长期免耕洋葱系统中的杂草多样性与菌根营养状态

《Soil and Tillage Research》：Weed diversity and mycotrophic status in a long-term no-tillage onion system

　　

• 评估了菌根共生型和非菌根共生型覆盖作物对杂草的影响。
• 本研究在一个长期（13年）免耕蔬菜系统（NTVS）的田间试验中进行。
• 覆盖作物的菌根共生特性影响杂草的发生，但不影响其优势度。
• 免耕系统中杂草多样性随年份增加而下降，并在长期趋于稳定。
• 在长期免耕洋葱系统中，无论冬季覆盖作物如何，洋葱产量无差异。

**1. 引言**

洋葱（*Allium cepa* L.）在全球蔬菜中种植面积排名第二，产量排名第三（Hanci, 2018）。洋葱主要种植在常规耕作系统（CTS）中，由于大量使用犁耕、耙耕以及可溶性化肥和农药，导致土壤退化，破坏土壤结构和孔隙度（Loss et al., 2017），减少有机质和土壤生物多样性（Valarini et al., 2011）。为避免这些问题，免耕蔬菜系统（NTVS）得到推广，该系统采用有限土壤耕作、覆盖作物（CC）轮作、土壤永久覆盖和分次施肥（Fayad et al., 2019），这些管理措施促进土壤质量的恢复和维持（Souza et al., 2021; Rauber et al., 2026）。

在NTVS中，覆盖作物有利于杂草控制，而杂草控制是洋葱生产中的主要挑战之一（Dhananivetha et al., 2017），其机制包括释放化学物质（Souza et al., 2018）、物理屏障（Vilanova et al., 2014）或生物互作（Johnson et al., 2017）。最后一种机制包括菌根，即植物与丛枝菌根真菌（AMF）之间形成的共生关系。

AMF是与超过80%的维管植物种类共生的土壤真菌，这些植物被称为菌根共生植物（Cosme et al., 2018），例如黑燕麦（*Avena strigosa*），这是一种在巴西南部广泛使用的覆盖作物（Souza et al., 2020）。不与AMF共生的植物称为非菌根共生植物，包括十字花科植物（Smith and Read, 2008），例如油用萝卜（*Raphanus sativus*），也是一种在NTVS中使用的覆盖作物，因其具有主根和快速土壤覆盖能力而减少土壤压实（Sartori et al., 2011）。

菌根可增加养分和水分吸收，刺激植物对生物和非生物胁迫的抗性，并提高作物产量（Zhu et al., 2022）。这种关系从使用菌根共生作物中得到益处，因为菌根共生作物增强了AMF的效果（Miranda et al., 2005）。因此，环境可能更有利于菌根共生型杂草的出现（Trinchera and Raffa, 2023）。这表明覆盖作物的菌根共生特性可能影响杂草群落的多样性和丰富度，而非菌根共生型覆盖作物可能减少传播体的数量，并有利于非菌根共生型杂草的出现（Veiga et al., 2011）。禾本科覆盖作物黑麦（*Secale cereale*）、大麦（*Hordeum vulgare*）和小麦（*Triticum aestivum*）作为菌根共生型覆盖作物，在免耕系统中使用十三年后种植甜瓜（*Cucumis melo*），增加了菌根共生型杂草的数量（Trinchera et al., 2021）。在NTVS中，以非菌根共生型芜菁甘蓝（*Brassica rapa* subsp. *oleifera*）为前茬的洋葱作物中，钝叶酸模（*Rumex obtusifolius*）和紫苋菜（*Amaranthus lividus*）是优势杂草，两者均为非菌根共生型（Comin et al., 2018）。

我们假设，在NTVS中使用黑燕麦会影响洋葱生长期间的杂草多样性，提高产量，并促进菌根共生型物种的出现；而另一方面，油用萝卜有利于非菌根共生型杂草的出现，但不能提高洋葱产量。此类研究仍需进一步完善，特别是在免耕长期试验中（Bhullar and Riar, 2020）。本研究旨在评估在免耕蔬菜系统中，菌根共生型覆盖作物黑燕麦和非菌根共生型覆盖作物油用萝卜，单独种植和间作，在13年内对杂草多样性和洋葱产量的影响。

**2. 材料与方法**

研究在巴西南部的Ituporanga进行（27°24'52"S, 49°36'9"W, 海拔475米），气候类型为湿润亚热带过渡带气候（柯本分类法-Cfa），年平均气温和年降水量分别为17.6°C和1430毫米。试验期间的平均气温和降水量见补充材料1。土壤分类为灰化土（WRB, 2014）或富有机质灰化土（SSS, 2010），0–10厘米层的质地为壤黏土，黏土、粉砂和砂的含量分别为380、200和420 g kg?1。该区域的化学性质表征见补充材料2。该区域进行了20年（1976–1996年）的常规洋葱耕作，期间施用石灰将水中的pH值提高到6.0，随后实施了最小耕作系统，使用覆盖作物（黑燕麦、绒荚豆*（Mucuna aterrima）、珍珠粟*（Pennisetum glaucum）*、太阳麻*（Crotalaria juncea）和野豌豆）进行了11年，并种植了两年甘薯。随后建立了免耕系统（2009年），以洋葱作物搭配覆盖作物黑燕麦、黑麦、油用萝卜；黑燕麦+黑麦；黑燕麦+油用萝卜，以及休耕作为对照处理。试验设置时，使用草甘膦对杂草进行了灭杀处理，之后未再施用任何农药或化学肥料。

每年，覆盖作物在4月人工播种，用谷物播种机在田间过两遍以使种子入土。作物生长周期内不施肥或进行田间管理处理，作物在盛花期（播种后100天）被切割。截至2011年，每年施用P?O? 96 kg、K?O 125 kg和N 100 kg（以禽粪形式），50%在洋葱移栽时施用（8月），其余在45天后施用。2011年，由于磷含量根据地区标准（SBCS, 2016）被认为非常高，停止施用天然磷酸盐。Empasc 352 - Bola Precoce洋葱幼苗人工移栽，行距0.40米，株距0.10米，每处理10行。

在试验的第13年（2021年），处理包括黑燕麦（BO）、油用萝卜（OR）、黑燕麦+油用萝卜（BO + OR）间作和冬季休耕，春季种植洋葱，夏季种植绒荚豆，采用随机区组设计，4次重复。每个试验单元为5×5米，总面积为25 m2。播种密度分别为：BO为120 kg ha?1，OR为20 kg ha?1，BO+OR为60+10 kg ha?1。

通过显微镜（100–200倍）在盛花期对覆盖作物的丛枝菌根定殖情况进行检查，根部经番红染色后观察：黑燕麦的根片段中菌丝占53%±5%，囊泡占17%±5%，丛枝占5%±1（补充材料3）。油用萝卜未呈现定殖（补充材料4）。

本研究评估了覆盖植物的干物质产量、杂草的区系特征、植物社会学特征、菌根共生特性以及洋葱产量。

**2.1. 覆盖作物的干物质产量**

覆盖作物播种后100天，在每个试验小区中选取三个子样本，使用0.5米×0.5米（0.25 m2）的网格取样。样品在62°C的强制通风烘箱中烘干至恒重后称重，以量化干物质产量（Mg ha?1）。

**2.2. 区系特征、菌根共生特性和杂草植物社会学**

在每个试验小区中建立并维护一个1米×1米的永久样方，在整个洋葱生长季节内不进行除草，以评估杂草的区系组成、植物社会学参数和菌根共生状况。从这些样方中采集杂草的营养器官部分，在洋葱移栽后40、85和115天近地面剪取。材料按形态特征分离，装入纸袋中，并用保温箱运输以进行区系特征鉴定（种和科水平）（Lorenzi, 2014）。根据在SciELO、Web of Science和Scopus数据库中查找的文章，按菌根共生特性（阳性或阴性）对物种进行分类。

植物社会学基于杂草干物质产量的测量。鉴定后，每个物种在62°C下烘干至恒重。获得总干物质（DMT）（Mg ha?1），并细分为菌根共生干物质（DMM）（Mg ha?1），指菌根共生型杂草的干物质，以及非菌根共生干物质（DMNM）（Mg ha?1），指非菌根共生型杂草的干物质。相对干物质（DMR）（%）为每个样方中每个物种的干物质产量占比。DMR最高的两个物种被确定为每个处理的优势杂草（Pitelli, 2000）。丰富度（R）为杂草总种数，物种多样性通过Shannon-Wiener指数（H'）获得，计算公式为：H' = -Σpi·Ln pi，其中pi为DMR。每个处理的DMT（DMt）进行求和（累计），以获取每个处理在洋葱生长期间杂草的总干重。

**2.3. 洋葱产量**

在洋葱生长周期结束时，当50%的植株达到生理成熟时，从中间五行收获洋葱鳞茎。将植株在地表放置10天，产量通过直径大于35毫米的可上市鳞茎质量之和计算（Mg ha?1）。

本试验的时间线和综述见补充材料5。

**2.4. 统计分析**

杂草的描述以及优势种、菌根共生种和非菌根共生种的分类为定性和描述性分析。各时间点的物种频度使用存在/不存在表格进行描述，相对干物质用饼图表示（使用每次评估日期每个处理内4个重复样方获得的平均相对干物质值）。覆盖作物干物质、DMT、DMM、DMNM、R、Shannon-Wiener指数和洋葱产量的数据经过Bartlett检验以评估方差齐性，Shapiro-Wilk检验以评估正态性。DMM和DMNM进行了√(x+1)转换。由于在洋葱生长期间（40、85和115天）对同一永久样方进行重复评估，时间效应分析采用线性混合效应模型，考虑每个试验单元内的重复测量（时间/区组）。随后，该模型进行方差分析（ANOVA）（p ≤ 0.05）。时间响应以均值±标准误的图形呈现，处理间均值比较使用Tukey检验。对于显著效应，报告F统计量、自由度和相关的P值。在处理（覆盖作物）和评估时间（40、85、115天）之间进行了主成分分析（PCA），数据经过Hellinger转换。所有检验均在R 4.1.2中进行，显著性水平为p ≤ 0.05。

**3. 结果与讨论**

**3.1. 覆盖作物的干物质产量**

覆盖作物干物质在不同处理间存在差异（F?,?=21.283, p=0.0002）。黑燕麦（BO）、油用萝卜（OR）和BO+OR的干物质产量分别达到5.2（±0.3）、5.0（±0.1）和5.0（±0.3）Mg ha?1，与休耕处理（产生1.4（±0.2）Mg ha?1）不同，这是2021年冬季（试验第13年）的预期结果。在同一试验区域，试验的前六年中，覆盖作物处理的干物质产量高于休耕处理（Souza et al., 2021）。在第八年，覆盖作物处理的干物质产量是休耕区域的三倍（Ventura et al., 2021）。在本研究中，差异为3.7倍，这种逐渐增加在长期试验中是预期的，特别是在保护性耕作系统中，由于养分逐渐释放并进入土壤以及土壤质量改善所致（Pavinato and Rosolem, 2008）。覆盖作物的益处包括防止土壤侵蚀、改善养分循环（Souza et al., 2021）、增加土壤生物活性（Hallama et al., 2021）和减少杂草出苗（Altieri et al., 2011）。此外，文献表明免耕蔬菜系统中的覆盖作物在盛花期应产生3至16 Mg ha?1的干物质（Fayad et al., 2019），这与本研究中发现的数值一致。

**3.2. 区系特征、菌根共生特性和杂草植物社会学**

在洋葱生长期间，我们鉴定了20种杂草，属于14科，不同时间之间存在差异。在移栽后40天，鉴定了7科的10个物种；85天时，为13科的18个物种；115天时，为11科的16个物种（表1）。与同一试验区域先前的研究相比，本研究结果与NTVS建立过程中报告的杂草多样性降低相一致。在NTVS的初期（第二年），2010年评估时，鉴定了20科的37种杂草（Comin et al., 2018）。系统开始后两年（2011年），观察到15科的21个物种（Souza et al., 2018）。

本项研究在免耕蔬菜系统（NTVS）管理13年后进行，共鉴定出14个科的20个物种，表明杂草多样性与Souza等人（2018）所报道的相似。表1：在无耕作蔬菜系统中，采用覆盖作物或休闲状态下，洋葱移栽后40天（DAT）、85天和115天的杂草出现情况（1=存在；0=不存在）。杂草 科 BOOR BO+OR 休闲 40 85 115 40 85 115 40 85 115 40 85 115 反枝苋（Amaranthus lividus）苋科 111 111 111 011 细叶刺果芹（Cyclospermum leptophyllum）伞形科 011 000 010 010 艾蒿（Artemisia verlotorum）菊科 111 111 000 111 四角豚草（Galinsoga quadriradiata）110 111 111 110 菊苣（Sonchus oleraceus）111 111 110 111 鸭跖草（Commelina benghalensis）鸭跖草科 000 001 011 000 大花牵牛（Ipomoea grandifolia）旋花科 010 000 010 010 香附（Cyperus rotundus）莎草科 011 000 011 010 异叶大戟（Euphorbia heterophylla）大戟科 111 111 111 111 野豌豆（Neonotonia wightii）豆科 000 000 000 010 宽叶酢浆草（Oxalis latifolia）酢浆草科 111 111 111 111 波斯婆婆纳（Veronica persica）车前科 110 111 101 110 野燕麦（Avena strigosa）禾本科 110 000 110 000 结缕草（Cynodum dactylon）000 000 011 000 横纹马唐（Digitaria horizontalis）001 001 001 001 血马唐（Digitaria sanguinalis）111 111 111 011 牛筋草（Eleusine indica）000 000 010 000 钝叶酸模（Rumex obtusifolius）蓼科 111 111 100 111 马齿苋（Portulaca oleraceae）马齿苋科 000 001 000 000 假酸浆（Nicandra physalodes）茄科 010 000 000 000 表1 其中5个物种属于禾本科（野燕麦Avena strigosa、结缕草Cynodum dactylon、血马唐Digitaria sanguinalis、横纹马唐D. horizontalis和牛筋草Eleusine indica），3个属于菊科（艾蒿Artemisia verlotorum、四角豚草Galinsoga quadriradiata和菊苣Sonchus oleraceus）。其余物种在各科中均为单一物种：苋科：反枝苋Amaranthus lividus，伞形科：细叶刺果芹Cyclospermum leptophyllum，鸭跖草科：鸭跖草Commelina benghalensis，旋花科：大花牵牛Ipomoea grandifolia，莎草科：香附Cyperus rotundus，大戟科：异叶大戟Euphorbia heterophylla，豆科：野豌豆Neonotonia wightii，酢浆草科：宽叶酢浆草Oxalis latifolia，车前科：波斯婆婆纳Veronica persica，蓼科：钝叶酸模Rumex obtusifolius，马齿苋科：马齿苋Portulaca oleraceae，茄科：假酸浆Nicandra physalodes（表1）。墨西哥火焰草（Euphorbia heterophylla）和宽叶林酢浆草（Oxalis latifolia）在所有评估时期均出现（表1），二者均代表巴西南部的常见杂草（Ronchi, 2020），并且也在同一实验区域此前的调查中有所发现（Comin等, 2018, Souza等, 2018）。艾蒿（Artemisia verlotorum）除黑麦草与油菜籽萝卜间作处理（BO+OR）外，在所有处理中均有发现，这表明这两种覆盖作物在减少该杂草方面具有协同作用；此外，在同一区域开展的另一项研究（Souza等, 2019）表明，在覆盖作物收获时，油菜籽萝卜中含有具有减少杂草潜力的酚类化合物。该属为多年生植物，在热带和温带气候的农业生态系统中均会造成经济损失，由于其持久性和通过种子及根茎传播的特性，难以控制（Brighenti和Oliveira, 2011）。利用间作覆盖作物抑制免耕蔬菜系统中的杂草已有报道（Comin等, 2018, Souza等, 2018），但黑麦草和油菜籽萝卜对艾蒿的抑制机制尚未得到充分探索，这表明需要进一步的研究。关于这些杂草的菌根特性，75%的杂草形成菌根（菌根营养型），不形成菌根的物种（非菌根营养型）占15%，具体为反枝苋（Amaranthus lividus）、鸭跖草（Commelina benghalensis）和钝叶酸模（Rumex obtusifolius），而10%的物种情况不明，如马齿苋（Portulaca oleraceae）和香附（Cyperus rotundus）（表2）。表2：免耕蔬菜系统中洋葱前作冬覆盖作物或休闲实验中所鉴定杂草的菌根营养状况。杂草 菌根营养型 来源 反枝苋（Amaranthus lividus）否（Vavotie等, 2005）鸭跖草（Commelina benghalensis）否（Harley和Smith, 1983）钝叶酸模（Rumex obtusifolius）否（Vavotie等, 2005）马齿苋（Portulaca oleraceae）是/否（Kamble和Pal, 2006）香附（Cyperus rotundus）是/否（Muthukumar等, 2004）细叶刺果芹（Cyclospermum leptophyllum）是（Silva等, 2021）艾蒿（Artemisia verlotorum）是 四角豚草（Galinsoga quadriradiata）是（Santos等, 2013）菊苣（Sonchus oleraceus）是 大花牵牛（Ipomoea grandifolia）是 异叶大戟（Euphorbia heterophylla）是 野豌豆（Neonotonia wightii）是（Melloni等, 2003）宽叶酢浆草（Oxalis latifolia）是（Ma?ek, 2017）波斯婆婆纳（Veronica persica）是（Trinchera等, 2019）结缕草（Cynodum dactylon）是（Santos等, 2013）野燕麦（Avena strigosa）是（Costa, 1989）横纹马唐（Digitaria horizontalis）是（Paula等, 2006）血马唐（Digitaria sanguinalis）是 牛筋草（Eleusine indica）是（Nakatani等, 2008）假酸浆（Nicandra physalodes）是（Ortas等, 2013）表2 鸭跖草（C. benghalensis）在油菜籽萝卜（OR）覆盖作物处理中于85 DAT时观察到，OR为非菌根营养型覆盖作物；在间作黑麦草与油菜籽萝卜（BO+OR）处理中于85和115 DAT时观察到。马齿苋（Portulaca oleraceae）仅在OR处理中于115 DAT时观察到（表2）。尽管这些观察结果与长期系统中非菌根营养型覆盖作物（OR）对杂草多样性可能存在的影响一致，但这些数据来自重复小区的群落平均值，也可能反映了杂草分布和土壤种子库的自然变异。因此，需要进一步研究以确定这一模式在不同环境条件和生产系统下是否具有一致性。各杂草的相对干物质（DMR）及被视为优势种的物种随时间发生变化。在40 DAT时，最频繁的物种是在以禾本科作为冬覆盖作物的处理中的黑麦草（A. strigosa）（BO和BO+OR处理分别为51%和81%），而非菌根营养型的钝叶酸模（R. obtusifolius）在OR处理中占优势（51%），而艾蒿（A. verlotorum）在休闲地中占主导地位（80%）（图1）。此时，杂草干物质的优势与杂草的初始指数生长有关，这些杂草更适应不利条件，例如此阶段覆盖作物在分解早期形成的更密集的土壤覆盖层（Storkey, 2004）。下载：下载高分辨率图像（336KB）下载：下载全尺寸图像 图1：免耕蔬菜系统中，洋葱前作冬覆盖作物或休闲实验在洋葱移栽后40天（DAT）的杂草相对干物质百分比（DMR）。各处理中的优势杂草在黑色方框内标出。数值代表各处理和时间点四个重复小区计算的杂草平均相对干物质（%）。艾蒿（A. verlotorum）在40 DAT时占优势，但在任何时间点的间作处理中均未发现。该物种在休闲地中最为优势（80%），在黑麦草和油菜籽萝卜处理中分别为22%和34%的总干物质，位居第二（图1）。黑麦草在BO和BO+OR处理中于倒伏前出苗，且在BO和BO+OR中为优势杂草。在BO+OR间作处理中，另一种优势杂草为非菌根营养型的钝叶酸模（R. obtusifolius），占总干物质的5%（图1）。在85 DAT时，数据显示不存在优势的非菌根营养型杂草（图2）。血马唐（D. sanguinalis）在单作油菜籽萝卜（35%）（OR）、BO+OR（29%）和休闲（22%）中占优势。相比之下，菊苣（S. oleraceus）在以黑麦草为覆盖作物的处理中占优势（BO和BO+OR分别为14%和20%）。假酸浆（N. physalodes）在BO区域占优势（39%）。相比之下，四角豚草（G. quadriradiata）在单作油菜籽萝卜小区（OR）中占优势（15%），艾蒿（40和85 DAT）在休闲处理中仍为干物质产量最高的两个杂草之一（26%）。下载：下载高分辨率图像（398KB）下载：下载全尺寸图像 图2：免耕蔬菜系统中，洋葱前作冬覆盖作物或休闲实验在洋葱移栽后85天（DAT）的杂草相对干物质百分比（DMR）。各处理中的优势杂草在黑色方框内标出。数值代表各处理和时间点四个重复小区计算的杂草平均相对干物质（%）。在115 DAT时，所有优势杂草均为菌根营养型，其中横纹马唐（D. horizontalis）在所有处理中占优势，分别占BO、OR、BO+OR和休闲区域总干物质产量的30%、26%、27%和26%（图3）。同一属的血马唐（D. sanguinalis）为另一种优势杂草，分别占OR、BO+OR和休闲总干物质产量的34%、25%和23%。黑麦草处理（BO）中的另一种优势杂草为艾蒿（A. verlotorum）（18%）。下载：下载高分辨率图像（380KB）下载：下载全尺寸图像 图3：免耕蔬菜系统中，洋葱前作冬覆盖作物或休闲实验在洋葱移栽后115天（DAT）的杂草相对干物质百分比（DMR）。各处理中的优势杂草在黑色方框内标出。数值代表各处理和时间点四个重复小区计算的杂草平均相对干物质（%）。马唐属（Digitaria）在85 DAT后成为优势种（图2、图3），这可能是由于天气条件更为有利以及覆盖作物生物量分解程度加深所致。该属包含热带和亚热带条件下的杂草，主要分布在春季和夏季，具有很强的竞争能力（Dias等, 2007）。在2010年和2011年同一区域的一项先期研究中，最常见的杂草为反枝苋、钝叶酸模和地蚕（Stachys arvensis）（Souza等, 2018）。除地蚕外，这些物种在本研究中也同样被发现。反枝苋和钝叶酸模为草本、生长旺盛且直立生长的植物，这些特征有助于其在免耕条件下的发育（Gomes和Christoffoleti, 2008），而地蚕的生长更为细弱，依赖于环境条件（Lorenzi, 2014）。地蚕偏好酸性土壤（pH<6.0）（Hurford和Schneider, 2007），在实验初期，该区域确实存在这种条件（Souza等, 2021）。然而，在本实验年份，土壤pH在6.1至6.3之间（补充材料2），这表明通过NTVS改善土壤化学特性的先前观察结果（Oliveira等, 2017）可以改变长期免耕蔬菜系统中的杂草出苗情况。在洋葱生长期间的时间变异对免耕蔬菜系统中的杂草动态影响强于覆盖作物处理的影响，因为杂草总干物质（DMT）（F2,24=11.912, p<0.0001）（图4a）、分为菌根营养型（DRM）（F2,24=12.080, p=0.0002）（图4b）和非菌根营养型（DRNM）（F2,24=8.6576, p=0.0015）（图4c）、物种丰富度（R）（F2,24=7.9004, p=0.0023）（图4d）和香农-韦纳多样性指数（H'）（F2,24=23.7183, p<0.0001）（图4e）随时间变化。下载：下载高分辨率图像（251KB）下载：下载全尺寸图像 图4：长期免耕蔬菜系统中，杂草总干物质（DMT）（a）、分为菌根营养型（DRM）（b）和非菌根营养型（DRNM）（c）的干物质、物种丰富度（R）（d）和香农-韦纳多样性指数（H'）（e）仅随时间变化。均值±标准误。杂草总干物质（DMT）以及菌根营养型（DMM）和非菌根营养型（DMNM）干物质的变化趋势相似，在40 DAT时较低，在85 DAT时较高（图4a、b和c）。这是由于分解中的覆盖作物生物量增加了土壤保护，这在免耕蔬菜系统中的番茄（Hirata等, 2009）和洋葱（Souza等, 2013）中已有观察。此外，40 DAT时干物质较低与覆盖作物的使用有关，有利于洋葱幼苗在田间的建立（Comin等, 2018）。干物质产量以菌根营养型植物（DMM）为主，在85和115 DAT时分别比非菌根营养型植物群落（DMNM）产生的量高出4.3倍和5.0倍，这与杂草群落中菌根营养型植物的优势地位一致（图2、图3）。洋葱生长期间各时间点杂草总干物质（DMT）的总和在各处理间存在差异（F3,9=103.5527, p=0.0027），在休闲地中较高（6.8 Mg ha?1），而覆盖作物处理中为3.8–5.6 Mg ha?1。这一结果与同一区域的另一项研究一致，该研究表明冬覆盖作物相比休闲地可减少洋葱田中的杂草干物质（Vilanova等, 2014）。杂草丰富度（R）在85 DAT时最高（图4d），此时总干物质（DMT）也最高；香农-韦纳多样性指数（H'）在85和115 DAT时较高（图4e），分别有18个和16个物种，总干物质积累量分别为2.7和2.0 Mg ha?1，而40 DAT时仅有10个物种和0.7 Mg ha?1的总干物质（表3）。这是由于覆盖作物生物量分解程度加深以及土壤光照入射量增加，刺激了阳性向光性植物的出苗（Taiz和Zeiger, 2009），并减少了化感作用（Altieri等, 2011），这在免耕蔬菜系统中已有报道（Souza等, 2018）。表3：免耕蔬菜系统中第13年采用不同冬覆盖作物条件下的洋葱产量（Mg ha?1）。处理 洋葱产量（Mg ha?1）黑麦草（BO）31.3（±1.1）ns 油菜籽萝卜（OR）28.5（±0.7）BO+OR 27.3（±0.8）休闲 28.0（±1.3）CV（%）6.4 CV=变异系数。ns：F检验无显著差异（p≤0.05）。在同一区域对杂草干物质产量和丰富度的分析中，Comin等（2018）发现在实验第二年，40 DAT时覆盖作物处理相比休闲地有所减少。而在我们的研究中，各处理之间无差异，因为先期研究是在改变作物系统后NTVS初期进行的，而我们的分析是在该系统已运行13年的区域进行的。

从长期来看，可持续的生产系统往往能够实现生态平衡，并且对外部条件的敏感性较低（Feitosa等人，2021）。对洋葱移植后在冬季覆盖作物和休耕（处理）后于洋葱生长周期不同时间（40、85和115天）所识别杂草的相对干质量（DMR）进行主成分分析（PCA），第一和第二主成分解释了42%的变异（图5）。下载：下载高分辨率图像（90KB）下载：下载全尺寸图像 图5. 免耕体系中洋葱种植前采用三种冬季覆盖作物或休耕的杂草主成分分析（PCA）。优势种黑燕麦草（A. strigosa）、小蓬草（A. verlotorum）、狗尾草属植物、苦菜（R. obtusifolius）和牛繁缕（S. oleraceus）因其较高的相对干质量产量而形成了显著向量（图1、图2、图3）。其他杂草集中于PCA的原点，这与少数物种在干物质产量方面的多样性和占主导地位相关。此外，PCA表明，在长期免耕洋葱体系中，杂草群落组成主要与评估时间（40、85、115天）相关，而非覆盖作物处理，这表明洋葱生长期间的动态变化对杂草群落的影晌强于覆盖作物的菌根营养状态，这进一步强化了图4中观察到的结果。

3.3 洋葱产量

在本研究评估的免耕洋葱体系第13年，洋葱产量在27.3至31.3 Mg ha?1之间，各处理间无显著差异（F?,?=3.613，p=0.0684）（表3）。在实验第二年（2010年），同一区域的休耕地块产量比有冬季覆盖作物的区域低70%（Souza等人，2013）。九年后（2017年），休耕地块的产量也有所下降（Ventura等人，2021）。在我们的评估中（2023年），未出现这一现象，这可能是因为长期养分循环也受到了杂草的促进（Rudell，2022）。同一区域的另一项研究评估了八年（2009–2016年）免耕体系下的洋葱生产情况，结果表明同一区域中黑燕麦、油料萝卜、黑燕麦+油料萝卜和休耕后洋葱的平均球茎产量分别为15、14、15和11 Mg ha?1·年?1（Souza等人，2021）。我们的结果（27–31 Mg ha?1，各处理间无差异）表明，免耕体系长期可提高洋葱产量，而不受冬季覆盖作物类型的影响，这种模式可能反映了长期洋葱体系的累积效益，尽管其他环境因素也可能对此响应有所贡献。所测试变量及p值的汇总见补充材料6.4。

4. 结论

长期免耕洋葱体系中的杂草群落主要由菌根营养型物种组成。大苞鸭跖草（Commelina benghalensis），一种非菌根营养型植物，以及马齿苋（Portulaca oleracea），一种模糊型菌根营养植物，仅在油料萝卜（一种非菌根营养型覆盖作物）处理中被观察到。长期免耕洋葱体系中的洋葱产量不受冬季所用覆盖作物的影响。

作者贡献

LKG、JJC和PEL构思并设计了实验；LKG、MGCO和CK收集并分析了样本；LKG、MGCO、MS、CK、JJC和PEL撰写、修订并编辑了论文。所有作者阅读并批准了最终稿件。

CRediT作者贡献声明

Paulo Emílio Lovato：撰写—审阅与编辑、撰写—原稿、验证、资源、资金获取、概念化。Jucinei José Comin：撰写—审阅与编辑、撰写—原稿、资金获取、形式分析、概念化。Claudinei Kurtz：撰写—审阅与编辑、撰写—原稿、验证、形式分析、数据整理、概念化。Monique Souza：撰写—审阅与编辑、撰写—原稿、方法论、调查。Maria Gabrielle Carniel de Oliveira：撰写—审阅与编辑、撰写—原稿、方法论、调查。Leonardo Khaoê Giovanetti：撰写—审阅与编辑、撰写—原稿、可视化、验证、方法论、调查、形式分析、数据整理、概念化。

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