皖北高粱田杂草种类及群落特征分析

许锦程　许孟桃　俞少祥等

关键词 高粱；皖北地区；杂草群落；物种多样性；区域聚类分析

中图分类号：S 514；S 451.0 文献标识码：A DOI：10.16688/j.zwbh.2022279

高粱Sorghum bicolor（L.）Moench是我国栽培较早的禾谷类作物之一，用途广泛，是酿造业、酒精生产、饲料加工等行业的重要原材料[1-2]。随着种植模式的调整，淡水资源的匮乏及对杂粮作物的需求逐渐上涨，高粱在农业生产中的地位愈加重要[3-4]。高粱具有生育期短、抗逆性强、产量稳定等种植优势，积极发展高粱产业可有效提高复种指数和农业经济效益[5]。皖北地区作为长三角经济带的重要组成部分，光照充裕、雨量充沛，农田机械化程度较高，良好的气候条件为生产优质高粱奠定了基础[6]。然而，舒适的自然环境同时也为杂草滋生提供了适宜条件，因杂草具有繁殖能力强、竞争优势明显、可随生境的改变调节种群密度等特点，造成农田小气候改变，作物生育期内病虫害发生加重。杂草现已成为高粱安全生产的主要制约因素[7]。Dille等[3]的研究表明，美国每年未采取除草措施的高粱田平均产量损失可达47%，估值约9.53亿美元。因此，如何科学治理田间杂草是高粱产业发展和轻简化栽培的前提和关键。

杂草是农田生态体系的主要组成部分，对气候、环境及耕作模式的变化适应性较强，可不同程度地导致作物产量和品质降低[9]。皖北以平原、丘陵为主，各地区杂草群落结构复杂，因此开展杂草群落分布特征研究对减少农业投入，提高生产效率及制定和优化防控措施具有重要意义。张家儒等[10]2020年的调查表明，四川省德阳市直播高粱田以禾本科杂草为主，形成以马唐Digitaria sanguinalis、自生水稻为主的杂草群落；赵全明[11] 2014年的研究表明，江淮地区高粱田主要有稗Echinochloa crus-galli、狗尾草Setaria viridis、马唐、苍耳Xanthiumstrumarium等，且在高粱播种后10～15 d达出苗高峰。此外，有研究表明，农田耕作制度、施肥水平及种植方式等的变化在一定程度上可加速农田杂草群落演替[12-14]。

近年来，关于高粱田杂草防除的研究多集中于对除草剂的筛选[15-17]，而有关高粱田杂草种类组成及群落特征变化的研究未有系统报道。基于此，为明确皖北高粱田杂草群落的分布现状，于2020年一2021年系统调查了皖北地区高粱田杂草的发生情况，分析了皖北不同高粱种植区域的群落多样性，旨在为杂草可持续治理，完善高粱田杂草化学防除体系及保障高粱生产安全提供理论依据。

1材料与方法

1.1皖北地理概况

皖北，安徽省北部简称，地处32°32′N—34°38′N、114°52′E-118°10′E，包括宿州、淮北、蚌埠、阜阳、淮南、亳州6市，属暖温带半湿润季风气候。全年平均气温14～17℃，气候温和、湿润；夏季高温多雨，年均降雨量773～1670mm;全年无霜期200～240 d，日平均温度超过10℃以上的活动积温为4600～5300℃；土壤为黄棕壤，地形以平原为主，濒江临淮，地势平坦。土地面积达39149 km，占全省总面积的33.3%[6]。

1.2调查方法及样点分布

根据皖北地区高粱的种植区域分布，于2020年-2021年每年的6月-7月（此时高粱处于苗期和拔节期之间）对阜阳市（阜南县、临泉县、太和县、颍上县）、亳州市（谯城区、涡阳县、利辛县、蒙城县）、淮南市（凤台县、寿县）、蚌埠市（怀远县、五河县）、宿州市（泗县、灵璧县、埇桥区、萧县）、淮北市（濉溪县、杜集区）共计18区／县，每个区／县2～3个代表性乡镇（表1）的高粱田杂草进行了调查。所选田块面积不小于667m。于田间杂草幼苗期采用倒置“W”九点取样法取样，每点面积0.25m，记录样方内杂草的种类及数量，所选田块耕作管理方式同当地生产实践。其中，禾本科杂草株数为茎秆数，阔叶及莎草科杂草以株数表示[18]。通过植物智、《中国杂草志》等描述的杂草特征进行识别和鉴定[19-20]。

2结果与分析

2.1皖北地区高粱田杂草种类

结果显示，皖北地区高粱田共有17科36种杂草。其中禾本科、菊科杂草最多，禾本科杂草包括稗、马唐、牛筋草Eleusine indica、狗尾草、金色狗尾草Setaria pumila、画眉草Eragrostis pilosa等6种，占所有种数的16.67%；菊科杂草包括刺儿菜Cirsium arvense var.zntegrifolium、苍耳、苣荬菜Sonchus wightianus、鬼针草Bidens pilosa、小蓬草Erigeron canadensis、苦苣菜Sonchus oleraceus等；其次為苋科杂草，有反枝苋Amaranthus retroler-us、苋Amaranthus tricolor、喜旱莲子草Alternan-thera philoxeroides、青葙Celosia argentea、藜Che-nopodium album等5种，占所有种数的13.89%;其他种类较多的有旋花科、莎草科等。皖北域内稗、狗尾草、马唐、青葙、金色狗尾草、牛筋草的频度较高，分别为90.38%、78.85%、74.04%、61.54%、58.65%；稗、马唐、牛筋草、狗尾草的密度最大，分别达107.94、49.93、45.12、17.93株／m；稗、马唐、牛筋草的种群多度较高，分别为20.17%、9.35%、8.44%（表2）。

2.2皖北地区高粱田优势杂草分析

根据皖北地区高粱田杂草的相对优势度和危害程度，将高粱田杂草划分为4种类型，即优势杂草（RA≥5）、区域性优势杂草（3≤RA<5）、常见杂草（1≤RA<3）、一般杂草（RA<1）[22]。由表3可知，稗、马唐、牛筋草、狗尾草的优势度均大于5，且均为禾本科杂草，防除较为困难，是皖北地区高粱田的主要优势杂草；其次铁苋菜Acalypha australis、鸭跖草、青葙、金色狗尾草等4种为皖北地区的区域性优势杂草；苋、苘麻Abutilon theophrasti、苍耳、马齿苋Portulaca oleracea、碎米莎草Cyperus iria、反枝苋、刺儿菜C.arvense var.integrifolium、画眉草、夏至草Lagopsis supina、芥菜Brassica juncea、藜、香附子Cyperus rotundus、葎草Humulus scandens等13种杂草在部分地域出现频率较高，为常见杂草（优势度1≤RA<3）；打碗花Calystegia hederacea、喜旱莲子草、红蓼Persicaria orientalis、萝藦Cynanchum rostellatum，锦葵Maloa cathayensis、丁香蓼Ludwigia prostrata、乌蔹莓Causonis ja-ponzca、异型莎草Cyperus di formis、鬼针草、田旋花Convolvulus arvensis和苦苣菜Sonchus olera-ceus等15种杂草相对优势度均低于1，且在调查样点中发生数量较少，属一般杂草。此外，苋、马齿苋、碎米莎草、反枝苋等4种杂草在部分地区的相对优势度大于5，各高粱种植区应将其作为重点防治对象。

皖北各市高粱的耕作栽培制度及农田管理水平等略有不同，致使各调查区域杂草的种类有较大差异。阜阳市地势平坦，形成了以稗、狗尾草、牛筋草、马唐、苋、反枝苋为主的杂草群落，伴有青葙、铁苋菜、刺儿菜等阔叶杂草。亳州市平原较多，雨量集中，田间杂草群落主要为稗、马唐、牛筋草、狗尾草和铁苋菜5种，苘麻、刺儿菜等杂草在部分田块发生较重。淮南市属丘陵地区，灌溉较为便利，稗发生最重，其次为马唐、牛筋草、狗尾草、青葙、金色狗尾草、马齿苋和鸭跖草等。蚌埠市气候适宜，域内多以平原为主，除稗、马唐发生较重外，铁苋菜、碎米莎草亦不容忽视。宿州市内高粱耕作制度不一，少数为大蒜与高粱轮作，田间杂草群落主要为牛筋草、稗、马唐、狗尾草等。淮北市高粱种植面积较少，在调查区域内主要有稗、牛筋草、狗尾草、鸭跖草和马唐等。此外，阜阳市的苋、反枝苋，亳州市的铁苋菜，淮南市的鸭跖草、青葙、金色狗尾草和马齿苋，蚌埠市的铁苋菜和碎米莎草以及淮北市的鸭跖草等杂草是各地市的区域优势杂草，相对优势度均较高且发生基数较大，各高粱种植区域应高度重视。综上所述，有效控制上述杂草危害应是皖北地区制定高粱田绿色防控的重点。

2.3皖北高粱田杂草群落的多样性

杂草群落的多样性是农田杂草持续适应生态环境的结果。皖北地区高粱田杂草的群落多样性结果如表4所示。阜阳市和亳州市杂草的优勢度指数最高，Berger-Parker指数分别为4.89、3.78，其次为宿州市，其余3市优势杂草的发生程度略低，Berger-Parker指数在1.48～1.70之间。淮北市和阜阳市高梁田杂草物种丰富，Margalef指数分别为3.16和3.14；其次为亳州市和宿州市，Margalef指数分别为3.09和3.01。从度量杂草群落集中性的辛普森指数来看，阜阳市和亳州市的指数相近，Simpson指数分别为0.87和0.85；其次为宿州市和淮北市，Simpson指数分别为0.72和0.63；而淮南市和蚌埠市的指数最低，均为0.53。阜阳市和亳州市杂草的物种种类较多，Shannon-Wiener指数分别为2.41和2.26，其余4市杂草的Shannon-Wiener指数在1.17～1.70之间。阜阳市和亳州市杂草的均匀度相当，Pielou指数分别为0.72和0.70，而其余4市杂草的均匀度指数在0.37～0.54之间。综上所述，阜阳市的杂草多样化程度最高，其次为亳州市、淮北市和宿州市；而蚌埠市、淮南市的多项指数均低于其他4市。

2.4皖北各地区高粱田杂草群落的相似性

以各地区杂草群落的相对优势度为依据，将皖北各市中RA≥1的杂草群落进行了系统聚类分析。结果表明阜阳市、亳州市、宿州市聚为第1组，淮南市、淮北市、蚌埠市聚为第2组（图1）。其中，阜阳市和亳州市的欧式距离最小，为10.80。

3结论与讨论

长期以来，农田杂草干扰作物生长，恶化生态环境，成为阻碍作物优质生产的主要影响因素[23]。高粱对除草剂十分敏感，施用不当极易产生安全性问题[24-25]。据统计，登记于高粱田的化学除草剂共48种，其中含有莠去津成分40种，二氯喹啉酸成分19种，莠去津与二氯喹啉酸混剂17种，分别占登记总数的83.33%、39.58%、35.42%[26]。莠去津、二氯喹啉酸等单剂及其混配产品作为高粱田首选的除草剂品种，能够防除多数一年生杂草，杀草谱广且活性较高，但其在土壤中残效期较长，长期单一使用易对环境造成污染，且存在抗药性和对后茬作物的安全性等问题[27-28]。因此，明确皖北高梁田杂草的发生现状对指导农户科学用药、制定杂草综合防治措施具有重要意义。

高粱通常在春末夏初播种，该阶段极易受到杂草侵害，加上杂草在形态、生育规律及适生条件等方面与作物十分相似，此期若发生草害会导致高粱长势瘦弱，对培育壮苗极为不利。研究表明，高粱在出苗后前4周内与杂草共生可造成减产40%～97%[29]。此次高梁田杂草调查时间集中在苗期至拔节期前，此阶段杂草易于鉴别，对作物的危害程度可比性强，结果更能反映田间杂草的发生情况。结果表明，皖北地区高粱田共发现杂草17科36种，禾本科、菊科、苋科杂草种类最多，其中稗对高粱的威胁最严重，种群密度可达107.94株/m。杂草优势度结果表明，稗、马唐、牛筋草、狗尾草等杂草优势度最高，RA在8.63～23.46之间，发生频度高，种群密度大，是皖北地区高粱田杂草的重点防控对象。此外，苘麻、苍耳、藜、葎草、刺儿菜、香附子等杂草在部分调查区域内发生较重，多位学者的研究表明，上述杂草在田间生长迅速，后期单株生长量较大，一旦扩散蔓延难以防除，因此筛选可防除上述杂草的高活性除草剂可为高粱稳产、增产提供理论支撑[30-32]。

物种多样性可反映不同杂草群落间的竞争关系，又体现着地区间种质资源的丰富程度，明确不同高粱种植区域的杂草多样性对指导当地农业生产实践、减轻农业面源污染具有重要意义[33-34]。多样性分析结果表明，阜阳市杂草的优势度指数（Berger-Parker index）最高，达4.89，以稗、狗尾草、苋、牛筋草、马唐为主；其次为亳州市，Berger-Parker指数为3.78，田间除禾本科的稗、马唐、牛筋草、狗尾草危害严重外，铁苋菜的发生量较大，优势度可达8.19；淮北市的杂草种类最多，Margalef指数为3.16，田间优势杂草以稗、牛筋草、狗尾草、鸭跖草等为主。阜阳市的Simpson、Shannon-Wiener、Pielou等指数均为最高，分别为0.87、2.41、0.72；其次为亳州市，各指数分别为0.85、2.26、0.70。不同地区间优势杂草的发生程度与当地的气候条件、耕作制度及农田管理水平等有很大关系[35-36]。

聚类分析结果表明，皖北高粱田杂草群落可分为2组，各地区杂草群落不一致的原因与农田管理水平、用药习惯、种植制度等关系密切。阜阳、亳州市、宿州3市高粱产销体系成熟，多为白酒、酒精生产企业的种植基地，种植区域常集中连片分布，且当地机械化程度和农田管理水平较高；而淮南、淮北、蚌埠3市的高粱种植多为家庭农场形式，不同农场种植制度灵活多变，除草剂应用水平及用药时期差异较大。此外，陈国奇等[37]和周瑜等[38]的研究表明，除草方式、施肥水平、种植密度等田间管理措施对杂草发生和作物产量的影响较大，因此可通过改进和优化耕作措施来抑制优势杂草的发生量，从而提高产量。当下农户普遍知识储备较少，缺乏对除草剂及杂草知识的正确认识，通常盲目加大除草剂的施用剂量来达到理想的防除效果，但此做法增加了杂草可持续治理的实施难度。因此在生产实践中可结合此次对皖北地区高粱田杂草的调查结果，根据杂草的发生现状采取科学、高效的综合防除措施，将杂草对作物的危害降至最低水平。