不同秸秆还田方式对杂草种子库的影响
1秸秆还田作为解决秸秆污染问题与实现秸秆资源有效利用的最重要途径，已广泛应用于生产,其可能会对农田土壤杂草种子库带来一定的影响。为研究长期不同秸秆还田方式对土壤杂草种子库的影响，以南通市沿江试验站内长期秸秆还田的试验田为调查对象。分析了4个处理条件下（CK、全量20cm、全量40cm和半量20cm）土壤杂草种子库结构特征和物种多样性的变化规律。试验区土壤种子库共检出杂草种子22种，隶属于13个科。不同处理方式对土壤杂草种子库的物种组成、种子密度、群落结构以及它们的垂直分布的影响具有一定的规律性。其中，秸秆的全量填埋还田对土壤杂草种子库的影响最大（1）秸秆全量还田显著增加或倾向于增加土壤杂草种子库密度和物种丰富度，以中、下层土壤最为明显；（2）秸秆全量还田倾向于增加中、下层土壤杂草种子库密度和物种丰富度在总量所占的比重，使土壤杂草种子数量沿土壤的垂直分布更加均匀。而秸秆半量填埋还田对土壤杂草种子库的影响较小，秸秆填埋还田的深度对土壤杂草种子库几乎没有影响。因此，秸秆填埋的量是长期不同秸秆还田方式影响土壤杂草种子库的结构特征和多样性特征的关键因子。
目录
引言
引言 秸秆是成熟农作物茎叶（穗）部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗和其它农作物（通常为粗粮）在收获籽实后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆中含有农作物生长所需要的氮、磷、钾、镁、钙和硫等营养元素，是一种宝贵的生物资源，但秸秆未得到合理利用时也会给环境带来严重的危害。目前，我国每年生产约 7 亿吨的秸秆, 是世界上秸秆产量最丰富的国家之一[1]。为解决秸秆的出路问题与实现秸秆资源的有效利用，国家提出了农作物秸秆还田的政策。农作物秸秆还田不但可以为农业生产提供重要的肥料资源，而且有效的提高了土壤中有机质的含量和肥料的利用效率，改良了土壤的结构和物理性状，综合改善了土壤的水、热、肥、气等方面的生态效益[25]。其作为秸秆的一种直接、简单、廉价且有效的利用方式，在缓解秸秆污染环境问题的同时，促进了农业资源的循环利用，推动了农业生产的可持续发展。现阶段，秸秆还田作为我国农作物秸秆处理和实现秸秆资源有效利用的重要途径之一，已广泛地应用于生产实践之中[6]。
杂草作为农田生态系统的一个重要组成部分，其与作物之间竞争水分
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
、土壤肥力、光照及空间等资源。研究农田生态系统中杂草的物种组成及其群落结构对杂草的防除和农业生产具有重要的意义。Wilson等研究表明，在频繁受人类活动干扰的农田生态系统中，土壤杂草种子库的存在是农田杂草得以存在和延续的关键[7]。Thompson 等提出，土壤种子库是土壤及土壤表面的落叶层中所有具有生命力的种子的总和[8]。同时，Coffin等指出，一个植物群落的种子库不但是对它过去状况的记忆，也是反映群落现在和将来特点的一个重要因素[9]。所以，在农田生态系统中，土壤杂草种子库的存在不仅仅是杂草得以存在和延续的关键，而且能反映不同耕作模式下的杂草群落特征，为了解农田杂草发生的历史和现状提供依据［10］。土壤杂草种子库与地上部分的杂草群落互为库源，共同形成了杂草群落的综合体[11]。因此，研究土壤杂草种子库对杂草的防除理论及综合防治具有重要的意义[12]。王开金等研究表明，杂草的发生是由于杂草种子库与环境因子的相互作用，与土壤性质、温度和水分等环境因子关系密切［13］；Ghosheh等也指出不同的耕作制度和杂草控制措施会影响杂草种子库的结构、动态变化及其与田间杂草的关系［14］。故秸秆还田也会对土壤杂草种子库造成一定的影响，从而影响地上部分杂草群落的物种组成与结构特征，最终影响农作物的品质及产量。所以，研究长期不同秸秆还田方式下，土壤杂草种子库的结构特征和物种多样性的变化规律，对杂草的防除和农业生产具有重要的意义。
但国内外对农田土壤杂草种子库的研究较少，并且大多为不同施肥条件、不同除草方式或不同耕作方式下土壤杂草种子库的区域调查研究[15]。而很少研究长期秸秆还田条件下土壤杂草种子库的变化，且没有详细地分析农作物秸秆还田的量与还田深度上的差异对土壤杂草种子库的物种组成及群落结构的影响。本试验选取了目前应用最为广泛的粉碎翻压的秸秆还田方式作为研究对象，综合考虑了生产过程中不同秸秆还田方式的主要区别（不同的秸秆还田的量与还田深度的差异），种植制度为江苏省典型的稻麦轮作制度，具有较好的创新性与广泛的适用性。
本研究旨在说明三个问题：（1）长期条件下，不同秸秆还田处理之间以及与秸秆不还田处理之间，其土壤杂草种子库的物种组成是否存在差异；（2）长期条件下，不同秸秆还田处理之间以及与秸秆不还田处理之间，其土壤杂草种子库的种子密度和物种多样性指数以及它们的垂直分布的变化规律；（3）长期条件下，秸秆还田影响土壤杂草种子库的种子密度和物种多样性的关键因子是什么。期望可以通过对以上问题的探讨，为农田杂草的可持续治理及作物秸秆的高效合理利用提供理论依据。
1材料与方法
1.1 研究区概况
本实验采集了江苏省南通市江苏沿江地区农业科学研究所长期条件下秸秆定量、同方式填埋的试验田土样。地理坐标为东经121.5°、北纬32.4°。试验地属于北亚热带湿润性气候区，季风影响明显，四季分明，光照充足；降雨比较充沛，年降水量在1000毫米左右，夏季雨量约占全年雨量的40～50%；年平均气温15℃左右，1月份最冷，7、8月最热。种植制度为江苏地区典型的稻麦轮作制，秸秆填埋方式为粉碎翻压还田方式。供试土样为棕黄壤。萌发试验于江苏省大学的牌楼试验站中进行，萌发温度30C°左右。
1.2试验设计
本实验设置了4个处理：（1）秸秆不还田，收获产品及秸秆全部移出（CK）；（2）收获产品全部移出后，秸秆全部（100%）粉碎翻压还田于20cm左右的土壤层（全量20cm）；（3）收获产品全部移出后，秸秆全部（100%）粉碎翻压还田于40cm左右的土壤层（全量40cm）；（4）收获产品全部移出后，秸秆量的50%粉碎翻压还田于20cm左右的土壤层（半量20cm）。除秸秆还田差异外，其它种植方式相同。
1.3 土样的采集与样品处理
于2014年小麦收割后（6月份）取样。用直径2cm的圆筒形取土器，分别在各处理区中均匀取土样3钻，取样深度为25cm。将每个土芯分为3层：05cm土壤层（上层）、515cm土壤层（中层）和1525cm土壤层（下层）。将相同处理区的3个样点土样，按照土层合并后放入同一塑封袋内，重复3次。即每个处理9袋土样，分为上、中、下三层，每层重复3次。将土样置于4℃的冰箱中备用。
将土样置于室内避免阳光直射的阴凉处10天左右，自然风干后过0.2mm网筛，去除植物根、茎和石子等杂质[16]，确保体积较大种子也没有被筛除。
为了较为真实地反映土壤杂草种子库的组成，试验采了Thompson和Grime (1979)的萌发方法[8]对土样进行萌发。试验在温室内进行，使用直径22cm、高17cm、底部有孔的塑料花盆作为萌发器皿。将清洁无植物种子的沙子装进塑料花盆至 15cm，然后将已处理的土样，全部均匀平铺于沙子上。在萌发处理区内及周围均匀的放置10盆只装有沙子的花盆，以检测种子库的萌发过程未受到外来种子的污染。定期浇水，以保证萌发土壤湿润。以花盆为单位拍照记录，可鉴定的幼苗鉴定后去除，防止成熟杂草结实再度萌发，暂无法鉴定的幼苗移栽到其它花盆，等待鉴定。种子库萌发实验从2014年6月开始到10月结束。当连续4周萌发土壤中无新幼苗出现时，试验结束。统计各个花盆中萌发草本的种类和数量。
目录
引言
引言 秸秆是成熟农作物茎叶（穗）部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗和其它农作物（通常为粗粮）在收获籽实后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆中含有农作物生长所需要的氮、磷、钾、镁、钙和硫等营养元素，是一种宝贵的生物资源，但秸秆未得到合理利用时也会给环境带来严重的危害。目前，我国每年生产约 7 亿吨的秸秆, 是世界上秸秆产量最丰富的国家之一[1]。为解决秸秆的出路问题与实现秸秆资源的有效利用，国家提出了农作物秸秆还田的政策。农作物秸秆还田不但可以为农业生产提供重要的肥料资源，而且有效的提高了土壤中有机质的含量和肥料的利用效率，改良了土壤的结构和物理性状，综合改善了土壤的水、热、肥、气等方面的生态效益[25]。其作为秸秆的一种直接、简单、廉价且有效的利用方式，在缓解秸秆污染环境问题的同时，促进了农业资源的循环利用，推动了农业生产的可持续发展。现阶段，秸秆还田作为我国农作物秸秆处理和实现秸秆资源有效利用的重要途径之一，已广泛地应用于生产实践之中[6]。
杂草作为农田生态系统的一个重要组成部分，其与作物之间竞争水分
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
、土壤肥力、光照及空间等资源。研究农田生态系统中杂草的物种组成及其群落结构对杂草的防除和农业生产具有重要的意义。Wilson等研究表明，在频繁受人类活动干扰的农田生态系统中，土壤杂草种子库的存在是农田杂草得以存在和延续的关键[7]。Thompson 等提出，土壤种子库是土壤及土壤表面的落叶层中所有具有生命力的种子的总和[8]。同时，Coffin等指出，一个植物群落的种子库不但是对它过去状况的记忆，也是反映群落现在和将来特点的一个重要因素[9]。所以，在农田生态系统中，土壤杂草种子库的存在不仅仅是杂草得以存在和延续的关键，而且能反映不同耕作模式下的杂草群落特征，为了解农田杂草发生的历史和现状提供依据［10］。土壤杂草种子库与地上部分的杂草群落互为库源，共同形成了杂草群落的综合体[11]。因此，研究土壤杂草种子库对杂草的防除理论及综合防治具有重要的意义[12]。王开金等研究表明，杂草的发生是由于杂草种子库与环境因子的相互作用，与土壤性质、温度和水分等环境因子关系密切［13］；Ghosheh等也指出不同的耕作制度和杂草控制措施会影响杂草种子库的结构、动态变化及其与田间杂草的关系［14］。故秸秆还田也会对土壤杂草种子库造成一定的影响，从而影响地上部分杂草群落的物种组成与结构特征，最终影响农作物的品质及产量。所以，研究长期不同秸秆还田方式下，土壤杂草种子库的结构特征和物种多样性的变化规律，对杂草的防除和农业生产具有重要的意义。
但国内外对农田土壤杂草种子库的研究较少，并且大多为不同施肥条件、不同除草方式或不同耕作方式下土壤杂草种子库的区域调查研究[15]。而很少研究长期秸秆还田条件下土壤杂草种子库的变化，且没有详细地分析农作物秸秆还田的量与还田深度上的差异对土壤杂草种子库的物种组成及群落结构的影响。本试验选取了目前应用最为广泛的粉碎翻压的秸秆还田方式作为研究对象，综合考虑了生产过程中不同秸秆还田方式的主要区别（不同的秸秆还田的量与还田深度的差异），种植制度为江苏省典型的稻麦轮作制度，具有较好的创新性与广泛的适用性。
本研究旨在说明三个问题：（1）长期条件下，不同秸秆还田处理之间以及与秸秆不还田处理之间，其土壤杂草种子库的物种组成是否存在差异；（2）长期条件下，不同秸秆还田处理之间以及与秸秆不还田处理之间，其土壤杂草种子库的种子密度和物种多样性指数以及它们的垂直分布的变化规律；（3）长期条件下，秸秆还田影响土壤杂草种子库的种子密度和物种多样性的关键因子是什么。期望可以通过对以上问题的探讨，为农田杂草的可持续治理及作物秸秆的高效合理利用提供理论依据。
1材料与方法
1.1 研究区概况
本实验采集了江苏省南通市江苏沿江地区农业科学研究所长期条件下秸秆定量、同方式填埋的试验田土样。地理坐标为东经121.5°、北纬32.4°。试验地属于北亚热带湿润性气候区，季风影响明显，四季分明，光照充足；降雨比较充沛，年降水量在1000毫米左右，夏季雨量约占全年雨量的40～50%；年平均气温15℃左右，1月份最冷，7、8月最热。种植制度为江苏地区典型的稻麦轮作制，秸秆填埋方式为粉碎翻压还田方式。供试土样为棕黄壤。萌发试验于江苏省大学的牌楼试验站中进行，萌发温度30C°左右。
1.2试验设计
本实验设置了4个处理：（1）秸秆不还田，收获产品及秸秆全部移出（CK）；（2）收获产品全部移出后，秸秆全部（100%）粉碎翻压还田于20cm左右的土壤层（全量20cm）；（3）收获产品全部移出后，秸秆全部（100%）粉碎翻压还田于40cm左右的土壤层（全量40cm）；（4）收获产品全部移出后，秸秆量的50%粉碎翻压还田于20cm左右的土壤层（半量20cm）。除秸秆还田差异外，其它种植方式相同。
1.3 土样的采集与样品处理
于2014年小麦收割后（6月份）取样。用直径2cm的圆筒形取土器，分别在各处理区中均匀取土样3钻，取样深度为25cm。将每个土芯分为3层：05cm土壤层（上层）、515cm土壤层（中层）和1525cm土壤层（下层）。将相同处理区的3个样点土样，按照土层合并后放入同一塑封袋内，重复3次。即每个处理9袋土样，分为上、中、下三层，每层重复3次。将土样置于4℃的冰箱中备用。
将土样置于室内避免阳光直射的阴凉处10天左右，自然风干后过0.2mm网筛，去除植物根、茎和石子等杂质[16]，确保体积较大种子也没有被筛除。
为了较为真实地反映土壤杂草种子库的组成，试验采了Thompson和Grime (1979)的萌发方法[8]对土样进行萌发。试验在温室内进行，使用直径22cm、高17cm、底部有孔的塑料花盆作为萌发器皿。将清洁无植物种子的沙子装进塑料花盆至 15cm，然后将已处理的土样，全部均匀平铺于沙子上。在萌发处理区内及周围均匀的放置10盆只装有沙子的花盆，以检测种子库的萌发过程未受到外来种子的污染。定期浇水，以保证萌发土壤湿润。以花盆为单位拍照记录，可鉴定的幼苗鉴定后去除，防止成熟杂草结实再度萌发，暂无法鉴定的幼苗移栽到其它花盆，等待鉴定。种子库萌发实验从2014年6月开始到10月结束。当连续4周萌发土壤中无新幼苗出现时，试验结束。统计各个花盆中萌发草本的种类和数量。
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