杂草危害是农业生产中最重要的限制因素,农田杂草种子库是潜在的杂草群落,是农田草害爆发的根源,掌握种子库的动态变化规律对杂草的综合管理措施的实施具有重要的指导意义。本文开展稻麦连作田不同控草措施下杂草群落和种子库动态的长期监控,以揭示其变化规律；并对麦田优势杂草菵草和日本看麦娘以及稻田恶性杂草稻的传播以及种子库动态变化进行定量分析,以揭示传播规律及其和杂草发生动态的关系,为“断源”、“截流”、“竭库”的杂草综合管理体系的推广和应用奠定理论基础。通过对江苏沿江地区28个县(市、区)的280个样点杂草稻的发生现状、,威害和生物学特性的调查研究,明确了江苏沿江地区的杂草稻发生率在78%-100%,发生密度2-9株/m2,平均综合危害指数在20%以上,最高导致水稻减产82%。通过对6个地区定点田块的杂草稻形态特征与栽培稻的观察比较,显示分蘖期杂草稻的叶环和叶耳呈紫红色,植株基部褐色；杂草稻生长旺盛,分蘖力强、分蘖角大于栽培稻20°以上,株型松散,株高高出8-10 cm；单株结实量大,繁育系数显著高于栽培稻,千粒重仅为18.93-20.10 g；杂草稻成熟期早栽培稻1月左右且早枯,并具有较强的落粒性。杂草稻的落粒性是其形成庞大种子库的原因,而种子库是杂草稻产生持续危害的根源,明确杂草稻种子库的动态变化规律对其综合防治具有非常重要的意义。为此,我们连续三年对江苏省沿江地区6个市定点旱直播稻田的杂草稻种子库进行了取样调查,并分析了种子库密度和种群密度之间的关系,建立了杂草稻的发生和危害的预测模型。研究结果表明,杂草稻种子库密度总体上均呈上升趋势并伴随着季节交替而波动。杂草稻种子的出苗主要集中在土层0-1Ocm,与该土层的杂草稻种子库密度具有显著的线性关系。栽培稻的产量损失和杂草稻的成株密度呈指数相关。根据杂草稻的整个生活周期各个阶段的调查数据,我们建立了预测杂草稻种子库动态的semi-empirical模型,并结合产量损失的指数曲线,可以预测杂草稻种子库动态变化、爆发危害的时间以及水稻产量的损失,从而为在杂草稻严重危害发生前及时采取防除措施提供了可靠的理论依据。另外,研究了不同埋藏密度和不同埋藏深度土层中的杂草稻种子萌发率和越冬消耗量等特性,使用logstic模型对不同密度和不同土层中杂草稻萌发率随时间的变化规律拟合的结果显示,浅层土壤的杂草稻种子消耗量显著大于深层土壤,杂草稻的萌发率随埋藏时间的延长显著降低,但是深层土壤的下降速度较慢,杂草稻埋藏密度对其萌发率的影响不显著。杂草种子库的输入主要来源是杂草自身产生的种子雨,杂草种子可以通过不同的方式向外界传播和扩散。在长江中下游地区流行水稻—小麦连作的种植制度,在水稻种植前后都需进行灌溉,因此水流成为农田杂草传播和扩散的主要媒介。为了揭示稻麦连作田中杂草种子随灌溉水流漂浮传播的动态以及季风对杂草种子扩散的影响,我们于2009年和2010年,在安徽白湖农场稻麦连作田进行了藏红T染色标记示踪的麦田优势杂草蔺草(Beckmannia syzigachne)种子随灌溉水流漂浮传播的动态试验。研究结果表明,蔺草种子可随灌溉水流在田块间传播,传播的距离随灌水时间的延长而增加；在保持一定水深(>10cm)的浸田期间,定点释放的蔺草种子的扩散范围会在风和水的共同作用下随漂浮时间的延长而扩大,浸田期间的旋耕操作进一步扩大了漂浮的蔺草种子的分布范围。为了描述传播动态,建立了蔺草种子随灌溉水流漂浮传播、扩散的动态变化的高斯烟雨模型和2D-高斯模型。基于漂浮传播规律,为通过简单易行的生态控草方法来快速清除种子雨和切断杂草种子的传播途径提供了理论依据。在本实验室前期研究的基础上,继续对南通试验小区、江阴示范田的种子库动态进行长期定量化研究。两个试验均表明在不同生态控草措施的长期作用下,土壤杂草种子库密度和物种组成、地上部分杂草密度和物种组成发生了不同程度的变化。南通试验田的结果显示,在人工除草(MA)、化学除草(CH)、无草截流(WF1)、无草不截流(WF0)及对照截流(CK)等5种不同控草措施连续12年作用下,种子库的Shannon-Wiener指数、Pielou群落均匀度均随控草措施的连年进行而有不同程度降低,Simpson优势度指数逐年升高；种子库密度除CK外均呈下降的趋势,种子库耗竭效果为WF1>WFO>CH>MA>CK,其中WF1处理12年后,种子库总密度累计降低近92%。种子库中杂草相对优势度在不同控草措施作用下发生了较大变化,种子库组成差异逐年增加。通过对种子库动态的定量化分析表明,截流有效降低了种子随水流的输入量,从而加快了种子库的耗竭速度。对江阴试验田从2006年至今的长期的定点监控显示,在化学除草不截流(CH0)、化学除草截流(CH1)、机械吹赶种子(MB)、网捞种子(NG)及两次化学除草(CH2)5种不同生态控草措施的作用下,种子库的物种丰富度、Shannon-Wiener指数、Pielou群落均匀度均随控草措施实施年数的增加而有不同程度降低,而Simpson优势度指数逐年升高。通过对种子库动态的定量化分析发现,除CH0种子库密度上升外,其他措施作用下的种子库密度均呈下降趋势,种子库的总体耗竭效果为CH2>NG>MB>CH1>CHO,其中CH2和NG处理6年后,种子库密度分别降低了57%和59%,处理效果接近,但是NG对麦田禾本科杂草种子库的耗竭效果高于CH2。我们进一步使用矩阵模型对麦田优势杂草日本看麦娘的种子库进行定量化分析,结果显示模型的模拟值和实际调查值接近,其中NG处理对日本看麦娘种子库的耗竭作用最大,说明网捞对易漂浮的杂草种子的清除效率较高。通过对各项控草措施的实施成本和控草效果的综合比较,显示NG(一次化除+截流+网捞)具有“省时、省力、省工”的特点,是一种经济可行易于操作的综合控草措施。为进一步大面积推广生态控草体系提供了科学的依据。总之,基于种子库的动态变化规律的研究建立预测模型,定量化分析种子库输入输出的数量,可以预测预报杂草种群的动态变化以及爆发时间,从而指导适时合理选择相应控草措施。降低田间杂草的种群数量,阻止杂草植株大量开花结实产生新的杂草种子雨输入到土壤种子库中的“断源”(),洁净灌溉水流阻断随水流传播的杂草种子库的输入的“截流”,,网捞、机械吹赶均可使稻麦连作田的杂草种子库规模不断的缩减的“竭库”的综合防治体系,达到减少除草剂的使用量,实现杂草的可持续治理保护农田生态环境,推动生态农业,绿色农业发展的目的。