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谈谈农田中的杂草防治问题

在农田生态系统中,杂草防治几乎是农民最头疼的问题。杂草顽强的生命力,让农民无法预防,年年锄草,年年长草。人类与杂草斗争了几千年,至今没有太好的办法,直到发明了除草剂。然而,人类发明了草甘膦等除草剂,甚至抗草甘膦转基因作物应用,虽暂时终结了杂草危害,却造成了草甘膦在食物中残留,破坏人类的免疫系统与生殖能力,最终会终结人类,此非危言耸听。

《中国大百科全书》对杂草的介绍如下:杂草是指生长在有害于人类生存和活动场地的植物,一般是非栽培的野生植物或对人类无碍用的植物。广义的杂草定义则是指生长在对人类活动不利或有害于生产场地的一切植物全球经定名的植物有三十余万种,认定为杂草的植物约八千余种; 我国书刊中可查出的植物名称有36000多种,认定为杂草的植物有1191200多种。其生物学特性表现为:传播方式多,繁殖与再生力强,生活周期一般都比作物短,成熟的种子随熟随落,抗逆性强,光合作用效率高等。农田杂草的主要危害为:与作物争夺养料、水分、阳光和空间,妨碍田间通风透光,增加局部气候温度,有些则是病虫中间寄主,促进病虫害发生;寄生性杂草直接从作物体内吸收养分,从而降低作物的产量和品质。此外,有的杂草的种子或花粉含有毒素,能使人畜中毒。从这些介绍看,杂草真的是无恶不作,人类必欲处之而后快。

实际上,农田里有多少杂草呢?以我熟悉的北方为例,春季小麦田里播娘蒿、王不留行、荠菜、独行菜、小蓟比较常见。由于小麦是头年秋天播种的,越冬返青后小麦成了优势种群,杂草暂时竞争不过小麦。可一旦不管理,杂草就迅速生长,可以覆盖整个小麦田。然而,毕竟春天雨水少,温度低,杂草还不是最凶的。而夏季就不同了,北方农田雨季温度高、光照强、水分好,这样就给了那些机会主义者杂草提供了大展身手的空间。即使像玉米那样高秆的作物,其下还常见十几种杂草,如马唐、旱稗、马齿苋、牛筋草等。

杂草,顾名思义是以草本植物为主的,一些半灌木或藤本植物比例很少。其生活型以一年生为主,在雨热条件好的地方出现二年或三年以上的多年生杂草。杂草在生态型上分为,水生、沼生、湿生和旱生等,按化学防除的实际需要,将其按形态特征分为禾本科杂草、莎草科杂草和阔叶杂草三大类。

1)禾本科杂草属单子叶草本植物。该类植物胚有1片子叶;叶片窄长,叶鞘开张,有叶舌,无叶柄;平行叶脉。茎圆或扁平,有节,节间中空。如稗草、千金子、看麦娘、马唐、狗尾草等。

2)莎草科杂草也属单子叶草本植物。胚有1片子叶;叶片窄长,平行叶脉;叶鞘包卷,无叶舌。该类杂草与禾本科杂草的区别是:茎为三棱形,个别为圆柱形,无节,实心。如三棱草、香附子、水莎草、异型莎草等。

3)阔叶杂草一般指双子叶草本植物。胚有2片子叶,草本或木本;叶脉网状,叶片宽,有叶柄。如刺儿菜、苍耳、鳢肠、荠菜等。另外,阔叶杂草也包括一些叶片较宽、叶子着生较大的单子叶杂草,如鸭跖草等。鸭跖草虽也是阔叶,但在分类学上属单子叶植物的鸭跖草科植物。

在全球范围内,杂草种类最多,但不是都难于治理。世界公认的恶性杂草有10种,它们是香附子,假高粱,节节麦、早熟禾,水花生、水葫芦、豚草,大米草,毒麦,加拿大一枝黄花。这些杂草适宜能力极强,繁殖能力极强,在世界上广为分布,难以防除,引起世界大多数国家的关注。简要介绍如下:

1)香附子又称雷公草、莎草、梭梭草、胡子草、香胡子、三梭草、野韭菜等,是一种多年生莎草科杂草,位居世界十大恶性杂草之首。原产于印度,广泛颁布于热带及亚热带,被报道发生危害之作物有52种,分布在92个国家。且其天敌未被同时引入和当地气候环境之适宜,现今成为世界十大害草之一。广泛分布于北纬45°以南的温带和热带地区,中国大部地区都有发生。

2)假高粱又称石茅、约翰逊草、宿根高粱,原产地中海地区,现在已传入很多国家,偏布于欧洲、美洲、亚洲、非洲、大洋洲57个国家。其它国家均将其列入禁止输入对象,列入进行严格对外检疫对象。假高粱在我国仍属局部分布,最近几年有从进口的转基因作物中入侵的现象。假高粱是谷类作物、棉花、苜蓿、甘蔗麻类等30多种作物田里的主要杂草。它不仅使作物产量降低,还是高粱属作物的许多害虫和病害的寄主。它的花粉可与留种的高粱属作物杂交,给农业生产带来很大的危害,被普遍认为是世界农作物最危险的杂草之一。

3)节节麦主要分布欧洲。为害部位或传播途径:为田间有害杂草。随小麦种子传播。节节麦是小麦的伴生杂草,由于发生的环境条件一致,苗期形态相似,难以防除,危害极大。节节麦的生长习性不仅与小麦相似,而且出苗不一致,长势凶猛,繁殖率高。

4)豚草原产北美,现分布加拿大、墨西哥、美国、夏威夷、古巴、阿根廷、玻利维亚、巴拉圭、秘鲁、巴西、智利、危地马拉、牙买加、奥地利、匈牙利、德国、意大利、法国、瑞士、瑞典、日本、前苏联、澳大利亚及毛里求斯,目前也已入侵中国。该杂草生长繁茂,严重影响作物的生长。花粉能引起人患皮炎和枯草高热病。随小麦、大豆种子传播。

5)加拿大一枝黄花该属植物全世界有约125种,主要分布于北美洲,少数分布于欧洲和亚洲;加拿大一枝黄花是外来生物,作为观赏植物引种后逃逸变成杂草,并且是恶性杂草。在裸地上,第一年长出几株或几簇,第二、三年即连成片,抑制其他植物的生长,能迅速形成单生优势,破坏入侵地的植被生态平衡。同时还蚕食棉花、玉米、大豆等旱地农作物和种植茭白的水田,严重影响这些农作物的产量和质量。

6)水葫芦属雨久花科、凤眼莲属植物。原产南美,目前广泛分布于北美、非洲、亚洲、大洋洲和欧洲的至少62个国家。水葫芦繁殖速度极快,生长时会消耗大量溶解氧,几乎成了水生生物入侵的代名词。我国境内分布的该种植物,是上世纪50年代以猪饲料名义引进的。

7)大米草又称食人草,多年生草本宿根植物。分布于丹麦、联邦德国,荷兰,法国、英国、爱尔兰、新西兰、澳大利亚、美国、中国。因其具有促淤造陆、固土绿化等作用,被一些国家广为引进。既能生于海水、盐土,也适应在淡水、淡土、软硬泥滩、沙滩地上生长。分蘖力特别强,在潮间带第一年可增加几十倍到一百多倍,几年便可连片成草场。大米草在滩涂疯狂生长,导致沿海水产资源锐减。我国引入该植物,是上世纪70年代,以防止泥质海岸被海水冲刷为目的引进的,目前已入侵到北到辽东湾,南到北部湾广阔的海岸线。

8)空心莲子草多年生苋科宿根性杂草,原产巴西,生命力强适应性广,生长繁殖迅速,水陆均可生长。空心莲子草主要在农田(包括水田和旱田)、空地、鱼塘、沟渠、河道等环境中生长为害。空心莲子草根系发达,地上部分繁茂,在农田中生长会与作物争夺阳光、水分、肥料以及生长空间,造成严重减产。在田埂和田间成片生长影响耕作。

9)毒麦禾本科黑麦属的一年生草本植物,属于田间常见的杂草,盛产于叙利亚和巴勒斯坦一带。茎可以长到一米高,穗状花序长达1025厘米;颖果呈紫色。毒麦经常和重要的农作物小麦混生在一起。毒麦的外形非常类似小麦,然而其子粒中含有能麻痹中枢神经、致人昏迷的毒麦碱,被认为是恶性杂草。原生欧洲,近半个世纪传入中国,为小麦田中常见的杂草。该植物系拟态杂草,难以清除,常与小麦一同被收获和加工。它是一种在种子中含有毒麦碱的有毒杂草,人、畜食后都能中毒,未成熟的毒麦或在多雨季节收获时混入收获物中的毒性最大。

10)早熟禾禾本科一年生或越年生草本植物。别名稍草、小青草、小鸡草、冷草、绒球草。我国南、北方多数省市均有分布,国外除热带国家均有分布。主要为害小麦、油菜、蔬菜、果树等,为小麦田中的恶性杂草。

二、杂草是从哪里来的?

农田里的杂草是哪里来的?其实,他们原本就是农田的主人,是自然界中的一员,只不过人类将草原森林或湿地开辟成农田以后,那些大部分本地植物尤其是乔木、灌木和湿地植物被迫迁移或消失了,那些不愿意离开家园的杂草留了下来。杂草不甘心被人类消灭,而是选择与人类的农田及一切空地生存的能力,他们繁殖大量的后代,从不挑地盘,只要有土壤,哪怕没有土壤有一些尘土的地方如石头缝,屋顶上都留下了他们的后代。除此之外,杂草还不断使其遗传物质增加,即表现为染色体多倍体化。多倍化是植物进化的主要驱动力量,多倍化在杂草起源与演化中起到了中的作用。多倍化促进了基因组水平与表型水平的进化,大大提高了杂草物种或群体生存竞争能力和繁殖扩展能力增加了其生态适应性,这一遗传特性同时促使外来种在新生境中成功入侵进而转变为杂草。

无独有偶,不仅仅是农田,在城市里也有杂草的“近亲”。早在上世纪80年代,笔者就关注了这种现象,在《植物学通报》上发表了有关观察报告。如果说人类活动将自然植物改造成农田,造成的杂草进化,那么人类将农田改造成城市更加剧了这一过程。令人惊异的是,城市里的杂草与农村几乎一致,正如人有些住在城市,有些住在农村,有些住在草原一样。这些杂草生境的多样性,造成了其控制困惑。对抗恐怕不是最佳的选择,惟有与它们和谐相处。

早期笔者将城市中的杂草称为伴人植物,也有人成为驯化植物。它们是借助人类活动传播和扩大分布区的植物。伴人植物的分布,有些是人类有意识引入后野生化造成的;有些是人类活动无意识地造成它们的传播,包括一些对人类有害的植物和农田杂草等。这些植物可以说很粘人:要么长者钩如鬼针草;要么长者刺如苍耳;要么自带降落伞飞啊飞,如蒲公英;还有的具有美丽的花朵如田旋花,可以作为饲料,人类也就不那么讨厌他们;更有狗尾巴草,其穗状花序是很柔美的。世界各地的伴人植物具有不同的伴人植物区系。藜、猪毛菜等杂草在欧洲和北美都普遍分布,它们是欧洲移民带到北美的;澳大利亚的维多利亚州有57种伴人植物来源于欧洲,11种来源于北非和中非,29种来源于南非,2种来源于亚洲。

用历史的眼光看,在农业社会出现以后,杂草也就开始出现了。杂草不断出现在历史记载中,如《国风·郑风中《野有蔓》记载到:野有蔓草,零露漙兮;有美一人,清扬婉兮;邂逅相遇,适我愿兮;野有蔓草,零露瀼瀼;有美一人,婉如清扬;邂逅相遇,与子偕臧。而出现的这种叫曼草的杂草,竟然与相爱的美人联系在一起,可见古人也并不多么讨厌杂草。诗经多以民歌为主,其中的描述应当是古代劳动人民真实的观察。其实,现代女孩子喜欢叫的薇的也疑似一种豆科的植物,在田间也是杂草。·西域传上·罽宾国》中也有杂草的描述: 罽宾地平,温和,有目蓿,杂草奇木, 南朝《草木颂·杉》有“”羣木歛望,杂草不窥的记载。

非常具有幽默感的毛泽东主席十分了解杂草,他对各省市自治区党委书记一次会议上提到杂草:田里长着两种东西,一种叫粮食,一种叫杂草。其实,毛主席讲这样的话,要要他的高级领导干部们,多多到田里去,毛主席在骨子里是非常重视农业收成的。

三、古代人怎么防治杂草

在古代农书上,人们对杂草并非深恶痛绝。想必大家都非常熟悉下面这首诗锄禾日当午,汗滴禾下土,谁知盘中餐,粒粒皆辛苦,就是描述古人锄草草劳作场面的,至今这种技艺在一些发展中国国家还在使用,尤其中国偏远的山区。对杂草的防治,古人竟然说锄禾,禾是庄稼,怎么会除掉呢?原来,锄草的与除草的不同,前者是给庄稼松土,兼切断杂草地上与地下的联系,同时切断了土壤毛细管,起到控制杂草兼保墒的作用,这样的农活农民一年要干好多次。过去农民一旦锄头拿上了手,就一直忙到收获。

公元前二世纪《淮南子》中记载“篱先稻熟而农大褥之”;2000多年前《孟子》篇中有“恶栅乱苗也”。这些描述都是提醒农人要根据杂草的习性进行控制,要提前预防,不使杂草泛滥。

田间杂草对农作物有很大影响,必须采取必要的措施保障丰收,为此中国古代农民发明了各种农具。周代已重视用工具以薅荼蓼的锄草工作。《周记. 秋宫》中还提出了四种消灭杂草的方法,分春、夏、秋、冬四季运行,如全面施用,确实可收到效果。例如,夏季除草,把杂草地上部分全部刈割掉。夏天是植物生长发育最旺盛、消耗养分最多的时候,这时候除草,其光合作用停止,根失去养分,必然大部分死掉。这种灭草方法,近代有的地方还在使用。结合消除田间杂草,人们已明确知道绿肥的作用。杂草与庄稼一样,也具有固碳、吸氮或固氮、吸钾、吸磷的作用,其储藏的营养物质完全可以通过一定的技术措施还田。荼蓼朽止,黍稷茂止。由于有机肥施用,才可能开始出现连作的不易之田,而杂草在某种程度上也起到一定的肥田作用。

然而,古人采取的以人力为主的物理措施毕竟费力费事,现代农业多不愿采用,于是在工业革命以后人类发明了除草剂这种化学除草方法。化学除草可上溯到19世纪末期,在防治欧洲时,偶尔发现能伤害一些十字花科杂草而不伤害禾谷类作物;法国、德国、美国同时发现硫酸和等的除草作用,并用于小麦等地除草。有机化学除草剂,始于1932年选择性除草剂的发现。20世纪40年代的出现,大大促进了工业的迅速发展。1971年合成的,具有杀草谱广、使用方便的特点,是有机磷除草剂的重大突破。1980年时世界已占农药总销售额的41%,超过杀虫剂而跃居第一位。

化学除草能够发挥作用,是根据除草剂对作物和杂草之间植株高矮和根系深浅不同所形成的位差先后和生育期不同所形成的时差、以及植株组织结构和生长形态上的差异、不同种类植物之间抗药性的差异等特性而实现的。20世纪70年代出现的,用以拌种或与除草剂混合使用,声称可保护作物免受药害,扩大了除草剂的选择性和使用面。由种子萌发的,一般采用持效期长的,在杂草大量萌发之前施药于土表,将杂草杀死于萌芽期。防除萌发的,则采用输导作用强的,在杂草后期进行叶面喷施,使药剂向下传导至根茎系统,从而更好地发挥药效。

化学除草具有高效、及时、省工、经济等特点,适应现代农业生产作业,还有利于促进的应用、水稻直播栽培的实现以及密植程度与的合理提高等。但大量使用化学物质对生态环境可导致长远的不利影响。这就要求除草剂的品种和剂型向低剂量、低残留的方向发展,同时力求与其他措施有机地配合,进行综合防除,以减少施药次数与用药量。

除草剂应用大大丰富了人类餐桌上的食物,目前人类食用的主粮、水果、蔬菜,乃至中草药都难于逃离除草剂的影子。然而,这种科技进步是有代价的,这就是食物链有可能被污染,譬如市场上畅销的抗草甘膦转基因大豆油、玉米油、油菜籽油;含转基因大豆蛋白与转基因大豆油的国内外知名品牌婴幼儿配方、孕妇营养食品;转基因豆制品、豆浆粉等,添加转基因大豆蛋白的火腿肠、香肠、饺子等一系列冷冻食品、面包以及儿童喜爱的蛋糕、饼干;一些洋快餐用转基因油炸的食品、转基因豆浆、喂养转基因大豆、玉米家禽、家畜的肉等食品,皆可能让一万亿分之一超低微量浓度的残留草甘膦进入人类肠道,通过肠壁血液循环系统进入体内所有器官,进入孕妇体内的胎儿,种下母细胞瘤的种子!这就是前面我们提到了人类在没有终结杂草之前,杂草通过其顽强的抗性,可能借助于人类发明的转基因技术提前终结人类的原因。

除草剂对健康的影响甚于杀虫剂,有些农村妇女或女孩想不开,误将除草剂当农药喝下去,救回的可能性很小。某省有全国最著名的除草剂中毒医院,估计很多受害者是听信了某些农药代言人声称的除草剂的毒性很小,“比食盐还安全”的错误信息而命丧黄泉的。

今天的农活则是喷雾器一旦背上了肩,就一直到收获。除草剂除草只管灭杀杂草,而不管土地,也不会关心除草剂对于人类食物链的污染,喷洒除草剂这个农活本身就是很有健康风险的。除草剂的毒性很强,几十米远的地方飘过来的除草剂对那些敏感植物还有杀伤作用,打除草剂那几天,村里的农民都不敢开窗户。

除草剂可按作用方式、施药部位、化合物来源等多方面分类。、砒酸盐、三氯醋酸对于任何种类的植物都有枯死的作用,但由于这些均具有残留影响,所以不能应用于田地中。特别是、氯苯酚、多数都有效,其中有O-异丙基-N-苯基氨基甲酸、二硝基-O-甲酚钠等。具有作用的除草剂最著名的是2,4-D,认为它能打乱植物体内的激素平衡,使生理失调,但对禾本科以外的植物却是一种很有效的除草剂。一般认为这种选择性是决定于植物的种类对2,4-D解毒作用强度的大小,或者由于2,4-D的浓度因植物种类的不同而有差异。

下面介绍一下农田常用的除草剂:

1)乙草胺,别名乙基乙草安,禾耐斯,消草安;化学名称:2,-乙基-6,-甲基-N-(乙氧甲基)-2-氯代乙酰替苯胺;分子式:C14H2OClNO2;熔点0℃,蒸气压4.53nPa ℃),溶解在多种有机溶剂中。20℃时年内不分解。

2)甲草胺又名拉索,澳特拉索,,杂草锁;化学名称:α-氯代-2,6,-二乙基-N-甲氧基甲基乙酰替苯胺;分子式:C14H2OClNO2。原药为乳白色晶体,熔点39.5-41.5 ℃),水中溶解度242mg/L(25℃),能溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿等有机溶剂,分解温度105 ℃,在强酸强碱条件下分解。

3)丁草胺又名马歇特,灭草特,去草胺,丁草锁;化学名称:2,6-二乙基-N-(丁氧甲基)-氯乙酰替苯胺;分子式:C17H26ClNO2。琥珀色液体,熔点-5 ℃),比重1.070(25℃),对钢腐蚀,溶于大多有机溶剂,包括醋酸乙酯、丙酮、乙醇、苯、已烷等,165℃时分解,对光稳定。

4莠去津又名津,莠去尽,阿特拉嗪,园保净;化学名称:2--4-乙胺基-6-异丙氨基-1,3,5-三嗪;分子式:C8H14ClN5。理化性质:纯品为白色粉末,熔点175.8℃,蒸气压0.039mPa(25℃),密度1.187(20 、甲醇15g/L。在中性、介质中稳定。

52,4-D丁酯又名2,4-滴;化学名称:2,4-氧基乙酸;分子式:C8H6Cl2O3。纯品为无色油状液体,沸点169℃/2mmHg,比重1.2428为褐色液体,20℃时比重1.21,沸点146-147℃,难溶于水,于多种有机溶剂,挥发性强,遇碱分解。

6异丙甲草胺又名都尔,稻;化学名称:2-乙基6-甲基-N-(1,-甲基-2,甲氧乙基)氯代乙酰替苯胺;分子式:C15H22ClNO2。理化性质:无色到浅褐色液体,沸点100 ℃),密度1.12(20℃),溶解度水488mg/L(25℃),与苯、、辛醇和、己烷、、甲醇、二氯乙烷混溶,不溶于乙二醇、丙醇和石油醚,300℃以下稳定,强酸、强碱下和强无机酸中水解。

7扑草净其他中文名:扑蔓尽,割草佳,扑灭通;化学名称:4,6-双(异丙氨基)-2-甲硫基-1,3,5-三嗪;分子式:C10H19N5S。白色粉末,熔点118-120 ℃),丙酮300,乙醇140,己烷6.3,甲苯200,正己醇110(g/L,25℃),20℃中性介质,微酸和微碱介质中稳定,热酸和碱中水解,紫外光下分解。

8二甲戊灵又名除草通,二甲戊乐灵,,胺硝草;化学名称:N-(1-乙基丙基)-2,6-二硝基-3,4二甲基苯胺;分子式:C13H19N3O4。橙色晶状固体,熔点54-58℃,沸点为蒸馏时分解,蒸气压4.0mPa(20℃),密度1.19(25℃),Kow152000,溶解度水0.3mg/L(20℃),丙酮700,二甲苯628,玉米油148,庚烷138,异丙醇77(g/L,26℃),易溶于苯、甲苯、氯仿、二氯甲烷、微溶于石油醚和汽油中,5-130℃贮存稳定,对酸碱稳定,光下缓慢分解,DT50水中小于21天。

9百草枯又名,对草快;化学名称:1,1,-二甲基-4,4,联吡啶阳离子;分子式:C12H14N2Cl2。理化性质:无色,吸湿性晶体,熔点约300℃(分解),蒸气压<0.1mPa,密度1.24-1.26(20℃),溶解度700g/L(20℃),几乎不溶于大多数有机溶剂,中性和酸性介质中稳定,在碱性介质中迅速水解,在水溶液中、紫外光照下发生分解。

10精喹禾灵又名;化学名称:R-2-[4-(6-氯喹喔啉-2-基氧)苯氧基];分子式:C19H17ClN2O4。理化性质:淡褐色结晶,熔点76-77℃,沸点220/26.6Pa,密度1.35g/cm2,蒸气压110nPa(20℃),溶解度0.4mg/L(20℃),溶剂中溶解度(20℃),丙酮650,乙醇22,己烷5,甲苯360(g/L20℃),PH9时半衰期20h,酸性、中性介质中稳定,碱中不稳定。

12咪唑乙烟酸又名普杀特,咪草烟,豆草唑,特,灭草烟;化学名称:5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-2--2-基)-2-吡啶羧酸;分子式:C15H19N3O3。无色结晶,无臭味,熔点169-174℃,蒸气压<0.013mPa(60℃),25℃溶解度水1.4g/L,丙酮48.2.二氯甲烷185.二甲亚枫422.庚烷0.9g/L、甲醇105g/L、异丙醇17g/L、甲苯4g/L,日光下迅速降解。

13氟磺胺草醚又名,北极星,氟磺草,除豆莠;化学名称:5-[2--4-(三氟甲基)苯氧基]-N-(甲基磺酰基)-2-硝基苯酰胺。理化性质:无色晶体,熔点220-221℃,蒸气压<0.1mPa(50℃),密度1.28g/ml(20℃),溶解度水(mg/l20

14)异恶草松又名广灭灵;化学名称:2-(2-氯苄基)-4,4-二甲基异恶唑-3-酮;分子式:C12H14ClNO2。无色透明至浅褐色粘稠液体,熔点25℃,沸点275℃,密度1.129(20℃),蒸气压19.2mPa(25℃),水中溶解度1.1g /l(25℃),可与丙酮、乙腈、氯仿、、二氯甲烷、甲醇、甲苯等相混。常温下贮存至少2年,50℃可保存3个月。

15草除灵又名:高特克,乙酯;化学名称:4--2-氧代-3(2H)苯并噻唑乙酯;分子式:C11H10ClNO3S。无色晶体固体,熔点79.2℃,蒸气压0.37mPa(25℃),密度1.45(20℃),溶解度(20℃),水47mg/L,丙酮229mg/L,二氯甲烷603mg/L,乙酸乙酯148mg/L,甲醇28.5mg/L,甲苯198mg/L300℃以下以及酸和中性溶液中稳定。

16)草甘膦又名农达。化学名称:N-(膦酸甲基)甘氨酸;分子式:C3H8NO5P;白色粉末;熔点和沸点230℃。市售草甘膦有30%46%水剂、30%50%65%70%可溶粉剂。74.7%88.8%草甘膦铵盐可溶粒剂和98%95%草甘膦原药。由于草甘膦与抗草甘膦转基因作物捆绑使用,该类除草剂可能是人类使用的最多的化学除草剂。

17)高效盖草能又名精吡氟禾草灵、精盖草能、高效吡氟。芳氧苯氧丙酸类苗后茎叶处理除草剂。对人、畜低毒,对眼睛和皮肤有轻微刺激。高效盖草能一般作茎叶处理,当药剂喷于杂草上之后,能很快被吸收和传导到整株植物,抑制茎和根的分生组织,使杂草停止生长而死亡,由于高效盖草能残效期长,当药剂落入土壤中之后,易被杂草根部吸收,所以对杂草种子也有一定防除效果。用药后,一般在夏天1周见效,冬季20天才能见效。

凡是采取人力或机械力方法进行的除草方式,我国自古到今采取的锄头除草就是典型的物理除草方式,而今在锄头基础上发明了机械除草。物理除草常见有以下几种:

1除草包括手工拔草和使用简单农具除草。耗力多、工效低,不能大面积及时防除。现都是在采用其他措施除草后,作为去除局部残存杂草的辅助手段。

2机械除草使用畜力或机械动力牵引的除草机具。一般于作物播种前、播后苗前或苗期进行机械中耕耖耙与覆土,以控制农田杂草的发生与危害。工效高、劳动强度低。缺点是难以清除苗间杂草,不适于间或密植条件,频繁使用还可引起耕层

3物理除草利用水、光、热等物理因子。如用火燎法进行垦荒除草,用水淹法防除旱生杂草,用深色塑料薄膜覆盖土表遮光,以提高温度除草等。

传统的物理锄草方式,随着大量农民工进城,劳动力的短缺,而逐渐减少了,在美国,这种古老的技术恐怕彻底消失了。在中国只有五十岁以上的老农民还会锄草。现在使用的是什么技术呢?就是除草剂。可是大量使用除草剂,杂草并没有控制住,相反,杂草年年用药,年年发生,甚至美国使用了抗除草剂的转基因技术后,农田里出现了“超级杂草”。

生态控草就是根据杂草的生态习性采取的除草方式,这是解决杂草问题的有效途径之一。直根系的杂草甚至某些多年生杂草在繁衍生长以前被拔出,可收到良好的效果。在我国农村,相对于其他复杂、昂贵的除草措施,人工除草简单实用,效果彻底,为广大农民所接受。有研究认为,保持农田一定的杂草生物多样性,在控制害虫、保护天敌、防止土壤侵蚀、维持生态系统功能等方面,发挥着重要的作用,因此有必要对杂草的生物多样性给予适当保护。人工除草虽然是一种较环保的除草方式,但劳动投入高,化学除草虽然成本较低,但容易造成严重的环境污染,为解决两者之间的矛盾,就必须采取合理的除草措施,使农田杂草既能得到控制,又能维持较高的生物多样性,维持较高的经济效益。

为什么农田里的杂草难以防治,甚至除草剂除出了超级杂草?这是与杂草的生态习性有关的。农田杂草大都是一年生植物,它们属于机会主义者,一有空间就去占领,它们对养分需求不高,也不挑地段,无论是贫瘠的荒地还是肥沃的耕地,即便是人类不断踩踏的田埂上,它们都会繁殖,并通过多种方式把种子散播到土壤里。那些埋在土壤里的杂草种子,一般很难除掉,除草剂对它们毫无办法,即使用火烧,地上的部分烧光了,但种子还保留在地下,所谓野火烧不尽,春风吹又生

生态除草仅斩草除根还不够,还要从种子上控制,就是待杂草结实后人工去除。具体怎么做呢?一是要控制种源,不使其结果实,在成熟前后治理;二是以草治草,如人工播种有肥效作用的一年生豆科草本植物占据杂草的生态位;三是秸秆覆盖,利用秸秆中的生化物质对杂草实施抑制;四是人工拔草喂牛羊,但前提是农田里不能有农药,不能有除草剂。没有农药和除草剂的鲜草,食草动物如牛、羊、驴、兔、鹅,甚至猪是非常喜欢的。小时候,农田里的杂草很少,哪里去了呢?竟然是被我们这些孩子加上部分妇女控制住了。孩子放学后,背上筐就去拔草或刨草,1000亩地里的杂草还不够生产队40头牛填饱肚子的,再加上青壮劳动力反复锄草,在人民公社期间,根本没有听说过杂草危害这样的事情。

农业从来都不是一个偷懒的产业,如果盲目像工业生产那样提高效率,发展懒人农业,那么生存健康问题就会随之而来。201368日,美国《食物与化学毒理学》公布泰国科学家惊人的实验结果,与抗草甘膦转基因大豆、玉米、油菜捆绑使用的草甘膦除草剂农达中的活性成分草甘膦,具有雌激素作用,而且在一万亿分之一超低微量浓度范围促进乳房癌细胞增殖。泰国科学家的该项研究,有助于解释法国科学家不久前做过的长期喂养极微量草甘膦除草剂与转基因玉米研究中,发现巨大的乳房肿瘤的致癌机制。该项发现打破了过去认为有毒有害物质残留量低于某浓度水平无害的错误认识,揭示了草甘膦这样的有毒有害物质,恰恰在过去难以想像一万亿分之一超低微量范围,具有很强的内分泌干扰、性激素干扰作用。

生物除草除了人力(也是一种安全的生物力)之外,还可利用昆虫、病原微生物和竞争力强的置换植物及其代谢产物防除杂草。如在稻田中养鱼、鸭防除杂草,20世纪60年代中国利用真菌作为防除大豆,澳大利亚利用昆虫控制仙人掌的蔓延等。生物除草不产生环境污染、成效稳定持久,但对环境条件要求严格,研究难度较大,见效慢。

采用一定的技术措施,在较大面积范围内创造一个有利于作物生长而不利于杂草繁生的生态环境,是生态除草的另一种对策。如实行水旱,对许多不耐水淹或不耐干旱的杂草都有良好的控制作用。在经常耕作的农田中,不易繁衍;在农田或耕作较少的茶、桑、果、橡胶园中,多年生杂草蔓延较快,则减少。与间作、套种,可充分利用光能和空间结构,促进作物优势,从而控制杂草发生数量与为害程度。最近,笔者到中亚的乌兹别克斯坦现场考察,该国采取棉田冬灌、冬前深翻等技术措施控制杂草,都是切实可行的措施,非常值得我国借鉴。

生态除草强调的是综合防治。农田生态受自然和耕作的双重影响,杂草的类群和发生动态各异,单一的除草措施往往不易获得较好的防除效果;同时,各种防除杂草的方法也各有优缺点。综合防除就是因地制宜地综合运用各种措施的互补与协调作用,达到高效而稳定的防除目的。一些国家以生态学为基础,对病、虫、杂草等有害生物进行综合治理,研究探索在一定耕作制条件下,各类杂草的发生情况和造成经济损失的,并将各种除草措施因地因时有机结合,创造合理的农业生态体系,有可能使杂草的发生量和危害程度控制在最低范围内,保证作物持续高产。

2016年,国庆长假期间,笔者在弘毅生态农场指导学生实验。一天,为我们种植有机主粮的农民蒋庆礼兴奋地告诉我一个好消息:这下杂草彻底治服了,玉米只耪了一遍半!且庆礼信心十足地表示,明年只锄一遍草就可能成功,因为今年留下的杂草种子很少了。

生态控草是解决杂草问题的有效途径之一。人工拔草和锄草都是古老的除草方法,至今仍不失为一种有效的方法。然而,传统的人工锄草方式,随着大量农民工进城,劳动力的短缺,而逐渐减少了。在美国,这种古老的技术恐怕彻底消失了。在中国,只有五十岁以上的老农民还会锄草。

为控制农田杂草,弘毅生态农业科研团队历时十年,经历了多次失败后,寻找了一种既经济可行且环保的杂草控制方案,这就是竭库、断流、把握时机,科学解决了有机种植过程中的杂草管理难题。

竭库:使耕地里的种子反复多次萌发,生长出来后不使结实,留不下后代。农田杂草大都是一年生植物,它们属于机会主义者,一有空间就去占领,它们对养分需求不高,也不挑地段,无论是贫瘠的荒地还是肥沃的耕地,即便是人类不断踩踏的田埂上,它们都会繁殖,并通过多种方式把种子散播到土壤里。那些埋在土壤库里的杂草种子,一般很难除掉,除草剂对它们毫无办法,即使用火烧,地上的部分烧光了,但种子还保留在地下,所谓野火烧不尽,春风吹又生。因此,弘毅生态农场采取科学的办法,在早期预防杂草,将土壤中的杂草种子库不断使其萌发,不断去除,直到基本干净。这个过程调整成功约需2-3年时间。

断流:实现土地联产成包后,土地分给了农民个人,种什么如何种就有农民个人说了算。有些农民图省事,暂时用除草剂抑制了自家里的杂草,但并没有除根,后期还会萌发;且外面的杂草种子还会源源不断地供应,尤其是公共的地方如道路两旁、田间地头、与地垄上杂草依然存,个人自扫门前雪,公共地上的杂草没有去管理。必须将外来的种子雨截获,不使其进入农田,不使其补充种源。为此,我们设计了乔灌草相结合以本地森林群落为主的农田防护林带,最窄处5米,最宽约10米。为增加经济效益,乔木种植柿子、山楂、杏、苹果、核桃,混以旱柳、榆树、洋槐、国槐、银杏;灌木则种植花椒、紫荆、紫穗槐、连翘、月季、绣线菊等,草本植物种植麦冬、黄花菜等。森林带有效地抑制了杂草在农田边缘的生长,外来的种子不能越过防护林带。除有效阻隔杂草外,该森林带还为鸟类提供了良好的栖息地,兼具有防护害虫和引诱蚜虫的功能。

把握时机:农田杂草具有超强的生长能力,在长期与庄稼竞争过程中,已基本适应了人类干扰。在庄稼幼苗生长之初,杂草生长快,失控后治理难度增加数倍。留学生Mahmud观测到与玉米高度差不过的牛筋草,高度达2米。因此,掌握合理的杂草控制时间非常关键,一般在杂草雨季来临之前、杂草刚露头,几乎看不到杂草时就要处理。较为繁殖的宝贵人工就用在这个时候。最好是选择晴天的早上,锄过的杂草被太阳晒死。为保证除草效果,第二天在补一次,这时用工很少,这就是农民说锄半遍的意思。经过早期干预,庄稼封垄后的杂草几乎没有成灾的可能了。

我们有过多次控制杂草失败的教训,由于没有掌握合适的机会,杂草长势凶猛,雨季来临后的杂草更难控制,仅玉米茬曾用6遍人工处理杂草。为此农民嘲笑我们:蒋老师让我们回到了解放前。今天,蒋家庄的村民看到我们成功控制杂草,也打心底里服了。

由于弘毅生态农场杜绝化肥、农药、农膜、除草剂、人工合成激素、转基因种子使用,大量使用自制有机肥,土地松软,早期人工除草非常省力,锄头轻轻一划即可连根除掉杂草。在这样的农田上除草比在板结的土地上省力不少,除草一亩地用一个工。一个生长季下来,单季除草的人工成本可控制在105元以内,小麦玉米两季210元。如今后实现两季除草2遍,则成本还有下降的空间。

对于果园杂草,我们采取的办法是以草治草,栽植三叶草、蛇莓等占领杂草生态位,或用机器割除杂草,使其为果树增加养分、保持水土、降低温度的多重功效。在果园里,杂草彻底变害为利

弘毅生态农场用物理+生物方法控制虫害,成本为57.6(含诱虫灯折旧费),由于耕地健康,庄稼几乎不生病,杀菌药可省略。这样,困惑有机种植的病虫草害总成本已降低到267.6元,该成本占农民总有机农业收入的不足5%

弘毅生态农场之所以能够实现上述治草成果,除了技术创新外,城市消费者的贡献是很大的。即消费者的现金带动了农民用更加环保更加健康的办法对待土地,是健康的商业模式带动了环境保护,带动了大学生就业,带动了全民大健康工程实施。

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谈谈农田中的杂草防治问题

在农田生态系统中,杂草防治几乎是农民最头疼的问题。杂草顽强的生命力,让农民无法预防,年年锄草,年年长草。人类与杂草斗争了几千年,至今没有太好的办法,直到发明了除草剂。然而,人类发明了草甘膦等除草剂,甚至抗草甘膦转基因作物,虽暂时终结了杂草危害,却造成了草甘膦在食物中残留,破坏人类的免疫系统与生殖能力,最终会终结人类,此绝非危言耸听。

《中国大百科全书》对杂草的介绍如下:杂草是指生长在有害于人类生存和活动场地的植物,一般是非栽培的野生植物或对人类无碍用的植物。广义的杂草则是指生长在对人类活动不利或有害于生产场地的一切植物。全球经定名的植物有三十余万种,认定为杂草的植物约八千余种我国书刊中可查出的植物名称有36000多种,认定为杂草的植物有1191200多种。其生物学特性表现为:传播方式多,繁殖与再生力强,生活周期一般都比作物短,成熟的种子随熟随落,抗逆性强,光合作用效率高等。农田杂草的主要危害为:与作物争夺养料、水分、阳光和空间,妨碍田间通风透光,增加局部气候温度,有些则是病虫中间寄主,促进病虫害发生;寄生性杂草直接从作物体内吸收养分,从而降低作物的产量和品质。此外,有的杂草的种子或花粉含有毒素,能使人畜中毒。从这些介绍看,杂草真的是无恶不作,人类必欲除之而后快。

实际上,农田里有多少杂草呢?以我熟悉的北方为例,春季小麦田里播娘蒿、王不留行、荠菜、独行菜、小蓟比较常见。由于小麦是头年秋天播种的,越冬返青后小麦成了优势种群,杂草暂时竞争不过小麦。可一旦不管理,杂草就迅速生长,可以覆盖整个小麦田。然而,毕竟春天雨水少,温度低,杂草还不是最凶的。而夏季就不同了,北方农田雨季温度高、光照强、水分好,这样就给了杂草那些机会主义者提供了大展身手的空间。即使像玉米那样高秆的作物,其下还常见十几种杂草,如马唐、旱稗、马齿苋、牛筋草等。

杂草,顾名思义是以草本植物为主的,一些半灌木或藤本植物比例很少。其生活型以一年生为主,在雨热条件好的地方出现二年或三年以上的多年生杂草。杂草在生态型上分为,水生、沼生、湿生和旱生等,按化学防除的实际需要,将其按形态特征分为禾本科杂草、莎草科杂草和阔叶杂草三大类。

1)禾本科杂草  属单子叶草本植物。该类植物胚有1片子叶;叶片窄长,叶鞘开张,有叶舌,无叶柄;平行叶脉。茎圆或扁平,有节,节间中空。如稗草、千金子、看麦娘、马唐、狗尾草等。

2)莎草科杂草  也属单子叶草本植物。胚有1片子叶;叶片窄长,平行叶脉;叶鞘包卷,无叶舌。该类杂草与禾本科杂草的区别是:茎为三棱形,个别为圆柱形,无节,实心。如三棱草、香附子、水莎草、异型莎草等。

3)阔叶杂草  一般指双子叶草本植物。胚有2片子叶,草本或木本;叶脉网状,叶片宽,有叶柄。如刺儿菜、苍耳、鳢肠、荠菜等。另外,阔叶杂草也包括一些叶片较宽、叶子着生较大的单子叶杂草,如鸭跖草等。鸭跖草虽也是阔叶,但在分类学上属单子叶植物的鸭跖草科植物。

在全球范围内,杂草种类最多,但不是都难于治理。世界公认的恶性杂草有10种,它们是香附子,假高粱,节节麦、早熟禾,水花生、水葫芦、豚草,大米草,毒麦,加拿大一枝黄花。这些杂草适宜能力极强,繁殖能力极强,在世界上广为分布,难以防除,引起世界大多数国家的关注。简要介绍如下:

1)香附子 又称雷公草、莎草、梭梭草、胡子草、香胡子、三梭草、野韭菜等,是一种多年生莎草科杂草,位居世界十大恶性杂草之首。原产于印度,广泛颁布于热带及亚热带,被报道发生危害之作物有52种,分布在92个国家。且其天敌未被同时引入和当地气候环境之适宜,现今成为世界十大害草之一。广泛分布于北纬45°以南的温带和热带地区,中国大部地区都有发生。

2)假高粱  又称石茅、约翰逊草、宿根高粱,原产地中海地区,现在已传入很多国家,偏布于欧洲、美洲、亚洲、非洲、大洋洲57个国家。其它国家均将其列入禁止输入对象,列入进行严格对外检疫对象。假高粱在我国仍属局部分布,最近几年有从进口的转基因作物中入侵的现象。假高粱是谷类作物、棉花、苜蓿、甘蔗麻类等30多种作物田里的主要杂草。它不仅使作物产量降低,还是高粱属作物的许多害虫和病害的寄主。它的花粉可与留种的高粱属作物杂交,给农业生产带来很大的危害,被普遍认为是世界农作物最危险的杂草之一。

3)节节麦 主要分布欧洲。为害部位或传播途径:为田间有害杂草。随小麦种子传播。节节麦是小麦的伴生杂草,由于发生的环境条件一致,苗期形态相似,难以防除,危害极大。节节麦的生长习性不仅与小麦相似,而且出苗不一致,长势凶猛,繁殖率高。

4)豚草  原产北美,现分布加拿大、墨西哥、美国、夏威夷、古巴、阿根廷、玻利维亚、巴拉圭、秘鲁、巴西、智利、危地马拉、牙买加、奥地利、匈牙利、德国、意大利、法国、瑞士、瑞典、日本、前苏联、澳大利亚及毛里求斯,目前也已入侵中国。该杂草生长繁茂,严重影响作物的生长。花粉能引起人患皮炎和枯草高热病。随小麦、大豆种子传播。

5)加拿大一枝黄花  该属植物全世界有约125种,主要分布于北美洲,少数分布于欧洲和亚洲;加拿大一枝黄花是外来生物,作为观赏植物引种后逃逸变成杂草,并且是恶性杂草。在裸地上,第一年长出几株或几簇,第二、三年即连成片,抑制其他植物的生长,能迅速形成单生优势,破坏入侵地的植被生态平衡。同时还蚕食棉花、玉米、大豆等旱地农作物和种植茭白的水田,严重影响这些农作物的产量和质量。

6)水葫芦  属雨久花科、凤眼莲属植物。原产南美,目前广泛分布于北美、非洲、亚洲、大洋洲和欧洲的至少62个国家。水葫芦繁殖速度极快,生长时会消耗大量溶解氧,几乎成了水生生物入侵的代名词。我国境内分布的该种植物,是上世纪50年代以猪饲料名义引进的。

7)大米草  又称食人草,多年生草本宿根植物。分布于丹麦、联邦德国,荷兰,法国、英国、爱尔兰、新西兰、澳大利亚、美国、中国。因其具有促淤造陆、固土绿化等作用,被一些国家广为引进。既能生于海水、盐土,也适应在淡水、淡土、软硬泥滩、沙滩地上生长。分蘖力特别强,在潮间带第一年可增加几十倍到一百多倍,几年便可连片成草场。大米草在滩涂疯狂生长,导致沿海水产资源锐减。我国引入该植物,是上世纪70年代,以防止泥质海岸被海水冲刷为目的引进的,目前已入侵到北到辽东湾,南到北部湾广阔的海岸线。

8)空心莲子草  多年生苋科宿根性杂草,原产巴西,生命力强适应性广,生长繁殖迅速,水陆均可生长。空心莲子草主要在农田(包括水田和旱田)、空地、鱼塘、沟渠、河道等环境中生长为害。空心莲子草根系发达,地上部分繁茂,在农田中生长会与作物争夺阳光、水分、肥料以及生长空间,造成严重减产。在田埂和田间成片生长影响耕作。

9)毒麦  禾本科黑麦属的一年生草本植物,属于田间常见的杂草,盛产于叙利亚和巴勒斯坦一带。茎可以长到一米高,穗状花序长达1025厘米;颖果呈紫色。毒麦经常和重要的农作物小麦混生在一起。毒麦的外形非常类似小麦,然而其子粒中含有能麻痹中枢神经、致人昏迷的毒麦碱,被认为是恶性杂草。原生欧洲,近半个世纪传入中国,为小麦田中常见的杂草。该植物系拟态杂草,难以清除,常与小麦一同被收获和加工。它是一种在种子中含有毒麦碱的有毒杂草,人、畜食后都能中毒,未成熟的毒麦或在多雨季节收获时混入收获物中的毒性最大。

10)早熟禾 禾本科一年生或越年生草本植物。别名稍草、小青草、小鸡草、冷草、绒球草。我国南、北方多数省市均有分布,国外除热带国家均有分布。主要为害小麦、油菜、蔬菜、果树等,为小麦田中的恶性杂草。

农田里的杂草是哪里来的呢?其实,他们原本就是农田的主人,是自然界中的一员,只不过人类将草原森林或湿地开辟成农田以后,那些大部分本地植物尤其是乔木、灌木和湿地植物被迫迁移或消失了,那些不愿意离开家园的杂草留了下来。杂草不甘心被人类消灭,而是选择与人类的农田及一切空地同时生存,他们繁殖大量的后代,从不挑地盘,只要有土壤,哪怕没有土壤有一些尘土的地方如石头缝,屋顶上都留下了他们的后代。除此之外,杂草还不断使其遗传物质增加,即表现为染色体多倍体化。多倍化是植物进化的主要驱动力量,多倍化在杂草起源与演化中起到了重要的作用。多倍化促进了基因组水平与表型水平的进化,提高了杂草物种或群体生存竞争能力和繁殖扩展能力,大大增加了其生态适应性,这一遗传特性同时促使外来种在新生境中成功入侵进而转变为杂草。

无独有偶,不仅仅是农田,在城市里也有杂草的“近亲”。早在上世纪80年代,笔者就关注了这种现象,在《植物学通报》上发表了有关观察报告。如果说人类活动将自然植物改造成农田,造成的杂草进化,那么人类将农田改造成城市更加剧了这一过程。令人惊异的是,城市里的杂草与农村几乎一致,正如人有些住在城市,有些住在农村,有些住在草原一样。这些杂草生境的多样性,造成了其控制困惑。对抗恐怕不是最佳的选择,惟有与它们和谐相处。

早期笔者将城市中的杂草称为伴人植物,也有人成为驯化植物。它们是借助人类活动传播和扩大分布区的植物。伴人植物的分布,有些是人类有意识引入后野生化造成的;有些是人类活动无意识地造成它们的传播,包括一些对人类有害的植物和农田杂草等。这些植物可以说很粘人:要么长着钩如鬼针草;要么长着刺如苍耳;要么自带降落伞飞啊飞,如蒲公英;还有的具有美丽的花朵如田旋花,可以作为饲料,人类也就不那么讨厌他们;更有狗尾巴草,其穗状花序是很柔美的。世界各地的伴人植物具有不同的伴人植物区系。藜、猪毛菜等杂草在欧洲和北美都普遍分布,它们是欧洲移民带到北美的;澳大利亚的维多利亚州有57种伴人植物来源于欧洲,11种来源于北非和中非,29种来源于南非,2种来源于亚洲。

用历史的眼光看,在农业社会出现以后,杂草也就开始出现了。杂草不断出现在历史记载中,如《国风·郑风中《野有蔓》记载到:野有蔓草,零露漙兮;有美一人,清扬婉兮;邂逅相遇,适我愿兮;野有蔓草,零露瀼瀼;有美一人,婉如清扬;邂逅相遇,与子偕臧。而出现的这种叫曼草的杂草,竟然与相爱的美人联系在一起,可见古人也并不多么讨厌杂草。诗经多以民歌为主,其中的描述应当是古代劳动人民真实的观察。其实,现代女孩子喜欢叫的薇的也疑似一种豆科的植物,在田间也是杂草。·西域传上·罽宾国》中也有杂草的描述:“ 罽宾地平,温和,有目蓿,杂草奇木,” 南朝梁《草木颂·杉》有“”羣木歛望,杂草不窥的记载。

非常具有幽默感的毛泽东主席十分了解杂草,他在各省市自治区党委书记一次会议上提到杂草:田里长着两种东西,一种叫粮食,一种叫杂草。其实,毛主席讲这样的话,是要他的高级领导干部们,多多到田里去,毛主席在骨子里是非常重视农业收成的。

在古代农书上,人们对杂草并非深恶痛绝。想必大家都非常熟悉下面这首诗锄禾日当午,汗滴禾下土,谁知盘中餐,粒粒皆辛苦,就是描述古人锄草劳作场面的,至今这种技艺在一些发展中国家还在使用,尤其中国偏远的山区。对杂草的防治,古人竟然说锄禾,禾是庄稼,怎么会除掉呢?原来,锄草的与除草的不同,前者是给庄稼松土,兼切断杂草地上与地下的联系,同时切断了土壤毛细管,起到控制杂草兼保墒的作用,这样的农活农民一年要干好多次。过去农民一旦锄头拿上了手,就一直忙到收获。

公元前二世纪《淮南子》中记载“篱先稻熟而农大褥之”; 2000多年前《孟子》篇中有“恶栅乱苗也”。这些描述都是提醒农人要根据杂草的习性进行控制,要提前预防,不使杂草泛滥。

田间杂草对农作物有很大影响,必须采取必要的措施保障丰收,为此中国古代农民发明了各种农具。周代已重视用工具以薅荼蓼的锄草工作。《周记秋宫》中还提出了四种消灭杂草的方法,分春、夏、秋、冬四季运行,如全面施用,确实可收到效果。例如,夏季除草,把杂草地上部分全部刈割掉。夏天是植物生长发育最旺盛、消耗养分最多的时候,这时候除草,其光合作用停止,根失去养分,必然大部分死掉。这种灭草方法,近代有的地方还在使用。结合消除田间杂草,人们已明确知道绿肥的作用。杂草与庄稼一样,也具有固碳、吸氮或固氮、吸钾、吸磷的作用,其储藏的营养物质完全可以通过一定的技术措施还田。荼蓼朽止,黍稷茂止。由于有机肥施用,才可能开始出现连作的不易之田,而杂草在某种程度上也起到一定的肥田作用。

然而,古人采取的以人力为主的物理措施毕竟费力费时,现代农业多不愿采用,于是在工业革命以后人类发明了除草剂这种化学除草方法。化学除草可上溯到19世纪末期,在防治欧洲时,偶尔发现能伤害一些十字花科杂草而不伤害禾谷类作物;法国、德国、美国同时发现硫酸和等的除草作用,并用于小麦等地除草。有机化学除草剂,始于1932年选择性除草剂的发现。20世纪40年代的出现,大大促进了工业的迅速发展。1971年合成的,具有杀草谱广、使用方便的特点,是有机磷除草剂的重大突破。1980年时世界已占农药总销售额的41%,超过杀虫剂而跃居第一位。

化学除草能够发挥作用,是根据除草剂对作物和杂草之间植株高矮和根系深浅不同所形成的位差先后和生育期不同所形成的时差、以及植株组织结构和生长形态上的差异、不同种类植物之间抗药性的差异等特性而实现的20世纪70年代出现的,用以拌种或与除草剂混合使用,声称可保护作物免受药害,扩大了除草剂的选择性和使用面。由种子萌发的,一般采用持效期长的,在杂草大量萌发之前施药于土表,将杂草杀死于萌芽期。防除萌发的,则采用输导作用强的,在杂草后期进行叶面喷施,使药剂向下传导至根茎系统,从而更好地发挥药效。

化学除草具有高效、及时、省工、经济等特点,适应现代农业生产作业,还有利于促进的应用、水稻直播栽培的实现以及密植程度与的合理提高等。但大量使用化学物质对生态环境可导致长远的不利影响。这就要求除草剂的品种和剂型向低剂量、低残留的方向发展,同时力求与其他措施有机地配合,进行综合防除,以减少施药次数与用药量。

除草剂应用大大丰富了人类餐桌上的食物,目前人类食用的主粮、水果、蔬菜,乃至中草药都难于逃离除草剂的影子。然而,这种科技进步是有代价的,这就是食物链有可能被污染,譬如市场上畅销的抗草甘膦转基因大豆油、玉米油、油菜籽油;含转基因大豆蛋白与转基因大豆油的国内外知名品牌婴幼儿配方、孕妇营养食品;转基因豆制品、豆浆粉等,添加转基因大豆蛋白的火腿肠、香肠、饺子等一系列冷冻食品、面包以及儿童喜爱的蛋糕、饼干;一些洋快餐用转基因油炸的食品、转基因豆浆、喂养转基因大豆、玉米家禽、家畜的肉等食品,皆可能让一万亿分之一超低微量浓度的残留草甘膦进入人类肠道,通过肠壁血液循环系统进入体内所有器官,进入孕妇体内的胎儿,种下母细胞瘤的种子!这就是前面我们提到了人类在没有终结杂草之前,杂草通过其顽强的抗性,可能借助于人类发明的转基因技术提前终结人类的原因

除草剂对健康的影响甚于杀虫剂,有些农村妇女或女孩想不开,误将除草剂当农药喝下去,救回的可能性很小。某省有全国最著名的除草剂中毒医院,估计很多受害者是听信了某些农药代言人声称的除草剂的毒性很小,“比食盐还安全”的错误信息而命丧黄泉的。

今天的农活则是喷雾器一旦背上了肩,就一直到收获。除草剂除草只管灭杀杂草,而不管土地,也不会关心除草剂对于人类食物链的污染,喷洒除草剂这个农活本身就是很有健康风险的。除草剂的毒性很强,几十米远的地方飘过来的除草剂对那些敏感植物还有杀伤作用,打除草剂那几天,村里的农民都不敢开窗户。

除草剂可按作用方式、施药部位、化合物来源等多方面分类。、砒酸盐、三氯醋酸对于任何种类的植物都有枯死的作用,但由于这些均具有残留影响,所以不能应用于田地中。别是、氯苯酚、多数都有效,其中有O-异丙-N-苯基氨基甲酸、二硝基-O-甲酚钠等。具有作用的除草剂最著名的是2,4-D,认为它能打乱植物体内的激素平衡,使生理失调,但对禾本科以外的植物却是一种很有效的除草剂。一般认为这种选择性是决定于植物的种类对2,4-D解毒作用强度的大小,或者由于2,4-D的浓度因植物种类的不同而有差异。

下面介绍一下农田常用的除草剂:

1)乙草胺,别名乙基乙草安,禾耐斯,消草安;化学名称:2,-乙基-6,-甲基-N-(乙氧甲基)-2-氯代乙酰替苯胺;分子式:C14H2OClNO2;熔点0℃,蒸气压4.53nPa ℃),溶解在多种有机溶剂中。20℃时年内不分解。

2)甲草胺又名拉索,澳特拉索,,杂草锁;化学名称:α-氯代-2,6,-二乙基-N-甲氧基甲基乙酰替苯胺;分子式:C14H2OClNO2。原药为乳白色晶体,熔点39.5-41.5 ℃),水中溶解度 242mg/L(25℃),能溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿等有机溶剂,分解温度105 ℃,在强酸强碱条件下分解。

3)丁草胺又名马歇特,灭草特,去草胺,丁草锁;化学名称:2,6-二乙基-N-(丁氧甲基)-氯乙酰替苯胺;分子式:C17H26ClNO2。琥珀色液体,熔点-5 ℃),比重1.070(25℃),对钢腐蚀,溶于大多有机溶剂,包括醋酸乙酯、丙酮、乙醇、苯、已烷等,165℃时分解,对光稳定。

4莠去津又名津,莠去尽,阿特拉嗪,园保净;化学名称:2--4-乙胺基-6-异丙氨基-1,3,5-三嗪;分子式:C8H14ClN5。理化性质:纯品为白色粉末,熔点175.8℃,蒸气压0.039mPa(25℃),密度1.187(20

52,4-D丁酯又名2,4-滴;化学名称:2,4-氧基乙酸;分子式:C8H6Cl2O3。纯品为无色油状液体,沸点169℃/2mmHg,比重1.2428为褐色液体,20℃时比重1.21,沸点146-147℃,难溶于水,于多种有机溶剂,挥发性强,遇碱分解。

6异丙甲草胺  又名都尔,稻;化学名称:2-乙基 6-甲基-N-(1,-甲基-2,甲氧乙基)氯代乙酰替苯胺;分子式:C15H22ClNO2。理化性质:无色到浅褐色液体,沸点 100 ℃),密度1.12(20℃),溶解度水488mg/L(25℃),与苯、、辛醇和、己烷、、甲醇、二氯乙烷混溶,不溶于乙二醇、丙醇和石油醚,300℃以下稳定,强酸、强碱下和强无机酸中水解。

7扑草净  其他中文名:扑蔓尽,割草佳,扑灭通;化学名称:4,6-双(异丙氨基)-2-甲硫基-1,3,5-三嗪;分子式:C10H19N5S。白色粉末,熔点118-120 ℃),丙酮300,乙醇140,己烷6.3,甲苯200,正己醇110(g/L,25℃),20℃中性介质,微酸和微碱介质中稳定,热酸和碱中水解,紫外光下分解。

8二甲戊灵又名除草通,二甲戊乐灵,,胺硝草;化学名称:N-(1-乙基丙基)-2,6-二硝基-3,4二甲基苯胺;分子式:C13H19N3O4。橙色晶状固体,熔点 54-58℃,沸点为蒸馏时分解,蒸气压4.0mPa(20℃),密度1.19(25℃),Kow152000,溶解度水0.3mg/L(20℃),丙酮700,二甲苯628,玉米油148,庚烷138,异丙醇77(g/L,26℃),易溶于苯、甲苯、氯仿、二氯甲烷、微溶于石油醚和汽油中,5-130℃贮存稳定,对酸碱稳定,光下缓慢分解,DT50水中小于21天。

9百草枯又名,对草快;化学名称:1,1,-二甲基-4,4,联吡啶阳离子;分子式:C12H14N2Cl2。理化性质:无色,吸湿性晶体,熔点约300℃(分解),蒸气压,密度1.24-1.26(20℃),溶解度700g/L(20℃),几乎不溶于大多数有机溶剂,中性和酸性介质中稳定,在碱性介质中迅速水解,在水溶液中、紫外光照下发生分解。

10精喹禾灵又名;化学名称:R-2-[4-(6-氯喹喔啉-2-基氧)苯氧基];分子式:C19H17ClN2O4。理化性质:淡褐色结晶,熔点76-77℃,沸点220/26.6Pa,密度1.35g/cm2,蒸气压110nPa(20℃),溶解度0.4mg/L(20℃),溶剂中溶解度(20℃),丙酮650,乙醇22,己烷5,甲苯360(g/L20℃),PH9时半衰期20h,酸性、中性介质中稳定,碱中不稳定。

12咪唑乙烟酸又名普杀特,咪草烟,豆草唑,特,灭草烟;化学名称:5-乙基-2-(4-异丙基-4-甲基-5-氧代-2--2-基)-2-吡啶羧酸;分子式:C15H19N3O3。无色结晶,无臭味,熔点169-174℃,蒸气压),25℃溶解度水1.4g/L,丙酮48.2.二氯甲烷185.二甲亚枫422.庚烷0.9g/L、甲醇105g/L、异丙醇17g/L、甲苯4g/L,日光下迅速降解。

13氟磺胺草醚又名,北极星,氟磺草,除豆莠;化学名称:5-[2--4-(三氟甲基)苯氧基]-N-(甲基磺酰基)-2-硝基苯酰胺。理化性质:无色晶体,熔点220-221℃,蒸气压),密度1.28g/ml(20℃),溶解度水(mg/l20 ℃)约50 ),>600(PH7)(20℃mg/l),50℃下保存6个月以上,见光分解,酸碱介质中不易水解。

14)异恶草松又名广灭灵;化学名称:2-(2-氯苄基)-4,4-二甲基异恶唑-3-酮;分子式:C12H14ClNO2。无色透明至浅褐色粘稠液体,熔点25℃,沸点275℃,密度1.129(20℃),蒸气压19.2mPa(25℃),水中溶解度1.1g /l(25℃),可与丙酮、乙腈、氯仿、、二氯甲烷、甲醇、甲苯等相混。常温下贮存至少2年, 50℃可保存3个月。

15草除灵又名:高特克,乙酯;化学名称:4--2-氧代-3(2H)苯并噻唑乙酯;分子式:C11H10ClNO3S。无色晶体固体,熔点79.2℃,蒸气压0.37mPa(25℃),密度1.45(20℃),溶解度(20℃),水47mg/L,丙酮229mg/L,二氯甲烷603mg/L,乙酸乙酯148mg/L,甲醇28.5mg/L,甲苯198mg/L300℃以下以及酸和中性溶液中稳定。

16)草甘膦  又名农达。化学名称:N-(膦酸甲基)甘氨酸;分子式:C3H8NO5P;白色粉末;熔点和沸点230℃。市售草甘膦有30%46%水剂、30%50%65%70%可溶粉剂。74.7%88.8%草甘膦铵盐可溶粒剂和98%95%草甘膦原药。由于草甘膦与抗草甘膦转基因作物捆绑使用,该类除草剂可能是人类使用的最多的化学除草剂。

17)高效盖草能又名精吡氟禾草灵、精盖草能、高效吡氟。芳氧苯氧丙酸类苗后茎叶处理除草剂。对人、畜低毒,对眼睛和皮肤有轻微刺激。高效盖草能一般作茎叶处理,当药剂喷于杂草上之后,能很快被吸收和传导到整株植物,抑制茎和根的分生组织,使杂草停止生长而死亡,由于高效盖草能残效期长,当药剂落入土壤中之后,易被杂草根部吸收,所以对杂草种子也有一定防除效果。用药后,一般在夏天1周见效,冬季20天才能见效。

凡是采取人力或机械力方法进行的除草方式,我国自古到今采取的锄头除草就是典型的物理除草方式,而今在锄头基础上发明了机械除草。

物理除草常见有以下几种:

1除草  包括手工拔草和使用简单农具除草。耗力多、工效低,不能大面积及时防除。现都是在采用其他措施除草后,作为去除局部残存杂草的辅助手段。

2机械除草 使用畜力或机械动力牵引的除草机具。一般于作物播种前、播后苗前或苗期进行机械中耕耖耙与覆土,以控制农田杂草的发生与危害。工效高、劳动强度低。缺点是难以清除苗间杂草,不适于间或密植条件,频繁使用还可引起耕层

3物理除草  利用水、光、热等物理因子。如用火燎法进行垦荒除草,用水淹法防除旱生杂草,用深色塑料薄膜覆盖土表遮光,以提高温度除草等。

传统的物理锄草方式,随着大量农民工进城,劳动力的短缺,而逐渐减少了,在美国,这种古老的技术恐怕彻底消失了。在中国只有五十岁以上的老农民还会锄草。现在使用的是什么技术呢?就是除草剂。可是大量使用除草剂,杂草并没有控制住,相反,杂草年年用药,年年发生,甚至美国使用了抗除草剂的转基因技术后,农田里出现了“超级杂草”。 

生态控草就是根据杂草的生态习性采取的除草方式,这是解决杂草问题的有效途径之一。直根系的杂草甚至某些多年生杂草在繁衍生长以前被拔出,可收到良好的效果。在我国农村,相对于其他复杂、昂贵的除草措施,人工除草简单实用,效果彻底,为广大农民所接受。有研究认为,保持农田一定的杂草生物多样性,在控制害虫、保护天敌、防止土壤侵蚀、维持生态系统功能等方面,发挥着重要的作用,因此有必要对杂草的生物多样性给予适当保护。人工除草虽然是一种较环保的除草方式,但劳动投入高,化学除草虽然成本较低,但容易造成严重的环境污染,为解决两者之间的矛盾,就必须采取合理的除草措施,使农田杂草既能得到控制,又能维持较高的生物多样性,维持较高的经济效益。

生态除草仅斩草除根还不够,还要从种子上控制,就是待杂草结实后人工去除。具体怎么做呢?一是要控制种源,不使其结果实,在成熟前后治理;二是以草治草,如人工播种有肥效作用的一年生豆科草本植物占据杂草的生态位;三是秸秆覆盖,利用秸秆中的生化物质对杂草实施抑制;四是人工拔草喂牛羊,但前提是农田里不能有农药,不能有除草剂。没有农药和除草剂的鲜草,食草动物如牛、羊、驴、兔、鹅,甚至猪是非常喜欢的。小时候,农田里的杂草很少,哪里去了呢?竟然是被我们这些孩子加上部分妇女控制住了。孩子放学后,背上筐就去拔草或刨草,1000亩地里的杂草还不够生产队40头牛填饱肚子的,再加上青壮劳动力反复锄草,在人民公社期间,根本没有听说过杂草危害这样的事情。

农业从来都不是一个偷懒的产业,如果盲目像工业生产那样提高效率,发展懒人农业,那么生存健康问题就会随之而来。201368日,美国《食物与化学毒理学》公布泰国科学家惊人的实验结果,与抗草甘膦转基因大豆、玉米、油菜捆绑使用的草甘膦除草剂农达中的活性成分草甘膦,具有雌激素作用,而且在一万亿分之一超低微量浓度范围促进乳房癌细胞增殖。泰国科学家的该项研究,有助于解释法国科学家不久前做过的长期喂养极微量草甘膦除草剂与转基因玉米研究中,发现巨大的乳房肿瘤的致癌机制。该项发现打破了过去认为有毒有害物质残留量低于某浓度水平无害的错误认识,揭示了草甘膦这样的有毒有害物质,恰恰在过去难以想像一万亿分之一超低微量范围,具有很强的内分泌干扰、性激素干扰作用。

生态除草除了人力(也是一种安全的生物力)之外,还可利用昆虫、病原微生物和竞争力强的置换植物及其代谢产物防除杂草。如在稻田中养鱼、鸭防除杂草,20世纪60年代中国利用真菌作为防除大豆,澳大利亚利用昆虫控制仙人掌的蔓延等。生物除草不产生环境污染、成效稳定持久,但对环境条件要求严格,研究难度较大,见效慢。

采用一定的技术措施,在较大面积范围内创造一个有利于作物生长而不利于杂草繁生的生态环境,是生态除草的另一种对策。如实行水旱,对许多不耐水淹或不耐干旱的杂草都有良好的控制作用。在经常耕作的农田中,不易繁衍;在农田或耕作较少的茶、桑、果、橡胶园中,多年生杂草蔓延较快,则减少。与间作、套种,可充分利用光能和空间结构,促进作物优势,从而控制杂草发生数量与为害程度。最近,笔者到中亚的乌兹别克斯坦现场考察,该国采取棉田冬灌、冬前深翻等技术措施控制杂草,都是切实可行的措施,非常值得我国借鉴。

生态除草强调的是综合防治。农田生态受自然和耕作的双重影响,杂草的类群和发生动态各异,单一的除草措施往往不易获得较好的防除效果;同时,各种防除杂草的方法也各有优缺点。综合防除就是因地制宜地综合运用各种措施的互补与协调作用,达到高效而稳定的防除目的。一些国家以生态学为基础,对病、虫、杂草等有害生物进行综合治理,研究探索在一定耕作条件下,各类杂草的发生情况和造成经济损失的,并将各种除草措施因地因时有机结合,创造合理的农业生态体系,有可能使杂草的发生量和危害程度控制在最低范围内,保证作物持续高产。

2016年,国庆长假期间,笔者在弘毅生态农场指导学生实验。一天,为我们种植有机主粮的农民蒋庆礼兴奋地告诉我一个好消息:这下杂草彻底治服了,玉米只耪了一遍半!且庆礼信心十足地表示,明年只锄一遍草就可能成功,因为今年留下的杂草种子很少了。

为控制农田杂草,弘毅生态农业科研团队历时十年,经历了多次失败后,寻找了一种既经济可行且环保的杂草控制方案,这就是竭库、断流、把握时机,科学解决了有机种植过程中的杂草管理难题。

竭库:使耕地里的种子反复多次萌发,生长出来后不使结实,留不下后代。农田杂草大都是一年生植物,它们属于机会主义者,一有空间就去占领,它们对养分需求不高,也不挑地段,无论是贫瘠的荒地还是肥沃的耕地,即便是人类不断踩踏的田埂上,它们都会繁殖,并通过多种方式把种子散播到土壤里。那些埋在土壤库里的杂草种子,一般很难除掉,除草剂对它们毫无办法,即使用火烧,地上的部分烧光了,但种子还保留在地下,所谓野火烧不尽,春风吹又生。因此,弘毅生态农场采取科学的办法,在早期预防杂草,将土壤中的杂草种子库不断使其萌发,不断去除,直到基本干净。这个过程调整成功约需2-3年时间。

断流:实现土地联产成包后,土地分给了农民个人,种什么如何种就由农民个人说了算。有些农民图省事,暂时用除草剂抑制了自家里的杂草,但并没有除根,后期还会萌发;且外面的杂草种子还会源源不断地供应,尤其是公共的地方如道路两旁、田间地头、与地垄上杂草依然存在,个人自扫门前雪,公共地上的杂草没有去管理。必须将外来的种子雨截获,不使其进入农田,不使其补充种源,才能控制杂草。为此,我们设计了乔灌草相结合,以本地森林群落为主的农田防护林带,最窄处5米,最宽约10米。为增加经济效益,乔木种植柿子、山楂、杏、苹果、核桃,混以旱柳、榆树、洋槐、国槐、银杏;灌木则种植花椒、紫荆、紫穗槐、连翘、月季、绣线菊等,草本植物种植麦冬、黄花菜等。森林带有效地抑制了杂草在农田边缘的生长,外来的种子不能越过防护林带。除有效阻隔杂草外,该森林带还为鸟类提供了良好的栖息地,兼具有防护害虫和引诱蚜虫的功能。

把握时机:农田杂草具有超强的生长能力,在长期与庄稼竞争过程中,已基本适应了人类干扰。在庄稼幼苗生长之初,杂草生长快,失控后治理难度增加数倍。留学生Mahmud观测到与玉米高度差不过的牛筋草,高度达2米。因此,掌握合理的杂草控制时间非常关键,一般在杂草雨季来临之前、杂草刚露头,几乎看不到杂草时就要处理。较为繁重的宝贵人工就用在这个时候。最好是选择晴天的早上,锄过的杂草被太阳晒死。为保证除草效果,第二天在补一次,这时用工很少,这就是农民说锄半遍的意思。经过早期干预,庄稼封垄后的杂草几乎没有成灾的可能了。

我们有过多次控制杂草失败的教训,由于没有掌握合适的机会,杂草长势凶猛,雨季来临后的杂草更难控制,仅玉米茬曾用6遍人工处理杂草。为此农民嘲笑我们:蒋老师让我们回到了解放前。今天,蒋家庄的村民看到我们成功控制杂草,也打心底里服了。

由于弘毅生态农场杜绝化肥、农药、农膜、除草剂、人工合成激素、转基因种子使用,大量使用自制有机肥,土地松软,早期人工除草非常省力,锄头轻轻一划即可连根除掉杂草。在这样的农田上除草比在板结的土地上省力不少,除草一亩地用一个工。一个生长季下来,单季除草的人工成本可控制在105元以内,小麦玉米两季210元。如今后实现两季除草2遍,则成本还有下降的空间。

对于果园杂草,我们采取的办法是以草治草,栽植三叶草、蛇莓等占领杂草生态位,或用机器割除杂草,使其为果树增加养分、保持水土、降低温度的多重功效。在果园里,杂草彻底变害为利

同时,弘毅生态农场用物理+生物方法控制虫害,成本为57.6(含诱虫灯折旧费),由于耕地健康,庄稼几乎不生病,杀菌药可省略。这样,困惑有机种植的病虫草害总成本已降低到267.6元,该成本占农民总有机农业收入的不足5%

弘毅生态农场之所以能够实现上述治草成果,除了技术创新外,城市消费者的贡献是很大的。即消费者的现金带动了农民用更加环保更加健康的办法对待土地,是健康的商业模式带动了环境保护,带动了大学生就业,带动了全民大健康工程实施。

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摘要:土壤种子库是植物潜在的种群,对生态系统稳定和未来植被的结构、功能有着举足轻重的影响。垂序商陆(Phytolacca americana)的入侵已对山东省胶南市灵山湾国家森林公园的森林生态系统构成严重危害。为调查该物种在公园内的潜在扩散能力,于年调查了刺槐(Robinia pseudoacacia)林、黑松(Pinus thunbergii)林、刺槐黑松混交林和紫穗槐(Amorpha fruticosa)林(灌丛)4种林分类型,以及2009年采用物理和化学控制入侵危害严重的刺槐林内的土壤种子库。结果表明:垂序商陆种子在4种林分中均有发现,在刺槐、黑松林内表现为由林缘至林内逐步降低的趋势。垂序商陆种子只存在于枯落物层和5 cm以上的土壤中,随土层深度的增加而减少,枯落物层土壤种子库由林缘到林内呈递减趋势。与2009年相比,2014年黑松林和灌丛中平均种子库密度分别降低46%和44%,刺槐林和混交林分别增加299%和355%。垂序商陆种子发芽率在10%以下,随土层深度的增加而依次降低。采用物理、化学控制措施的刺槐林内垂序商陆的更新量、结实量、种子库含量均明显高于紫穗槐林的。调查结果表明垂序商陆土壤种子库具有明显的空间异质性,并且保持了较强的繁殖潜力,营造紫穗槐灌丛可以有效控制垂序商陆的扩散,可为经营沿海防护林提供理论指导。

种子是植物一生中唯一能够移动的部分,是潜在的植物种群(种子流)[]。种子比植株有更强的忍耐环境胁迫的能力,埋藏在土壤中的种子更能逃避干扰、疾病和捕食的损害[]。存在于土壤表面和土壤中全部存活种子的总和即土壤种子库(soil seed bank)[],它是植物种群生活史的一个重要阶段,对植物群落演替和植被恢复有重大意义[]。土壤种子库可简单划分为短暂土壤种子库(种子存活不超过1 a)和持久土壤种子库(种子在土壤中存活1 a以上)两类[, ]。土壤种子库一直是生态学研究的重点,特别是近20年来日趋受到重视[, , , , , ]。我国土壤种子库的研究起步较晚,尤其对持久土壤种子库研究报道尚不多见。

近年来植物入侵已成为全球性生态问题,通常植物入侵依靠其强大的适应、繁殖和扩散能力,其中种子库中种子萌发、种苗补充和群落重建[]是入侵能否成功的关键,因此研究入侵植物的土壤种子库对阐明入侵机制和科学防控具有非常重要的意义。近几年对加拿大一枝黄花(Solidago adenophorum)等入侵种的种子库研究较多,主要集中在其入侵机制[, ]、对动植物群落结构的影响[, ]及综合防治管理[, ]等方面,然而对入侵植物采取防治措施后的土壤种子库的响应过程尚未引起足够的重视。

americana)是一种兼具草本与灌木生长特点的竞争型多年生植物,容易逸生[]。近10年来,已在山东省沙质海岸防护林内迅速繁衍和扩散并形成林下单优群落,降低了林下的生物多样性,而且严重抑制了林下乔、灌木的更新和生长,成为沿海防护林可持续经营中亟待科学防控的外来入侵种之一。目前研究主要集中在垂序商陆的生长发育[, , ]、种子雨[]及防控技术[]等方面,然而其土壤种子库的时空分布,及其对防控措施的响应尚未见报道。本文以此为切入点,对灵山湾国家森林公园主要林分类型及其采取防控措施后垂序商陆土壤种子库的储量、空间分布及动态特征进行了研究,旨在阐明垂序商陆的入侵机制,为有效控制其对沙质海岸防护林的危害提供理论依据。

研究地点位于青岛胶南市的灵山湾国家森林公园(35°35′—36°08′N,119°30′—120°11′E)内,属于暖温海洋性季风气候,年均降水量约798.3 mm,年均湿度70%以上,年均气温约12.1 ℃,最高气温36 ℃,最低气温-10 ℃。主要灾害性天气有干热风、海潮、海雾、台风、连阴雨等。土壤为滨海潮盐土,微酸性,土厚20—300 cm,地下水位2.5—4.5 japonica)、车前(Plantago asiatica)等。最近10年来,垂序商陆在该公园大量扩散,已对森林植物多样性造成了严重危害。

由于垂序商陆从当年发生种子雨后,到第二年的萌发季节之前没有出现种子萌发的现象,因此认定垂序商陆不存在短暂土壤种子库。

为验证垂序商陆土壤种子库在灵山湾国家森林公园的时空变化规律,选择刺槐纯林、黑松纯林、刺槐黑松混交林(以下简称混交林)、紫穗槐林(以下简称灌丛)4 种防护林为研究对象(表 1),分别于2009年1月上旬、2012年10月下旬、2014年1月上旬从林缘向林内每隔15 m设置1条样线,共5条,每条样线上设置间距1 m的样点40个。以样点为中心点进行土壤种子库取样,其中,枯落物层面积为10 cm×10 cm,土壤层采用直径为0.07 m的土钻分别取0—2、2—5和5—10 cm的土壤样品,每个样点重复3次。实验室内采用100目的网筛,人工分离方法统计完整的垂序商陆种子数量。分别取枯落物层和各土层种子300粒进行发芽实验,用0.3%高锰酸钾消毒处理后,蒸馏水洗净,在25 ℃光照培养箱中连续观察15

为考察垂序商陆控制对土壤种子库的影响,本研究在付俊鹏等[] 2009年5月采用物理(5月、7月、5和7月2次刈割3种刈割方式;1/3、2/3和完全切根3种切根方式)、化学(喷洒精喹禾灵、百草枯、草甘膦等无公害除草剂)方法,并以紫穗槐发育良好的地段为对照(本研究视为生物控制)的试验基础上,选择不同控制措施中效果最好的完全切根、喷洒草甘膦处理和生物控制(以下简称物理控制、化学控制、生物控制)3个试验区,于每年10月下旬调查垂序商陆更新、结实量、种子库密度。

2 结果与分析 2.1 4种林分类型内垂序商陆种子库的时空分布特征 2.1.1 垂序商陆种子库的水平分布

根据2009年调查,垂序商陆在公园内分布十分广泛。刺槐林、黑松林、混交林和灌丛的土壤种子库差异较大,分别介于395—2 166 粒/m2、0—2 187 粒/m2、0—902 粒/m2和99—767 粒/m2之间,平均种子库密度分别为1 174 粒/m2、487 粒/m2、388 粒/m2和346 粒/m2(表 2)。灌丛内60 m处为空旷地,充足的光照及空间使得垂序商陆生长旺盛并产生大量种子,种子库密度高达2 332 粒/m2,说明4种防护林均可抑制垂序商陆的结实、降低种子库密度。其中,刺槐林内垂序商陆的平均种子库密度最大,黑松林、混交林和灌丛平均种子库密度分别减少了58.57%、66.96%、70.57%,因而认为沿海区域刺槐林更容易遭受垂序商陆的入侵。

0

在水平空间上,不同防护林类型均表现出从林缘向林内延伸的过程中,土壤种子库逐渐减少的趋势。其中林缘、林内15 m、30 m、45 m和60 m处的种子库密度变化范围分别为:99—2 187 粒/m2、55—1 039 粒/m2、190—1 594 粒/m2、0—395 粒/m2和0—678 粒/m2,差异显著。林缘处,刺槐林和黑松林的种子库密度都超过2 000 粒/m2,最小的为灌丛。林内15 m处至60 m处,除黑松林、刺槐黑松混交林45 m和60 m处无种子库外,其它距离处均表现为刺槐林>混交林>灌丛>黑松林

2014年种子库在水平空间上的分布情况大体与2009年大体相同,但是刺槐林和混交林土壤种子库密度明显增加,而黑松林和灌丛有所减少。

2.1.2 垂序商陆种子库的垂直分布

图 1图 2可知,垂序商陆种子只存在于枯落物和5 cm以上的土壤层中,种子库密度随土层深度的增加而减少。2009年垂序商陆种子在刺槐林、黑松、混交林及灌丛4种林型内枯落物层、0—2 cm、2—5 cm三层种子库含量变化范围分别为:250—1 008、16—128、3—38 粒/m2,刺槐林枯落物层种子库平均密度最大为1 008 粒/m2,相比之下黑松林、混交林、灌丛分别减少了56.47%、71.68%、36.91%。2014年在黑松和灌丛中,三层次种子库含量均低于其他两种林型。调查结果均表现出含有刺槐的林型中,土壤层中的种子含量较高,主要与搂割柴草、喜鹊传播和营养状况有关。

图 34可知,垂序商陆种子库垂直分布上,枯落物层种子库由林缘到林内呈现出递减趋势,这与种子库总体水平分布趋势相同。2009年枯落物层种子库密度为115—1 085 粒/m2,0—2 cm、2—5 cm土壤层种子库密度均在130 粒/m2以下。对比发现,2014年枯落物层种子库最高含量,比2009年增加0.7倍,而0—2 cm、2—5 cm土壤层种子库最高含量比2009年分别增加了6.2、5.4倍,分析原因主要是由于种子自然沉降及外界干扰导致大量种子下渗。

(mean±SD) 图中不同小写字母表示同距离处不同层次间差异显著(P < 0.05),不同大写字母表示同一层次内不同距离间差异显著(P < 0.05)

2.1.3 垂序商陆种子库的时间变化

2009年到2014年垂序商陆在四种群落类型中的平均种子库含量见图 5。在刺槐纯林和混交林中,垂序商陆平均种子库含量呈明显上升趋势,2014年较2009年分别增加了299%、355%,在黑松纯林及灌丛中分别下降了46%、44%。垂序商陆既可种子繁殖,又可块根繁殖,块根贮藏的养分直接影响着翌年的生长和结实[]。调查发现垂序商陆块根年龄越大萌芽越多,产生的种子亦越多。在含有刺槐的林分中,垂序商陆生长旺盛,块根根茎多在5 cm以上,最大可达12 cm,灌丛内鲜有垂序商陆块根5 cm以上的,主要是受紫穗槐抑制作用影响的结果。黑松林下土壤瘠薄,垂序商陆生长状况差,结实量低。说明垂序商陆土壤种子库在含有刺槐的林分中随时间的增加而增加,而灌丛和黑松可以有效地控制垂序商陆结实和种子库的增加。

2.2 刺槐林内不同控制措施的垂序商陆种子库特征 2.2.1 垂序商陆的幼苗更新变化

对3种控制措施垂序商陆幼苗更新调查显示(图 6),物理、化学控制当年无更新,次年更新量最多,此后呈现出下降趋势。主要是控制后垂序商陆的盖度显著降低,促进了土壤种子库中种子的更新,此后由于地表盖度增加,空间竞争导致的自疏现象造成更新数量下降。而灌丛林下垂序商陆更新量很小,主要是紫穗槐枝叶繁密,且根系发达,竞争光照、水分和养分的能力极强,因而挤占了垂序商陆的资源生态位导致生长及更新受到限制。

2.2.2 垂序商陆的结实量变化

由3种控制措施2009到2012年4a的结实量得知(图 7),物理和化学措施当年及第2年均无结实,但是第3年开始结实量呈明显上升趋势。2012年调查结果显示,物理、化学控制结实量均超过1500 粒/m2,而生物控制的结实量从次年开始均在375 粒/m2以下,并呈现出逐年递减的趋势。控制后第3年开始物理、化学控制产生的大量果实,凋落后进入土壤种子库,使种子库含量增加,而生物控制可以更好地控制垂序商陆的生长结实,减少进入种子库的种子量

2.2.3 垂序商陆种子库的数量变化

垂序商陆种子库的结果显示(图 8),从2009—2012年物理控制、化学控制、对照的平均种子库含量均显著增加,分别增加80%、122%和188%,而生物控制减少24%。在控制的最初4 a内,3种控制措施种子库含量均低于未控制的,根据垂序商陆的结实量变化(图 7)可知,物理、化学措施在短期内可以控制垂序商陆的结实量,但随着结实量继续增加,土壤种子库增加迅速,而生物控制可以更好地控制垂序商陆的生长繁殖,减少结实量,从而间接控制了种子库的增加。

2.3 垂序商陆种子的萌发率

为探索垂序商陆土壤种子库的繁殖能力,进行了种子发芽试验(图 9)。不同林型中垂序商陆土壤种子库中种子的平均发芽率差别不大,均在5%以下,但是明显表现出发芽率由上到下依次降低,枯落物层<10%、0—2 cm层<3%、2—5 cm<1.5%,推测是腐烂、病虫害及种子的生理死亡等原因使种子失去活力。

3 结论与讨论 3.1 垂序商陆种子库的空间分布特征

种子库对入侵种适应外界环境的变化起到积极作用,一旦条件适宜便会大量繁殖,抢占生长资源[, ]。Thompson等研究97种英格兰植物后发现,球形或接近球形、重量小于3 mg的致密繁殖体在土壤中具有持久性(即在土壤中可保持至少5a)[]。Leishman等研究了101种澳大利亚植物[]以及Moles等研究了47种新西兰植物后[],发现寿命较长的种子有偏小的趋势,小种子通过风、动物甚至通过水传播,在土壤中具有很强的繁殖能力[],其中小粒、近圆球形种子更易于形成持久种子库[]。垂序商陆种子具有体积小、接近球形等特点,符合形成持久种子库的特征,加上林内广布鸟类,从而增加了其在种子繁衍方面的竞争性。

垂序商陆的土壤种子库在灵山湾国家森林公园内分布广泛,刺槐林内含量最多,紫穗槐灌丛含量最少,且连续几年的调查均表现出由林缘至林内逐步降低的趋势,与翟树强等发现的垂序商陆的结实量与种子雨量由林缘至林内逐渐减少的趋势相一致[]。目前已有许多理论从抗入侵能力的角度阐述入侵机制,如多样性的取样和互补效应、空余生态位理论、天敌释放假说等,这些理论之间具有相通性[, , , ],其中空余生态位理论可以很好解释垂序商陆的入侵机制。在4种林型中垂序商陆在刺槐林中的平均种子库密度最大,说明在灵山湾国家森林公园内的四种主要生态系统中,刺槐林下生物多样性低,具有空余生态位,为其侵入适应和扩散提供了先决条件。紫穗槐灌丛中每年秋季都有人为刈割,刈割当年每丛可生出20—50根萌条,萌条高达1—2 m,加之根系发达,主根可深入土层0.7 m,水平根幅达1 m,地下和地上部分剩余空间不足,因而在与垂序商陆生态位竞争中具有明显优势。其次从土壤营养状况看,刺槐的固氮作用,增加了林下土壤含氮量,明显改善土壤物理性质,有利于垂序商陆占据乡土草本植物的生长空间而成为优势种。相比之下,黑松针叶分解缓慢,土壤干旱瘠薄,垂序商陆的萌发和生长受到抑制。此外动物特别是鸟类啄食[]对垂序商陆分布影响有重要影响。刺槐林为喜鹊提供了理想的栖息场所,付俊鹏发现,以喜鹊巢所在的刺槐为中心的10 m范围内,垂序商陆的数量随着半径的增大而逐渐增多[]。本次调查发现在刺槐林内30 m附近喜鹊巢较多,该处的垂序商陆种子库密度大于林内15 m处,与其毗邻的混交林内15 m、30 m处的种子库密度也远远大于林缘。从种子库密度情况可以看出,刺槐林具有最明显的可入侵性,而紫穗槐生长良好的地段,垂序商陆种子库密度小,说明林下营造紫穗槐可以有效控制垂序商陆的蔓延。

研究表明,人类活动的干扰可提高环境的可入侵性[],干扰越强烈则系统的不稳定性和脆弱性越强,更容易发生生物入侵[, , ]。杨红梅等对马齿苋[]、岳红娟等对南方红豆杉[]以及张希彪等对黄土高原子午岭油松林等[]的研究都显示土壤种子库中种子多集中在枯枝落叶层;已有研究均表明土壤深层种子量大小与干扰成正比,干扰越大,深层次种子量占总种子量的比重越大,如紫茎泽兰[, ]。本研究中垂序商陆种子库在水平分布上,由于该公园周边社区居民搂割柴草,在向林外运输的过程中,散落了大量的垂序商陆种子,尤其道路两侧林园为甚,加之林缘光照充足,垂序商陆生长旺盛,又大大增加了结实量,结果导致其土壤种子库含量由林缘至林内逐步降低。垂直分布上,垂序商陆种子分布在5 cm以上土层中,种子库密度随土层深度的增加而减少,枯落物层中含量最多,向下依次减少,整体上呈现由林缘到林内(除林内60 m处)递减的趋势,在人为干扰严重的刺槐林中,林缘土壤层中的种子数占种子库的百分比由2009年的14%上升到2014年的34%,证明了外界干扰可以加速种子库中种子的下沉。可见,环境条件和外界干扰是影响垂序商陆土壤种子库空间分布的主要因素。

3.2 垂序商陆种子的发芽特征

种子发芽率是土壤种子库研究中最常用的方法,虽然实验室内发芽率并不能完全代表原位实际土壤种子库的萌发情况,这也是研究土壤种子库方法上的一个缺陷[],但是仍然可以用于说明土壤种子库的潜在活力状况。垂序商陆种皮硬实率达80%—90%,是限制其萌发的重要因素之一[],通常发芽困难种子经过动物胃肠内的一系列消化过程后,种子发芽率大大增加[],本研究刺槐林分布广泛,可能与垂序商陆种子经喜鹊取食有关,但其具体影响种子发芽的机制尚需进行深入探索。本研究以刺槐林为例发现,枯落物层垂序商陆种子的发芽率在10%以下。该林型的枯落物层平均种子库密度为2 759 粒/m2,平均发芽率为9.67%,理论上实际可发芽种子密度为267 粒/m2,据调查自然条件下刺槐林内垂序商陆植株的密度仅为5 株/m2左右,主要与更新的垂序商陆幼苗在竞争光照、水分等生长条件中处于劣势有关。

3.3 防控措施对垂序商陆种子库的影响

在物理、化学控制初期,垂序商陆的结实量明显减少,但是随着空间释放后垂序商陆的更新、生长和繁殖,垂序商陆的结实量和土壤种子库含量恢复迅速,紫穗槐发育良好的生物控制区垂序商陆更新量、结实量最少。对比物理、化学和生物控制的垂序商陆种子库,物理控制、化学控制及对照的平均种子库含量均显著增加,而生物控制减少24%。综合以上可知,增加紫穗槐的覆盖度,可减少进入种子库的种子,最终达到控制垂序商陆入侵的目的,因此这种生物控制是可行方法。由于本试验只进行了一次物理、化学控制,对降低垂序商陆种子库的控制效果不明显,如果连续多年对其进行物理、化学控制,势必可以达到控制其增加的目的。但由于垂序商陆入侵范围广,物理、化学控制成本会大大增加。通过连续多年调查四种林分类型中垂序商陆种子库变化发现,在刺槐纯林和混交林中,2014年平均种子库含量较2009年种子库均增加了3倍左右,而黑松林和紫穗槐灌木林中垂序商陆种子库却减少了40%多,说明在沿海防护林中由刺槐组成的生态系统有利于垂序商陆的蔓延,而灌丛及黑松可以较好地控制垂序商陆的入侵,因此可营造黑松、紫穗槐控制垂序商陆的入侵危害。从经济及生态效益方面考虑,为达到控制垂序商陆在该地区继续扩散的目的,在垂序商陆入侵严重的林分,在其产生果实前可先利用草甘膦进行喷雾防除,然后营造紫穗槐,既减少种子雨的形成,从而减少进入种子库的种子,又可以增加植被覆盖,最终达到控制目的。

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