《Agronomy》：The Emerging Flora Does Not Reflect the Soil Reinfestation Potential: Integrating Phytosociology and the Seed Bank in Cropping Systems
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对萌发杂草群落与土壤种子库进行综合评估，对于理解农业系统中杂草的持久性与再侵染潜力至关重要。本研究旨在评估在巴西RS州Erechim地区，免耕（NT）、常规耕作（CT）和休耕制度下，结合播种前草甘膦化学干燥与机械刈割，在四个农业季节（2017/2018至202
对萌发杂草群落与土壤种子库进行综合评估，对于理解农业系统中杂草的持久性与再侵染潜力至关重要。本研究旨在评估在巴西RS州Erechim地区，免耕（NT）、常规耕作（CT）和休耕制度下，结合播种前草甘膦化学干燥与机械刈割，在四个农业季节（2017/2018至2020/2021）的植物社会学结构和可萌发种子库。植物社会学采用随机样方法评估，种子库通过0–10和10–20 cm土层采集的土壤样品中幼苗出土进行评估。植物社会学调查共记录23913个个体，以Lolium multiflorum（61.9%）和Sida rhombifolia（21.5%）为优势种。种子库中共出土5812株幼苗，其中56.7%出现在0–10 cm土层。与刈割相比，化学干燥使表层L. multiflorum的出土量减少34.7%。植物社会学与种子库之间的相似性指数为0.35，表明田间观察到的群落并不能完全代表储存于土壤中的再侵染潜力。
**研究背景与问题**
杂草是限制作物生产力的主要生物因素之一。抗除草剂种群的不断增加使杂草管理的复杂性进一步加剧，强化了对综合策略的需求——这些策略不仅需要降低作物生长季内观察到的侵染程度，还需限制种子产生和种子输入土壤。在此背景下，理解决定杂草群落持久性的机制对于开发更持久的管理体系和减少对纠正性干预的依赖至关重要。
土壤管理制度是决定杂草群落动态的主要因素之一。与常规耕作（CT）相比，免耕（NT）改变了土壤表层的物理、化学和生物条件，并改变了秸秆的数量和分布，这些因素可能影响杂草物种的萌发、出土和定植。然而，萌发群落的变化并不必然代表土壤中种子储备的等效变化。耕作强度的变化可能改变杂草群落组成，而非简单降低杂草总体丰度。土壤种子库构成了农业生态系统中负杂草持久性和补充的重要繁殖体储备。尽管种子库与杂草群落之间存在密切关系，但这两个组分经常被独立评估。植物社会学调查表征的是在特定时间出土并定植的群落，而种子库出土试验则允许估计土壤繁殖体储备的潜在组成。对这两个组分的孤立评估可能提供关于侵染动态的不同视角，特别是当种子库中存在的物种在萌发群落中未被按比例代表时。量化这两个组分之间的重叠程度可能有助于确定田间观察到的群落在多大程度上代表了土壤中存在的补充潜力。此外，除土壤管理制度外，用于播种前植被终止的策略也可能改变杂草动态。化学干燥和机械刈割在时间、强度和植被抑制形式上存在差异，可能影响存活、种子产生和种子沉积，进而影响萌发群落和种子库的组成。本研究的假设是：土壤管理制度（免耕、常规耕作和休耕）和播种前植被管理措施（化学干燥和机械刈割）改变杂草群落的植物社会学结构和土壤种子库的组成，且对这两个组分的联合评估揭示了孤立方法未能检测到的差异。
**关键技术方法**
研究人员在巴西RS州Erechim的Universidade Federal da Fronteira Sul（UFFS）实验区开展了为期四个农业季节（2017/18至2020/21）的田间试验。试验采用随机完全区组设计，四次重复。评估因素包括：土壤管理制度（免耕NT、常规耕作CT、休耕）、播种前植被管理（草甘膦化学干燥1335 g a.i. ha?1 vs. 机械刈割/粉碎）、土壤采样深度（0–10和10–20 cm，仅用于种子库评估）、冬季覆盖作物和夏季作物。植物社会学调查采用随机样方法（0.5 × 0.5 m样方），计算频率、密度、丰度、相对频率、相对密度、相对丰度、相对干物质、重要性值指数（IVI）和相对重要性值指数（RIVI）。种子库评估采用幼苗出土法，土壤样品置于温室中，在15、30、45和60天时评估出土幼苗数量并鉴定物种。植物社会学与种子库之间的相似性采用S?rensen相似性指数评估。数据采用方差分析和Tukey检验（5%显著性水平）进行分析。
**研究结果**
**杂草群落的区系组成**：在四个生长季的植物社会学调查中，共记录23913个杂草个体，分布于18个物种和11个植物科，以Asteraceae（5种）和Poaceae（4种）为优势科。最频繁的物种为Lolium multiflorum（14803个个体；61.9%）和Sida rhombifolia（5141个个体；21.5%），两者合计占全部记录个体的83.4%。杂草个体总数在生长季间存在显著差异，2019/20最高（7460个个体），2020/21最低（3925个个体）。物种丰富度保持稳定，范围为13至15个物种。L. multiflorum在所有生长季中均表现优势，但其相对贡献从2019/20的55%到2020/21的77%不等。在干燥处理下，L. multiflorum与S. rhombifolia的比值范围为3:1至2.84:1，而在刈割下该比值降至1.57:1至2.78:1之间，反映了S. rhombifolia在机械控制下更强的再生能力。在休耕区，刈割下的杂草群落密度更高。
**种子库**：管理方式与深度之间的交互作用仅对三个物种显著。对于L. multiflorum，0–10 cm层刈割处理出土145.28株幼苗 kg?1，比干燥处理（94.90株幼苗 kg?1）高53.1%；在10–20 cm层，管理方式之间无差异。对于V. sativa，观察到类似模式，表层刈割下出土更多（7.61 vs. 3.66株幼苗 kg?1）。对于C. bonariensis，观察到相反模式：表层干燥下出土更多（5.98 vs. 3.55株幼苗 kg?1）。0–10 cm层集中了3296株幼苗（56.7%），而10–20 cm层包含2516株幼苗（43.3%）。出土最多的物种为U. plantaginea、L. multiflorum和S. rhombifolia。种子库组成与植物社会学调查存在显著差异：种子库中记录的28个物种中，仅8个与植物社会学调查记录的18个物种共享（S?rensen = 0.35）。A. satureioides、S. glaziovii、P. maximum和F. convolvulus等物种为种子库独有，构成了植物社会学调查未检测到的再侵染储备。种子库幼苗密度受土壤管理制度影响：在0–10 cm层，休耕和常规耕作（CT）系统的幼苗密度高于免耕（NT）；在10–20 cm层，观察到相同模式，NT系统密度最低，CT系统居中，休耕系统最高。
**覆盖作物干物质**：总体而言，干燥处理下大多数覆盖作物的干物质积累高于刈割。S. cereale在干燥下表现出最高的干物质产量（8358.20 kg ha?1），比刈割（3094.80 kg ha?1）高170.1%。V. sativa在免耕下干燥处理（3603.25 kg ha?1）比刈割（895.70 kg ha?1）增加302.3%。
**作物产量**：P. vulgaris在休耕加干燥下产量最高（3526.19 kg ha?1）。Z. mays在干燥与刈割之间的差异较小，干燥在各生长季超过刈割1.7%至11.8%。G. max在T. aestivum之后干燥处理下产量（2545.56 kg ha?1）显著高于刈割（2321.33 kg ha?1）。
**植物社会学与种子库的整合**：两种评估方法共记录38个物种，其中8个物种同时出现在植物社会学调查和种子库中，10个物种为植物社会学调查独有，20个物种为种子库独有。S?rensen相似性指数为0.35，表明田间观察到的杂草群落与可萌发种子库之间的区系相似性为低至中等。在植物社会学调查中，L. multiflorum和S. rhombifolia是最具代表性的物种；在种子库中，出土值最高的是U. plantaginea和L. multiflorum等禾本科植物，以及A. satureioides、Sida spp.和Panicum/Megathyrsus spp.。因此，田间观察到的植被不能完全代表土壤种子库，尽管杂草群落的优势物种与能够从土壤样品中出土的物种之间存在重叠。
**讨论部分总结**
讨论部分围绕五个方面展开。第一，L. multiflorum和S. rhombifolia的优势地位反映了前者对评估耕作制度的适应性、高种子产量以及对EPSPS和ACCase抑制型除草剂的抗性；刈割下两物种比值更接近（1.57:1）表明机械刈割对S. rhombifolia的控制效率较低，而化学干燥通过系统性作用降低其恢复能力。播种前植被管理的效果具有物种依赖性而非均匀一致。第二，种子库的垂直分布中56.7%的幼苗集中于0–10 cm层，与农业区域中种子自然沉积于土壤表面及 redistribution 取决于土壤扰动强度的预期动态一致；免耕下种子集中于表层暴露于捕食和干燥，常规耕作将种子掺入深层提供物理保护。第三，植被管理对种子库的影响表现为：刈割下L. multiflorum在表层的出土量比干燥高53.1%，表明机械刈割允许可育种子的产生和返回土壤，而化学干燥通过中断生殖周期减少新繁殖体输入；C. bonariensis的相反模式归因于其对草甘膦的抗性。第四，S?rensen指数0.35表明仅35%的区系组成在萌发群落与可萌发种子库之间共享，20个种子库独有物种代表潜在再侵染潜力，10个植物社会学独有物种可能代表萌发迅速且土壤中持久性低的物种；两个组分之间的低相似性是不同时间和生态过程的结果。第五，覆盖作物通过多种 demographic 过程影响杂草种群动态，较高的表面残留量可改变土壤微环境并影响杂草种子萌发和幼苗定植；作物产量评估为管理制度提供了农艺背景，化学干燥下较高的产量可能与更有效地中断前作植被生长有关。
**结论翻译**
土壤管理制度和播种前植被管理影响杂草群落结构以及杂草种子库的组成和密度。免耕结合化学干燥在植物社会学调查中表现出最低的杂草发生率，且Lolium multiflorum等关键物种的种子库最小。0–10 cm层集中了种子库出土幼苗的56.7%，确认其为主要的补充区域。植被管理的效果取决于物种和深度，刈割与L. multiflorum的更大出土量相关，干燥与Conyza bonariensis的更大出土量相关。田间观察到的杂草群落不能代表储存于土壤中的再侵染潜力，强化了需要综合考虑两个组分的综合策略以实现可持续杂草管理的必要性。从实践角度来看，对地上杂草群落和土壤种子库的联合评估可为杂草管理提供更全面的信息，特别是通过识别具有未来补充潜力但在当前杂草区系中可能不明显的物种。这些信息可支持播种前植被管理措施的选择和时机安排，并有助于在不同土壤管理制度中制定更有针对性和预防性的杂草管理策略。
