發布時間：2019-12-12所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要 研究長期不同施肥下黃壤性稻田稗草發生特征，明確稗草發生與長期不同施肥水稻產量和土壤性質變異的響應關系.基于農業部貴州耕地保育與農業環境科學觀測試驗站的一項連續 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生特征，明確稗草發生與長期不同施肥水稻產量和土壤性質變異的響應關系.基于農業部貴州耕地保育與農業環境科學觀測試驗站的一項連續 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，采用田間調查法調查各處理稗草發生密度、單株穗數、總穗數、穗粒數、千粒重和穗粒重等植物學參數; 采用方差分析明確不同處理稗草發生差異，采用直線擬合、相關分析和通徑分析明確雜草發生特征對水稻產量和土壤性質的響應.結果表明: 長期不同施肥處理導致黃壤性稻田稗草發生特征顯著變異，稗草的密度、單株穗數和總穗數均以 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) 稗草的單株穗數顯著增加.稗草的發生密度和總穗數與水稻產量呈極顯著的正相關性，擬合直線的決定系數分別為 0.622 和 0.624.土壤有機質、全氮、全磷、堿解氮、有效磷和速效鉀與稗草發生參數之間存在顯著至極顯著的相關性; 通徑分析表明，土壤全氮含量對稗草單株穗數發生有直接正效應，全磷含量是影響稗草密度和總穗數的主要因素，速效鉀含量對穗粒數和穗粒重影響最大.長期不同施肥導致黃壤性稻田稗草發生特征變異，施用有機肥提高了稗草的發生密度、單株穗數和總穗數.土壤全磷含量是黃壤性稻田稗草密度和總穗數發生變異的直接影響因素.
關鍵詞 長期施肥; 稗草; 雜草種子; 黃壤性稻田; 土壤性質
農田雜草是農田生態系統的重要組成成分，其發生種類和數量能夠客觀反映其生境特征，對生境的土壤、水文、生態環境等具有指示性[1-3].同時，農田的環境條件變異促進雜草的趨異性進化，導致了農田生物多樣性的分異[4-5].施肥管理是農田耕作管理的核心，長期不同的施肥管理方式改變了土壤的基本性質[6-7]，顯著影響著農田雜草生物多樣性發生特征[8-9]，進而能夠影響到整個生態過程[1]. 因此，明確農田雜草發生特征與長期不同施肥下作物產量和土壤性質變異的響應關系，能夠為農田雜草生態演變和生態控制提供依據.近年來，國內外學者對施肥模式差異導致的農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、群落數量和結構.馮偉等[11]研究了長期不同施肥對農田雜草種子庫的影響，結果表明，長期均衡的施肥方式有利于維持土壤雜草種子庫多樣性，有利于提高農田生態系統生產力和穩定性.尹力初等[12]研究表明，長期施肥導致土壤速效磷變異是影響農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了雜草群落組成的變化，平衡施肥會導致雜草密度降低，但不會導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構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的響應差異，很難對施肥導致某一特定物種雜草的發生變異特征及其與作物產量和土壤變異的響應關系進行客觀評價，對單種雜草的發生特征及其對不同施肥的響應綜合評估亦 較 少. 稗 草 ( Echinochloa) 是我國危害最為嚴重的惡性雜草，短期內的施肥差異[14]和長期不同施肥措施[15-16]可以改變稗草的密度、分蘗數、生物量等發生參數.然而，目前國內關于稻田稗草發生變異及其對長期施肥的響應機制仍缺乏清晰的認識.為此，本研究基于農業部貴州耕地保育與農業環境科學觀測試驗站的一項連續 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，調查評估長期不同施肥因素控制下稗草發生特征變異，揭示稗草發生與土壤性質和水稻產量變異的響應關系.
1 研究地區與研究方法
1. 1 試驗地概況
本研究依托于農業部貴州耕地保育與農業環境科學觀測實驗站的一項連續 23 年長期施肥試驗.試驗地位于貴州省貴陽市花溪區貴州省農業科學院內 ( 106°39'52″ E，26°29'49″ N) ，地處黔中丘陵區，屬亞熱帶季風氣候，平均海拔 1071 m，年均氣溫 15.3 ℃，年均日照時數 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，成土母質為三疊系灰巖與砂頁巖風化物. 該長期定位試驗于1994 年開始基礎設施建設和勻地，1995 年開始連續監測.1994 年采集基礎土樣，其耕層( 0 ～ 20 cm) 土壤基本性質為: 有機質 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 試驗設計
試驗采用大區對比試驗設計，小區面積 201 m2 ( 35.7 m×5.6 m) ，設置 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 重 復. 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農藥.所有處理除施肥差異外，其他農事活動均一致.
稗草物種鑒定為光頭稗( Echinochloa colonum) .稗草發生調查于 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，本 研究將試驗地延長邊3等分，設置3個調查取樣重復小區.采用田間調查方法，記錄重復小區內稗草的密度、單株穗數和總穗數; 在各小區取 4 個成熟稗穗，烘干脫粒，考察穗粒重和千粒重，根據穗粒重和千粒重計算每穗粒數.水稻成熟后全小區收獲測定水稻籽粒產量.
土壤樣品于 2016 年 11 月采樣，每個重復小區采用梅花布點法，采集 0 ～ 20 cm 耕層土樣，土壤混合均勻后帶回室內自然風干，研磨制樣; 測試有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀和 pH 值共 8 項指標，全部測試方法均參照《土壤農化分析》[17]進行.
1. 3 數據處理
數據整理和作圖采用 Excel 2016.統計分析采用 SPSS 17.0，用 LSD 法( α = 0.05) 進行差異顯著性檢驗.稗草發生與水稻產量和土壤性質采用線性回歸、相關分析和通徑分析.圖表中數據為平均值±標準差.
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2 結果與分析
2. 1 長期不同施肥對稗草發生數量的影響
經過 23 年長期不同施肥，黃壤性稻田稗草發生密度、單株穗數和總穗數均產生了顯著的變異( 圖 1) .稗草發生密度以氮鉀( 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施肥處理( NPK) ，CK、N、PK、NK 和 NP 處理較 NPK 處理稗草發生密度分別低 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 處理稗草單株穗數分別增加了 143%、205%、108%、106% 和 232%. 不同施肥處理中，MNPK 處理稗草發生總穗數最高，NK 處理最低; 施用有機肥各處理( 1 /4MNP、1 /2MNP、M 和MNPK) 稗草發生總穗數顯著高于不施肥( 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生的密度、單株穗數和總穗數，而不平衡施肥導致了稗草發生密度和總穗數的降低.
2. 2 長期不同施肥對稗草種子發生特征的影響
不同施肥各處理稗草種子穗粒數、千粒重和穗粒重發生特征如圖 2.稗草穗粒數以單施氮肥( 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發育.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.不同處理穗粒重發生規律與穗粒數規律一致，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和穗粒重形成有利，缺鉀( N、NP 處理) 對稗草穗粒數、千粒重和穗粒重形成不利.
2. 3 稗草發生特征對水稻產量的響應
水稻籽粒產量與稗草發生特征參數的直線擬合關系如圖 3.水稻籽粒產量與稗草發生密度和總穗數的擬合直線決定系數分別為 0.622 和 0.624，直線斜率均為正.表明在本研究條件下，稗草的發生密度和總穗數與作物籽粒產量有正相關性，較高的稗草發生密度和總穗數能夠反映作物的高產.單株穗數、穗粒數、千粒重和穗粒重與水稻產量的相關性在統計圖 2 不同施肥處理稗草穗粒數、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生和水稻籽粒產量對土壤性質的響應
長期施肥深刻地改變了土壤的基本性質，并導致各施肥處理的土壤性質分異( 表 2) .經過 22 年的連續不同施肥措施，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.不同施肥方式導致土壤全磷和有效磷發生顯著變異，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.
稗草的發生特征和水稻籽粒產量與土壤性質之間存在顯著的相關性( 表 3) .稗草發生密度與土壤有機質、全氮、全磷、堿解氮、有效磷和速效鉀呈顯著正相關關系，其中全磷和有效磷與稗草密度的相關性最高，表明土壤總磷水平和供磷能力越高，稗草的發生密度越大.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果一致.稗草單株穗數與土壤全氮、全磷、堿解氮和有效磷呈顯著正相關關系.稗草總穗數和穗粒重與土壤性質的相關性規律與稗草發生密度一致.土壤全鉀和 pH 值對稗草發生的各特征參數均無顯著的相關性.水稻籽粒產量除與土壤速效鉀含量和 pH 值相關不顯著外，與有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮和有效磷均呈顯著正相關關系，其中與全磷和有效磷含量相關性最高，相關系數分別達 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形成，直接通徑系數為0.738; 全磷含量是影響稗草發生密度、總穗數和水稻籽粒產量的主要因素，直接通徑系數分別為 0.862、0.877 和 0.945; 土壤速效鉀含量對稗草穗粒數和穗粒重的影響最大.
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