王建光，孫啟忠，王清酈

(1.內蒙古農業大學生態環境學院，內蒙古 呼和浩特 010019；2.中國農業科學院草原研究所，內蒙古 呼和浩特 010010；3.中國農業科學院研究生院，北京 100081)

紫花苜蓿(Medicagosative)是我國重要的優良豆科牧草。苜蓿苗期易受田間雜草的危害，有效的控草措施不僅是苜蓿草地建植成功的關鍵，也是保障苜蓿優質高產的關鍵?，F代農業的可持續發展提倡利用生物、生態的措施來治理雜草，盡量減少化學除草劑的使用[1-2]。土壤雜草種子庫的大小、組成及分布可揭示雜草發生的趨勢，預測雜草對牧草的危害，對雜草的管理具有重要意義。

雜草種子庫(Weed Seedbank)是留存于土壤表面及土層中具有活力的雜草種子的總稱[1,3]，是雜草發生危害的根源，受到雜草管理者的普遍關注。有研究表明，合理的輪作是一種非常有效的生態控草措施，能有效減少土壤種子庫中的雜草種子數量，降低次年雜草危害[2,4-6]。有關苜蓿地雜草的研究主要側重于對苜蓿地雜草種類[7-9]和苜蓿種子田雜草土壤種子庫的調查[10]，而輪作對苜蓿地雜草種子庫密度和組成有較大影響，可降低雜草種子密度，有利于雜草控制。鑒于此，本研究對不同前茬作物下紫花苜蓿土壤雜草種子庫數量特征進行分析，了解土壤雜草種子庫的雜草組成、雜草種子數量及分布，揭示雜草種群的消長規律，預測雜草種群[11]對苜蓿的危害，以期為苜蓿的田間雜草管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1試驗地概況 試驗地在內蒙古赤峰市林西縣，地處117°38′～118°37′ E，43°14′～44°15′ N，屬中溫帶大陸性季風氣候，四季分明，風沙、干旱嚴重，栗鈣土，雨熱同季，降水少而集中，日照充足，年平均氣溫2.1 ℃，日照時數2 900 h，降水量340 mm，無霜期120 d。2010年林西縣全年降水量為350 mm。該地區田間分布的主要雜草有反枝莧、灰綠藜、刺藜、稗草等。它們多在4-5月開始萌發，6-9月開始結實，繁殖能力極強，在其生長周期內，生長條件適宜即可迅速萌發生長，還可縮短其營養生長期。即使個體較小，也會開花、結實，完成其繁衍后代的過程，種子大量存留在土壤中，以待適時傳播、蔓延。

1.2試驗材料 前茬作物為青貯玉米(Zeamays)、尖葉胡枝子(Lespedezahedysaroides)和沙打旺(Astragalushuangheensis)。青貯玉米從2007年開始，連續種植2年；尖葉胡枝子于2004年播種，連續生長5年；沙打旺于2004年播種，連續生長5年。試驗地于2008年秋季耕翻，2009年6月30日播種苜蓿，苜蓿品種為敖漢苜蓿，條播，行距50 cm。

為了減少農作措施對苜蓿地雜草土壤種子庫的影響，各試驗地農作措施均相同且同時進行。

1.3試驗方法 試驗采用土壤分層取樣法和種子萌發法進行調查。分別在2010年4、7、8、9和10月進行土壤取樣，用直徑為5 cm的圓筒形土壤取樣器，采用對角線五點取樣，重復3次，每點土樣將其按深度分為0～5、5～10和10～15 cm 3層分裝，同一層的土樣混裝在一起。

種子調查采用萌發法，將取得的土壤混勻，風干后，分別平鋪于育苗盤中，厚度約為2 cm，置于溫室中。每天定時(17：00-18:00)用噴壺澆水，保持土壤濕潤，促使土樣中雜草種子萌發。出苗30 d后，記錄可辨認雜草幼苗種類和雜草數量，記錄后拔除已發芽的雜草。至不再有雜草出土時，風干、翻動、混勻土樣，再澆水，促其進一步萌發，直至觀察不到有雜草萌發，并對雜草種類和數量進行記錄。

1.4數據分析 數據采用Microsoft Office Excel 2003和SAS統計軟件進行處理、分析，使用Excel 2003對種子庫中主要雜草的數量和種子垂直分布作圖，采用SAS對種子密度進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1土壤雜草種子庫的組成 調查結果表明，林西縣紫花苜蓿地土壤雜草種子庫中主要雜草有15種(表1)，隸屬于11科。其中禾本科4種，分別是稗草、畫眉草、狗尾草和虎尾草；藜科2種，為灰綠藜和刺藜；其他莧科、馬齒莧科、大戟科、旋花科、錦葵科、菊科、蓼科、豆科和茄科各1種，分別為反枝莧、馬齒莧、地錦、打碗花、冬葵、苣荬菜、扁蓄、扁蓿豆和龍葵。

表1 紫花苜蓿地土壤雜草種子庫名錄

對0～15 cm土層馬齒莧、反枝莧、灰綠藜、刺藜和畫眉草5種數量較多的雜草的種子數進行分析(圖1)，不同前茬作物和取樣時間下，7-9月雜草種子的數量較多，相比而言4和10月種子數量較少。4-10月，當前茬為青貯玉米和尖葉胡枝子時，馬齒莧種子數量的動態變化呈上升趨勢，前茬為沙打旺時，馬齒莧種子數量變化平緩。反枝莧種子的數量在不同前茬作物下都有所增加。刺藜的種子數量從4-7月呈上升趨勢，7-10月呈下降趨勢?；揖G藜和畫眉草種子的數量相對較少，灰綠藜在沙打旺為前茬的苜蓿地中分布較多，畫眉草則在尖葉胡枝子為前茬的苜蓿地中分布較多，二者種子數量的變化較小?？偟膩砜?，前茬為青貯玉米時種子庫主要雜草是馬齒莧和反枝莧，前茬為尖葉胡枝子時主要為馬齒莧、刺藜和反枝莧，前茬為沙打旺時種子庫主要為刺藜和反枝莧。

2.2前茬作物對雜草種子庫密度及其垂直分布的影響

2.2.1對雜草種子庫密度的影響 3種前茬作物下，8月份苜蓿地土壤雜草種子庫密度最大，前茬為尖葉胡枝子時密度最大，前茬為沙打旺時次之，前茬為青貯玉米時密度最小。4月份種子庫密度最小，密度大小順序為尖葉胡枝子前茬、青貯玉米前茬、沙打旺前茬(表 2)。

圖1 不同前茬作物下苜蓿土壤雜草種子庫主要雜草種子密度

表2 紫花苜蓿地0～15 cm土層土壤雜草種子庫密度比較 ?！-2

前茬作物和取樣時間對土壤雜草種子庫的密度均有影響。當前茬作物為尖葉胡枝子時，土壤雜草種子庫密度與其他兩種前茬作物之間存在顯著差異(P<0.05)。同時，取樣時間不同土壤雜草種子庫雜草種子的密度亦存在差異，7、8和9月3個月與4月之間種子庫密度存在顯著差異。7月前茬為青貯玉米時，種子庫密度與尖葉胡枝子前茬作物存在顯著差異，10月前茬作物為沙打旺時，種子庫密度與青貯玉米前茬作物存在顯著差異，4、8和9月前茬作物間種子庫密度差異不顯著；而且，前茬為沙打旺時，7、8和9月3個月種子庫密度與4和10月存在差異。

2.2.2對雜草種子庫垂直分布的影響 從各土層雜草種子數占0～15 cm總土層種子的比例(圖2)來看，不同前茬作物及取樣時間下，土壤雜草種子庫垂直分布的趨勢較相近，即0～5 cm的土層雜草種子所占的比例最大，10～15 cm土層中種子數量比例較小，即雜草種子主要集中在0～10 cm的土壤耕作層的表層和中層，而10～15 cm種子的分布較少。

4月3種前茬作物下，0～5 cm土層種子占0～15 cm總土層種子的比例最高，5～15 cm土層的種子較少，而其余月份0～5 cm土層種子所占的比例有所下降，但10月又有所上升。這可能是由于隨著生長季的來臨，種子萌發出地面，土壤表層中種子數量逐漸減少，表層種子的比例呈下降的趨勢，而后期部分雜草結實，落于地面的種子又逐漸回到種子庫中。5～10 cm和10～15 cm土層種子占0～15 cm總土層種子的比例變化趨勢與之相反，隨著表層土壤中種子的比例變化而變化。

圖2 不同土層雜草種子數占0～15 cm總土層總量的比例

3 討論與結論

3.1前茬作物對苜蓿地土壤雜草種子庫組成的影響 Barberi等[4]研究表明，雜草土壤種子庫中多為一年生和二年生的雜草，且闊葉雜草居多。與這一結論類似，本研究中紫花苜蓿土壤雜草種子庫中也多為一年生闊葉雜草。此外，不同前茬作物下苜蓿地雜草的種類基本一致，造成這種結果可能與當地的氣候條件和相同的田間管理措施有關，因為雜草的種類受地區、環境條件以及栽培措施的影響很大。與車晉滇[8]的研究結果相似，不同的前茬作物下，苜蓿地優勢雜草的種類存在差異：前茬為青貯玉米時苜蓿地雜草主要是馬齒莧和反枝莧。為尖葉胡枝子時主要是馬齒莧、刺藜和反枝莧；為沙打旺時主要是刺藜和反枝莧；究其原因可能是由于雜草的生物、生態學特性各不相同，對環境條件的適應能力也不一致，因此雜草萌發的種類存在差異。如反枝莧適應性極強，到處都能生長，不耐蔭，在密植田或高稈作物中生長發育不好，而馬齒莧喜溫暖濕潤氣候，適應性較強，能耐旱。此外，不同的前茬作物及輪作序列提供了多種方式的資源競爭，形成一種多樣化的生長環境，導致種子庫中雜草的種類和組成發生了變化，從而影響田間雜草的發生與危害。

3.2前茬作物對苜蓿地土壤雜草種子庫種群密度的影響 研究表明，雜草種子庫的密度一般介于 0～1 000 000?！-2[12]，紫花苜蓿雜草種子庫密度介于 1 247～6 190?！-2。因雜草具有多實性，雜草種子進入土壤最主要的方式是雜草的結實，同時通過生物活動、風力、水流和器具等途徑也可進入土壤種子庫，而萌發和死亡則是其最主要的輸出方式，種子的休眠機制也會影響種子庫的輸出動態。

前茬作物為尖葉胡枝子時，土壤雜草種子庫密度與青貯玉米和沙打旺之間存在顯著差異(P<0.05)，表明前茬作物對雜草土壤種子庫的密度影響較大。種子庫中雜草種子的萌發數量與雜草種類是相關的，種間競爭導致雜草種類減少，進而競爭性強的雜草的數量就會逐漸增加，進一步顯示出它的優勢。不同前茬作物下苜蓿地土壤雜草種子庫中雜草的種類存在差異，因此雜草的數量必定也存在差異。前茬作物尖葉胡枝子和沙打旺同屬豆科作物，而青貯玉米屬禾本科作物，種植后的土壤環境必然有一定的差異，對后作的影響也不盡相同，從而也會對土壤種子庫的密度產生影響，這有待于進一步研究。

雜草的發生量還與外部環境條件和土壤濕度等因素有關，這與當地的氣候條件相關，有待進一步調查。試驗采用萌發法對種子密度進行調查，由于雜草種子具休眠特性，有可能會低估種子的密度，產生一定的偏差，在后續的試驗中加以改進。

3.3苜蓿地土壤雜草種子庫垂直分布特點 劉萍[10]的研究表明，利用一年的苜蓿種子田土壤種子庫中0～5 cm范圍內有活力的雜草種子數量占總量的94%。彭建[13]調查表明，苜蓿地土壤種子庫中田旋花(Convolvulusarvensis)的種子主要分布于0～5 cm土層，占所有土層種子數量的85.2%?？芙ù宓萚14]研究表明，隨土壤深度的增加，土壤種子含量呈下降趨勢，50%～80%的種子分布在表層0～10 cm的土壤中。與上述結論類似，3種前茬作物下紫花苜蓿地雜草種子均主要集中于0～5 cm土壤耕作層，5～15 cm土層中分布較少，這表明前茬作物對土壤雜草種子庫垂直分布的影響較小，而可能與耕作和栽培方式有關。種子的垂直分布主要受這一因素的影響[15]，因為耕翻可改變土壤的垂直結構，其深度決定了種子存留的深度，此外還受土壤類型的影響[16]。所以，在生產實踐中應因地制宜，選擇合適的耕作方式。

[1]強勝.雜草學[M].北京:中國農業出版社,2001：244-247.

[2]Buhler D D，Hartzler R G，Forcella F.Implications of weed seedbank dynamics to weed management[J].Weed Science,1997,45:329-336.

[3]Roberts H A.Seed banks in soils[J].Advances in Applied Biology,1981,6:1-55.

[4]Barberi P,Cozzani A,Macchia M,etal.Size and composition of the weed seedbank under different management systems for continuous maize cropping[J].Weed Research,1998,38:319-334.

[5]Liebman M,Dyck E.Crop rotation and intercropping strategies for weed management[J].Ecological Applications,1993,3:92-122.

[6]Schweizer E E,Zimdahl R L.Weed seed decline in irrigated soil after six years of continuous corn (Zeamays) and herbicides[J].Weed Science,1984,32:76-83.

[7]孫福來,李金芝,田方文,等.紫花苜蓿田雜草種類調查與防治[J].中國草地,2005,27(3):80-81.

[8]車晉滇.北京市紫花苜蓿田雜草種類及其危害調查[J].植保技術與推廣,2000,20(5):23-24.

[9]王彥榮.苜蓿、紅豆草地中秋季雜草種類及侵入量的調查[J].草業科學,1991,8(1):51-54.

[10]劉萍.苜蓿種子田雜草發生特點與防除方法的研究[D].烏魯木齊：新疆農業大學,2002：16-29.

[11]邊巴卓瑪,呼天明,吳紅新.依靠西藏野生牧草種質資源提高天然草場的植被恢復效率[J].草業科學,2006,23(2):6-8.

[12]魏守輝,強勝,馬波，等.土壤雜草種子庫與雜草綜合管理[J].土壤,2005,37(2):121-128.

[13]彭建.苜蓿種子田惡性雜草田旋花的生態生物學特性及防除技術研究[D].烏魯木齊：新疆農業大學,2005：16-17.

[14]寇建村,楊文權,胡自治.禾草混播人工草地早期主要雜草種子庫研究[J].草業科學,2006,23(8):53-57.

[15]Swanton C J,Shrestha A,Knezevic S Z,etal.Influence of tillage type on vertical weed seedbank distilbution in a sandy soil[J].Canadian Journal of Plant Science,2000,80:455-457.

[16]Clements D R,Benoit D L.Tillage effects of weed seed return and seedbank composition[J].Weed Science,1996,4:314-332.