山东棉田杂草组成及其群落特征

房锋++李美+高兴祥+李健+张朝贤

摘要：采用倒置“W”九点取样法对山东主要棉区杂草种类进行调查，并进行物种多样性分析，明确目前山东棉田杂草种类及其群落特征。结果表明：山东棉田杂草有81种，隶属于24科57属，其中禾本科杂草最多，有10属18种；其次是菊科，有11属13种。优势杂草有牛筋草、马齿苋、马唐、鳢肠、芦苇、藜、铁苋菜、打碗花、苣荬菜等9种，区域优势杂草7种，常见杂草4种，一般杂草61种。从区域分布来看，武城、垦利、夏津、广饶、河口等地杂草丰富度指数、香农指数、辛普森指数、均匀度指数均高于其它县区棉田。从聚类分析结果可以看出，棉田杂草群落变化和空间距离、地理环境、种植模式等因素有密切关系。惠民和高唐聚类分析的欧氏距离最小，为6.04；高青和其他县市区之间欧氏距离最大，为23.41。

关键词：棉花；杂草群落；物种多样性；聚类分析

中图分类号：S562+S451文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）02-0120-07

棉花（Gossypium spp.）为我国重要的经济作物，同时是关系国计民生的战略物资，全国种植面积约500×104 hm2，占经济作物种植面积的26%[1，2]。杂草是危害我国棉田安全生产的重要因素之一，据全国农田杂草考察组的抽样调查推算，全国棉田草害达中等以上程度的有220×104 hm2，占棉花种植总面积的56%[3]。自然情况下，杂草危害可造成棉花产量损失37.5%～68.4%，严重发生地块可造成棉花减产90%以上；在除草的情况下，每年造成产量损失约14%～16%[1，4，5]。

山东是黄淮海棉区的传统产棉大省，但有关山东棉田杂草种类及其危害的调查研究较少，以2000年前后报道较多，且多为各地分散调查。赵国祥等[6]于1999年对濰坊棉田杂草发生进行了调查；张路生等[7]于2001年对滨州市棉田杂草发生进行了调查；董慈祥等[8] 于2000年对菏泽市小麦套种方式下的棉田杂草进行了调查。近两年尹会会等[9]于2012年报道了鲁西棉区、王兆振等[10-12]于2014年报道了山东省德州市和菏泽市棉田杂草发生种类及其发生规律，随后报道了山东省棉田杂草发生种类及其群落结构。以上报道中仅2014年王兆振等第一次较为全面地报道了山东棉田杂草群落现状。农田草害群落组成和演替受多方面因素影响，如地理环境、栽培、耕作及施肥方式的变化，除草剂的使用，跨区引种，农业机械跨区作业等 [13-18]。随着农业种植结构的调整和农业机械化的发展，特别是随着除草剂的使用，棉田草相已发生了较大改变，只有定期普查，时刻掌握棉田杂草的发生及其动态变化规律，及时调整控草策略，才可实现对棉田杂草的可持续治理[1，19]。所以笔者在2014年王兆振等人报道基础之上，进一步扩大调查范围，增加调查样本数。本次调查对山东省7个地市20个棉花主要种植县市区100个乡镇的600个地块，共计5 400个样方进行了调查，旨在进一步探明山东棉田杂草的发生危害状况及其群落结构，分析不同杂草群落间的物种多样性和群落相似性等，为指导棉田杂草防除、实现棉田杂草的科学防控和可持续治理提供理论依据。

1材料与方法

1.1山东省地理及棉花种植概况

山东省位于中国东部沿海、黄河下游，东经114°477′～112°42′、北纬34°22′～38°24′之间，东西最长约700 km，南北最长420 km，陆地总面积15.71×104 km2。境域包括半岛和内陆两部分，中部山地突起，东部和南部为和缓起伏的丘陵区，北部和西北部为平坦的黄河冲积平原。属于暖温带半湿润季风气候区，气候温和。土壤类型丰富且差异较大，生物资源种类多、数量大，有各种植物3 100余种[20]。

山东是除新疆棉区外的内陆第一产棉省[21]。近年来，受植棉比较效益、用工、种植结构、气候条件等因素影响。植棉面积由1983年的150×104 hm2减少到2013年的63.6×104 hm2，2015年山东省植棉面积预计低于33×104 hm2[22，23]。主要集中在以下3个棉区：以淄博高青、滨州、东营为代表的鲁北棉区；以聊城高唐、临清，德州夏津、武城、宁津为代表的鲁西北棉区；以济宁金乡，菏泽郓城、巨野、成武为代表的鲁西南棉区[24]。

1.2调查方法与样点分布

于2014年6月中旬，对山东省主要棉区棉田杂草进行取样调查，调查时棉花为苗期或蕾期。调查共计7个地市20个县市区100个乡镇的600个地块，每地块采用倒置“W”九点取样[26]，共计5 400个样方，每样方0.25 m2，详细记录样方内杂草种类、株数、株高、鲜重及棉花栽培方式、生育期等。杂草种类鉴定以《中国植物志》[26]和《中国杂草志》[27]为依据。

1.3数据统计及分析

以县（县级市或区）为单位，统计计算棉田杂草的相对优势度和物种多样性。相对优势度（relative abundance）RA=（RD+RH+RW+RF）/4。其中，RD为相对密度（relative density），即某种杂草的密度所占总密度的比例；RH为相对高度（relative height），即某种杂草的总高度占样方中所有杂草高度的比例；RW为相对鲜重（relative weight），即某种杂草的鲜重占样方中杂草总鲜重的比例；RF为相对频度（relative frequency），即杂草出现的样方数占所有杂草出现的总样方数的比例[29，30]。

杂草物种多样性分析采用丰富度指数M（Margalef）、香农指数H（Shannon-Wiener index）、辛普森指数D（Simpson index）、均匀度指数J（Pielou index）来衡量。M=（S-1）/lnN； H=-∑si=1Pi·lnPi； D=∑Pi2；J=H/lnS。其中，Pi为第i种杂草的密度占样方中杂草总密度的比例，Pi=Ni/N；Ni为样方中第i种杂草的密度；N为样方中杂草的总密度；S为各棉区内杂草的种类数[31]。

研究数据使用Microsoft Excel 2013进行处理，并用DPS 7.5进行统计及聚类分析。

2结果与分析

2.1山东棉田杂草种类

分为以下4个类型：优势杂草、区域性优势杂草、常见杂草和一般杂草。优势杂草是指在山东各棉区均有分布，优势度较高，对棉花生长发育及产量影响显著的杂草；区域性优势杂草是指在某些棉花种植区域出现，对当地的棉花生长发育影响很大，防除较困难的杂草；常见杂草是指在山东大部分棉田均有发生，但优势度较低，对棉花危害较小的杂草；一般杂草是指在局部分布，优势度较低，对棉花整个生长发育影响较小的杂草。

牛筋草、马齿苋、马唐、鳢肠、藜、铁苋菜、苣荬菜等杂草在山东各棉区均有分布，综合优势度较大，均大于4.18；芦苇在郓城和金乡、打碗花在临清优势度为0.00，但在山东其他棉区均有分布且综合优势度均较大，综合优势度分别为6.46和4.92。以上9种杂草在山东各棉区的发生优势度均较高，对棉花生长发育及产量影响严重，防除较为困难，为山东棉田优势杂草。

稗、香附子、白茅、扁秆藨草、狗牙根、碱蓬和刺儿菜在山东部分棉区或某些特定类型棉田发生的优势度较大，对棉花产量影响较严重，防除也较困难，为区域性优势杂草。如稗、白茅、碱蓬、刺儿菜等杂草在鲁北棉区的发生优势度较大；香附子、扁秆藨草在鲁北棉区和鲁西南棉区优势度较大；狗牙根在鲁西南棉区优势度较大。

反枝苋、狗尾草、龙葵、小藜虽然在大部分棉田都有发生，但优势度较低，对棉花产量与品质造成的影响较小，为棉田常见杂草。

一般杂草有苦苣菜、田旋花、萹蓄、地锦、节节草以及表2中未列出优势度小于0.5的杂草，如牵牛、皱果苋、苘麻、虎尾草、腋花苋、野西瓜苗、苍耳、具芒碎米莎草、野胡萝卜、升马唐、毛马唐、画眉草、千金子、金色狗尾草、蓟、小蓬草、蒲公英、猪毛蒿、葎草、小酸浆等。

2.3山东棉田杂草发生特点及群落特征

从山东全省棉田杂草的综合优势度数据（表2）可以看出：牛筋草、马齿苋、马唐、鳢肠优势度位居前4位，依次为12.96、12.24、12.01、7.54，其次是芦苇、藜、铁苋菜、打碗花和苣荬菜，以上9种杂草是山东棉田主要优势杂草。山东棉田杂草以禾本科和阔叶混合发生为主。由于地理环境、农田生态及棉花种植方式不同，山东各棉区杂草发生的种类、群落组成及危害情况差异较大。

东营市地处山东省北部黄河三角洲地区，暖温带大陆性季风型气候。土壤类型主要为褐土、砂姜黑土、潮土、盐土，盐化潮土的面积较大。该市棉田优势杂草为芦苇、马齿苋、牛筋草、鳢肠、马唐和藜，其优势度分别为15.53、10.59、8.25、6.57、6.16和6.05，除河口区马齿苋优势度稍高于芦苇外，其他各县区芦苇优势度均最高。

滨州市全境地势大体是南高北低，略向东北倾斜。全境呈现南北两种不同类型的地貌特征。小清河以南屬泰沂山区北麓的低山丘陵区，小清河以北为黄河冲积平原，地势低平，该棉区以覆膜直播为主，兼有麦套棉或枣套棉的种植方式。土壤类型主要为潮土、盐土和褐土。滨州市棉田优势杂草为牛筋草、马唐、鳢肠、马齿苋和芦苇，其优势度分别为11.62、11.26、10.40、9.81和7.03，其次是稗、打碗花、白茅和藜。各县区间杂草优势度不尽相同，如：滨城区的马唐、沾化县的稗草、惠民县的牛筋草是当地优势度最高的杂草，而博兴县则是马齿苋，无棣县为鳢肠。

淄博市棉花栽培主要集中在高青县，地处黄河下游冲积平原及黄河三角洲地区，暖温带大陆性季风型气候。土壤类型主要为潮土和盐土。高青县棉田优势杂草为马唐、铁苋菜、打碗花、马齿苋、刺儿菜和藜，其优势度分别为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、宁津、武城三县，地处鲁西北黄河冲积平原，境内地形较为平缓，属半干旱大陆性季风气候。该区域棉花以覆膜直播为主，土壤类型多样，主要为潮土、盐土、风砂土和沙壤土。该地区棉田杂草的发生以禾本科和阔叶杂草混生为主，牛筋草、苣荬菜、马齿苋、马唐和鳢肠为当地优势杂草，发生优势度分别高达14.19、12.94、12.70、8.95和8.93，铁苋菜、藜、反枝苋次之。夏津县棉田杂草优势度最高的为苣荬菜、宁津县则是牛筋草，而武城则是马齿苋、马唐、苣荬菜优势度居前三位，但差距不大，分别为11.70、11.56、11.35。

聊城市棉花栽培主要集中在临清市、高唐县，地处鲁西北黄河冲积平原，境内地形较为平缓，地势西南高、东北低。该区域棉花以覆膜直播为主，土壤类型多样，主要为潮土、盐土和风砂土。该地区棉田杂草的发生和德州市类似。牛筋草、马齿苋、藜、鳢肠、马唐和苣荬菜为当地主要优势杂草，发生优势度分别高达29.17、13.64、9.09、8.98、6.45和6.38，牛筋草优势度远高于其他杂草。

济宁市植棉集中在金乡县，地处鲁西南黄淮海平原，属暖温带大陆性气候。该区域植棉面积达4.8万公顷，80%以上为蒜套棉种植，主要土壤类型为褐土、潮土和水稻土，种植方式多为苗床育苗、移栽覆膜模式，棉区马唐、香附子、马齿苋、牛筋草和铁苋菜是该地区群落优势种，发生优势度分别高达18.82、16.53、14.11、9.88和9.47，显著高于其它杂草。

菏泽市植棉主要在巨野、郓城、成武三县，气候、土壤类型、栽培模式和济宁金乡相似，同样为蒜套棉种植区。棉区马唐、马齿苋和牛筋草是该地区群落优势种，发生优势度分别高达22.08、18.82和16.06，显著高于其它杂草，其次是香附子、铁苋菜、狗牙根、打碗花和鳢肠等。

2.4山东棉田杂草物种多样性

由表3可知，棉田杂草物种丰富度最高的是武城县，丰富度指数为10.02，其次是垦利、夏津、广饶、河口等县区；最低的是临清市，丰富度指数为3.12。以各市地为单位看，德州、东营各县区的丰富度指数普遍较高，显著高于其它市地。从衡量群落多样性的香农指数看，东营地区物种多样性较高，香农指数最高的是垦利县，为2.86，其次是广饶、东营、武城等县区棉田。从衡量群落物种优势集中性的辛普森指数看，武城县最高，为1.00，其次是广饶、东营、垦利、河口等县区。从各地杂草群落的均匀度指数看，广饶最高，为0.80，其次是东营、垦利、沾化等县区。

2.5不同县域棉田杂草聚类分析

将山东各县域棉田优势度RA≥0.50的杂草构成矩阵进行系统聚类分析，结果（图1）表明，山东棉田杂草群落变化和空间距离、地理环境、种植模式有密切关系。惠民和高唐地区棉田聚类分析的欧氏距离最小为6.04；鲁西南地区的金乡和巨野均为蒜套棉种植区，地理位置相邻，地理环境基本一致，聚类分析的欧氏距离较小，为12.22，金乡和巨野两县和同处于鲁西南地区的郓城、成武之间距离较小，分别为13.60、14.56；地理位置较近的东营和垦利之间为10.37，二者和利津之间为10.66；武城和夏津之间为10.83；高青和其它县市区之间欧氏距离最大，为23.41。

3讨论与结论

从调查数据可以看出，山东全省棉田杂草以牛筋草、马齿苋、马唐、鳢肠、芦苇、藜、铁苋菜、打碗花和苣荬菜等9种为优势杂草，稗、香附子、白茅、扁秆藨草、狗牙根、碱蓬和刺儿菜等为区域性优势杂草。由于山东棉花种植以地膜覆盖种植模式为主，杂草防除大多采用覆膜前除草剂土壤喷雾处理，主要使用的除草剂品种为二甲戊灵、氟乐灵、乙草胺、乙氧氟草醚、扑草净等药剂及其复配制剂[31]，所以本文调查结果为施药后棉田杂草发生情况。一些对所选用除草剂相对敏感的杂草，如反枝苋、狗尾草等山东夏季作物优势杂草优势度明显下降，在此调查结果中仅为一般杂草。反之，对这些除草剂不敏感的杂草，如马齿苋、鳢肠、藜、铁苋菜和打碗花以及多年生杂草芦苇、香附子、白茅、扁秆藨草、狗牙根、刺儿菜等成为优势杂草或区域性优势杂草。

1985-1987年唐洪元等[32]对全国棉田杂草进行了调查，其中黄淮海棉田杂草危害面积达75.2%，主要杂草有马唐、牛筋草、绿狗尾、稗草、田旋花、苣荬菜等。1994年张泽溥[13]报道了我国棉田优势杂草以马唐、牛筋草、千金子、旱稗、狗尾草等禾本科杂草为主，鳢肠、婆婆纳、反枝苋、灰绿藜、铁苋菜、苘麻等阔叶杂草及香附子部分棉田发生严重。以上两次调查结果相差不大，但距今已有20余年，且调查区域广，涵盖山东的调查点无从确定，加上由于种植结构调整，山东棉花种植区也由原来的5个减少为3个[24]，所以棉田杂草群落结构数据无法对比。2000年董慈祥等[8]报道了菏泽地区棉田杂草有12科26种，其中禾本科杂草占30.8%，阔叶杂草占61.5%，莎草占7.7%，马齿苋、牛筋草、马唐、铁苋菜为当地优势杂草；本研究调查结果表明，该地区棉田杂草有13科27属32种，禾本科杂草占56.76%，其中阔叶杂草占39.85%，莎草占13.55%，马唐、马齿苋和牛筋草是该地区群落优势种，显著高于其它杂草，其次是香附子、铁苋菜、狗牙根、打碗花和鳢肠等。张路生等（2002）[7]、刘合昌（2005）[33]报道了濱州棉田杂草种类则以禾本科杂草为主，主要有马唐、狗尾草、金狗尾草、牛筋草、稗草，有部分阔叶杂草和莎草科杂草马齿苋、反枝苋、凹头苋、藜和香附子等；本研究调查结果表明，滨州市棉田优势杂草为牛筋草、马唐、鳢肠、马齿苋和芦苇。由此可以看出，杂草群落发生了很大变化，分析原因可能与田间喷施除草剂、种植模式、耕作方式改变等密切相关。

尹会会等[9]2012年在聊城市和德州市的5个县调查了棉田杂草，共发现25科58种，其中禾本科占66.6%，出现频率较高的杂草主要有牛筋草、马唐、狗尾草等禾本科杂草，反枝苋、铁苋菜、马齿苋等阔叶杂草，香附子等莎草科杂草，其中马唐发生率高达60%～95%。本研究调查结果表明，该地区棉田杂草有23科54属56种，禾本科占69.6%，发生频率较高的杂草主要有牛筋草、马唐、苦苣菜、马齿苋、醴肠等。本次调查和尹会会等[9]2012年调查均是牛筋草和马唐等禾本科杂草为主，所占比例相差无几。但两次调查结果阔叶杂草有一定差别，由于调查县域不完全相同、种植模式、用药方式等不同，不同年份自然环境存在差异等原因，棉田杂草的种类也存在一定差异，但是发生优势度较大的杂草大致相同。王兆振等[10]2014年报道了山东棉田杂草共有68种，隶属于24科49属，其中优势杂草4种，区域优势杂草10种。牛筋草、马齿苋、马唐、铁苋菜是构成不同棉区杂草群落的优势杂草，优势杂草调查结果和本研究大致相同，优势度较高的杂草前3种完全相同，后5种优势度排序稍有差别。另外，本研究调查结果表明，山东棉田杂草有81种，隶属于24科57属，杂草种类多于王兆振等[10]报道的68种。分析原因主要与取样点的差异有关，本研究取样600个地块，显著多于之前的252个，涵盖面积较广。本次研究600个地块的调查数据是对王兆振等[12]调查数据很好的补充。

对比以上调查数据可以看出，山东棉田杂草种群变化和群落演替随着地理位置的横向变化和随着时间的纵向变化均较为明显。从目前杂草群落构成及群落演替趋势来看，对现有棉田推广的除草剂不敏感的一些阔叶杂草以及一些多年生杂草危害将日趋严重，这些杂草的防控将成为未来几年棉田杂草防控的重点。本研究结果为按照不同区域优势杂草的种类，及时制定适合各区域棉田杂草防除措施，实现棉田杂草防控可持续性提供了重要的参考依据。

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