上海浦东稻田杂草土壤种子库组成、动态及其性状解释

发布时间：2020-10-29 16:39

　　 水稻是上海地区主要的粮食作物之一,长期施用大量的化肥和农药已造成耕地地力下降、农业面源污染扩大、杂草抗药性增强等农田生态环境问题。尽管杂草是影响水稻丰产增收、保持品质的重要因素,但它作为农田生态系统的重要组成部分,在活化土壤养分、维持农田生态系统功能等方面有特殊的生态价值。杂草土壤种子库作为潜在的杂草发生库,是维持杂草群落物种多样性的关键;研究其组成及动态变化规律是合理制定草害防治措施和多样性保育措施的基础。目前上海稻区积极推动“三三制”计划,减少稻-麦轮作面积,推广夏熟茬口绿肥种植、休耕田深翻。基于此,本研究以上海浦东稻田为对象,针对绿肥-水稻、休耕-水稻和小麦-水稻3种轮作模式及浅耕和深耕2种耕作深度,连续两年分两季开展土壤种子库镜检和萌发实验,分析不同农艺措施下杂草土壤种子库的组成及动态差异,并结合植物性状(最大高度、比叶面积和种子重量)对其进行解释。研究结果有助于筛选有针对性的农艺措施,为“三三制”下的杂草管理提供科学依据。主要研究结果如下:(1)镜检共检出杂草种子14科32种,萌发实验共萌生杂草幼苗12科31种,以禾本科(11种)和莎草科(6种)为主,与地上群落的Sorensen相似性系数分别为0.64和0.69;杂草土壤种子库以冬季一年生杂草(84%)、阔叶草(58%)为主要杂草类型,优势种为碎米荠(30%)、硬草(21%)、荠(11%)和蚊母草(10%),合计占种子库总数的72%。物种组成的聚类结果把绿肥+浅耕和休耕+浅耕处理归为同一类群;在NMDS分析中,两者距离较近,相似性程度高。(2)土壤种子库密度在各实验阶段和不同农艺措施间差异显著。实验第二年(2018年)镜检密度显著低于第一年(2017年);而萌发密度则存在季节差异,秋季高于春季。相较于原小麦+浅耕模式,夏熟茬口种植绿肥或休耕使得实验第一年土壤种子库镜检密度大幅增加,但采用深耕的田块其增幅(1.9倍)远比浅耕的田块小(3.7倍),实验第二年浅耕田块的镜检密度仍高于深耕,但差异不大(2.0倍、1.7倍);萌发密度在不同农艺措施间无显著差异。(3)土壤种子库物种丰富度随实验进展,其镜检结果总体呈现下降趋势,由13种降至10种;而萌发物种丰富度先增后减,其中2017年秋季最高,为7种。土壤种子库物种丰富度在不同农艺措施间无显著差异,相对而言,绿肥-水稻和休耕-水稻模式在深耕下的萌发物种丰富度高于浅耕。(4)农艺措施可以较好的解释杂草土壤种子库的物种组成,其对各实验阶段镜检和萌发结果的解释率均在50%以上;若夏熟茬口由小麦转为绿肥或休耕,日本看麦娘、看麦娘的数量增多,而蚊母草的数量减少。轮作模式和植物性状的交互作用对种子库物种组成无强烈影响;而耕作深度和种子重量的交互作用对种子库物种组成有强烈影响;与深耕相比,浅耕下种子重量大的杂草数量更多。综上,上海实施“三三制”时,建议对绿肥-水稻和休耕-水稻模式采取深耕处理,降低杂草土壤种子库密度的同时不会影响其物种多样性,有利于维持稻田杂草群落的生态平衡。
【学位单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：S511;S451
【部分图文】：

技术路线图

华东师范大学硕士学位论文12图2-1实验样地示意图Fig.2-1Sketchmapofexperimentalsampleplot2016年前茬种植作物均为水稻，2017年开始连续两年设置3种轮作模式：绿肥-水稻（greenmanure-ricerotation,GR）、休耕-水稻（fallow-ricerotation,FR）和小麦-水稻（wheat-ricerotation,WR）；2种耕作深度：浅耕（shallowtillage，ST）和深耕（deeptillage，DT），耕作深度分别为5-10cm和20cm以上。因此，试验地共设6个处理：绿肥+浅耕(GR+ST）、绿肥+深耕(GR+DT）、休耕+浅耕（FR+ST）、休耕+深耕（FR+DT）、小麦+浅耕（WR+ST）和小麦+深耕（WR+DT），具体操作方式见表2-1，其中小麦+浅耕为试验地原处理模式。每个处理面积为55m×20m，并在各处理间设置0.5m宽的田埂以避免相互影响。六月种植水稻前，需提前三四天在田间上水并喷洒农药“农思它”，水面产生药膜后排出过多的水分，而后人工直播水稻。播种率依照正常种子播种密度与综合生产标准确定，其中小麦为187.5kg/hm2，水稻为37.5kg/hm2，30cm行距常规播种。试验期间，样地每年施加氮（316.05kg/hm2）磷（78.60kg/hm2）钾（86.4kg/hm2）肥料，同时喷洒农药防治病虫害（张亚萍，2018）。表2-1实验处理方式描述Table.2-1Descriptionofdifferentexperimentaltreatments缩写处理模式茬口（种植作物）耕作深度

华东师范大学硕士学位论文34棒头草5.077.050.6911.0228.2628.85蚊母草4.351.282.07-17.3921.15菵草-7.052.079.3213.04-鹅肠菜-1.28----通泉草---2.548.70-鳢肠----6.52-蔊菜-----3.85注：此处相对密度只列出排序前5的杂草物种。（3）物种组成的NMDS分析镜检和萌发实验下，不同农艺措施杂草土壤种子库物种组成的NMDS分析如图3-11至图3-14所示。图3-11春季不同农艺措施土壤种子库物种组成的NMDS分析（镜检）Fig.3-11NMDSanalysisofspeciescompositionofsoilseedbankunderdifferentagriculturalmeasuresinspring(microscopicexamination)注：GR+ST：绿肥+浅耕；GR+DT：绿肥+深耕；FR+ST：休耕+浅耕；FR+DT：休耕+深耕；WR+ST：小麦+浅耕；WR+DT：小麦+深耕。NMDS分析常用胁强系数（Stress）来度量其结果的拟合优度：Stress<0.05为拟合极好，Stress<0.1为拟合较好，Stress<0.2为拟合一般，Stress>0.3为拟合较差（厉红梅等，2001）。镜检中，春季杂草土壤种子库物种组成NMDS分析的Stress为0.10，拟合
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本文编号：2861171