山東棉田雜草組成及其群落特征

房鋒++李美+高興祥+李健+張朝賢

摘要：采用倒置“W”九點取樣法對山東主要棉區雜草種類進行調查，并進行物種多樣性分析，明確目前山東棉田雜草種類及其群落特征。結果表明：山東棉田雜草有81種，隸屬于24科57屬，其中禾本科雜草最多，有10屬18種；其次是菊科，有11屬13種。優勢雜草有牛筋草、馬齒莧、馬唐、鱧腸、蘆葦、藜、鐵莧菜、打碗花、苣荬菜等9種，區域優勢雜草7種，常見雜草4種，一般雜草61種。從區域分布來看，武城、墾利、夏津、廣饒、河口等地雜草豐富度指數、香農指數、辛普森指數、均勻度指數均高于其它縣區棉田。從聚類分析結果可以看出，棉田雜草群落變化和空間距離、地理環境、種植模式等因素有密切關系?；菝窈透咛凭垲惙治龅臍W氏距離最小，為6.04；高青和其他縣市區之間歐氏距離最大，為23.41。

關鍵詞：棉花；雜草群落；物種多樣性；聚類分析

中圖分類號：S562+S451文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2017）02-0120-07

棉花（Gossypium spp.）為我國重要的經濟作物，同時是關系國計民生的戰略物資，全國種植面積約500×104 hm2，占經濟作物種植面積的26%[1，2]。雜草是危害我國棉田安全生產的重要因素之一，據全國農田雜草考察組的抽樣調查推算，全國棉田草害達中等以上程度的有220×104 hm2，占棉花種植總面積的56%[3]。自然情況下，雜草危害可造成棉花產量損失37.5%～68.4%，嚴重發生地塊可造成棉花減產90%以上；在除草的情況下，每年造成產量損失約14%～16%[1，4，5]。

山東是黃淮海棉區的傳統產棉大省，但有關山東棉田雜草種類及其危害的調查研究較少，以2000年前后報道較多，且多為各地分散調查。趙國祥等[6]于1999年對濰坊棉田雜草發生進行了調查；張路生等[7]于2001年對濱州市棉田雜草發生進行了調查；董慈祥等[8] 于2000年對菏澤市小麥套種方式下的棉田雜草進行了調查。近兩年尹會會等[9]于2012年報道了魯西棉區、王兆振等[10-12]于2014年報道了山東省德州市和菏澤市棉田雜草發生種類及其發生規律，隨后報道了山東省棉田雜草發生種類及其群落結構。以上報道中僅2014年王兆振等第一次較為全面地報道了山東棉田雜草群落現狀。農田草害群落組成和演替受多方面因素影響，如地理環境、栽培、耕作及施肥方式的變化，除草劑的使用，跨區引種，農業機械跨區作業等 [13-18]。隨著農業種植結構的調整和農業機械化的發展，特別是隨著除草劑的使用，棉田草相已發生了較大改變，只有定期普查，時刻掌握棉田雜草的發生及其動態變化規律，及時調整控草策略，才可實現對棉田雜草的可持續治理[1，19]。所以筆者在2014年王兆振等人報道基礎之上，進一步擴大調查范圍，增加調查樣本數。本次調查對山東省7個地市20個棉花主要種植縣市區100個鄉鎮的600個地塊，共計5 400個樣方進行了調查，旨在進一步探明山東棉田雜草的發生危害狀況及其群落結構，分析不同雜草群落間的物種多樣性和群落相似性等，為指導棉田雜草防除、實現棉田雜草的科學防控和可持續治理提供理論依據。

1材料與方法

1.1山東省地理及棉花種植概況

山東省位于中國東部沿海、黃河下游，東經114°477′～112°42′、北緯34°22′～38°24′之間，東西最長約700 km，南北最長420 km，陸地總面積15.71×104 km2。境域包括半島和內陸兩部分，中部山地突起，東部和南部為和緩起伏的丘陵區，北部和西北部為平坦的黃河沖積平原。屬于暖溫帶半濕潤季風氣候區，氣候溫和。土壤類型豐富且差異較大，生物資源種類多、數量大，有各種植物3 100余種[20]。

山東是除新疆棉區外的內陸第一產棉省[21]。近年來，受植棉比較效益、用工、種植結構、氣候條件等因素影響。植棉面積由1983年的150×104 hm2減少到2013年的63.6×104 hm2，2015年山東省植棉面積預計低于33×104 hm2[22，23]。主要集中在以下3個棉區：以淄博高青、濱州、東營為代表的魯北棉區；以聊城高唐、臨清，德州夏津、武城、寧津為代表的魯西北棉區；以濟寧金鄉，菏澤鄆城、巨野、成武為代表的魯西南棉區[24]。

1.2調查方法與樣點分布

于2014年6月中旬，對山東省主要棉區棉田雜草進行取樣調查，調查時棉花為苗期或蕾期。調查共計7個地市20個縣市區100個鄉鎮的600個地塊，每地塊采用倒置“W”九點取樣[26]，共計5 400個樣方，每樣方0.25 m2，詳細記錄樣方內雜草種類、株數、株高、鮮重及棉花栽培方式、生育期等。雜草種類鑒定以《中國植物志》[26]和《中國雜草志》[27]為依據。

1.3數據統計及分析

以縣（縣級市或區）為單位，統計計算棉田雜草的相對優勢度和物種多樣性。相對優勢度（relative abundance）RA=（RD+RH+RW+RF）/4。其中，RD為相對密度（relative density），即某種雜草的密度所占總密度的比例；RH為相對高度（relative height），即某種雜草的總高度占樣方中所有雜草高度的比例；RW為相對鮮重（relative weight），即某種雜草的鮮重占樣方中雜草總鮮重的比例；RF為相對頻度（relative frequency），即雜草出現的樣方數占所有雜草出現的總樣方數的比例[29，30]。

雜草物種多樣性分析采用豐富度指數M（Margalef）、香農指數H（Shannon-Wiener index）、辛普森指數D（Simpson index）、均勻度指數J（Pielou index）來衡量。M=（S-1）/lnN； H=-∑si=1Pi·lnPi； D=∑Pi2；J=H/lnS。其中，Pi為第i種雜草的密度占樣方中雜草總密度的比例，Pi=Ni/N；Ni為樣方中第i種雜草的密度；N為樣方中雜草的總密度；S為各棉區內雜草的種類數[31]。

研究數據使用Microsoft Excel 2013進行處理，并用DPS 7.5進行統計及聚類分析。

2結果與分析

2.1山東棉田雜草種類

分為以下4個類型：優勢雜草、區域性優勢雜草、常見雜草和一般雜草。優勢雜草是指在山東各棉區均有分布，優勢度較高，對棉花生長發育及產量影響顯著的雜草；區域性優勢雜草是指在某些棉花種植區域出現，對當地的棉花生長發育影響很大，防除較困難的雜草；常見雜草是指在山東大部分棉田均有發生，但優勢度較低，對棉花危害較小的雜草；一般雜草是指在局部分布，優勢度較低，對棉花整個生長發育影響較小的雜草。

牛筋草、馬齒莧、馬唐、鱧腸、藜、鐵莧菜、苣荬菜等雜草在山東各棉區均有分布，綜合優勢度較大，均大于4.18；蘆葦在鄆城和金鄉、打碗花在臨清優勢度為0.00，但在山東其他棉區均有分布且綜合優勢度均較大，綜合優勢度分別為6.46和4.92。以上9種雜草在山東各棉區的發生優勢度均較高，對棉花生長發育及產量影響嚴重，防除較為困難，為山東棉田優勢雜草。

稗、香附子、白茅、扁稈藨草、狗牙根、堿蓬和刺兒菜在山東部分棉區或某些特定類型棉田發生的優勢度較大，對棉花產量影響較嚴重，防除也較困難，為區域性優勢雜草。如稗、白茅、堿蓬、刺兒菜等雜草在魯北棉區的發生優勢度較大；香附子、扁稈藨草在魯北棉區和魯西南棉區優勢度較大；狗牙根在魯西南棉區優勢度較大。

反枝莧、狗尾草、龍葵、小藜雖然在大部分棉田都有發生，但優勢度較低，對棉花產量與品質造成的影響較小，為棉田常見雜草。

一般雜草有苦苣菜、田旋花、萹蓄、地錦、節節草以及表2中未列出優勢度小于0.5的雜草，如牽牛、皺果莧、苘麻、虎尾草、腋花莧、野西瓜苗、蒼耳、具芒碎米莎草、野胡蘿卜、升馬唐、毛馬唐、畫眉草、千金子、金色狗尾草、薊、小蓬草、蒲公英、豬毛蒿、葎草、小酸漿等。

2.3山東棉田雜草發生特點及群落特征

從山東全省棉田雜草的綜合優勢度數據（表2）可以看出：牛筋草、馬齒莧、馬唐、鱧腸優勢度位居前4位，依次為12.96、12.24、12.01、7.54，其次是蘆葦、藜、鐵莧菜、打碗花和苣荬菜，以上9種雜草是山東棉田主要優勢雜草。山東棉田雜草以禾本科和闊葉混合發生為主。由于地理環境、農田生態及棉花種植方式不同，山東各棉區雜草發生的種類、群落組成及危害情況差異較大。

東營市地處山東省北部黃河三角洲地區，暖溫帶大陸性季風型氣候。土壤類型主要為褐土、砂姜黑土、潮土、鹽土，鹽化潮土的面積較大。該市棉田優勢雜草為蘆葦、馬齒莧、牛筋草、鱧腸、馬唐和藜，其優勢度分別為15.53、10.59、8.25、6.57、6.16和6.05，除河口區馬齒莧優勢度稍高于蘆葦外，其他各縣區蘆葦優勢度均最高。

濱州市全境地勢大體是南高北低，略向東北傾斜。全境呈現南北兩種不同類型的地貌特征。小清河以南屬泰沂山區北麓的低山丘陵區，小清河以北為黃河沖積平原，地勢低平，該棉區以覆膜直播為主，兼有麥套棉或棗套棉的種植方式。土壤類型主要為潮土、鹽土和褐土。濱州市棉田優勢雜草為牛筋草、馬唐、鱧腸、馬齒莧和蘆葦，其優勢度分別為11.62、11.26、10.40、9.81和7.03，其次是稗、打碗花、白茅和藜。各縣區間雜草優勢度不盡相同，如：濱城區的馬唐、沾化縣的稗草、惠民縣的牛筋草是當地優勢度最高的雜草，而博興縣則是馬齒莧，無棣縣為鱧腸。

淄博市棉花栽培主要集中在高青縣，地處黃河下游沖積平原及黃河三角洲地區，暖溫帶大陸性季風型氣候。土壤類型主要為潮土和鹽土。高青縣棉田優勢雜草為馬唐、鐵莧菜、打碗花、馬齒莧、刺兒菜和藜，其優勢度分別為28.22、13.27、12.28、6.87、6.47和6.33。

德州市棉花栽培主要集中在夏津、寧津、武城三縣，地處魯西北黃河沖積平原，境內地形較為平緩，屬半干旱大陸性季風氣候。該區域棉花以覆膜直播為主，土壤類型多樣，主要為潮土、鹽土、風砂土和沙壤土。該地區棉田雜草的發生以禾本科和闊葉雜草混生為主，牛筋草、苣荬菜、馬齒莧、馬唐和鱧腸為當地優勢雜草，發生優勢度分別高達14.19、12.94、12.70、8.95和8.93，鐵莧菜、藜、反枝莧次之。夏津縣棉田雜草優勢度最高的為苣荬菜、寧津縣則是牛筋草，而武城則是馬齒莧、馬唐、苣荬菜優勢度居前三位，但差距不大，分別為11.70、11.56、11.35。

聊城市棉花栽培主要集中在臨清市、高唐縣，地處魯西北黃河沖積平原，境內地形較為平緩，地勢西南高、東北低。該區域棉花以覆膜直播為主，土壤類型多樣，主要為潮土、鹽土和風砂土。該地區棉田雜草的發生和德州市類似。牛筋草、馬齒莧、藜、鱧腸、馬唐和苣荬菜為當地主要優勢雜草，發生優勢度分別高達29.17、13.64、9.09、8.98、6.45和6.38，牛筋草優勢度遠高于其他雜草。

濟寧市植棉集中在金鄉縣，地處魯西南黃淮海平原，屬暖溫帶大陸性氣候。該區域植棉面積達4.8萬公頃，80%以上為蒜套棉種植，主要土壤類型為褐土、潮土和水稻土，種植方式多為苗床育苗、移栽覆膜模式，棉區馬唐、香附子、馬齒莧、牛筋草和鐵莧菜是該地區群落優勢種，發生優勢度分別高達18.82、16.53、14.11、9.88和9.47，顯著高于其它雜草。

菏澤市植棉主要在巨野、鄆城、成武三縣，氣候、土壤類型、栽培模式和濟寧金鄉相似，同樣為蒜套棉種植區。棉區馬唐、馬齒莧和牛筋草是該地區群落優勢種，發生優勢度分別高達22.08、18.82和16.06，顯著高于其它雜草，其次是香附子、鐵莧菜、狗牙根、打碗花和鱧腸等。

2.4山東棉田雜草物種多樣性

由表3可知，棉田雜草物種豐富度最高的是武城縣，豐富度指數為10.02，其次是墾利、夏津、廣饒、河口等縣區；最低的是臨清市，豐富度指數為3.12。以各市地為單位看，德州、東營各縣區的豐富度指數普遍較高，顯著高于其它市地。從衡量群落多樣性的香農指數看，東營地區物種多樣性較高，香農指數最高的是墾利縣，為2.86，其次是廣饒、東營、武城等縣區棉田。從衡量群落物種優勢集中性的辛普森指數看，武城縣最高，為1.00，其次是廣饒、東營、墾利、河口等縣區。從各地雜草群落的均勻度指數看，廣饒最高，為0.80，其次是東營、墾利、沾化等縣區。

2.5不同縣域棉田雜草聚類分析

將山東各縣域棉田優勢度RA≥0.50的雜草構成矩陣進行系統聚類分析，結果（圖1）表明，山東棉田雜草群落變化和空間距離、地理環境、種植模式有密切關系?；菝窈透咛频貐^棉田聚類分析的歐氏距離最小為6.04；魯西南地區的金鄉和巨野均為蒜套棉種植區，地理位置相鄰，地理環境基本一致，聚類分析的歐氏距離較小，為12.22，金鄉和巨野兩縣和同處于魯西南地區的鄆城、成武之間距離較小，分別為13.60、14.56；地理位置較近的東營和墾利之間為10.37，二者和利津之間為10.66；武城和夏津之間為10.83；高青和其它縣市區之間歐氏距離最大，為23.41。

3討論與結論

從調查數據可以看出，山東全省棉田雜草以牛筋草、馬齒莧、馬唐、鱧腸、蘆葦、藜、鐵莧菜、打碗花和苣荬菜等9種為優勢雜草，稗、香附子、白茅、扁稈藨草、狗牙根、堿蓬和刺兒菜等為區域性優勢雜草。由于山東棉花種植以地膜覆蓋種植模式為主，雜草防除大多采用覆膜前除草劑土壤噴霧處理，主要使用的除草劑品種為二甲戊靈、氟樂靈、乙草胺、乙氧氟草醚、撲草凈等藥劑及其復配制劑[31]，所以本文調查結果為施藥后棉田雜草發生情況。一些對所選用除草劑相對敏感的雜草，如反枝莧、狗尾草等山東夏季作物優勢雜草優勢度明顯下降，在此調查結果中僅為一般雜草。反之，對這些除草劑不敏感的雜草，如馬齒莧、鱧腸、藜、鐵莧菜和打碗花以及多年生雜草蘆葦、香附子、白茅、扁稈藨草、狗牙根、刺兒菜等成為優勢雜草或區域性優勢雜草。

1985-1987年唐洪元等[32]對全國棉田雜草進行了調查，其中黃淮海棉田雜草危害面積達75.2%，主要雜草有馬唐、牛筋草、綠狗尾、稗草、田旋花、苣荬菜等。1994年張澤溥[13]報道了我國棉田優勢雜草以馬唐、牛筋草、千金子、旱稗、狗尾草等禾本科雜草為主，鱧腸、婆婆納、反枝莧、灰綠藜、鐵莧菜、苘麻等闊葉雜草及香附子部分棉田發生嚴重。以上兩次調查結果相差不大，但距今已有20余年，且調查區域廣，涵蓋山東的調查點無從確定，加上由于種植結構調整，山東棉花種植區也由原來的5個減少為3個[24]，所以棉田雜草群落結構數據無法對比。2000年董慈祥等[8]報道了菏澤地區棉田雜草有12科26種，其中禾本科雜草占30.8%，闊葉雜草占61.5%，莎草占7.7%，馬齒莧、牛筋草、馬唐、鐵莧菜為當地優勢雜草；本研究調查結果表明，該地區棉田雜草有13科27屬32種，禾本科雜草占56.76%，其中闊葉雜草占39.85%，莎草占13.55%，馬唐、馬齒莧和牛筋草是該地區群落優勢種，顯著高于其它雜草，其次是香附子、鐵莧菜、狗牙根、打碗花和鱧腸等。張路生等（2002）[7]、劉合昌（2005）[33]報道了濱州棉田雜草種類則以禾本科雜草為主，主要有馬唐、狗尾草、金狗尾草、牛筋草、稗草，有部分闊葉雜草和莎草科雜草馬齒莧、反枝莧、凹頭莧、藜和香附子等；本研究調查結果表明，濱州市棉田優勢雜草為牛筋草、馬唐、鱧腸、馬齒莧和蘆葦。由此可以看出，雜草群落發生了很大變化，分析原因可能與田間噴施除草劑、種植模式、耕作方式改變等密切相關。

尹會會等[9]2012年在聊城市和德州市的5個縣調查了棉田雜草，共發現25科58種，其中禾本科占66.6%，出現頻率較高的雜草主要有牛筋草、馬唐、狗尾草等禾本科雜草，反枝莧、鐵莧菜、馬齒莧等闊葉雜草，香附子等莎草科雜草，其中馬唐發生率高達60%～95%。本研究調查結果表明，該地區棉田雜草有23科54屬56種，禾本科占69.6%，發生頻率較高的雜草主要有牛筋草、馬唐、苦苣菜、馬齒莧、醴腸等。本次調查和尹會會等[9]2012年調查均是牛筋草和馬唐等禾本科雜草為主，所占比例相差無幾。但兩次調查結果闊葉雜草有一定差別，由于調查縣域不完全相同、種植模式、用藥方式等不同，不同年份自然環境存在差異等原因，棉田雜草的種類也存在一定差異，但是發生優勢度較大的雜草大致相同。王兆振等[10]2014年報道了山東棉田雜草共有68種，隸屬于24科49屬，其中優勢雜草4種，區域優勢雜草10種。牛筋草、馬齒莧、馬唐、鐵莧菜是構成不同棉區雜草群落的優勢雜草，優勢雜草調查結果和本研究大致相同，優勢度較高的雜草前3種完全相同，后5種優勢度排序稍有差別。另外，本研究調查結果表明，山東棉田雜草有81種，隸屬于24科57屬，雜草種類多于王兆振等[10]報道的68種。分析原因主要與取樣點的差異有關，本研究取樣600個地塊，顯著多于之前的252個，涵蓋面積較廣。本次研究600個地塊的調查數據是對王兆振等[12]調查數據很好的補充。

對比以上調查數據可以看出，山東棉田雜草種群變化和群落演替隨著地理位置的橫向變化和隨著時間的縱向變化均較為明顯。從目前雜草群落構成及群落演替趨勢來看，對現有棉田推廣的除草劑不敏感的一些闊葉雜草以及一些多年生雜草危害將日趨嚴重，這些雜草的防控將成為未來幾年棉田雜草防控的重點。本研究結果為按照不同區域優勢雜草的種類，及時制定適合各區域棉田雜草防除措施，實現棉田雜草防控可持續性提供了重要的參考依據。

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