不同施肥与耕作方式对高粱-玉米轮作田杂草多样性的影响

摘 要 为明确改变施肥和耕作方式是否可有效控制高粱-玉米轮作体系中高粱田杂草发生，破解高粱对除草剂敏感、易产生药害和专用除草剂产品匮乏的难题，选择山西农业大学高粱研究所东白试验基地长期定位施肥田和修文试验基地长期不同耕作方式田，于2017-2021年运用群落生态学方法研究5种施肥方式（不施肥、NPK配施、PK配施、NP配施、NK配施）和3种耕作方式（传统耕作方式：秸秆粉碎还田+秋旋耕；秸秆粉碎还田+深松；秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕）对高粱-玉米轮作体系高粱田杂草多样性的影响。结果表明：不同施肥田和不同耕作方式高粱田分别可统计到12种和9种杂草，且均以藜、水稗和反枝苋3种杂草密度较高；不同施肥处理以NPK均衡施肥和NP处理杂草密度最低（同不施肥相比杂草密度分别下降79.18%和76.97%），但对杂草群落多样性指数影响较小同对照相比差异不显著；各施肥处理连续施用3年后的杂草密度大小依次为CK>PK>NK>NP=NPK；3种耕作方式中以秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕处理杂草密度最低（同传统耕作相比杂草密度下降68.48%），且杂草群落构成与其他耕作方式相比相似性较低，但对多样性指数影响较小；较优施肥和耕作方式处理对杂草的强选择压力形成均为连续实施3年后。因此，推荐秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕和NPK（速效钾含量<200 mg/kg地块）或NP（速效钾含量>200 mg/kg地块）为高粱-玉米轮作体系高粱田杂草物理防治较优处理方式。

关键词 关键词：高粱田杂草；杂草多样性；施肥方式；耕作方式

杂草是农田生态系统的重要组成部分，其群落的形成是长期适应当地自然环境、生产条件和耕作制度，并与栽培作物竞争生长的结果[1-3]，且与作物处于同一营养级，不仅在养分、光照方面竞争激烈，而且是部分农田病、虫害的中间寄主，是制约作物产量的重要因子[3-4]。研究表明，作物体系[5]、耕作措施[6]和农艺措施[7]的变化对农田杂草群落特征及生物多样性具有较大影响，且合理有效的农田管理措施能够显著降低杂草危害，促进作物生长发育[1，8-9]，因此，通过优化农田管理措施，并明确其与杂草群落形成之间的互作关系，成为农田杂草生态防治和化学除草剂减量施用目标实现的重要途径之一。

高粱作为农业生态系统重要的C4作物之一，因其具有抗旱、耐盐碱、耐贫瘠特性，在我国中下等、边际农田开发利用方面发挥着重要作用 [10-11]。玉米-高粱轮作是山西农业大学高粱研究所栽培团队经多年田间试验，且已在山西产区取得良好推广效果的可有效克服高粱连作障碍发生的高经济效益轮作模式[12]。然而，高粱栽培过程中的杂草有数百种，它们在外形、生态、繁殖习性、危害特点以及对除草剂的敏感性都不相同，而高粱又是一种对除草剂敏感的作物，登记于高粱田的专用除草剂较少，在生产中除草主要以土壤封闭剂为主[13]，且玉米-高粱轮作体系中因玉米田除草剂不合理使用导致农田土壤除草剂残留超标而引起的高粱药害现象亦时有发生[14-15]，因此玉米-高粱轮作体系中如何科学除草，破解高粱田除草剂药害问题一直是高粱生产中难以解决的问题。另外，近年来为有效防治高粱田杂草生长，研究者虽已从免耕、覆地膜、苗前与苗后化学防治和豆类间作防草等方面展开了研究，且发现长期免耕田杂草发生较为严重[16]；发现覆黑色地膜防草增产效果显著[17-18]；鉴选出一些可用于苗后茎叶处理的化学除草剂[13，19-20]；发现高粱与豆类作物间作可有效降低杂草发生程度[21-22]，但有关高粱-玉米轮作系统下基于农田管理措施优化的杂草生态防治技术还不成熟，特别是不同施肥处理和耕作方式对高粱田杂草多样性变化、发生规律及防治效果的影响还有待进一步探究，而通过改变施肥与耕作方式可在一定程度降低农田杂草危害的结论已在其他作物栽培过程中被广泛证实，如：王能伟等[4]不同施肥方式下的小麦田间的杂草密度、物种组成、生物多样性均存在较大差别；冉海燕等[6]发现长期不同定位施肥处理可影响水稻田杂草种类及发生量，其中磷肥主要影响杂草种类组成，氮肥主要影响杂草生物量；黄春艳等[23]发现玉米田不同耕作方式下杂草发生总量存在明显差异，其中，免耕田杂草总量最多，旋耕田居中，翻耕田最少。因此，本研究以高粱-玉米轮作系统中的田间杂草为研究对象，重点对耕作措施与不同施肥处理对轮作田杂草多样性变化的影响进行分析，旨在明确施肥和耕作方式改变对玉米-高粱轮作体系高粱田杂草防控及多样性的影响，并为后期轮作体系高粱田杂草生态防治技术开发和减少除草剂用量与药害发生奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 不同施肥处理对高粱-玉米轮作田间杂草生物多样性的影响

1.1.1 试验地概况

高粱-玉米轮作体系下长期施肥定位试验田位于山西省晋中市榆次区山西农科院东阳试验基地。该试验基地降雨主要集中于6-9月，年均气温9-10 ℃，＞0 ℃积温 3 990 ℃，无霜期151 d左右，最少日照数 2 535 h，多年平均降水量约450 mm。土壤类型为潮褐土，质地为黏壤土。

1.1.2 试验设计

供试作物为高粱（‘晋杂34号’）和玉米（‘先玉335’）。不同施肥方式试验始于2017年，并于2022年结束；2017年播种前各处理土壤化学特性见表1。试验共设NPK、PK、NK、NP和CK 5个处理（表2）。试验所用氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾。磷肥和钾肥作为基肥一次施入；氮肥的1/2作为基肥，剩余1/2的氮肥在拔节期时追施。试验采用随机区组排列，每个小区面积为15 m×5 m=75 m2，重复3次（图1）。高粱与玉米的施肥方案一致，每年作物的同一施肥处理位置不变。2017年5月11日播种高粱‘晋杂34号’，10月3日收获，留苗密度为每公顷182100株；2018年5月4日播种玉米‘先玉335’，10月8日收获，留苗密度为每公顷61500株。2019-2021年玉米与高粱种植时间及密度均相同。

1.2 不同耕作方式对高粱-玉米轮作田间杂草生物多样性的影响

1.2.1 试验地概况 试验地位于山西省晋中市榆次区修文镇试验基地。该地区平均日照时数 2 662 h，均气温10.1 ℃，极端最低气温 -21.2 ℃，极端高温 37 ℃，＞0 ℃积温 3 990 ℃，无霜期 158 d，属大陆性半干旱气候，年均降雨 395.8 mm。试验地土壤为壤土，0～20 cm 砂层土壤有机质11.00 g/kg、全氮0.76 g/kg、速效磷4.60 mg/kg、速效钾120.40 mg/kg、pH 6.8。

1.2.2 试验设计 供试作物为高粱（‘晋杂34号’）、玉米（‘先玉335’）；耕作方式试验同样始于2017年，并于2022年结束；采用单因素随机区组设计，设置3个处理，分别为：秸秆粉碎还田+秋旋耕（CK）、秸秆粉碎还田+深松、秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕，其中，各处理具体方法为：①秸秆粉碎还田+秋旋耕：秋季当季作物收获后秸秆粉碎还田，并用旋耕机旋耕1次，耕作深度15 cm；②秸秆粉碎还田+深松：当季作物秸秆粉碎还田，深松机深松1次，耕作深度35 cm；③秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕：当季作物秸秆粉碎还田，当年秋天翻转犁深耕，耕作深度25 cm，于当年土壤上冻前旋耕机旋耕1次，耕作深度15 cm。作物施肥量、播种量以当地常规耕种为标准。试验小区 10 m×20 m=200 m2，每个处理3 次重复（图2）。高粱于2017年5月8日播种，种植密度18万株/hm2，10月9日收获；玉米于2018年4月 27日播种，种植密度6万株/hm2，10月10日收获。2019-2021年玉米与高粱种植时间及密度均相同。

1.3 杂草调查

杂草群落调查于2017、2019和2021年高粱拔节期进行。每小区随机 5 点取样，每样方面积 1 m2，计算各样方内的杂草数量和种类，同时调查每种杂草的盖度，并称量地上部鲜重。采用相对密度（小区中某种杂草的密度除以小区中所有杂草的密度之和）作为衡量某种杂草重要程度的指标。[JP]

物种丰富度（S）：样方中包含的所有杂草种类数；采用的生物多样性指数为3个应用得比较普遍的指数：Shannon-Wiener 指数（H）测度， H=-∑Pi ln Pi，式中，Pi= Ni / N，Ni为样方中第 i 个物种的个体数，N 为样方中物种总个体数；群落优势度用 Simpson 指数（D）测度， D = ∑Pi2；群落均匀度用 Pielou 均匀度指数（J）测度，J = H/lnS； 群落相似性用 Sorenson 指数（Cs）测度，Cs= 2j /（a + b），式中，j 为群落 A 和群落 B 所共有的物种数，a、b 分别为群落 A 和群落 B的所有物种数。

1.4 数据处理

采用Excel 2010数据进行整理；采用SPSS17.0进行方差显著性分析；采用orgin2018绘制热图；通过迈维代谢云平台（https：//cloud.metware.cn）绘制Sorenson相似性指数热图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对高粱-玉米轮作田杂草生物多样性的影响

2.1.1 轮作田杂草种类及密度 在轮作体系高粱田共发现藜、反枝苋、苘麻、水稗、马唐、狗尾草、田旋花、苣买菜、打碗花、虎尾草、曼陀罗、马齿苋12种杂草，分属 8个科，其中藜科 1 种，苋科1种，锦葵科1种，禾本科 4种，菊科1种，茄科 1 种，马齿苋科1种，旋花科2种（图1，表3）。不同处理间杂草种类和密度存在明显差异，且3年田间杂草总密度大小顺序均为CK>PK>NK> NP=NPK；不施肥（CK）除苘麻密度与PK处理差异不显著和狗尾草密度低于PK处理外，其余10种杂草密度均显著高于其他处理；NPK处理除苣买菜、曼陀罗外，其余10种杂草高粱田3年平均密度均显著低于除NP外的其他处理，且该处理田间杂草总密度仅为 23.11株/m2，同对照相比杂草密度下降了79.18%（表3）；不施用N肥或P肥，田间杂草的总密度均显著高于均衡施用NPK肥，但不施用K肥时，杂草的总密度却较低，3 a平均总密度为25.56株/m2，且与NPK相比差异不显著（表3）。这可能是由于试验区土壤中基础K肥充足，即使不额外施用K肥，高粱亦可良好生长，从而使田间杂草的生长处于劣势地位，发生量较少；而不额外补充N或P肥，高粱 生长发育受到限制，则促使杂草生长处于优势 地位。

另外，杂草总密度较低的NP和NPK处理3年中杂草密度均呈现逐渐下降趋势，且在2019年和2021年之间多数杂草密度趋于稳定，差异不显著，但CK和PK处理多数杂草密度却呈现增加趋势；NK处理除水稗在2019年密度突然升高外，其余杂草密度均处于下降趋势，但下降趋势小于NP和NPK处理（表3，图3）。说明缺氮时高

粱田杂草生长态势优于缺施磷肥，因此，推断N是影响大多数杂草发生的主要因素，且以NPK均衡施肥或高钾田NP施肥处理保障高粱良好生长时，可提升高粱对杂草生长的抑制效果。

2.1.2 高粱-玉米轮作体系杂草优势种 由图4可知，杂草群落中不同施肥处理对各杂草相对丰度存在一定差异，但各处理中均以藜相对密度最高（>20%），说明藜为高粱-玉米轮作体系中的优势种杂草，且占绝对优势地位；藜、水稗、反枝苋虽然在PK、CK处理中相对密度高于NK处理，但NK处理中马唐的相对密度却高于2种处理；杂草总密度较低的NPK处理中以藜、水稗、反枝苋和苣买菜相对密度较高（>10%），但未发生田旋花、狗尾草和虎尾草为害；NP处理以藜、水稗、苣买菜和马唐相对密度较高，但曼陀罗和狗尾草未发生危害，且反枝苋和苘麻3年整体相对丰度显著低于其他处理；在长期缺磷和缺氮环境下，除杂草藜外，反枝苋、水稗和马唐亦为主要优势杂草，相对密度高于其他杂草，说明藜、反枝苋、水稗和马唐能很好的适应土壤低P、低N环境，具有较强的耐贫瘠特性。杂草苣买菜在同时施用N和P时（NP和NPK），相对密度明显高于其他处理，说明N和P均衡施用会促进苣买菜向优势种发展。

2.1.3 高粱-玉米轮作体系杂草群落生物多样性 从表4可以看出，不同施肥处理下，由于受杂草总密度和分布的影响，轮作体系高粱田中杂草群落生物多样性同样存在显著差异。与不施肥（CK）和缺氮（PK）处理相比，其他施肥处理在一定程度上均可显著降低杂草丰富度和优势度；各处理以物种丰富度（S）和群落优势度（D）之间差异较为显著，而物种多样性Shannon指数（H）和群落均匀度（J），以PK处理物种多样性显著低于NK处理外，其余处理之间差异不显著；杂草总密度较小的NP和NPK 2种处理的物种丰富度和群落优势度均显著低于CK和PK处理；不同年限中各处理杂草生物多样性差异不显著，但相同年限下均以NPK处理杂草群落S和D指数均较低，说明衡施肥在一定程度上会降低杂草群落多样性，促使杂草群落简单化，便于后期防治。

2.1.4 高粱-玉米轮作体系中不同施肥处理间的杂草群落相似性 Sorensen群落相似性指数作为反映群落或样方间物种的相似性的主要指数，其测定值可以用来比较不同地段的生境多样性[24]。因此为明确不同施肥处理间的杂草群落之间的一致性，计算了不同处理间的Sorenson 相似性指数，结果表明：NP与 PK 、CK处理间杂草群落相似性较高，相关系数分别为0.95和0.91；较优处理NPK与NP、PK、CK、NK间的杂草群落相似性最低，Sorenson 相似性指数分别为 0.84、0.90、0.86和0.67，说明NPK均衡施肥处理可强化自然环境选择压力，促使杂草新群落的形成（图5）。

2.2 不同耕作方式对高粱-玉米轮作体系中杂草生物多样性的影响

2.2.1 田间杂草种类及密度 由表5可知，不同耕作方式下轮作体系高粱田共发现 9种杂草，分属 7个科，其中禾本科 2种，藜科 1 种，苋科1种，锦葵科1种，菊科2种，十字花科1种，旋花科1种。不同耕作方式下，各处理杂草种类和密度均有一定差异，其中优化后的耕作处理杂草种类明显较少，而生产对照处理（秸秆粉碎还田+秋旋耕）杂草种类则明显较多，增加了田旋花和播娘蒿2种杂草。不同耕作方式下的田间杂草总密度大小顺序为秸秆粉碎还田+秋旋耕>粉碎秸秆还田+深松>粉碎秸秆还田+深耕+秋旋耕。综合来看，轮作田秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕处理杂草总密度最小，为该轮作体系中的较优耕作方式。在秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕耕作方式下，9种杂草中除杂草藜发生较为严重外，其余杂草发生程度均较低，其中以苘麻、马唐、田旋花、播娘蒿、苣买菜密度较小，基本可实现零发生；刺儿菜、反之苋和水稗密度居中，但明显低于其他耕作方式。另外，连续多年采用同一种耕作方式后，除生产对照（秸秆粉碎还田+秋旋耕）外，其余2种方式均随着使用年限的延长相关杂草密度均呈现下降趋势，且均在2019年出现明显下降；对照耕作方式虽然随着使用年限的增加杂草密度亦会出现下降趋势，但对杂草群落影响强度较弱，多数杂草均在2021年才出现下降。说明高粱、玉米轮作体系中，使用粉碎秸秆还田+深耕+秋旋耕耕作方式可有效降低作物生长发育期间的杂草密度，有利于减少化学除草剂投入量，且基于耕作方式来强化杂草自然环境选择压力至少需要3 a。

2.2.2 轮作田杂草优势种 对不同耕作方式处理下的高粱田杂草相对密度进行计算后可发现：杂草密度较低的耕作方式（秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕）中藜、水稗和刺儿菜相对密度显著高于对照，但反枝苋相对密度差异不显著；对照组马唐、苣买菜、播娘蒿、田旋花相对密度显著高于秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕（表6）；秸秆粉碎还田+深松处理同对照相比反枝苋、苘麻和苣买菜相对密度差异不显著，但水稗相对密度却高于对照；随着耕作方式使用年限的增加，除杂草藜外，其余杂草相对密度均呈现下降趋势。说明藜为高粱田杂草优势种，且长期采用杂草密度较低的耕作方式（秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕）会使杂草群落向藜、水稗和刺儿菜3种强化，为其后期杂草靶向防治提供了参考依据。

2.2.3 轮作田杂草群落生物多样性 为进一步明确耕作方式与杂草发生之间的关系，通过多样性指数（物种丰富度、群落优势度、物种多样性和群落均匀度）对互作效果进行了评价，结果表明：不同耕作方式下，生产对照处理（秸秆粉碎还田）中的杂草物种丰富度和多样性明显高于其他方式，且与粉碎秸秆还田+深松处理和粉碎秸秆还田+深耕+秋旋耕处理相比差异显著；同生产对照相比2种优化后的耕作方式均可显著提高轮作体系中的杂草群落优势度，但均匀度差异不显著；综合来看，丰富度指数S、多样性指数H和均匀度指数J均以秸秆粉碎还田+秋旋耕（生产对照）为最高，最低的为粉碎秸秆还田+深耕+秋旋耕处理（表7），再次表明高粱-玉米轮作体系中采用粉碎秸秆还田+深耕+秋旋耕的耕作方式可降低栽培过程中杂草群落多样性。另外，在群落优势度方面以秸秆粉碎还田+秋旋耕（生产对照）为最低，以粉碎秸秆还田+深耕+秋旋耕处理下的群落优势度最高，说明优化后的耕作方式显著提高了杂草自然环境选择压力，加快适应力较弱杂草的淘汰，进而降低杂草群落多样性。

2.2.4 轮作体系高粱田不同耕作方式间杂草群落相似性分析 通过Sorensen 群落相似性指数对不同耕作方式之间的杂草群落相似性进行评价后发现：轮作体系高粱田，粉碎秸秆还田+深松处理和粉碎秸秆还田+深耕+秋旋耕处理间杂草群落相似性均最高，相关系数平均值为0.9；秸秆粉碎还田+秋旋耕（生产对照）与粉碎秸秆还田+深耕+秋旋耕处理间相似性最低，相关系数平均值为0.85，但与粉碎秸秆还田+深松之间的杂草群落相关性系数为0.89（图6）。说明耕作方式会对杂草发生产生一定影响，且选择压以粉碎秸秆还田+深耕+秋旋耕处理最大（与其他耕作方式之间相似性较小），可显著改变杂草群落。

3 讨 论

农田杂草作为农作物农田生态系统中的一部分，不仅可导致作物减产，成为病虫害的媒介和寄主，助长病、虫害发生，而且在保护天敌、防止土壤侵蚀、促进养分循环、消除环境污染、维持生态系统功能的正常发挥和保持生态平衡等方面有着不可忽视的作用[25-27]，因此，如何降低杂草的有害作用，发挥其有利作用一直是人们的研究热点。另外，目前已有研究发现土壤养分、生态环境及水分等状况对农田杂草生物多样性具有较大影响 [28-30]，但有关不同施肥处理对高粱-玉米轮作田杂草多样性的影响还不清楚，且明确杂草多样性及其在农作物生育期中的变化规律是杂草有效防治的关键，因此，本研究探究了高粱-玉米轮作田杂草发生与耕作方式和不同施肥处理之间的互作关系，旨在为轮作田杂草物理防治奠定理论基础。

3.1 施肥方式对玉米-高粱轮作体系高粱田杂草发生及多样性的影响

施肥是一项很重要的农业管理措施，不仅对作物的生长发育产生影响，同时也能影响田间各种杂草的生长，从而影响农田杂草的生物多样性[31-32]，如：Kandasamy 等[33]研究认为，冬小麦平衡施肥处理和未施肥处理时杂草干物质量较低；尹力初等[34]对玉米田杂草多样性的研究结果表明，平衡施用N、P、K肥，不仅有利于促进作物的生长，维持农田生态系统中的生物多样性，也有利于降低某些优势杂草在群落中的优势度，从而可能对它们进行理想的控制。相关研究结果同

本文（均衡施用N、P、K肥可有效降低杂草密度和生物多样性）相似，推断其与均衡施肥能够促进高粱生长发育、增加覆盖度，降低了作物冠层透过的光照辐射，从而限制杂草对光照、养分与水分的利用，使田间杂草的生长处于劣势地位有关。另外，Andreasen等[35]研究发现土壤中 P 含量是影响大多数杂草发生的主要因素；尹力初等[34]指出不施用N、K肥或不施用P肥时，田间的优势杂草分别为香附子和马唐。本研究结果则表明，山西地区土壤中K肥充足，N是影响大多数杂草发生的主要因素，且长期低P条件时，马唐在杂草群落中的地位明显提高；但在不施用K或N肥的条件下，水稗在杂草群落中的相对重要性超过马唐，这与前人研究有所差异，推断其可能与不同地理区域气候、轮作耕作制度及施肥习惯差异导致农田生态系统不同引起杂草自然环境选择压力发生改变有关。

3.2 耕作方式对玉米-高粱轮作体系高粱田杂草发生及多样性的影响

研究表明合理的耕作方式能有效减少土壤种子库中的杂草种子数量，降低次年杂草危害，且耕作方式的变化亦可导致农田杂草群落结构发生变化，不同的耕作方式与秸秆覆盖处理导致杂草生长的外部环境发生改变，造成土壤的干扰程度和水肥条件不同，从而使杂草群落物种多样性、群落优势度和均匀度发生变化[36-37]，如：王能伟等[4]发现深耕和旋耕能显著降低冬小麦-夏玉米农田春季杂草密度；方日尧等[38]发现，深松覆盖有效地控制了小麦田杂草的滋生；高宗军等[39]研究指出，与旋耕相比，免耕增加了麦田杂草的种类，显著影响了杂草的生物多样性。本试验研究结果不仅同样表明不同耕作方式会对杂草种类、密度及多样性产生影响，而且与生产对照（秸秆粉碎还田+秋旋耕）处理相比，秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕处理可显著降低高粱田杂草密度和杂草群落多样性，再次证实通过耕作方式可在一定程度上实现农田杂草物理防治，对减少农田化学除草剂用量具有积极作用。另外，本研究结果还显示秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕处理可促使高粱田杂草向藜、水稗和刺儿菜3个优势种发展，因此使用该耕作方式后在后期应重点针对3种杂草进行靶向防治。

3.3 不同施肥和耕作方式施用年限对杂草选择压力形成的影响

在一定区域内，随着施肥和耕作方式的变化，杂草种群的适应策略就会在更细小的空间（田块对田块）和时间（年度对年度）尺度上发生改变[1]。本研究发现，高粱-玉米轮作体系中相同的施肥方式或耕作方式在连续使用3年后（2019年）即可对杂草表现出良好的强选择压，迫使杂草群落发生明显改变。研究结果中的强选择压形成年份与张峥等[1]（综合种养模式实施1～3 年，杂草群落综合草情优势度和土壤种子库密度均明显下降）、樊翠芹等[40]（连续免耕5 a，免耕覆盖麦秸的杂草数量低于旋耕玉米田）和袁方等[41]（可减少麦田杂草种类及发生密度）存在差异，这可能与研究实施的生态区存在差异有关。然而相关研究结果均共同证实施肥和耕作方式对杂草强选择压的形成与实施年限存在较大关系，且会随实施年限发生变化[40]，因此在后期我们还需注意控制强适应力杂草群落的形成，以防相关措施强选择压 失效。

综合来看，采用本研究鉴选出的较优施肥方式（NPK）和较优耕作方式（粉碎秸秆还田+深耕+秋旋耕），可有效控制轮作体系高粱田杂草发生，且均显示藜和水稗会发展成为高粱田杂草优势种，为后期高粱田杂草靶向防治提供了参考依据。另外，基于较优施肥方式和耕作方式在杂草防治中的联合应用效果、氮磷钾不同配施水平对杂草群落的影响以及研究结果在不同生态区之间与整个生育期杂草防治中的应用效果等在后期仍需进一步探究，以期为轮作体系高粱田杂草高效防治、减少除草剂药害和破解高粱田专用除草剂匮乏的现状提供技术支撑。

4 结 论

长期不同施肥处理对高粱田杂草密度及多样性产生一定影响，且在本试验连续实施3年会对区域内杂草形成强选择压；各施肥方式中以NPK和NP施肥处理的杂草密度最低，防治效果最好； N是影响轮作体系高粱田大多数杂草发生的主要因素；藜、反枝苋、水稗为高粱-玉米轮作体系中的优势种杂草，其中杂草藜占绝对优势地位；杂草藜、反枝苋、苘麻、水稗和马唐能很好的适应土壤低P、低N环境，具有较强的耐贫瘠特性；N和P均衡施用会促进苣买菜向优势种发展。因此，推荐速效钾含量>200 mg/kg和速效钾含量<200 mg/kg生态区分别采用NP和NPK为较优施肥处理。

高粱-玉米轮作田不同耕作方式下的田间杂草总密度大小顺序为秸秆粉碎还田+秋旋耕（生产对照）>粉碎秸秆还田+深松>粉碎秸秆还田+深耕+秋旋耕，且秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕处理连续施用3年后对杂草的选择压明显变强，此时该处理杂草群落与其他处理形成明显差异，因此，推荐秸秆粉碎还田+深耕+秋旋耕为可有效降低轮作体系中的杂草密度和减少杂草危害的较优耕作方式。

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Effects of Different Fertilization and Cultivation Methods on

Weed Diversity in Sorghum-Maize Rotation Fields

BAI Wenbin1， ZHANG Jianhua1， GAO Zhenfeng2 and HAO Jianping3

（1.Sorghum Research Institute of Shanxi Agricultural University， Yuci Shanxi 030600， China; 2.College of

Food Science and Engineering， Shanxi Agricultural University，Taiyuan 030031，China;

3.College of Agriculture， Shanxi Agricultural University， Taigu Shanxi 030801，China）

Abstract To investigate whether altering fertilization and cultivation methods can effectively control weed occurrence in sorghum fields within the sorghum-maize rotation system， and to address the challenges posed by sorghum's sensitivity to herbicides， susceptibility to pesticide damage， and the lack of specialized herbicide products， the Dongbai experimental field at the Sorghum Research Institute of Shanxi Agricultural University with long-term fertilization， and the Xiuwen experimental field with long-term different cultivation methods， were selected as the study sites. From 2017 to 2021， community ecology methods were used to assess the effects of five fertilization methods （no fertilization， NPK combination， PK combination， NP combination， NK combination） and three cultivation methods （traditional cultivation methods： crushing straw returning to the field + autumn rotary ploughing; crushing straw returning to the field + deep loosening; crushing straw returning to the field + deep ploughing + autumn rotary ploughing） on weed diversity in sorghum fields under the sorghum-maize rotation system. The findings revealed that 12 and 9 types of weeds could be counted in different fertilization fields and different cultivation methods used in sorghum fields， respectively. Notably， the density of Chenopodium album， Amaranthus retroflexus， and Echinochloa phyllopogon （Stapf） Koss demonstrated significantly higher density across all treatments compared to other weeds. Concerning fertilization treatments， NPK balanced fertilization and NP treatment exhibited the lowest weed density （ a decrease of 79.18% and 76.97%， respectively， compared to no fertilization， NPK and NP treatment）. However， their effect on the weed community diversity index was relatively minor and not significantly different from the control. The order of weed density after three years of continuous application for each fertilization treatment was CK>PK>NK>NP=NPK. Among the three cultivation methods， crushing straw returning to the field + deep ploughing + autumn rotary ploughing exhibited the lowest weed density （a 68.48% reduction compared to traditional cultivation）， and the weed community composition was different from other cultivation methods obviously， but had minimal effect on the diversity index. Optimal fertilization and cultivation methods applied strong selection pressure on weeds after three years of continuous implementation. Therefore， it is recommended to employ crushing straw returning to the field + deep ploughing + autumn rotary ploughing， and NPK （plots with available potassium content below 200 mg/kg） or NP （plots with available potassium content above 200 mg/kg） as the optimal treatment methods for weed physical control in sorghum-maize rotation systems.

Key words Weeds of sorghum fields; Weed diversity; Fertilization method; Cultivation methods

Received 2023-06-03 Returned 2023-07-08

Foundation item Modern Agriculture Miscellaneous Grain Industry Technology System of Shanxi Province （No.2023CYJSTX03-16）.

First author BAI Wenbin，male，Ph.D，associate researcher.Research area：development of Sorghum cultivation technology.E-mail：baiwenbin1983@126.com

Corresponding author HAO Jianping，male，professor，doctoral supervisor.Research area：high yield and efficient cultivation of crops.E-mail：tghjp88@sina.com

（责任编辑：成 敏 Responsible editor：CHENG Min）

基金项目：山西省现代农业杂粮产业技术体系（2023CYJSTX03-16）。

第一作者：白文斌，男，博士，副研究员，研究方向为高粱栽培技术开发。E-mail：baiwenbin1983@126.com

通信作者：郝建平，男，教授，博士生导师，研究方向为作物高产高效栽培。E-mail：tghjp88@sina.com