试验地位于荆州市太湖农场(30° 24' N, 111° 54' E)。该区域是江汉平原粮食主产区腹地, 地处亚热带季风气候区, 年日照时数1 800~2 000 h, 年平均气温15.9~16.6 ℃, 年无霜期242~263 d, 多数年降水量在1 100~1 300 mm, 4月-10月降水量占全年80%。调查区各样地作物期的农事操作基本相同, 各样地面积在860~1 240 m², 平均面积为1 050 m²。

1.2.1 调查方法 本研究选取稻-麦连作系统(continuous rice-wheat system)和稻-休耕系统(rice-fallow system)各3个样地, 所有样地种植方式已维持连续3年。农田生态系统包括了作物生境和其周围的半自然生境, 如田埂、沟渠等, 因此, 每个样地调查生境包括田内(interior)、田埂(field bund)和沟渠(drainage ditch), 每种生境类型随机选取5个具有代表性的样方进行调查, 其中沟渠的调查范围包括沟渠边坡和沟渠内。根据草本植物调查的样方标准^[23], 设定样方面积为(1 m× 1 m或0.5 m× 2 m), 累计样方数量为80个, 其中, 稻-麦连作农田45个样方, 稻-休耕农田35个样方。样方类型分别标记为RWI(稻-麦连作田内)、RWB(稻-麦连作田埂)、RWD(稻-麦连作沟渠)、RFI(稻-休耕连作田内)、RFB(稻-休耕连作田埂)和RFD(稻-休耕连作沟渠)。调查并记录每个样方内的植物种类、盖度、频度, 对于在野外调查期间难以辨认的物种, 要求在原生境下拍照, 并制作标本, 带回室内以作进一步物种鉴定。调查时间为2015年6月。

1.2.2 数据分析 物种多样性测度采用ɑ 多样性的测度方法^{[24, 25, 26]}:物种丰富度指数(R)采用物种数(S); 物种多样性分析采用Shannon-Weiner多样性指数(H); 均匀度分析采用Pielou指数(J); 优势度分析采用Simpson指数(D); 用Jaccard相似系数(C_j)计算稻-麦连作系统和稻-休耕系统的物种相似性。相关参数计算公式如下:

物种丰富度指数:

R=S;

Shannon-Weiner多样性指数:

H'=-lgN ∑i=1SP_ilnP_i;

Pielou均匀度指数:

J=- ∑i=1SP_ilnP_i/lnS;

Simpson指数:

D=1- ∑i=1SPi2;

重要值:I=(种i相对频度+种i相对盖度)/2;

C_j=c/(a+b-c).

式中:S为每一样地中的植物物种总数目, N为所有物种总个体数, P_i为种i的相对重要值; 相对频度=(某物种频度/总物种频度之和)× 100%; 相对盖度=(某物种盖度/总物种盖度之和)× 100%; a和b分别为两个不同系统的植物种数; c为两个不同系统共有的植物种数。以3个样地的所有样方为基础数据, 根据上述公式分别计算稻-麦连作和稻-休耕系统的各多样性参数; 以各样地不同生境的样方为基础数据, 根据上述公式分别计算稻-麦连作和稻-休耕系统各生境的多样性参数。

排序分析是研究植物群落生态关系的重要方法, 可以揭示植物群落结构及其与环境间的生态关系。只使用物种组成数据时采用非限制性排序方法, 如去趋势对应分析(detrended correspondence analysis, DCA)^[27]。本研究采用该法构建群落-物种矩阵, 对6个样地、80个样方的植物群落进行排序分析, 物种在每个样方中的有或无以0和1表示。

数据初步分析、物种多样性计算及方差分析分别在Excel和DPS 13.5软件中完成, 80个样方的群落排序使用Canoco 5.0软件完成。

稻-麦连作系统的3个样地总计64种植物, 分属于28科58属, 种类较多的有禾本科(16属16种)和菊科(6属9种), 共占物种总数的39.1%; 其次是莎草科(2属4种)。不同生境中, 物种数量和种类差异较大, 其中田埂植物由22科44属49种组成, 占稻-麦连作农田植物物种总数的76.6%; 沟渠植物有16科29属32种; 田内植物共有11科18属20种, 且许多田埂上出现的植物未在田内发现, 如车前(Plantago asiatica)、一年蓬(Erigeron annuus)、狗尾草(Setaria viridis)等。

稻-休耕系统3个样地总计76种植物, 分属于32科68属, 种类较多的科依次为禾本科(14属14种)、菊科(7属11种)、苋科(4属4种)和莎草科(2属4种)。3种生境下的物种数量多少依次为田埂> 田内> 沟渠, 其中田埂植物隶属于29科60属65种, 田内植物共有17科33属37种, 沟渠植物隶属于19科30属33种。与稻-麦连作系统相比, 稻-休耕系统出现许多新的植物种类, 如茅莓(Rubus parvifolius)等蔷薇科植物、马松子(Melochia corchorifolia)等梧桐科植物; 稻田休耕后, 豆科植物小巢菜(Vicia hirsuta)和菊科植物一年蓬(Erigeron annuus)、蒲公英(Taraxacum mongolicum)等数量上升, 而稗(Echinochloa crusgalli)、野老鹳草(Geranium wilfordii)、喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)等植物数量下降(表1)。比较稻-麦连作和稻-休耕系统的物种相似性, Jaccard系数值为0.49。

从生活周期角度, 稻-麦连作系统的一、二年生植物有39种, 占物种总数的60.9%; 而稻-休耕系统的一、二年生植物也有36种, 多年生植物有40种, 一、二年生植物占物种总数的47.4%。此外, 稻-麦连作系统45个样方的植物均为草本植物, 稻-休耕系统30个样方植物仍以草本为主, 但是21.7%的样方中出现乔、灌木。此外, 对稻-麦连作和稻-休耕系统相同生境下物种数进行比较, 稻-休耕系统的田内和田埂物种数量显著高于稻-麦连作系统, 但是两个系统的沟渠物种数量无显著差异(图1)。

图1

Fig. 1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 稻-麦连作和稻-休耕系统不同生境下的植物物种数 注:不同小写字母表示同种生境下不同系统植物物种数差异显著(P< 0.05)。Fig. 1 Number of plant species under different habitats in continuous rice-wheat and rice-fallow systems Note: Different lowercase letters indicate significant difference in the same habitat type among different systems at the 0.05 level.

稻-麦连作系统不同生境下的植物物种丰富度差异较大:田内植物有20种, 平均值为13.0; 田埂总计有49种植物, 各样方有植物21~30种, 平均值为26.3; 沟渠总计有32种植物, 各样方平均值为21.0。稻-休耕系统3种生境下的物种丰富度大小依次为田埂> 田内> 沟渠, 其中田埂植物总计65种, 各样方平均值为35.3; 田内植物总计37种, 各样方平均值为21.7, 沟渠植物总计33种, 各样方平均值为25.0(图1, 表1)。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 稻-麦连作和稻-休耕系统3种生境的植物物种统计 Table 1 Tatistics of plant species in three habitats of continuous rice-wheat and rice-fallow systems 科Family 属Genus 种Species 稻-麦连作系统Continuous rice-wheat system 稻-休耕稻田 Rice-fallow system 田内 RWI 田埂 RWB 沟渠 RWD 田内 RWI 田埂 RWB 沟渠 RWD 禾本科 Gramineae 稗属 Echinochloa 稗 Echinochloa crusgalli 1 1 1 1 1 1 菵草属 Beckmannia 菵草 Beckmannia syzigachne 1 1 1 1 1 1 千金子属 Leptochloa 千金子 Leptochloa chinensis 1 0 1 0 0 1 雀稗属 Paspalum 双穗雀稗 Paspalum diatichum 1 0 1 1 0 1 鹅观草属 Roegneria 鹅观草Roegneria kamoji Ohwi 1 1 0 1 1 1 棒头草属 Polypogon 棒头草 Polypogon fugax 1 1 1 1 1 0 狗牙根属 Cynodon 狗牙根 Cynodon dactylon 0 1 1 1 1 0 荩草属 Arthraxon 荩草 Arthraxon hispidus 0 1 0 1 1 0 燕麦属 Avena 野燕麦Avena fatua 0 1 0 0 1 0 狗尾草属 Setaria 狗尾草Setaria viridis 0 1 1 1 1 0 穇属 Eleusine 牛筋草Eleusine indica 0 0 1 0 1 0 看麦娘属Alopecurus 看麦娘Alopecurus aequalis 0 1 0 0 1 0 小麦属 Triticum 小麦 Triticum aestivum 0 1 0 0 0 0 马唐属 Digitaria 马唐 Digitaria sanguinalis 0 0 1 1 1 0 芦苇属 Phragmites 芦苇 Phragmites australis 0 0 1 0 0 0 假稻属 Leersia 李氏禾Leersia hexandra 0 0 0 1 1 0 白茅属 Imperata 白茅Imperata cylindrica 0 0 1 0 0 0 菊科 Compositae 飞蓬属 Erigeron 飞蓬Erigeron acris 0 1 1 1 1 1 一年蓬Erigeron annuus 0 1 1 1 1 1 香丝草 Erigeron bonariensis 0 1 0 0 0 0 蒲公英属Taraxacum 蒲公英Taraxacum mongolicum 0 1 0 1 1 0 蓟属 Cirsium 小蓟 Cirsium setosum 0 1 0 0 0 1 鼠麴草属 Pseudognaphalium 鼠麴草 Pseudognaphalium affine 0 0 0 1 1 1 鳢肠属 Eclipta 鳢肠 Eclipta prostrata 0 1 0 0 0 0 蒿属 Artemisia 艾草 Artemisia argyi 0 1 0 1 1 0 黄花蒿 Artemisia annua 0 1 0 0 0 0 青蒿 Artemisia caruifolia 0 0 0 1 1 1 鬼针草属 Bidens 鬼针草 Bidens pilosa 0 0 0 1 1 0 黄鹌菜属 Youngia 黄鹌菜 Youngia japonica 0 0 0 0 1 0 稻槎菜属Lapsanastrum 稻槎菜 Lapsanastrum apogonoides 0 1 0 0 1 0 紫菀属 Aster 马兰 Aster indicus 0 0 0 0 1 0 莎草科 Cyperaceae 莎草属 Cyperus 异型莎草 Cyperus difformis 1 1 1 1 0 1 碎米莎草 Cyperus iria 1 1 1 1 1 0 香附子 Cyperus rotundus 1 1 1 1 1 0 水蜈蚣属 Kyllinga 水蜈蚣 Kyllinga polyphylla 1 0 0 1 1 1 苋科 Amaranthaceae 莲子草属 Alternanthera 喜旱莲子草 Alternanthera philoxeroides 1 1 1 1 1 1 藜属 Chenopodium 灰灰菜 Chenopodium album 0 1 0 0 1 0 牛膝属 Achyranthes 牛膝 Achyranthes bidentata 0 0 0 0 1 0 苋属 Amaranthus 刺苋 Amaranthus spinosus 0 0 0 0 1 0 报春花科 Primulaceae 珍珠菜属Lysimachia 泽珍珠菜 Lysimachia candida 0 0 0 0 1 0

表1 稻-麦连作和稻-休耕系统3种生境的植物物种统计 Table 1 Tatistics of plant species in three habitats of continuous rice-wheat and rice-fallow systems

续表1

Table 2

续表1(Table 2)

稻-麦连作和稻-休耕系统不同生境多样性特征

Table 2 Diversity indices of different habitats in continuous rice-wheat and rice-fallow systems

续表1 (1) 科Family 属Genus 种Species 稻-麦连作系统Continuous rice-wheat system 稻-休耕稻田 Rice-fallow system 田内 RWI 田埂 RWB 沟渠 RWD 田内 RWI 田埂 RWB 沟渠 RWD 车前科 Plantaginaceae 车前属 Plantago 车前 Plantago asiatica 0 1 1 1 1 0 唇形科 Labiatae 风轮菜属Clinopodium 风轮菜 Clinopodium chinense 0 1 1 0 1 0 鼠尾草属Salvia 荔枝草 Salvia plebeia 0 0 0 1 1 0 大戟科 Euphorbiaceae 铁苋菜属Acalypha 海蚌含珠 Acalypha australis 1 1 1 0 1 1 乌桕属Triadica 乌桕Triadica sebifera 0 0 0 0 1 1 灯心草科 Juncaceae 灯心草属 Juncus 灯心草 Juncus effusus 0 0 0 1 1 1 豆科 Leguminosae 合萌属 Aeschynomene 合萌 Aeschynomene indica 0 1 1 1 1 1 苜蓿属 Medicago 天蓝苜蓿 Medicago lupulina 0 0 0 1 1 0 野豌豆属 Vicia 小巢菜 Vicia hirsuta 0 1 1 1 1 0 葫芦科 Cucurbitaceae 栝楼属 Trichosanthes 括楼 Trichosanthes kirilowii 0 1 0 0 0 0 景天科 Crassulaceae 景天属 Sedum 垂盆草 Sedum sarmentosum 0 0 1 0 1 0 蓼科 Polygonaceae 蓼属 Polygonum 水蓼 Polygonum hydropiper 1 0 1 0 0 1 扛板归 Polygonum perfoliatum 0 1 0 1 1 1 酸模属 Rumex 羊蹄 Rumex japonicus 0 1 1 0 1 0 柳叶菜科 Onagraceae 丁香蓼属 Ludwigia 丁香蓼 Ludwigia prostrata 1 1 0 1 1 0 马齿苋科 Portulacaceae 马齿苋属 Portulaca 马齿苋 Portulaca oleracea 1 0 0 0 0 0 马鞭草科 Verbenaceae 马鞭草属 Verbena 马鞭草 Verbena officinalis 0 0 1 1 1 1 牻牛儿苗科 Geraniaceae 老鹳草属 Geranium 野老鹳草 Geranium wilfordii 0 1 1 0 0 0 毛茛科 Ranunculaceae 毛茛属 Ranunculus 毛茛 Ranunculus japonicus 1 1 0 1 1 0 木贼科 Equisetaceae 木贼属 Equisetum 问荆 Equisetum arvense 0 0 1 0 1 0 浮萍科 Lemnaceae 浮萍属 Lemana 浮萍 Lemana minor 1 0 1 0 0 1 葡萄科 Vitaceae 乌蔹莓属 Cayratia 乌蔹莓 Cayratia japonica 0 0 0 0 1 0 茄科 Solanaceae 茄属 Solanum 龙葵 Solanum nigrum 0 1 0 1 1 1 蔷薇科 Rosaceae 悬钩子属 Rubus 山莓 Rubus corchorifolius 0 0 0 0 0 1 蛇莓属 Duchesnea 茅莓 Rubus parvifolius 0 0 0 0 1 1 蛇莓 Duchesnea indica 0 0 0 0 1 1 茜草科 Rubiaceae 茜草属 Rubia 茜草 Rubia cordifolia 0 1 0 0 1 1 拉拉藤属 Galium 猪殃殃 Galium spurium 0 1 0 1 1 0 续表1 续表1 续表1 (2) 科Family 属Genus 种Species 稻-麦连作系统Continuous rice-wheat system 稻-休耕稻田 Rice-fallow system 田内 RWI 田埂 RWB 沟渠 RWD 田内 RWI 田埂 RWB 沟渠 RWD 伞形科 Umbelliferae 水芹属 Oenanthe 水芹 Oenanthe javanica 0 0 1 0 0 0 胡萝卜属 Daucus 野胡萝卜 Daucus carota 0 1 1 0 0 0 窃衣属 Torilis 窃衣 Torilis scabra 0 0 0 0 1 1 忍冬科 Caprifoliaceae 忍冬属 Lonicera 忍冬 Lonicera japonica 0 0 0 0 0 1 接骨木属 Sambucus 陆英 Sambucus chinensis 0 0 0 1 1 0 桑科 Moraceae 构属 Broussonetia 构树 Broussonetia papyrifera 0 0 0 0 1 1 桑属 Morus 桑树 Morus alba 0 0 0 0 1 1 石竹科 Caryophyllaceae 繁缕属 Stellaria 繁缕 Stellaria media 0 1 0 0 1 0 十字花科 Cruciferae 荠菜属 Capsella 荠菜 Capsella bursa-pastoris 0 1 0 0 1 0 萝卜属 Raphanus 萝卜 Raphanus sativus 0 1 0 1 1 0 蔊菜属 Rorippa 蔊菜 Rorippa indica 0 1 0 0 0 0 风花菜 Rorippa globosa 0 0 0 0 0 1 梧桐科 Sterculiaceae 马松子属 Melochia 马松子 Melochia corchorifolia 0 0 0 0 1 0 玄参科 Scrophulariaceae 母草属 Lindernia 陌上菜 Lindernia procumbens 1 1 0 0 1 0 通泉草属 Mazus 通泉草 Mazus pumilus 1 1 0 1 1 0 婆婆纳属 Veronica 婆婆纳 Veronica polita 0 1 0 0 1 0 香蒲科 Typhaceae 香蒲属 Typha 水烛 Typha angustifolia 0 0 0 0 0 1 雨久花科 Pontederiaceae 雨久花属 Monochoria 鸭舌草 Monochoria vaginalis 1 0 1 0 0 0 紫草科 Boraginaceae 附地菜属 Trigonotis 附地菜 Trigonotis peduncularis 0 1 0 0 1 0 旋花科 Convolvulaceae 打碗花属 Calystegia 打碗花 Calystegia hederacea 0 1 0 0 0 0 酢浆草科 Oxalidaceae 酢浆草属 Oxalis 酢浆草 Oxalis corniculata 0 1 0 0 1 0 紫茉莉科 Nyctaginaceae 紫茉莉属 Mirabilis 紫茉莉 Mirabilis jalapa 0 0 0 0 0 1 总 计(种)Total 20 49 32 37 65 33 注:“ 1” 、“ 0” 分别表示各生境中物种的“ 有” 或“ 无” ; RWI、RWB和RWD分别代表稻-麦连作田内、田埂和沟渠, RFI、RFB和RFD分别代表稻-休耕田内、田埂和沟渠。下同。 Note: “ 1” represents presence and "0" represents absence of species in the habitats respectively. RWI, RWB and RWD represent the interior, field bud and drainage ditch of continuous rice-wheat system, respectively, and RFI, RFB and RFD represent the interior, field bud and drainage ditch of rice-fallow system, respectively; similarly for the following figures and tables. 续表1 (2) 2.2 植物物种的丰富度、多样性和均匀度 稻-休耕系统的物种丰富度指数(R)和物种多样性指数(H')均显著高于稻-麦连作系统(P=0.021; P=0.006), 但是两者优势度指数(D)(P=0.318)和均匀度指数(J)(P=0.844)均无显著差异(图2)。 图2 Fig. 2 Figure Option Fig. 2 Comparison of diversity indices of continuous rice-wheat and rice-fallow systems Note: D, H' and J represent Simpson’ s dominance index, Shannon-Weiner’ s diversity index and Pielou’ s evenness index, respectively. Different lowercase letters indicate significant difference among different systems at the 0.05 level.'>ViewDownloadNew Window Fig. 2 Comparison of diversity indices of continuous rice-wheat and rice-fallow systems Note: D, H' and J represent Simpson’ s dominance index, Shannon-Weiner’ s diversity index and Pielou’ s evenness index, respectively. Different lowercase letters indicate significant difference among different systems at the 0.05 level.'> 图2 稻-麦连作和稻-休耕系统各多样性指数比较 注:图中D、H'、J分别代表Simpson优势度指数、Shannon-Weiner多样性指数和Pielou均匀度指数; 不同小写字母表示不同系统同一种多样性指数在0.05水平上差异显著。Fig. 2 Comparison of diversity indices of continuous rice-wheat and rice-fallow systems Note: D, H' and J represent Simpson’ s dominance index, Shannon-Weiner’ s diversity index and Pielou’ s evenness index, respectively. Different lowercase letters indicate significant difference among different systems at the 0.05 level. 不同生境下, 稻-麦连作系统Simpson优势度指数、Shannon-Weiner多样性指数差异大, 其中田埂最高, 其次为沟渠, 田内多样性最低。在稻-休耕系统中, 除Pielou均匀度指数外, 田埂各多样性指数(R、H、D)均高于田内(表2)。 表2 表2 表2 稻-麦连作和稻-休耕系统不同生境多样性特征 Table 2 Diversity indices of different habitats in continuous rice-wheat and rice-fallow systems 多样性指标 Diversity index 耕作方式 Cultivation method 生境Habitat 田内Interior 田埂Field bund 沟渠Drainage ditch 物种丰富度(R) Species richness 稻-麦连作rice-wheat 13.00± 2.0b 26.30± 4.7b 21.00± 2.0a 稻-休耕系统rice-fallow 21.70± 1.2a 35.30± 3.8a 25.00± 3.6a 优势度指数(D) Simpson index 稻-麦连作rice-wheat 0.58± 0.14b 0.89± 0.04a 0.67± 0.17a 稻-休耕系统rice-fallow 0.89± 0.03a 0.91± 0.02a 0.69± 0.02a 物种多样性指数(H') Shannon-Weiner index 稻-麦连作rice-wheat 3.31± 0.60b 6.27± 0.69b 4.45± 0.90a 稻-休耕系统rice-fallow 6.88± 0.11a 8.08± 0.14a 5.09± 0.16a 均匀度指数(J) Pielou index 稻-麦连作rice-wheat 0.59± 0.15b 0.79± 0.05a 0.60± 0.21a 稻-休耕系统rice-fallow 0.82± 0.06a 0.77± 0.04a 0.53± 0.04a 注:同一多样性指数同列不同小写字母表示同一生境下不同系统间差异显著(P< 0.05)。 Note: Different lowcase letters within the same column indicate significant difference among different diversity indices in the same habitat type at the 0.05 level. 续表1 (1) 科Family 属Genus 种Species 稻-麦连作系统Continuous rice-wheat system 稻-休耕稻田 Rice-fallow system 田内 RWI 田埂 RWB 沟渠 RWD 田内 RWI 田埂 RWB 沟渠 RWD 车前科 Plantaginaceae 车前属 Plantago 车前 Plantago asiatica 0 1 1 1 1 0 唇形科 Labiatae 风轮菜属Clinopodium 风轮菜 Clinopodium chinense 0 1 1 0 1 0 鼠尾草属Salvia 荔枝草 Salvia plebeia 0 0 0 1 1 0 大戟科 Euphorbiaceae 铁苋菜属Acalypha 海蚌含珠 Acalypha australis 1 1 1 0 1 1 乌桕属Triadica 乌桕Triadica sebifera 0 0 0 0 1 1 灯心草科 Juncaceae 灯心草属 Juncus 灯心草 Juncus effusus 0 0 0 1 1 1 豆科 Leguminosae 合萌属 Aeschynomene 合萌 Aeschynomene indica 0 1 1 1 1 1 苜蓿属 Medicago 天蓝苜蓿 Medicago lupulina 0 0 0 1 1 0 野豌豆属 Vicia 小巢菜 Vicia hirsuta 0 1 1 1 1 0 葫芦科 Cucurbitaceae 栝楼属 Trichosanthes 括楼 Trichosanthes kirilowii 0 1 0 0 0 0 景天科 Crassulaceae 景天属 Sedum 垂盆草 Sedum sarmentosum 0 0 1 0 1 0 蓼科 Polygonaceae 蓼属 Polygonum 水蓼 Polygonum hydropiper 1 0 1 0 0 1 扛板归 Polygonum perfoliatum 0 1 0 1 1 1 酸模属 Rumex 羊蹄 Rumex japonicus 0 1 1 0 1 0 柳叶菜科 Onagraceae 丁香蓼属 Ludwigia 丁香蓼 Ludwigia prostrata 1 1 0 1 1 0 马齿苋科 Portulacaceae 马齿苋属 Portulaca 马齿苋 Portulaca oleracea 1 0 0 0 0 0 马鞭草科 Verbenaceae 马鞭草属 Verbena 马鞭草 Verbena officinalis 0 0 1 1 1 1 牻牛儿苗科 Geraniaceae 老鹳草属 Geranium 野老鹳草 Geranium wilfordii 0 1 1 0 0 0 毛茛科 Ranunculaceae 毛茛属 Ranunculus 毛茛 Ranunculus japonicus 1 1 0 1 1 0 木贼科 Equisetaceae 木贼属 Equisetum 问荆 Equisetum arvense 0 0 1 0 1 0 浮萍科 Lemnaceae 浮萍属 Lemana 浮萍 Lemana minor 1 0 1 0 0 1 葡萄科 Vitaceae 乌蔹莓属 Cayratia 乌蔹莓 Cayratia japonica 0 0 0 0 1 0 茄科 Solanaceae 茄属 Solanum 龙葵 Solanum nigrum 0 1 0 1 1 1 蔷薇科 Rosaceae 悬钩子属 Rubus 山莓 Rubus corchorifolius 0 0 0 0 0 1 蛇莓属 Duchesnea 茅莓 Rubus parvifolius 0 0 0 0 1 1 蛇莓 Duchesnea indica 0 0 0 0 1 1 茜草科 Rubiaceae 茜草属 Rubia 茜草 Rubia cordifolia 0 1 0 0 1 1 拉拉藤属 Galium 猪殃殃 Galium spurium 0 1 0 1 1 0 表2 稻-麦连作和稻-休耕系统不同生境多样性特征 Table 2 Diversity indices of different habitats in continuous rice-wheat and rice-fallow systems 多样性指标 Diversity index 耕作方式 Cultivation method 生境Habitat 田内Interior 田埂Field bund 沟渠Drainage ditch 物种丰富度(R) Species richness 稻-麦连作rice-wheat 13.00± 2.0b 26.30± 4.7b 21.00± 2.0a 稻-休耕系统rice-fallow 21.70± 1.2a 35.30± 3.8a 25.00± 3.6a 优势度指数(D) Simpson index 稻-麦连作rice-wheat 0.58± 0.14b 0.89± 0.04a 0.67± 0.17a 稻-休耕系统rice-fallow 0.89± 0.03a 0.91± 0.02a 0.69± 0.02a 物种多样性指数(H') Shannon-Weiner index 稻-麦连作rice-wheat 3.31± 0.60b 6.27± 0.69b 4.45± 0.90a 稻-休耕系统rice-fallow 6.88± 0.11a 8.08± 0.14a 5.09± 0.16a 均匀度指数(J) Pielou index 稻-麦连作rice-wheat 0.59± 0.15b 0.79± 0.05a 0.60± 0.21a 稻-休耕系统rice-fallow 0.82± 0.06a 0.77± 0.04a 0.53± 0.04a 注:同一多样性指数同列不同小写字母表示同一生境下不同系统间差异显著(P< 0.05)。 Note: Different lowcase letters within the same column indicate significant difference among different diversity indices in the same habitat type at the 0.05 level. 续表1 (1) 续表1 续表1 续表1 (2) 科Family 属Genus 种Species 稻-麦连作系统Continuous rice-wheat system 稻-休耕稻田 Rice-fallow system 田内 RWI 田埂 RWB 沟渠 RWD 田内 RWI 田埂 RWB 沟渠 RWD 伞形科 Umbelliferae 水芹属 Oenanthe 水芹 Oenanthe javanica 0 0 1 0 0 0 胡萝卜属 Daucus 野胡萝卜 Daucus carota 0 1 1 0 0 0 窃衣属 Torilis 窃衣 Torilis scabra 0 0 0 0 1 1 忍冬科 Caprifoliaceae 忍冬属 Lonicera 忍冬 Lonicera japonica 0 0 0 0 0 1 接骨木属 Sambucus 陆英 Sambucus chinensis 0 0 0 1 1 0 桑科 Moraceae 构属 Broussonetia 构树 Broussonetia papyrifera 0 0 0 0 1 1 桑属 Morus 桑树 Morus alba 0 0 0 0 1 1 石竹科 Caryophyllaceae 繁缕属 Stellaria 繁缕 Stellaria media 0 1 0 0 1 0 十字花科 Cruciferae 荠菜属 Capsella 荠菜 Capsella bursa-pastoris 0 1 0 0 1 0 萝卜属 Raphanus 萝卜 Raphanus sativus 0 1 0 1 1 0 蔊菜属 Rorippa 蔊菜 Rorippa indica 0 1 0 0 0 0 风花菜 Rorippa globosa 0 0 0 0 0 1 梧桐科 Sterculiaceae 马松子属 Melochia 马松子 Melochia corchorifolia 0 0 0 0 1 0 玄参科 Scrophulariaceae 母草属 Lindernia 陌上菜 Lindernia procumbens 1 1 0 0 1 0 通泉草属 Mazus 通泉草 Mazus pumilus 1 1 0 1 1 0 婆婆纳属 Veronica 婆婆纳 Veronica polita 0 1 0 0 1 0 香蒲科 Typhaceae 香蒲属 Typha 水烛 Typha angustifolia 0 0 0 0 0 1 雨久花科 Pontederiaceae 雨久花属 Monochoria 鸭舌草 Monochoria vaginalis 1 0 1 0 0 0 紫草科 Boraginaceae 附地菜属 Trigonotis 附地菜 Trigonotis peduncularis 0 1 0 0 1 0 旋花科 Convolvulaceae 打碗花属 Calystegia 打碗花 Calystegia hederacea 0 1 0 0 0 0 酢浆草科 Oxalidaceae 酢浆草属 Oxalis 酢浆草 Oxalis corniculata 0 1 0 0 1 0 紫茉莉科 Nyctaginaceae 紫茉莉属 Mirabilis 紫茉莉 Mirabilis jalapa 0 0 0 0 0 1 总 计(种)Total 20 49 32 37 65 33 注:“ 1” 、“ 0” 分别表示各生境中物种的“ 有” 或“ 无” ; RWI、RWB和RWD分别代表稻-麦连作田内、田埂和沟渠, RFI、RFB和RFD分别代表稻-休耕田内、田埂和沟渠。下同。 Note: “ 1” represents presence and "0" represents absence of species in the habitats respectively. RWI, RWB and RWD represent the interior, field bud and drainage ditch of continuous rice-wheat system, respectively, and RFI, RFB and RFD represent the interior, field bud and drainage ditch of rice-fallow system, respectively; similarly for the following figures and tables. 续表1 (2) 2.2 植物物种的丰富度、多样性和均匀度 稻-休耕系统的物种丰富度指数(R)和物种多样性指数(H')均显著高于稻-麦连作系统(P=0.021; P=0.006), 但是两者优势度指数(D)(P=0.318)和均匀度指数(J)(P=0.844)均无显著差异(图2)。 图2 Fig. 2 Figure Option Fig. 2 Comparison of diversity indices of continuous rice-wheat and rice-fallow systems Note: D, H' and J represent Simpson’ s dominance index, Shannon-Weiner’ s diversity index and Pielou’ s evenness index, respectively. Different lowercase letters indicate significant difference among different systems at the 0.05 level.'>ViewDownloadNew Window Fig. 2 Comparison of diversity indices of continuous rice-wheat and rice-fallow systems Note: D, H' and J represent Simpson’ s dominance index, Shannon-Weiner’ s diversity index and Pielou’ s evenness index, respectively. Different lowercase letters indicate significant difference among different systems at the 0.05 level.'> 图2 稻-麦连作和稻-休耕系统各多样性指数比较 注:图中D、H'、J分别代表Simpson优势度指数、Shannon-Weiner多样性指数和Pielou均匀度指数; 不同小写字母表示不同系统同一种多样性指数在0.05水平上差异显著。Fig. 2 Comparison of diversity indices of continuous rice-wheat and rice-fallow systems Note: D, H' and J represent Simpson’ s dominance index, Shannon-Weiner’ s diversity index and Pielou’ s evenness index, respectively. Different lowercase letters indicate significant difference among different systems at the 0.05 level. 不同生境下, 稻-麦连作系统Simpson优势度指数、Shannon-Weiner多样性指数差异大, 其中田埂最高, 其次为沟渠, 田内多样性最低。在稻-休耕系统中, 除Pielou均匀度指数外, 田埂各多样性指数(R、H、D)均高于田内(表2)。 表2

相同生境下, 稻-麦连作系统的物种丰富度、Simpson优势度指数和Shannon-Weiner多样性指数均低于同生境下的稻-休耕系统。从Simpson指数来看, 田内的稻-麦连作和稻-休耕D值差异极显著(P=0.006), 田埂(P=0.263)和沟渠(P=0.259)未表现出无显著差异; Shannon-Weiner指数, 田内稻-麦连作极显著低于稻-休耕(P=0.001), 田埂之间差异显著(P=0.011), 沟渠之间无显著差异(P=0.291); Pielou均匀度指数, 田内稻-麦连作显著低于稻-休耕(P=0.016)、田埂(P=0.259)和沟渠(P=0.291)未表现出无显著差异(表2)。

对稻-麦连作和稻-休耕系统不同生境共80个样方进行DCA排序, 得到前4个排序轴的特征值分别为0.501 3、0.407 3、0.299 8和0.270 4, 其中, 第1轴特征值最大, 第2轴次之, 说明前两个排序轴包含更多的生态信息。根据前两个排序轴作二维排序图(图3), 第1轴和第2轴较好地反映了植物群落之间以及群落与环境之间的相互关系。样方DCA图第1轴基本反映了种植制度的变化对群落的影响, 第2轴基本反映了群落沿不同生境类型的变化梯度:对于稻-麦连作系统, 从左到右, 依次为田内、沟渠和田埂; 对于稻-休耕系统, 从左到右, 依次为沟渠、田内和田埂。DCA图中各个样点间距离表示样方内群落相似程度。距离越近, 则说明物种组成越相似; 若出现重叠, 则说明物种组成极为相似。结果表明, 6种类型样地基本相互分离, 但仍有部分重叠, 如RFI和RFB, 说明稻-休耕系统中, 田内和田埂群落组成相似程度高; 相反, RWI和RWB完全分离, 说明稻-麦连作的田内和田埂物种组成差异大。此外, 在稻-麦连作系统中, 除了田埂(RWB)多样性较高外, 沟渠(RWD)和田内(RWI)多样性均较低, 位于图左下方; 相反, 在稻-休耕系统中, 田内(RFI)和田埂(RFB)均具有较高的多样性, 位于图右上方。

图3

Fig. 3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 80个植物样方的DCA二维排序图Fig. 3 Two-dimensional DCA ordination diagram of 80 quadrats of plant community