《Frontiers in Plant Science》：Dynamics of arable weeds communities in spring and winter wheat under different legume pre-crops during organic conversion
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本研究揭示，在常规向有机农业转型期间，不同豆科前茬（豌豆P、大豆S、野豌豆-燕麦混播VOM、大麦套种红三叶草SB+RC）显著影响冬、春小麦田的杂草群落动态。SB+RC在豆科作物种植年能最有效抑制杂草，而大豆效果最差。杂草数量与生物量在冬小麦中低于春小麦，表明其更强的竞争能力。
在农业实践集约化和单一栽培扩张的背景下，农田植物多样性，特别是杂草群落，已显著下降。常规农业系统中的长期化学除草促进了抗性种群发展，降低了物种多样性和均匀度。有机农业被视为一种增强生物多样性的途径，但无化学投入的杂草控制是许多农民转向有机农业的主要障碍。本研究在2019年至2021年于立陶宛农业与林业研究中心（LAMMC）Joni?k?lis试验站进行，旨在评估在从常规向有机农业转型过程中，不同豆科前茬作物对春、冬小麦田一年生杂草群落变化的影响。
材料与方法
试验地点土壤为钙化-潜育变性始成土。实验设计包含四种豆科前茬处理：豌豆（P）、大豆（S）、野豌豆-燕麦混播（VOM）以及套种红三叶草的春大麦（SB+RC），并以纯春大麦（SB）为对照。作物轮作顺序为：2019年种植大麦及豆科作物，2020年种植冬小麦，2021年种植春小麦。杂草调查在豆科作物（BBCH 35）和谷物作物（BBCH 30和BBCH 78）的特定生长阶段进行，通过0.5m x 0.5m的样方记录杂草物种数、单位面积株数（株 m-2）及生物量（g m-2）。数据分析采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey事后检验。
结果
物种数量
在转型期间，杂草物种丰富度平均增加了23.3%。试验设立年（2019年）杂草物种数为6.0-8.0 株 m-2，至研究结束（2021年）增加到6.8-10.3 株 m-2。物种数增加幅度最大的轮作序列包含大豆。在豆科作物种植年，套种红三叶草的处理（SB+RC）杂草物种数显著低于豌豆处理。
豆科作物中的杂草数量
在豆科作物中，四种有害杂草卷茎蓼、猪殃殃、紫色野芝麻和田野菥蓂占据了所有一年生杂草的约67.9%。大豆田中观察到的有害杂草数量最高。与纯大麦相比，豆科作物总体上降低了卷茎蓼和猪殃殃的发生数量。SB+RC处理的有害杂草总数最低。
前茬作物对谷物作物中杂草数量的影响
在冬小麦中，豆科前茬（除豌豆外）导致了最高的有害一年生杂草总数。卷茎蓼在冬小麦中普遍比其他杂草物种更丰富。大豆和VOM前茬后，其发生数量高于豌豆前茬。猪殃殃的最高发生率出现在VOM前茬后，而最低发生率出现在大麦和豌豆前茬后。紫色野芝麻在SB+RC前茬后的冬小麦中发生最多。
在春小麦中，与冬小麦相比，卷茎蓼和紫色野芝麻的发生显著减少，而猪殃殃的发生增加。所有豆科前茬（除VOM外）导致的有害杂草发生率均高于大麦前茬。春小麦中，杂草总数在SB+RC前茬后最高，而在大豆前茬后最低。与试验初期相比，杂草总数和有害杂草数量分别增加了46.2%和82.8%。
谷物生长季杂草数量和生物量的变化（小麦的抑草能力）
在生长季（从BBCH30到BBCH78），冬小麦中有害杂草数量减少了47.7%至54.7%，且不受豆科前茬的显著影响。冬小麦能较好地抑制紫色野芝麻和田野菥蓂。相比之下，春小麦竞争力较弱，在生长季内杂草数量减少了18.3%至43.4%，且前茬影响更明显。在春小麦中，大豆前茬导致有害杂草减少最多，而VOM前茬减少最少。卷茎蓼等晚生杂草的数量在生长季甚至有所增加。
在冬小麦生长季，一年生杂草总数减少了49.6%至60.3%，且不依赖于豆科前茬。在春小麦中，该指标平均低6.3%。豌豆前茬显著减少了杂草总数。在春小麦中，豆科前茬对生长季内杂草总数和有害杂草数量的减少有显著影响。
有害杂草生物量占总杂草生物量的比例，在冬小麦和春小麦中分别为68.3%和59.4%。前茬对有害杂草和总杂草生物量的影响相似。平均而言，春小麦中的总杂草和有害杂草生物量最高。春小麦的杂草生物量平均是冬小麦的4.3倍。SB+RC前茬显著增加了春小麦中有害杂草的总生物量和风干重。
杂草的危害性
在冬小麦中，卷茎蓼的单株生物量最高，平均占总杂草生物量的44.8%。其单株生物量不受前茬显著影响，但在SB、SB+RC和S前茬后的冬小麦中，其质量占比最高。在第二年的春小麦中，卷茎蓼的单株生物量及其在总杂草生物量中的占比均显著下降。
平均而言，猪殃殃的单株生物量及其占比低于卷茎蓼，但高于紫色野芝麻和田野菥蓂。在春小麦中，猪殃殃的单株生物量比冬小麦增加了10.4倍，其平均占总杂草生物量的32.8%。其单株生物量在大豆序列中最高，在VOM中最低。在豆类（豌豆和大豆）序列后的春小麦中，猪殃殃在总杂草生物量中的占比最高。
紫色野芝麻的单株生物量和占比在冬、春小麦中均为最低。田野菥蓂在冬小麦和春小麦中分别占总杂草风干物质量的10.7%和17.9%，在春小麦中其单株生物量显著高于冬小麦，且SB+RC前茬使其单株生物量显著增加。
结论与启示
在从常规农业向有机农业转型期间，杂草物种丰富度平均增加23.3%，其中包含大豆的轮作序列增幅最大。杂草总数和有害杂草种类分别增加46.2%和82.8%，但有害杂草在总杂草群落中的比例较试验初期有所下降。
在不同豆科前茬中，大豆茬后杂草发生率最高，而套种红三叶草的春大麦（SB+RC）茬后最低。经过粮食豆科前茬（豌豆、大豆、VOM）后，连续两年的冬、春小麦种植增加了杂草的发生数量，但降低了杂草生物量。相反，富含氮的红三叶草生物量的翻入，增加了小麦田中杂草的发生数量和生物量。
这些发现表明，杂草调控受豆科作物自身的影响较小，更多受其作为前茬对后茬作物的遗留效应影响。对作物竞争压力最大的是猪殃殃和卷茎蓼，它们单株生物量最高，尤其是在豆科前茬之后。田野菥蓂的生物量在整个研究期间持续增加。豆科前茬影响小麦生长以及杂草与作物之间的竞争相互作用。
总体而言，作物轮作和套种作物是有效的系统性杂草管理策略，但其成功取决于杂草物种组成、生态特性以及控制措施在杂草生命周期中的实施时机。有效的长期控制需要理解杂草生物学、传播机制，并实施适应当地条件的管理策略。
