土壤养分对稻田杂草种群的调控及其机制

农业生态系统的生物多样性对于减少农业化学品的投入及增强农业生态系统的稳定方面具有重要意义。在除草剂使用受到限制的条件下，农田杂草管理已成为现代农业生产所面临的一个重要的环境与生态学问题。土壤养分状况不仅影响作物生长，同时也影响田间各种杂草的生长，从而可能对田间杂草的群落组成进行调控。本项目拟以位于湖南省的8个稻田长期不同施肥定位试验为研究平台，首先，通过田间杂草调查与土壤杂草种子库的测定，探明不同土壤养分状况下稻田杂草种群组成的差异，阐明土壤养分状况对稻田杂草种群组成的影响规律；然后，通过研究不同土壤养分条件下各种杂草相应的生理适应特点及其相对竞争能力大小，揭示稻田各种杂草对不同土壤养分水平的植物营养学适应机制，了解土壤养分的变化对各杂草相对竞争能力的影响，解析不同土壤养分状况下稻田杂草种群组成变化的深层原因，从而为更好地进行农田杂草管理提供新的理论依据。

本项目拟以位于湖南省的8个稻田长期不同施肥定位试验为研究平台，首先，通过田间杂草调查与土壤杂草种子库的测定，探明不同土壤养分状况下稻田杂草种群组成的差异，阐明土壤养分状况对稻田杂草种群组成的影响规律；然后，通过研究不同土壤养分条件下各种杂草相应的生理适应特点及其相对竞争能力大小，揭示稻田各种杂草对不同土壤养分水平的植物营养学适应机制，了解土壤养分的变化对各杂草相对竞争能力的影响，解析不同土壤养分状况下稻田杂草种群组成变化的深层原因，从而为更好地进行农田杂草管理提供新的理论依据。研究结果表明，有机无机肥混施处理早稻和晚稻杂草种类最少，有机肥处理早稻杂草种类最多，不施肥处理晚稻最多，且后两者比前者依次分别高出34.4%和39.3%；有机肥处理两季杂草总量最高，比无机有机混施、化肥和不施肥处理分别高出10.7%，4.5%和37.7%，早稻杂草总量和湿生杂草生物量有机肥处理最多，晚稻不施肥处理最多，早稻和晚稻浮水杂草生物总量有机无机肥混施处理最多。土壤碱解氮、有效磷与杂草总干物质量显著正相关（相关系数分别为0.465和0.517），与湿生杂草生物量显著正相关（相关系数分别为0.482和0.542），土壤有效磷与浮水杂草生物量极显著正相关（相关系数为0.666），pH与之极显著负相关（相关系数为0.516）。土壤有效磷受土壤pH 和碱解氮及其他因子的共同作用对杂草总干物质量产生影响。通过各种施肥措施维持土壤适宜 pH及碱解氮、有效磷含量，能有效控制南方红壤稻田中湿生和浮水杂草生长，使杂草种类与总生物量达到有益的动态平衡。婆婆纳与离子草对光照或土壤P素养分水平的反应存在明显差异。在土壤低P水平下，婆婆纳的生长受到的限制相对比离子草要大；而在低光照条件下，离子草的生长受到的限制相对比婆婆纳要大。究其原因，主要是由于离子草在土壤低P水平下根系将分泌更多的有机酸，通过降低根际土壤pH而提高土壤P的有效性。而低光照条件下，婆婆纳将通过萌发更多的叶片以保证其更好的生长。同时，离子草在吸收H2PO4-时，其Km 更小。所以，两种杂草生长在一起时，其相对竞争能力随P素水平及光照强度发生变化。在高光照且土壤P水平低时，离子草的竞争能力比婆婆纳要大；而在低光照且土壤P水平高时，反而是婆婆纳的竞争能力要大。