四川省玉米大豆带状复合种植田杂草发生种类及群落特征分析

周诗杰 ,  王义莲 ,  孙攀 ,  尚静 ,  杨文钰 ,  王学贵 ,  杨继芝

草业学报 ›› 2026, Vol. 35 ›› Issue (02) : 143 -154.

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草业学报 ›› 2026, Vol. 35 ›› Issue (02) : 143 -154. DOI: 10.11686/cyxb2025110
研究论文

四川省玉米大豆带状复合种植田杂草发生种类及群落特征分析

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Analysis of weed species and community characteristics in soybean-maize fields with a banded compound planting pattern in Sichuan Province

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摘要

为明确四川省玉米大豆带状复合种植田杂草发生规律,于2023-2024年采用倒置“W”9点取样法对四川省13市29个乡镇田间杂草进行了调查,计算各地区杂草相对优势度(relative abundance)以明确优势杂草,然后计算优势度指数(Berger Parker index)、丰富度指数(Margalef index)、香农指数(Shannon Wiener index)、辛普森指数(Simpson index)以分析群落特征,最后采用索雷申(Sorensen)群落相似性系数来衡量群落相似程度。结果表明:四川省玉米大豆带状复合种植田共有杂草40科,114种,其中优势杂草8种,区域性优势杂草11种,常见杂草27种,一般杂草68种。2024年,川西南地区杂草优势度指数最高,Berger Parker指数为5.84,Simpson指数、Shannon Wiener指数、Pielou指数均低于其他地区,优势杂草为马唐、空心莲子草、鸭跖草、羽叶蓼,相对优势度分别为25.92、18.11、13.48、10.00;川东地区杂草优势度仅次于川西南地区,优势杂草为稗草、马唐、空心莲子草,相对优势度分别为35.65、11.82、11.76;川西地区Simpson指数、Shannon Wiener指数、Pielou指数均高于其他地区,优势杂草为马唐、荩草、稗草、空心莲子草,相对优势度分别为33.46、33.41、7.61、6.68;川中地区优势杂草为马唐、荩草、打碗花、香附子,相对优势度分别为36.16、14.20、7.95、7.11。由索雷申群落相似性系数得出,不同地区杂草群落结构差异大,相似性指数均在0.5~0.6。因此,马唐、荩草、空心莲子草和稗草是四川玉米大豆带状复合种植不同区域的优势杂草,该研究结果为科学选择防控药剂提供了理论依据。

Abstract

In order to clarify the current situation of weeds in soybean (Glycine max)-maize (Zea mays) banded compound planting pattern fields in Sichuan Province, the occurrence of the weeds was investigated from 2023 to 2024 in 29 towns of 13 cities in Sichuan Province using an inverted W-shaped nine-point sampling method, and the relative abundance of weeds in each region was calculated to determine the dominant species. This was followed by analysis of community characteristics using the Berger-Parker index, Margalef index, Shannon-Wiener index, Simpson index, and Sorensen similarity coefficient to assess community structural similarities. soybean-maize In 2024, The highest dominance index of weeds was found in the southwestern Sichuan region, with a Berger-Parker index of 5.84, while the Simpson index, Shannon-Wiener index and Pielou index were lower than those for weeds in other regions, and where the dominant weeds were Digitaria sanguinalisAlternanthera philoxeroidesCommelina communis and Persicaria runcinata with relative dominance values of 25.92, 18.11, 13.48 and 10.00, respectively. The second-highest weed dominance was found in the eastern Sichuan region where Echinochloa crus-galliD. sanguinalis and A. philoxeroides were the dominant weeds, with relative dominance values of 35.65, 11.82 and 11.76, respectively. The Simpson index, Shannon Wiener index, and Pielou index in the western Sichuan region were higher than those in other regions, and the dominant weeds in this region were D. sanguinalisArthraxon hispidusE. crus-galli and A. philoxeroides, with relative dominance values of 33.46, 33.41, 7.61 and 6.68, respectively. The dominant weeds in the central Sichuan region were D. sanguinalisA. hispidusCalystegia hederacea and Cyperus rotundus, with relative dominance values of 36.16, 14.20, 7.95 and 7.11, respectively. The Sorensen similarity coefficient analysis revealed significant structural differences in weed communities among different regions, with similarity indices ranging between 0.5 and 0.6. From this analysis, D. sanguinalisA. hispidusA. philoxeroides and E. crus-galli emerge across different regions of Sichuan as the dominant weed species in soybean-maize fields sown with a banded compound planting pattern. The findings provide a theoretical basis for the scientific selection of targeted control agents and optimization of weed management strategies.

关键词

杂草群落特征 / 物种多样性 / 相对优势度 / Berger Parker指数 / 玉米大豆带状复合种植

Key words

weed community characteristics / species diversity / relative dominance / Berger-Parker index / soybean-corn banded compound planting

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周诗杰,王义莲,孙攀,尚静,杨文钰,王学贵,杨继芝. 四川省玉米大豆带状复合种植田杂草发生种类及群落特征分析[J]. 草业学报, 2026, 35(02): 143-154 DOI:10.11686/cyxb2025110

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玉米(Zea mays)和大豆(Glycine max)是我国重要的粮油作物。2023年中央“一号文件”中明确指出要“加力扩种大豆油料,深入推进大豆和油料产能提升工程,扎实推进玉米大豆带状复合种植”,该种植模式不仅可提高大豆种植面积,同时稳保玉米产量,缓解了我国粮油争地问题,对实现可持续生态农业发展和大豆产业振兴具有重要意义1。我国幅员辽阔,气候环境复杂,玉米大豆复合种植环境差异较大,导致田间杂草发生严重,杂草群落结构复杂,发生面积大,对作物危害严重2。杂草群落的分布受多重环境因子影响,柴继宽等3调查发现,土壤养分状况、水分供应、地理纬度差异以及土壤理化性质等因素,以及单一化除草剂的施用,共同决定了杂草群落的物种组成及其发生规律。目前,玉米大豆复合种植的杂草防治主要依赖化学除草剂,但能用于玉米大豆复合种植的除草剂品种较少4-5,如张玉等6通过调查发现,截至2022年6月,共同登记在玉米、大豆田的除草剂有效成分仅有苯氧羧酸类、二硝基苯胺类、酰胺类等9大类共14种,仍需大力研发和筛选新的除草剂种类;孙倩倩等7根据地方田间优势杂草发生情况,通过田间药效试验筛选出对马唐(Digitaria sanguinalis)、稗草(Echinochloa crus-galli)等优势杂草具有更高防效的复配除草剂砜吡草唑+嗪草酮,防治效果达96.9%以上;罗英8针对田间禾本科狗尾草(Setaria viridis)、稗草以及阔叶类铁苋菜(Acalypha australis)、鸭跖草(Commelina communis)等优势杂草,选择45种大豆、玉米田常用除草剂进行综合评价,筛选出大豆、玉米安全兼容性高且对后茬主要作物安全的除草剂配方,如乙草胺+噻吩磺隆、氟乐灵+唑嘧磺草胺、仲丁灵+乙氧氟草醚等。因此,针对不同地区杂草发生规律调查,明确田间优势杂草种类和杂草群落特征,对于杂草综合治理和防控具有重要意义。
四川省是我国大豆主产省份之一,也是优质高蛋白大豆的主产区。经过多年推广种植,2022年,玉米大豆复合种植面积达375.4万hm²以上,占全国总种植面积的1/4,总产值达70亿元,种植面积逐渐增加,对四川省耕地复种指数和经济效益有着重要意义。四川盆地地貌多样,土壤类型丰富,气候差异大,因地制宜发展出不同的农业耕作、除草方式以及不同种类化学药剂的使用,导致不同地区田间杂草优势种和杂草群落结构出现差异,且带状复合种植模式下包含玉米、大豆两种不同类型作物,化学防控较为困难,易对作物产生药害,防控效果不佳9-11。杂草的发生和危害已成为四川省玉米大豆复合种植模式大面积推广和应用的“卡脖子”问题,迫切需要明确各地区杂草发生规律,提高新药的试验力度,改进杂草防控技术,提升防控效果12。目前,还没有对四川玉米大豆带状复合种植田间杂草发生规律的系统性调查以及杂草群落特征分析,因此,本研究根据地形地势、土壤类型及气候特点对四川省玉米大豆带状复合种植杂草发生规律进行分区调查,以确定不同地区田间优势杂草,为新型药剂的筛选、杂草抗药性测定以及抗药机理研究等工作提供依据。

1 材料与方法

1. 1 调查地点

根据种植区域的地理位置划分调查地点,分为四川省东部地区、中部地区、西部地区以及西南地区,每个区域选择3个市,每个市选择2~3个县(镇),每个县(镇)选择一个玉米大豆带状复合种植示范地作为调查地点。2023-2024年连续调查两年(表1)。

1.2 调查方法

杂草调查采用倒置“W”9点取样法13,每个调查地点挑选3~6个示范田块,面积在667 m²以上,每块田调查9个样方,样方面积为0.25 m²(0.5 m×0.5 m),填写田间记录表,对于不熟悉、确定不了种类的杂草,拍照并采集其整株标本,编号带回,经查阅资料或请教专家辨认以确定种类。记录每个样方的杂草种类、株数,使用测量杆和百分之一电子秤测量杂草高度和鲜重,并采用目测法测量盖度。

1.3 测定指标与方法

1)将调查数据录入Microsoft Excel 2021软件,计算出田间杂草的相对频度(relative frequency,RF)、相对质量(relative mass,RM)、相对密度(relative density,RD)、相对高度(relative height,RH)、相对优势度(relative abundance,RA)。其中,RF=杂草出现样方数/调查总样方数×100%;RM=某杂草鲜重/所有杂草鲜重之和×100%;RD=某杂草的密度/所有杂草密度之和×100%;RH=某杂草的平均高度/所有杂草平均高度之和×100%。相对优势度RA=(RH+RD+RM+RF)/4,根据各地区玉米大豆带状复合种植田杂草的相对优势度和危害程度,将田间杂草划分为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)14-15

2)优势度指数(Berger Parker index,d)=1/(nmax/N);丰富度指数(Margalef index,dMa)=(S-1)/lnN;香农指数(Shannon Wiener index,He )=-PilnPi,辛普森指数(Simpson index,D)=Pi2(Pi=Ni/N)。式中:nmax表示杂草数量最多的个体数量,N是样方中所有杂草的密度和,Ni 是杂草i的密度;均匀度指数(Pielou index,Je )=He/lnS,物种丰富度(species richness,S)是某地区调查到的所有杂草的种类数。其中,Shannon Wiener 指数表示该地区杂草群落多样性的高低,Simpson指数表示群落中优势物种出现的概率以及群落集中性,Pielou指数表示杂草的均匀程度,如果这些指数越高,则认为该地区的物种多样性程度越高16-17

3)采用索雷申(Sorensen,CS )群落相似性系数来衡量群落相似程度,其计算公式为:CS =2j/(a+b),其中j表示群落A与群落B共有的杂草物种数量,ab分别代表群落A和群落B的杂草物种总数。该系数的数值为0~1,数值越接近1,则表明两个群落在物种组成上具有更高的相似性1517

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2021和Origin Pro 2018软件对数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 四川省玉米大豆带状复合田杂草种类

根据2023-2024年调查发现(表2),四川省玉米大豆带状复合田杂草种类涉及禾本科、菊科、藜科、大戟科、蓼科、苋科、十字花科、唇形科、鸭跖草科、玄参科、旋花科等共40科114种,其中菊科、禾本科、蓼科的杂草种类较多,分别有22、9、7种,大戟科、玄参科均有6种;苋科、唇形科均有5种;鸭跖草科、十字花科、豆科均有4种,其他科各有杂草1~3种不等。

2.2 四川省玉米大豆带状复合田杂草类型划分

根据2023年调查结果(表3),川东地区田间共发现17种杂草,其中稗草、空心莲子草、马唐、香附子、狗尾草、饭包草、苦味叶下珠相对优势度均大于5,为当年川东地区复合田的优势杂草;川中地区田间共发现13种杂草,其中空心莲子草、香附子、节节草、千金子、艾草、鸭跖草、鬼针草、狗尾草相对优势度均大于5,为当年川中复合田的优势杂草;川西地区田间共发现19种杂草,其中荩草、地锦草、马唐、空心莲子草、雾水葛、铁苋菜、苦味叶下珠、黄花酢浆草相对优势度均大于5,为当年川西地区复合田的优势杂草;川西南地区田间共发现18种杂草,其中马唐、荩草、空心莲子草、狗尾草、白花紫露草、白花鬼针草相对优势度均大于5,为当年川西南地区复合田的优势杂草。马唐、荩草、空心莲子草、香附子、稗草和狗尾草综合优势度均大于5,为当年全省内复合田优势杂草,且马唐、荩草和空心莲子草综合优势度分别为15.55、15.49和15,明显高于其他杂草,在杂草群落中占据绝对优势。

根据2024年调查结果(表4),川东地区田间共发现31种杂草,稗草、马唐、空心莲子草、饭包草、狗尾草、铁苋菜、牛筋草、雾水葛相对优势度均大于5,为当年川东地区复合田的优势杂草;川中地区田间共发现27种杂草,其中马唐、荩草、打碗花、香附子、饭包草、雾水葛相对优势度均大于5,为当年川中地区复合田的优势杂草;川西地区田间共发现27种杂草,其中马唐、荩草、稗草、空心莲子草、牛筋草、雾水葛、地锦草、公母草、苦味叶下珠、藜相对优势度均大于5,为当年川西地区复合田的优势杂草;川西南地区田间共发现33种杂草,其中马唐、空心莲子草、鸭跖草、羽叶蓼、弯曲碎米荠、雾水葛、饭包草、粗毛牛膝菊相对优势度均大于5,为当年川西南地区复合田的优势杂草。马唐、荩草、稗草、空心莲子草、雾水葛和饭包草综合优势度均大于5,为当年全省内复合田优势杂草,且马唐、荩草、稗草和空心莲子草综合优势度分别为26.84、12.2、11.45和9.86,明显高于其他杂草,在杂草群落中占据绝对优势。

2.3 四川省玉米大豆带状复合田杂草群落的多样性

四川省带状复合田杂草群落的多样性结果如表5所示。根据2024年结果,川西南、川东地区优势度指数较高,Berger Parker指数分别为5.84、3.96;其次为川中、川西地区,分别为2.79、2.37。川东、川西地区复合田杂草物种丰富度指数较高,分别为3.92和3.74;其次为川西南和川中地区,Margalef指数分别为3.54和3.28。从杂草群落集中性来看,川西地区杂草物种最少、杂草群落优势物种最集中,Simpson指数最高,为0.25;其次是川中、川东和川西南地区,Simpson指数分别为0.16、0.11和0.08。川西、川中地区香农指数较高,分别为0.54和0.43;川西南和川东地区较低,分别为0.35和0.39。从物种多样性和均匀度来看,川西地区物种多样性最高,杂草种类分布最均匀,Shannon Wiener指数和Pielou指数分别为0.54和0.15;其次为川东和川中地区,Pielou指数分别为0.11和0.13;而川西南地区最低,为0.09。对比2023年结果,2023-2024年,四川省各地区复合田杂草群落物种丰富度均有所增加,但香农指数、均匀度指数均减小,川东、川中和川西南地区辛普森指数降低,杂草群落中物种分布趋于分散。

2.4 四川省玉米大豆带状复合田杂草群落的相似性

表6可知,2024年川东地区与川中地区、川中地区与川西地区杂草群落较为相似,相似性指数均为0.58,而川东地区与川西地区杂草群落相似性指数最低,为0.52。索雷申(Sorensen)群落相似性系数得出,四川省不同地区玉米大豆复合田杂草群落结构差异大,相似性指数均在0.5~0.6之间。

3 讨论

本研究发现,四川省玉米大豆带状复合种植杂草共40科114种,其中菊科、禾本科、蓼科、大戟科、玄参科的杂草种类较多,分别有22、9、7、6、6种。杂草发生呈现出种类多、密度高、数量多、危害大等特点,其中,菊科杂草生命力强、繁殖速度快,在田间发生种类最多,发生量仅次于禾本科杂草,这与李好海等2在河南省的调查研究所得出的结论基本一致。杂草优势度结果表明,马唐、荩草、空心莲子草、香附子、稗草、雾水葛、狗尾草、饭包草等杂草优势度较高,RA在5.35~26.84,田间发生频率高,相对密度大,是四川省各地区玉米大豆复合种植田重点防控对象。狗尾草、牛筋草、香附子、千金子等杂草优势度相对稳定,RA在3.32~4.88,为次要防控对象。此外打碗花、弯曲碎米荠、节节草等杂草在部分地区发生较严重,应根据实际情况针对当地优势杂草采取特定防控措施,以达到较好的防控效果。

田间杂草的发生受埋土深度、种子数量、土壤类型、萌发条件和休眠特性等因素影响,导致其发生时间和种类呈一定程度的随机性和差异性18-19。根据群落相似性分析结果,四川省不同地区玉米大豆复合田杂草群落结构差异大。其中,川中种植地区多为低海拔丘陵,年平均温度较高,降水量少,土壤类型为熟化紫泥土和熟化黄泥土,形成了以马唐、荩草、空心莲子草、香附子、节节草、千金子为主的杂草群落,并伴有打碗花、饭包草等阔叶杂草;川东、川西和川西南地区靠近四川盆地边缘山地,降水量大,土壤类型以黄壤土、棕壤土、红壤土和山地褐土为主,川东地区地势陡峭,年平均温度较低,种植田呈现面积小、较为分散的特点,田间主要杂草为稗草、马唐、空心莲子草、香附子4种,狗尾草、饭包草、铁苋菜、牛筋草等在部分田块发生较重;川西与川西南地区地势平坦,年平均温度较高,调查区域内优势杂草主要包括马唐、荩草、空心莲子草、鸭跖草、地锦草、狗尾草。四川省各地区耕作方式、水肥管理措施、杂草防除方式等人为因素的不同及种植地区的光照、温度、降水量、土壤类型等自然环境因素不同,使田间杂草的种类、发生量及为害程度有一定差别,这与梁伟等20的研究结论一致。

杂草群落的多样性是农田杂草持续适应生态环境的必然结果,而物种多样性作为衡量生态系统稳定性的重要指标,揭示了杂草群落间的种间竞争动态,同时也反映了不同地区种质资源的丰富水平1721-23。2023-2024年调查数据对比显示,四川省各地玉米大豆复合种植田杂草群落结构发生了明显变化,杂草种类增多,物种丰富度有所增加,杂草分布趋于集中,且各地区之间优势杂草和物种多样性有较大差异。如川西地区种植田较为平坦,大部分为规模化、机械化种植示范区,多采用化学除草方式,在长期的单一性化学除草剂作用下,杂草群落集中性增大,Simpson指数由2023年的0.23上升至2024年的0.25,物种多样性降低,Shannon Wiener指数由2023年的0.57下降至2024年的0.54。川东、川西南地区雨水充沛,温度适宜,玉米大豆复合种植面积大,因此2024年杂草丰富度指数较高,分别为3.96和5.84,杂草种类分布较均匀,物种多样性较高。同一地区气候环境、农药施用种类、耕作制度以及生态环境发生改变时,引发杂草抗药性水平的相应变化,进而导致杂草群落组成发生改变,这与Khattak等24的结论一致。

4 结论

综上所述,马唐、空心莲子草、荩草和稗草已成为四川省玉米大豆复合种植田最大优势杂草种群,而鸭跖草、地锦草等在部分地区成为优势种杂草。不同地理区域优势杂草种群分布特征明显,川东地区杂草群落以马唐、空心莲子草、稗草、香附子为主;川中地区为马唐、空心莲子草、荩草、香附子;川西地区为马唐、空心莲子草、荩草、地锦草和稗草;川西南地区则是以马唐、空心莲子草、荩草、鸭跖草为主。同时,成都平原农用收割机械在跨区域作业过程中易携带、传播杂草种子,导致复合种植田块出现外来杂草入侵现象,而长期单一使用特定作用机制的除草剂,加速了抗药性杂草种群的演替进程,是引发马唐、空心莲子草等靶标杂草产生抗药性或耐药性的重要原因。因此,在杂草防控实践中,应采取除草剂轮换使用策略,不同作用机理的药剂进行复配施用,结合耕作制度调整、作物轮作等农业措施,构建综合性杂草治理体系25

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基金资助

大豆玉米带状复合种植绿色防控技术研究与集成示范(2023YFN0018)

国家现代农业产业技术体系四川省创新团队项目(sccxtd-2025-20)

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