农业技术论文发表玉米田养鹅系统物种多样性与杂草生产力关系

 　　试验对农牧一体化方式下玉米田养鹅模式和传统种植模式的田间杂草群落进行对比研究，统计分析放牧前各杂草的生物多样性指数和地上生物量，以期初步明确玉米田养鹅模式下物种多样性与生产力之间关系。结果表明：萝北和林芝两地玉米田养鹅处理后的多样性、优势度、物种丰富度以及地上生物量均比对照高，两地物种多样性指数与生产力显著相关性高，群落物种多样性与生产力之间紧密相关，系统群落多样性的增加可以明显提高地上生物量。

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　　物种多样性与生态系统功能关系的研究是生态学领域研究的重点[1]。物种多样性的增加可以提高生态系统的能量转换效率以及植物对水分、光照、养分等方面的竞争利用效率，从而影响生态系统的生产力[2]。目前对生态系统物种多样性与群落结构特征之间的关系研究，主要集中在结构特征及物种多样性方面[3]，尤其以草地生态系统物种多样性与生产力关系研究居多[1-2]。由于农业农田生产模式运用除草剂去除田间杂草，田间杂草种类有限，而对农田生态系统的相关性研究还很少。除草剂在使用初期虽然明显提高了农田作物的产量，但也带来了诸多农药残留危害[4-5]。

　　“农牧一体化”生产方式下的“玉米田养鹅”是一种免除草剂农业生产模式[6]，该模式不进行人工除草，而是采用养禽措施来控制杂草，并施用“拒食剂”来防止鹅采食玉米(Zea mays)叶片，从而在获得常规生产收益的同时，还可通过鹅采食杂草获得完整的养禽收益，以往对“玉米田养鹅”模式主要在能值评估、生物多样性分析及生产效果等方面开展了相关研究[7-12]。作为鹅主要食物来源的杂草在“玉米田养鹅”模式生产效益中发挥主要作用，其生产力直接关系到“玉米田养鹅”模式的生产经济效果，但“玉米田养鹅”模式对物种多样性与农田杂草生产力之间关系的影响尚未得到明确。为此，本文采用相关分析方法，对进行“玉米田养鹅”生产一定年限后，农田生态系统物种多样性和杂草生产力的关系进行了初步研究，探讨农田系统物种多样性和杂草生产力之间的关系，为生产调控促进杂草生产力的提高提供理论参考。

　　1 试验区概况

　　试验设萝北和林芝两个试验区。萝北试验区位于黑龙江省萝北境内的延军农场 (E 130°49′，N 47°42′)。延军农场地处小兴安岭东端的山区，海拔高度 100-400m，属寒温带大陆性季风气候区，年平均气温 2.6℃ 到 3.5℃;林芝试验区位于西藏林芝地区八一镇(E94°49′，N29°33′)，具体参照参考文献[9]。

　　2 研究方法

　　2.1 试验设计

　　萝北和林芝两个试验区分别简称“萝北”和“林芝”，分别已经连续进行了 1 年和 4 年的定位试验。萝北共划分了 6 个小区，每小区面积约 500 m2，小区随机设计且均有编号，每个小区周围用 60 cm 高尼龙网围封，每三个区为一组，6 个区分为两组，两组试验田分别做不同处理。A1、A2、A3 三个区为对照组，对照组采用喷洒“阿特拉津”除草剂处理。B1、B2、B3 三个区为玉米田养鹅区，养鹅区不做任何除草设计，试验中期进行放鹅处理。玉米品种为“德美亚 1 号”，机械播种，播种量为 25-30 kg/ha，播种间距约为 20 cm×60 cm，底肥为掺混肥，使用量为 100 kg/ha，总养分含量≥46(%)，总氮含量≥18(%)，有机磷含量≥22(%)。当玉米生长至小喇叭口期时使用尿素(总氮含量≥46.4%)机械追肥，施用量为 100 kg/ha。

　　林芝共划分了 6 个小区，每小区面积约 100 m2，每个小区周围用 50 cm 高尼龙网围封，每三个区为一组，6 个区分为两组，两组试验田分别做不同处理。A1、A2、A3 三个区为对照组，对照组采用喷洒乙草胺除草剂封闭处理，施用量为 1.65 kg/hm2(溶于 120 L 水中)，利用自制罩头的背式喷雾器进行喷雾，5 月末和 6 月末各施用 1 次。B1、B2、B3 三个区为玉米田养鹅区，养鹅区不做任何除草设计，试验中期进行放鹅处理。本试验的数据采集工作每年 4 月末进行试验农田玉米覆膜播种，品种选用“酒单 4 号”，以复合肥作为底肥，施入标准 400 kg/hm2(其中：w(N)=33%;w(P2O5)=17%;w(K2O)=17%;w(有机质)=20%)，玉米株行距为 25 cm×60 cm。

　　2.2 数据采集

　　2017 年 7 月中下旬，即在鹅放入田间之前，对不同处理田间杂草进行放牧前调查，采用“W”型五点取样法，样方面积 1 m×1 m，每小区 3 次重复，采集与记录杂草的种类、株数(以基部植株数量为基准)、高度和盖度，根部剪取杂草并分类装入标记档案袋，带回实验室利用恒温烘箱调至 105℃，恒温杀青 30 min，之后于 80℃下烘干至恒重，称得杂草地上生物量(电子天平 JM-A 型，精确到 0.01 g)。

　　2.3 数据统计与分析

　　根据样地放牧前的杂草调查数据，计算出杂草种类的重要值( IV )， IV =(相对密度+相对盖度+相对频度+相对高度+相对生物量)/5。杂草多样性评价指标[12]：多度( Pi )，物种丰富度指数( DMG )，均匀度指数( E )，多样性指数( H' )和优势度指数( D )。公式如下：

　　s

　　pi = N i N 、 E = H ' ln S 、 H ' = −å pi × ln pi

　　i=1

　　s

　　DMG = ( S − 1)× (ln N )−1 、 D = 1 − å(N i N)2

　　i=1

　　式中：Ni 样地某种杂草的重要值;N 样地杂草的总重要值;S 各样地杂草群落总物种数。利用 Excel 2003 处理相关数据，计算杂草多样性指标。SPSS 20.0 进行单因素方差分析判断差异显著性，置信水平 95%或 99%。SPSS 20.0 进行相关性分析，显著水平 95%或 99%。

　　3 结果与分析

　　3.1 田间杂草生物多样性指数

　　不同处理对群落物种多样性影响明显。不同处理下杂草群落的多样性指数如表 1 所示，结果表明：萝北玉米田养鹅处理 H' 多样性指数为 1.24，比对照的 H' 多样性指数均值高 0.34，处理间差异显著(P<0.05,n=9);玉米田养鹅处理后的 D 优势度指数均值为 0.65，比对照的 D 优势度指数均值高 0.07，处理间的差异不显著(P>0.05,n=9);玉米田养鹅处理后的 E 均匀度为指数均值为 0.89，比对照的 E 均匀度指数均值低 0.09，处理间的差异极显著(P<0.01,n=9) ;玉米田养鹅处理后的 DMG 物种丰富度指数均值为 1.62，比对照的 DMG 物种丰富度指数均值高 0.38，处理间的差异不显著(P>0.05,n=9)。

　　林芝玉米田养鹅处理后的 H' 多样性指数为 1.87，比对照的 H' 多样性指数均值高 0.56，处理间差异显著(P<0.05,n=9);玉米田养鹅处理的 D 优势度指数均值为 0.79，比对照的 D 优势度指数均值高 0.11，处理间的差异不显著(P>0.05,n=9);玉米田养鹅处理后的 E 均匀度为指数均值为 0.78，比对照的 E 均匀度指数均值低 0.05，处理间的差异不显著(P>0.05,n=9);玉米田养鹅处理后的 DMG 物种丰富度指数均值为 2.12，比对照的 DMG 物种丰富度指数均值高 0.90，处理间的差异不显著(P>0.05,n=9)。

　　物种多样性与生态系统功能关系的研究是生态学领域研究的重点[1]。物种多样性的增加可以提高生态系统的能量转换效率以及植物对水分、光照、养分等方面的竞争利用效率，从而影响生态系统的生产力[2]。目前对生态系统物种多样性与群落结构特征之间的关系研究，主要集中在结构特征及物种多样性方面[3]，尤其以草地生态系统物种多样性与生产力关系研究居多[1-2]。由于农业农田生产模式运用除草剂去除田间杂草，田间杂草种类有限，而对农田生态系统的相关性研究还很少。除草剂在使用初期虽然明显提高了农田作物的产量，但也带来了诸多农药残留危害[4-5]。

　　“农牧一体化”生产方式下的“玉米田养鹅”是一种免除草剂农业生产模式[6]，该模式不进行人工除草，而是采用养禽措施来控制杂草，并施用“拒食剂”来防止鹅采食玉米(Zea mays)叶片，从而在获得常规生产收益的同时，还可通过鹅采食杂草获得完整的养禽收益，以往对“玉米田养鹅”模式主要在能值评估、生物多样性分析及生产效果等方面开展了相关研究[7-12]。作为鹅主要食物来源的杂草在“玉米田养鹅”模式生产效益中发挥主要作用，其生产力直接关系到“玉米田养鹅”模式的生产经济效果，但“玉米田养鹅”模式对物种多样性与农田杂草生产力之间关系的影响尚未得到明确。为此，本文采用相关分析方法，对进行“玉米田养鹅”生产一定年限后，农田生态系统物种多样性和杂草生产力的关系进行了初步研究，探讨农田系统物种多样性和杂草生产力之间的关系，为生产调控促进杂草生产力的提高提供理论参考。

　　4 讨论

　　田间植物群落物种多样性与田间管理措施有关[12]，对照采用除草剂处理的方式对农田系统进行管理，喷洒除草剂的农田生态系统，群落物种种类数目降低，物种密度降低和优势种数目单一，地上生物量低,生产力水平较低[9]，玉米田养鹅处理未对农田生态系统进行任何除草管理，群落物种种类数目高，物种密度大，优势种数目多而明显，地上生物力高，生产力水平提高。从群落生物多样性角度来说，对照组中除草剂对群落中不同植株物种的选择作用不同，除草剂在植株萌发后喷洒能有效控制植株的种类和密度[13]。已有研究证实[14]，“莠去津”(Atrazine)除草剂可以有效去除田间杂草，降低物种多样性的同时，除草剂的选择作用使地上生物量总量减少，从而降低了系统生产力。目前对于多样性与生产力正效应作用方面，Mulder 认为[15]植物多样性的提高可以增加生态系统群落的生物量，生态系统的生产力得到提高。不同物种对生态系统中各种资源的利用存在差异，因而物种多样性的增加有利于农田中各种资源的充分利用，物种多样性和物种丰富度都与地上生物量存在正相关关系，地上生物量的增加，总氮含量也随之增加，生态系统的生产力就相应[16]，同时也有利于提高生态系统的稳定性[17]。玉米田养鹅生产模式通过充分利用田间杂草，使得农田生态系统的能量尽可能地流向对人类有益的方向，从而提高了系统生产力[8]，而对照组的地上生物量明显低于玉米田养鹅组的地上生物量，可能由于对照组喷洒农药后，导致系统的物种的多样性和物种丰富度降低，系统的生产力指标下降。

　　5 结论

　　萝北、林芝两地玉米田养鹅处理后的 Shannon-Wiener 多样性指数、优势度、地上生物量和物种丰富度指数均比对照高，其中萝北和林芝两地 Shannon-Wiener 多样性指数处理间差异分别呈极显著(P<0.01)和显著(P<0.05)水平，且萝北的 Pielou 均匀度指数和地上生物量指标处理间差异极显著(P<0.01)，因此不同处理对物种多样性和杂草生产力影响明显。萝北、林芝两地 Shannon-Wiener 多样性指数、Simpson 优势度指数和 Margalef 物种丰富度指数与地上生物量指标之间相关显著性高，说明玉米田养鹅系统群落物种多样性与生产力之间紧密相关，物种多样性的增加可以明显提高地上生物量。

　　[参考文献]

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　　[6]关法春,王超.“农牧一体化”理论的原理[J].西藏农牧学院学报,2011,1(1):42-45.

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　　[7] Zhipeng Sha, Fachun Guan, Junfeng Wang, Yuyang Zhang, Heman Liu. Evaluation of raising geese in

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