整合分析秸秆还田对农田杂草多度和多样性的影响

doi:10.11686/cyxb2023138

草业学报 ›› 2024, Vol. 33 ›› Issue (3): 150-160.DOI: 10.11686/cyxb2023138

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整合分析秸秆还田对农田杂草多度和多样性的影响

苏尧¹(), 叶苏梅¹, 鲁梦醒¹, 马跃², 王玉宝¹, 王珊珊³, 柴如山¹, 叶新新¹, 张震¹, 马超¹()

^1.安徽省绿色磷肥智能制造与高效利用工程研究中心，农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室，安徽农业大学资源与环境学院，安徽合肥 230036
^2.肥西县严店乡植保服务专业合作社，安徽合肥 231232
^3.安徽省文胜生物工程股份有限公司，安徽阜阳 236000

收稿日期:2023-04-26 修回日期:2023-07-03 出版日期:2024-03-20 发布日期:2023-12-27
通讯作者: 马超
作者简介:E-mail： chaoma@ahau.edu.cn
苏尧（2002-），女，安徽安庆人，在读本科。E-mail： suyao6107@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(32071628);安徽省高校自然科学基金(KJ2021ZD0009);省级大学生创新训练项目(S20212036113);安徽省科技重大专项(202103a06020012)

Effects of straw return on farmland weed abundance and diversity： A meta-analysis

Yao SU¹(), Su-mei YE¹, Meng-xing LU¹, Yue MA², Yu-bao WANG¹, Shan-shan WANG³, Ru-shan CHAI¹, Xin-xin YE¹, Zhen ZHANG¹, Chao MA¹()

^1.Anhui Province Green Phosphorus Fertilizer Intelligent Manufacturing and Efficient Utilization Engineering Research Center，Anhui Provincial Key Laboratory of Farmland Ecological Conservation and Pollution Prevention，College of Resources and Environment，Anhui Agricultural University，Hefei 230036，China
^2.Feixi County Yandian Township Plant Protection Service Professional Cooperative，Hefei 231232，China
^3.Anhui Wensheng Bioengineering Co. ，Ltd. ，Fuyang 236000，China

Received:2023-04-26 Revised:2023-07-03 Online:2024-03-20 Published:2023-12-27
Contact: Chao MA

摘要/Abstract

摘要：

整合分析不同环境条件下秸秆还田对农田杂草多度和多样性的影响，可为秸秆还田利用情景下的草害防控提供科学依据。本研究基于2000-2022年间发表的41篇关于秸秆还田对草害影响的论文，整理得到426组杂草多度和多样性数据，并运用整合分析方法，探讨作物类型、秸秆还田量、土壤质地、气候条件等因素对秸秆还田抑草效应的影响。结果表明： 1）与秸秆不还田相比，秸秆还田总体上可显著降低农田杂草多度和多样性，抑制效应分别为-42.4%和-8.5%。2）不同条件下秸秆还田的抑草效应存在差异。其中，作物类型是影响秸秆还田对杂草多度抑制效应的关键因子，将秸秆还于稻田、玉米田或油菜田可显著降低杂草多度，抑制效应分别为-62.3%、-34.6%和-56.9%，而将秸秆还于小麦田时的抑制效应（-7.1%）不显著；秸秆还田量是影响秸秆还田对杂草多样性抑制效应的关键因子，回归分析结果显示：随着秸秆还田量的增加，秸秆还田对杂草多样性的抑制效应显著增强（R²=0.021， P<0.05）。因此，秸秆还田可有效抑制农田草害的发生，而在不同条件下其对杂草多度和多样性的抑制效应存在差异。综合来看，在亚热带季风气候区将秸秆以>7000 kg·hm^-2的量还于稻田对杂草多度的抑制效果最好，而在温带季风气候区以同等量的秸秆还于油菜田时可以更好地抑制杂草多样性。

关键词: 秸秆还田, 杂草多度, 杂草多样性, 影响因素, 整合分析

Abstract:

This research involved a meta-analysis of studies on the effects of straw return to farmland on weed control. In this analysis comprehensively assess the role of straw return to farmland in order to develop recommendations to improve the efficiency of straw utilization. In this study， we conducted a meta-analysis involving 426 comparisons of weed abundance and diversity collected from 41 articles on this topic published between 2000 and 2022. The objectives of this study were to assess the effects of straw return on the weed abundance and diversity in agroecosystems of China， as well as the variation of these effects for different crop types， amounts of straw returned， soil textures， climate regimes or other variables. It was found that： 1） Straw return significantly reduced the abundance and diversity of weeds in farmland compared with no straw return， with the suppression effects of -42.4% and -8.5%， respectively. 2） The weed suppression effect of straw return varied under different conditions. Crop species was the key factor affecting the suppression effect of straw return on weed abundance. Returning straw to rice （Oryza sativa）， maize （Zea mays） or rape （Brassica napus） fields significantly reduced weed abundance， with suppression effects of -62.3%， -34.6% and -56.9%， respectively. However， the suppression effect （-7.1%） was not significant when straw was returned to wheat （Triticum aestivum） fields. The amount of straw returned was the key factor influencing the suppression effect of straw return on weed diversity. A regression analysis showed that the suppression effect on weed diversity increased significantly as the amount of straw returned was increased （R²=0.021， P<0.05）. Overall the analysis shows that straw return effectively suppresses weed occurrence and infestation in cropland， but the suppression effect on weed abundance and diversity differs. In conclusion， in the subtropical monsoon climate zone， returning straw to rice fields at a rate>7000 kg·ha^-1 has the best suppression effect on weed abundance， while in the temperate monsoon climate zone， returning the same amount of straw to rape fields can better suppress weed diversity.

Key words: straw return, weed abundance, weed diversity, influence factors, meta-analysis

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图/表 6

表1 试验相关数据分类

Table 1 Classification of experiment data

影响因素Influence factor	分类亚组Classification of sub-group
气候类型Climate type	亚热带季风气候STM、温带季风气候NTM、温带大陆性气候NTC
年平均降水量MAP （mm）	<800、800~1200、>1200
年平均气温MAT （℃）	<15、15~25
土壤质地Soil texture	砂土Sand、壤土Loam、黏土Clay
土壤有机质SOM （g·kg^-1）	<15、15~25、>25
土壤酸碱性Soil pH	<6.5、6.5~7.5、>7.5
秸秆类型Straw type	水稻Rice、小麦Wheat、玉米Maize、油菜Brassica napus
还田方式Straw return pattern	翻埋还田Bury、覆盖还田Overlay
耕作方式Tillage method	翻耕Turn over、免耕No-tillage、旋耕Rotary tillage
秸秆还田量Amount of straw returning （kg·hm^-2）	<4000、4000~7000、>7000
还田条件Returning condition	水田Paddy、旱地Dry land
作物类型Crop type	水稻Rice、小麦Wheat、玉米Maize、油菜Rape

图1 秸秆还田对农田草害的整体影响a：试验点分布情况； b：秸秆还田对杂草多度和多样性的整体影响。点和误差线分别代表效应值及95%置信区间，如果95%置信区间没有跨越零线表示处理与对照存在显著差异；括号内的数值代表样本数。下同。“·”表示秸秆还田处理相比秸秆不还田处理对杂草多度和多样性的整体影响。该图基于审图号为GS（2019）1719号的标准地图制作，底图无修改。a： Distribution of test sites. b： Overall effects of straw returning on weed abundance and diversity. Dots with error bars denote the effect size and 95% confidence interval， respectively. The 95% confidence interval that do not overlap zero line means significant difference between treatment and control. Numbers are the pairs of comparisons. The same below. “·” represents the impact of straw returning on weed abundance and diversity compared with non-returning treatment.The map was based on the standard map with the drawing review No. GS（2019）1719， and the base map was not modified.

Fig.1 Overall effects of straw returning on farmland weeds

图2 不同条件下秸秆还田对农田杂草多度的影响若在某一分组下95%置信区间的横线之间无重叠，可认为所研究因素之间存在差异显著的统计学关联。“·”表示秸秆还田处理相比秸秆不还田处理对杂草多度的影响。STM：亚热带季风气候Subtropical monsoon climate； NTM：温带季风气候Temperate monsoon climate； NTC：温带大陆性气候Temperate continental climate。If there is no overlap between the horizontal lines of 95% confidence interval in a given group， it can be considered that there are statistical correlations with significant differences among the factors studied. “·” represents the impact of straw returning on weed abundance compared with non-returning treatment. SOM： Soil organic matter. 下同。The same below.

Fig.2 Effects of straw returning on farmland weed abundance under different conditions

图3 不同条件下秸秆还田对我国农田杂草多样性的影响

Fig.3 Effects of straw returning on farmland weed diversity under different conditions

图4 影响秸秆还田对农田草害发生的预测因子的相对重要性分析a：影响秸秆还田对杂草多度抑制效应的预测因子的相对重要性分析； b：影响秸秆还田对杂草多样性抑制效应的预测因子的相对重要性分析；带*的因子即为显著因子。SA：秸秆还田量； MAT：年平均气温； MAP：年平均降水量； TF：还田条件； SOM：土壤有机质； ST：土壤质地； TM：耕作方式； SRP：还田方式。下同。a： Model-averaged importance of the predictors for the effects of straw returning on weed abundance. b： Model-averaged importance of the predictors for the effects of straw returning on weed diversity. The significant factors are marked with *. SA： Amount of straw returning； MAT： Annual mean temperature； MAP： Annual mean precipitation； TF： Returning condition； SOM： Soil organic matter； ST： Soil texture； TM： Tillage method； SRP： Straw return pattern. The same below.

Fig.4 Model-averaged importance of the predictors for the effects of straw returning on farmland weeds

图5 关键因子与秸秆还田抑草效应的关系

Fig.5 The relationship between significant factors and effects of straw returning on weed suppression

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整合分析秸秆还田对农田杂草多度和多样性的影响

Effects of straw return on farmland weed abundance and diversity： A meta-analysis

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图/表 6

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