李双建 王小武 付开赟 吐尔逊·阿合买提 何江 丁新华 郭文超
摘要：为明确新疆玉米种植区田间杂草的组成以及群落结构特征，对新疆3个玉米主产区田间杂草群落组成进行系统调查及对杂草群落结构进行分析。结果表明，新疆灌溉玉米产区共有杂草38种，隶属17科34属，其中，以禾本科稗[Echinochloa crusgalli （L.） Beauv.]、狗尾草[Setaria viridis （L.） Beauv.]，藜科灰绿藜（Chenopodium glaucum L.），锦葵科野西瓜苗（Hibiscus trionum L.）和苘麻（Abutilon theophrasti Medicus）以及苋科凹头苋（Amaranthus lividus L.）为该地区优势杂草。不同地区的重要杂草种类和群落结构组成存在差异，喀什春播玉米田杂草的种类最丰富，乌鲁木齐地区杂草次之，伊犁地区杂草的危害时期最为集中。生态位宽度的分析结果进一步验证了各地区重要杂草的优势性。乌鲁木齐地区马齿苋、稗，伊犁地区狗尾草、苘麻和田旋花，喀什春播玉米田的田旋花和龙葵以及喀什复播玉米田中苘麻和灰绿藜等主要杂草与地区重要杂草的生态位重叠值较高，在防治重要杂草时应谨防上述地区的主要杂草上升为重要杂草。
关键词：新疆;玉米田;杂草群落;群落结构
杂草作为农田中的重要有害生物，主要通过与目标作物争取光照、水分和营养等方式制约农作物的生产[1]，通常使农作物减产10%～20%，同时农田杂草又是病虫害的栖息地[2]。因此，为保证玉米作物的良好生长，须对田间杂草进行合理控制[3]。玉米田杂草种类组成及群落结构分析是开展玉米田杂草科学防控的基础，同时，开展玉米田杂草生态位分析，可摸清植物种群生态的重要特性，明确玉米田优势杂草、种类、分布，还将有助于预测玉米田间杂草的群落演替，并为及时制定科学有效的防控策略、选择最佳的防除时期提供指导[3-4]。
新疆位于亚欧大陆腹地，地域辽阔，气候特点、种植模式等均与我国其他省份存在较大差异[5]，因此，其他省份玉米田杂草的本底调查并不能准确反映我国西北荒漠绿洲灌溉玉米产区的玉米田杂草组成。此外，玉米田杂草已成为目前制约新疆维吾尔自治区玉米种植业最突出的植保问题。由此可见，开展新疆玉米田间杂草的种类组成及群落结构分析对于指导新疆以及我国西北地区玉米田杂草的科学有效治理具有重要指导意义。在此背景下，本研究在对新疆主要玉米产区玉米田间杂草种类、分布和发生情况系统调查的基础上，通过分析群落结构特征及生态位宽度、生态位重叠值等指标，为当地玉米田杂草的科学管理与防控提供指导。
1 材料与方法
1.1 研究地概况
根据新疆不同玉米主要种植产区的特点，选取了3个具有代表性的地点开展玉米田杂草的系统调查工作，分别位于北疆春播玉米主产区的乌鲁木齐市、伊犁自治州，以及南疆復播玉米主产区的喀什地区（表1）。
1.2 调查方法
于2018年6—8月对上述3个地区的玉米田杂草进行调查。每个调查地随机选择5～10块成片玉米田，每个调查田面积不小于1 hm2。各调查田采用倒置“W”9点随机取样法对玉米田间杂草组成进行系统调查，每样点1m2，分别记录样方内杂草的种类、株数、高度和盖度。杂草种类的鉴定先参考中国杂草信息系统进行比对，后通过《中国杂草志》进行种类鉴定[6]。
1.3 数据统计
1.3.1 重要值分析 根据调查结果计算各个样点杂草重要值，其中RD、RC、RF依次为相对密度、相对盖度和相对频度。重要值≥10%，为重要杂草;1%≤重要值<10%，为主要杂草;重要值<1%，为次要杂草[7]。
重要值（Ⅳ，%）=RD+RC+RF3;
RD=样方内某种杂草的株数样方内杂草的总株数×100%;
RC=样方内某种杂草的盖度样方内杂草的总盖度×100%;
RF=样方内某种杂草的出现频度样方内所有杂草的总频度×100%。
1.3.2 群落结构分析 参考魏守辉等的研究[8-10]，物种丰富度（Margalef，简称M）、Shannon Wiener指数（H）、Pielou指数（J）、Simpson指数（D）计算公式如下：
式中：Ni为样方中第i物种的个体数，N为样方总个体数，S为样方内杂草种类数量。
1.3.3 生态位分析 采用Excel 2010计算样方杂草生态位宽度、生态位重叠值[11]，计算公式如下：
式中：nij为物种i在资源j上的重要值，Ni表示物种i在所有资源上的重要值之和，Pij代表物种i在资源j上的重要值占该种在所有资源上的重要值比例。
式中：NO为生态位重叠值;nij和nkj为种i和k在资源j上的优势度。将文中调查到的杂草按生态位宽度值划分为3类，即广生态位种（Bi≥1.5），中生态位种（0.5≤Bi<1.5）和窄生态位种（0 2 结果与分析
2.1 新疆地区玉米田间杂草群落结构分析
杂草系统调查表明，新疆地区共有玉米杂草17科34属38种，其中菊科（7种）、禾本科（6种）、藜科（3种）和十字花科（3种）在杂草种类中所占比例较高，达50.00%。从生活型来看，一年生杂草共26种，占总草数量的68.42%，多年生杂草12种，占总草的31.58%（一年生或多年生的杂草有5种，这5种都算作多年生）。由此可看出，新疆玉米产区玉米田间杂草多样化程度较高，且以一年生菊科、禾本科和藜科等杂草为主（表2）。
表3表明，乌鲁木齐地区共有杂草13科19属20种，其中共有4种重要杂草（苘麻、野西瓜苗、灰绿藜和凹头苋）、7种主要杂草和9种次要杂草，分别占总草的20.00%、35.00%、45.00%;伊犁地区共有杂草10科16属18种，其中共有3种重要杂草（灰绿藜、牛筋草和凹头苋）、7种主要杂草和8种次要杂草，分别占总草的16.67%、38.89%、44.44%;喀什地区春播玉米田共有杂草12科23属26种，其中共有3种重要杂草（稗、马齿苋和小藜）、18种主要杂草和5种次要杂草，分别占总草的11.54%、69.23%、19.23%;喀什地区复播玉米田共有杂草8科10属11种，其中共有4种重要杂草（稗、凹头苋、马齿苋和反枝苋）、5种主要杂草和2种次要杂草，分别占总草的36.36%、45.45%、18.18%。重要杂草最多的是乌鲁木齐地区和喀什复播玉米田，均为4种;主要杂草最多的是喀什春播玉米田，分别是乌鲁木齐、伊犁和喀什复播玉米田主要杂草的2.57倍、2.57倍和3.60倍。新疆玉米产区田间杂草以稗、灰绿藜、凹头苋、苘麻和马齿苋为主要优势杂草，且均为一年生杂草。主要优势杂草在不同地区多有分布，且多为各地区重要杂草种类。
如表4所示，喀什地区春播玉米田Margalef物种丰富度（3.696 1）、Shannon Wiener多样性指数（2.463 2）和Pielou均匀度指数（0.756 0）均最高，物种优势度Simpson指数（0.127 4）最低，说明该地区春播玉米田较其他地区杂草种类丰富，杂草数量分布均匀度高。从衡量物种优势集中性的Simpson指数来看，伊犁地区玉米田Simpson指数（0.277 8）最高， Pielou均匀度指数（0.570 9）最低，说明伊犁地区玉米田重要杂草的优势度最明显，且杂草分布不均匀，其发生与危害相比过于集中在一个时期。
2.2 新疆地区玉米田间杂草生态位分析
生态位宽度是评价植物种群对环境资源利用状况的测度，生态位宽度值越大， 则对环境的适应能力越强，发生量就越多，危害更严重;生态位重叠值的大小反映了2种杂草的发生在生态生境上的相似性[7-8]。
由表5可知，在乌鲁木齐地区杂草资源中，凹头苋（0.916 2）生态位宽度最大，其次为灰绿藜（0.913 6）和野西瓜苗（0.888 3），说明以上3种杂草在该地区具有较强的资源利用能力，这也同时进一步验证了重要值的相关分析结果;其他杂草的生态位宽度值为0.261 7～0.769 4，这些杂草多为该地区主要或次要杂草。伊犁地区杂草组成中，灰绿藜（0.683 0）生态位宽度最大，狗尾草（0.677 4）和野西瓜苗（0.675 8）次之;与重要值分析结果相同的是，灰绿藜为该地区的重要杂草。喀什地区春播玉米田雜草组成中，稗（0.836 6）生态位宽度最大，小藜（0.819 0）次之。喀什地区复播玉米田中，马齿苋（0.694 9）生态位宽度最大，稗（0.687 9）和灰绿藜（0.675 4）次之，也与重要值分析结果类似。生态位宽度分析结果和杂草重要值分析结果类似，生态位宽度越大的杂草种类，也多为该地区的重要杂草。
如表6至表9所示，乌鲁木齐地区玉米田杂草生态位重叠值最大的是苘麻与稗（0.981），说明这2种草有非常相似的资源利用特点，且资源利用竞争激烈，在防治其中一种杂草时，须防止另一种杂草大面积发生危害;此外生态位宽度较大的杂草与其他种间的生态位重叠值也较高，如凹头苋与灰绿藜（0.952）、凹头苋和野西瓜苗（0.897）、凹头苋和马齿苋（0.895）、野西瓜苗和灰绿藜（0.894）、灰绿藜和马齿苋（0.860）以及野西瓜苗和马齿苋（0.829）等;伊犁地区玉米田杂草生态位重叠值最大的是蒲公英和小飞蓬（0.990），但蒲公英（0.2970）和小飞蓬（0.2837）的生态位宽度在当地杂草种类中均较低，因此表明了蒲公英和小飞蓬生态位的高度一致;生态位重叠值较高的杂草种类还有狗尾草和苍耳（0.903）、灰绿藜和野西瓜苗（0.902）、灰绿藜和狗尾草（0.896）、狗尾草和田旋花（0.892）、狗尾草和苘麻（0.871）、灰绿藜和凹头苋（0.861）、野西瓜苗和苘麻（0.860）以及灰绿藜和田旋花（0.859）等;喀什春播玉米田杂草生态位重叠值最大的是荩草和狗尾草（0.970），其次是小藜和田旋花（0.950）、小藜和马齿苋（0.948）、稗和龙葵（0.944）、马齿苋和田旋花（0.933）以及反枝苋和苍耳（0.903）等;喀什复播玉米田生态位重叠值最大的是反枝苋和苘麻（0.961），其次为马齿苋和稗（0.950）、反枝苋和马齿苋（0.945）、马齿苋和灰绿藜（0.939）、马齿苋和苘麻（0.934）以及反枝苋和灰绿藜（0.927）。在防除各地区重要杂草时，还须防止乌鲁木齐地区的马齿苋和稗，伊犁地区的狗尾草、苘麻和田旋花，喀什春播玉米田中的田旋花和龙葵，以及喀什复播玉米田中苘麻和灰绿藜上升成为该地区的重要杂草。
凹头苋、灰绿藜和稗等重要杂草在3个地区的4种玉米田中生态位均较高，这说明这3种杂草在新疆玉米田杂草群落中有较强的环境资源利用能力，且与其他多种杂草的生态位重叠值也较高，在防治这3种杂草时，须同时防治与其生态位重叠值高的主要杂草，防止出现主要杂草上升为重要杂草的现象。
就生态位宽度而言，3个地区的4种玉米田中均无广生态位种杂草。乌鲁木齐地区玉米田中生态位杂草有8种，窄生态位杂草有7种。伊犁地区玉米田中生态位杂草有7种，窄生态位杂草有7种。喀什春播玉米田中生态位杂草有15种，窄生态位杂草有6种。喀什复播玉米田中生态位杂草有7种，窄生态位杂草有3种。
3 结论与讨论
新疆地处中国西北干旱地区，农田杂草多由耐旱、耐盐碱的杂草组成，杂草对不同调查区域的环境气候等一系列特点的响应，影响了不同地区的杂草群落组成[5]。
研究结果表明，新疆玉米田共有38种杂草，多以凹头苋、藜、稗、马齿苋、反枝苋、苘麻、野西瓜苗和牛筋草为主。重要值和群落结构分析表明：不同地区的重要杂草种类和群落结构组成存在差异，喀什地区春播玉米田杂草的种类最丰富，Margalef指数（3.696 1）、Shannon Wiener指数（2.463 2）和Pielou指数（0.756 0）最高，而该地区复播玉米田间杂草的Margalef指数（1.443 3）和Shannon Wiener指数（1.648 2）最低，但稗草和马齿苋均为该地区玉米重要杂草;乌鲁木齐地区杂草的Margalef指数为3.116 9、Shannon Wiener指数为2.200 6、 Pielou指数为0.734 6， 重要杂草以苘麻和野西瓜苗为主;伊犁地区杂草的Simpson指数（0.277 8）最高，这表明其优势杂草危害时期最为集中，且该地区重要杂草以灰绿藜为主。喀什春播玉米田杂草种类、多样性和均匀度均为最高，可能与当地气温高有很大关系;而喀什复播玉米田杂草的多样性则是最低，优势度指数高，原因可能是在收获上茬作物的同时清除掉了许多与上茬作物相似的杂草生活史长，且复播玉米田间新生的多为生活史较短的杂草种类。魏守辉等研究发现了，反枝苋、稗、马齿苋、藜、狗尾草等杂草为河北各地区玉米田的主要杂草，这些杂草在新疆各地区均有发生且多为重要杂草，说明这些杂草的适应能力极强[13]。马丽荣等研究表明危害玉米田的杂草多为一年生杂草，且阔叶杂草的危害更为严重[14]，这与其他学者的研究类同。
生态位是现代生态学发展的一种重要理论，它以数学的方法测度物种在有限资源的多维空间中综合利用资源的能力、利用资源多样化的程度和竞争水平[15]，在物种间关系、生物多样性、群落结构及功能和种群进化等研究中有着广泛应用，成为解释自然群落中物种共存与竞争机制的基本理论[16-17]。生态位宽度和生态位重叠值作为生态理论的主要评价指标，其数值的大小反应出物种的分布范围[18]和不同杂草种间竞争的强弱与其对环境资源利用的相似性[19]。在不同的地区，重要杂草表现出不同的生态位宽度。乌鲁木齐地区的重要杂草苘麻的生态位宽度为0.444 5，明显低于其他主要杂草生态位宽度，且其生态位重叠值大于0.500的仅有苘麻和灰绿藜（0.633）、苘麻和凹头苋（0.570）;伊犁地区的重要杂草凹头苋生态位宽度也明显低于其他重要杂草。喀什春播玉米田和喀什复播玉米田杂草的生态位宽度总体变化稳定，仅次要杂草的生态位宽度发生改变。生态位宽度的分析结果进一步验证了上述各地区重要杂草的优势性。生态位重叠值分析表明，乌鲁木齐地区马齿苋、稗草，伊犁地区狗尾草、苘麻和田旋花，喀什地区春播玉米田的田旋花和龙葵以及喀什地区复播玉米田中苘麻和灰绿藜等主要杂草与地区重要杂草的生态位重叠值较高，在防治重要杂草时应谨防上述地区的主要杂草上升为地区重要杂草。在化学防治中，通常优势杂草得到了有效控制，同時次优势杂草便会迅速成为新的优势杂草，加快了杂草群落演替的节奏，杂草生态位的研究在预测农田杂草群落演替方向、更加科学有效地防除农田杂草、保护生态平衡等多方面具有重要意义。
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