《Weed Science》：Seed germination ecology of Asiatic dayflower (Commelina communis) under diverse environmental factors in dry direct-seeded rice systems in China
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鸭跖草（Commelina communis L.）近年来已成为中国旱直播稻（dry direct-seeded rice，DDSR）系统中的一种问题杂草。了解其萌发与出苗生态学对于制定有效的杂草综合治理（integrated weed management，
鸭跖草（Commelina communis L.）近年来已成为中国旱直播稻（dry direct-seeded rice，DDSR）系统中的一种问题杂草。了解其萌发与出苗生态学对于制定有效的杂草综合治理（integrated weed management，IWM）策略至关重要。然而，关于多种环境因子对其萌发与出苗生态学影响的信息仍然有限。本研究评估了C. communis对温度、光照、渗透胁迫、盐度、辐射热暴露、小麦残茬覆盖及种子埋深等因子的萌发生态学响应。种子在20/10℃条件下未能萌发，而在25/15℃条件下开始萌发（62%），并在35/25℃和40/30℃条件下达到最高萌发率（96%至98%），且不受光照条件影响。三参数S型模型预测，在?0.23 MPa渗透势下萌发受到50%抑制，在?0.8 MPa下完全抑制。随着氯化钠（NaCl）浓度升高，50%抑制发生在191 mM NaCl条件下，完全抑制发生在350 mM NaCl条件下，表明其具有中等耐盐性。暴露于辐射热（≥160℃持续5 min）可完全抑制萌发，表明残茬焚烧可能是一种有效的防控措施。幼苗出苗率在土壤表面最高（91%），但随埋深增加急剧下降，超过13 cm后无出苗。小麦残茬增加降低了幼苗出苗率，在较高残茬量（特别是6和10 Mg ha?1）下观察到显著降低。这些发现为C. communis的萌发生态学提供了重要见解，并对其在DDSR系统中的综合治理具有实际意义。同时，这些发现为中国DDSR系统中杂草防控时机优化、种子库管理和耕作实践提供了生态学框架。
论文解读
一、研究背景与意义
水稻是全球最重要的粮食作物之一，在亚洲约占全球产量的90%。传统上，人工移栽是亚洲多国水稻种植的主要方式。然而，水资源短缺和农村农业劳动力减少使得这一方式难以为继。旱直播稻（dry direct-seeded rice，DDSR）作为一种替代性种植制度，通过减少劳动力需求、水资源消耗和生产成本，提供了一种更可持续且经济高效的方案。中国是全球最大的水稻生产国之一，贡献了约28%的全球产量。自20世纪90年代以来，中国逐步从传统移栽向DDSR系统转变。然而，由于缺乏静水层和作物早期竞争减弱，草害成为DDSR系统面临的主要生物胁迫，常导致严重的产量损失。
鸭跖草（Commelina communis L.）是一种鸭跖草科（Commelinaceae）一年生C?杂草，广泛分布于东北亚及世界其他地区。种子繁殖是其主要的繁殖方式。在中国，C. communis已被报道在大豆和玉米中造成显著产量损失，并侵染葡萄等园艺作物。近期田间观察证实该杂草已出现在中国DDSR系统中，在广东省稻田和淮北地区旱直播稻田中均被鉴定为优势杂草。在南亚，C. communis也是免耕和旱直播灌溉水稻中的主要杂草，在免耕系统中造成27%的产量损失。
在DDSR系统中，有效的杂草管理依赖于对出苗时机的预测，因为芽后除草剂对小型早期幼苗最为有效，而诱杀苗床等农艺措施必须在作物播种前消耗种子库。然而，此类预测需要物种特异性的萌发响应知识，包括对温度、水分和埋深的响应，而这些信息目前在中国DDSR背景下对C. communis尚属空白。此外，由于过度依赖除草剂，C. communis已在大豆作物中对草甘膦和阿特拉津产生抗性。因此，综合杂草管理（integrated weed management，IWM）被视为更可持续的防控方法，而其成功实施需要深入了解杂草生物学和生态学，特别是影响种子萌发和幼苗出苗的因素。
二、研究内容与主要结论
本研究于2025年3月至8月在江苏省农业科学院植物保护研究所开展。成熟种子于2024年10月采集自江苏省盐城市的DDSR田间，取自约60 ha范围内约1000株随机选择的植株。研究人员系统评估了昼夜交替温度、光照、渗透胁迫、盐胁迫、高温暴露、埋深和小麦残茬覆盖对C. communis种子萌发和幼苗出苗的影响。
三、关键技术与方法
研究人员采用控制环境条件下的种子萌发试验，设置五种昼夜交替温度（20/10、25/15、30/20、35/25和40/30℃）与两种光照条件（12小时光/12小时暗光周期和持续黑暗）的完全因子组合；使用聚乙二醇8000配制不同渗透势溶液（0至?1.6 MPa）评估水分胁迫；使用八种浓度氯化钠（NaCl）溶液（0至350 mM）评估盐胁迫；将种子置于烘箱中在七种温度（40至160℃）下暴露5分钟评估热耐受性；在盆栽中设置八种埋深（0至13 cm）评估出苗响应；使用六种小麦秸秆覆盖量（0至10 Mg ha?1）评估残茬覆盖效应。所有试验均采用随机完全区组设计，每处理四次重复，进行两轮独立重复试验，数据合并后进行方差分析（ANOVA），并使用三参数S型模型拟合萌发和出苗数据。
四、研究结果
交替温度和光照对萌发的影响： 在25/15至40/30℃的所有昼夜温度范围内，C. communis均能萌发，最高萌发率（93%至98%）出现在35/25和40/30℃条件下，且不受光照条件影响。在20/10℃下任何光照条件下均无萌发，表明该杂草对低温敏感。在25/15和30/20℃下，光照对萌发的影响大于温度，光暗交替条件下的萌发率高于持续黑暗条件。这表明C. communis可在较宽温度范围内萌发，对中国DDSR田间多变的热条件具有较强适应性，其建群可能发生在春季、夏季和秋季。
渗透势对萌发的影响： 随着渗透势从0降至?0.6 MPa，萌发率从88%急剧下降至8%，在?0.8 MPa时完全抑制，50%抑制所需的渗透势为?0.32 MPa。这表明严重水分亏缺可通过限制种子吸胀所需的水分吸收来降低萌发。C. communis更可能在土壤水分充足或灌溉条件下侵染DDSR田块，前提是种子靠近土壤表面。
盐胁迫对萌发的影响： 随着NaCl浓度升高，萌发呈S型下降，在0 mM对照中萌发率最高（92%），在300 mM时显著降至2%。模型预测191 mM NaCl可抑制50%萌发。C. communis能在高盐浓度下萌发，表明其具有在盐渍化DDSR田块中建群的潜力。
辐射热对萌发的影响： 暴露于≤80℃持续5分钟后萌发率超过75%，在100℃时急剧下降，160℃时完全抑制，50%抑制温度估计为118℃。这表明残茬焚烧可有效减少C. communis种子库，特别是当种子存在于土壤表面时。
埋深对幼苗出苗的影响： 土壤表面播种的出苗率最高（91%），埋深超过3 cm时显著降低，超过13 cm后无出苗，50%出苗抑制深度为5.8 cm。表面播种的50%出苗时间（T??）为10.8天。埋深增加延迟了出苗并降低了出苗速率。C. communis种子较大（每粒75.2 mg），具有更大的能量储备，可从11 cm埋深出苗。这些发现表明耕作方式强烈影响C. communis的出苗，浅耕可能刺激出苗，而深耕可将种子埋至最大出苗深度以下。
小麦残茬对幼苗出苗的影响： 幼苗出苗率从对照的90%降至10 Mg ha?1残茬量下的40%，50%抑制所需残茬量为9 Mg ha?1。50%出苗抑制时间随残茬量增加而延长，从对照的10.6天延长至10 Mg ha?1下的18.7天。尽管高残茬量在理论上具有抑制潜力，但考虑到除草剂拮抗作用和增加的管理成本，单独依赖小麦残茬不推荐用于C. communis的实际管理。
五、讨论与结论
本研究系统揭示了C. communis在中国DDSR系统中的萌发与出苗生态学特性。该杂草能在较宽温度范围内萌发，对光照不敏感，且具有中等耐盐性，表明这些因子并不限制其在DDSR系统中的建群。在中国DDSR通常灌溉的条件下，土壤水分很少成为限制因素；相反，幼苗出苗受埋深强烈影响。出苗在0至5 cm深度达到峰值，随播种加深急剧下降，而秸秆残茬覆盖仅产生中等程度的抑制。因此，该物种在浅耕使种子保留在表层的情况下威胁最大，这一风险可通过深耕（将种子埋至13 cm以下）加以缓解。此外，热致死阈值（160℃持续5 min）表明残茬焚烧可作为替代性管理工具，尽管其在环境上存在争议。
综合来看，这些发现支持C. communis在DDSR系统中的综合杂草管理框架。有效的防控不应依赖单一策略，而应结合：（1）深耕将种子埋至最大出苗深度以下；（2）残茬保留（≥6至9 Mg ha?1）作为物理屏障补充抑制；（3）在地方允许的情况下，通过残茬焚烧消耗表层种子库。这种针对田间具体条件量身定制的多策略方法，比仅依赖化学防治或单一策略更具可持续性和韧性。
