作物獲后雜草種子控制的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

筱 禾 編譯

(上海市農(nóng)藥研究所，上海 200032)

某些一年生雜草在成熟時(shí)保留的生物學(xué)特性使其在糧食作物收獲期能夠收集(收獲)較多的種子。在澳大利亞大田作物中，一年生黑麥草(Lolium spp.)(約 80%)、野蘿卜(Raphanus raphanistrum L.)(99%)、雀麥草(Bromus spp.) (77%)和野燕麥(Avena spp.)(84%)可在糧食作物收獲期間混入收割機(jī)。同樣，在幾個(gè)世界主要產(chǎn)區(qū)，已有記錄糧食作物收獲期間的多種雜草種子收集：西班牙的野燕麥和一年生黑麥草，英國(guó)的野燕麥和雀麥草，加拿大的野燕麥，阿根廷的多刺曼陀羅(Datura ferox L.)，意大利的稗草(Echinochloa spp.)、野燕麥和野蘿卜等幾種，以及瑞典的蓼屬(Polygonum spp.)、鼬瓣花屬(Galeopsis spp.)、豬殃殃(Galium aparine)、藜(Chenopodium album)和繁縷(Stellaria media)等多種雜草。因此，在全球許多種植系統(tǒng)中，幾十年來人們已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到在作物收獲期間通過防止種子庫輸入來防除靶標(biāo)雜草的可能。然而，這一可能還未實(shí)現(xiàn)，但導(dǎo)致了在作物收獲期間防除雜草種子的系統(tǒng)的廣泛引入。本文主要論述獲后雜草種子控制(HWSC)的發(fā)展方向和方式，并重點(diǎn)討論在全球種植系統(tǒng)中引入HWSC的機(jī)遇和途徑。

1 HWSC系統(tǒng)的形成發(fā)展

20世紀(jì) 80年代，留存了作物收獲期間所收集絕大多數(shù)雜草種子(如，＞95%的硬直黑麥草)的谷糠成為澳大利亞開發(fā)HWSC系統(tǒng)的熱點(diǎn)。谷糠車是第一個(gè)引入的系統(tǒng)，它原為加拿大連接于收割機(jī)后部收集糠料的谷糠車箱。拖在收割機(jī)后部的谷糠收集車是第一個(gè)商業(yè)HWSC應(yīng)用。由于谷糠的飼料價(jià)值高于全作物殘茬或秸稈，它是20世紀(jì)70年代和80年代加拿大畜牧業(yè)的熱點(diǎn)。當(dāng)時(shí)人們認(rèn)識(shí)到收集和清理谷糠可以減少雜草量，但主要關(guān)注點(diǎn)不是除草劑抗性問題，這一做法的重點(diǎn)仍然是收集牲畜飼料。加拿大種植戶對(duì)這種方法的采用有限。收集谷糠的主要目的是作為牲畜飼料的來源，對(duì)這種物質(zhì)的需求取決于替代飼料源的價(jià)格和可用性。在澳大利亞，由于需要采用替代雜草防除策略來控制對(duì)除草劑高抗的一年生黑麥草種群的大面積發(fā)生，因此銷毀雜草種子是收集谷糠的主要目的。隨后，對(duì)緩解除草劑抗性雜草種群影響的關(guān)注，更多地推動(dòng)了澳大利亞HWSC系統(tǒng)的發(fā)展。下文介紹澳大利亞目前在用的HWSC系統(tǒng)的開發(fā)和引進(jìn)。

1.1 谷糠車

相對(duì)簡(jiǎn)單的HWSC系統(tǒng)由連接于收割機(jī)上的一個(gè)谷糠收集和傳遞裝置組成，將混有雜草種子的谷糠傳送到一個(gè)大容量收集箱中，通常為一拖車。谷糠收集系統(tǒng)首先在澳大利亞得到商業(yè)化應(yīng)用，其已被證明能收集和清理較大數(shù)量的一年生黑麥草、野蘿卜和野燕麥種子。所收集大量谷糠的處理比較困難，這是這種方法選擇和應(yīng)用較少的主要原因。

1.2 窄列焚燒

在收割機(jī)尾部連接了一個(gè)溜槽，將谷糠和秸稈聚攏為較窄的干草列(寬50～60 cm)。在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下，這些干草列隨后會(huì)被焚燒，以銷毀混入的雜草種子。已知以窄列焚燒處理小麥、油菜(Brassica napus L.)和羽扇豆(Lupinus angustifolius L.)作物殘茬，對(duì)一年生黑麥草和野蘿卜雜草種子的殺滅率均可達(dá)99%。此法所具有的高效、低成本優(yōu)勢(shì)使其成為澳大利亞目前最常用的HWSC系統(tǒng)。

1.3 直接打捆系統(tǒng)(Bale Direct System)

直接打捆系統(tǒng)是在收割機(jī)上直接連接一個(gè)大型方形打捆機(jī)，將從收割機(jī)中排出的谷糠和秸稈殘茬打捆。該系統(tǒng)既可用于截獲雜草種子，也可打捆作物殘茬作為牲畜飼料。研究(表1)發(fā)現(xiàn)，有極高比例(95%)的一年生黑麥草種子被收集和清除。但由于缺乏適宜的打捆材料市場(chǎng)，限制了澳大利亞生產(chǎn)商對(duì)這一系統(tǒng)的選擇。

表1 作物獲后主要雜草種子留存

1.4 谷糠tramlining和谷糠lining

在作物收獲期間，在專用輪軌(谷糠tramlining)上或在殘茬行(谷糠lining)間僅將谷糠材料限制為窄行，借助覆蓋效應(yīng)來防止雜草種子發(fā)芽和出苗。這些谷糠行即是收割機(jī)尾部附件收集谷糠并形成的窄行(約20～30 cm)。集中的谷糠材料將雜草種子置于一個(gè)不適宜于其萌發(fā)和出苗的環(huán)境中。為了有效地發(fā)揮作用，需保持谷糠線不受耕作或其他田間作業(yè)的破壞，因?yàn)槿魏螌?duì)谷糠層的破壞都會(huì)為雜草出苗提供機(jī)會(huì)。盡管這是澳大利亞種植戶使用的第二大熱門HWSC系統(tǒng)，但還沒有研究證實(shí)這種方法的有效性。

1.5 銷毀雜草種子

在糧食作物收獲期間有效處理混有雜草種子的谷糠材料是全球糧食種植戶的長(zhǎng)期目標(biāo)。人們需要開發(fā)一種能在糧食作物收獲期間控制雜草種子的HWSC系統(tǒng)，既無需后續(xù)操作，還能向田間返還所有收獲殘茬以保持土壤水分和養(yǎng)分。為了開發(fā)一種能在收獲期間處理谷糠材料以有效控制存在雜草種子的系統(tǒng)，澳大利亞和其他地區(qū)已經(jīng)進(jìn)行了大量努力。2005年，澳大利亞作物生產(chǎn)商Ray Harrington開始評(píng)估籠式粉碎機(jī)處理谷糠的潛力。隨后的測(cè)試證實(shí)了該粉碎機(jī)能夠充分處理小麥谷糠，對(duì)一年生黑麥草種子的滅除率≥90%(表2)。這些可喜的結(jié)果促成了Harrington種子銷毀器(HSD)的研發(fā)，這是一種以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源的、具谷糠和秸稈傳送系統(tǒng)的拖車式籠式粉碎機(jī)。研發(fā)谷糠處理HWSC系統(tǒng)的下一個(gè)階段是將沖擊式粉碎機(jī)(集成HSD，稱為iHSD)集成到收割機(jī)尾部。iHSD粉碎機(jī)由收割機(jī)提供動(dòng)力，預(yù)計(jì)功率需求為54 kW，目前限用于較大的收割機(jī)。對(duì)該系統(tǒng)的測(cè)試證實(shí)了其對(duì)雜草種子銷毀水平較高，與拖曳式HSD裝置相當(dāng)(表2)。

2 澳大利亞HWSC的作用和選用

由于HWSC系統(tǒng)旨在防除混雜在谷糠中的雜草種子，當(dāng)其有效運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)作物收獲期間的靶標(biāo)雜草種子同樣有效。在適宜收割機(jī)設(shè)置和操作下，雜草種子將主要以谷糠形式排出收割機(jī)，這在理論上是HWSC系統(tǒng)的重點(diǎn)。2010年和2011年，在澳大利亞旱地種植區(qū)就3種HWSC系統(tǒng)(谷糠車、窄列焚燒和HSD)對(duì)一年生黑麥草的效果進(jìn)行了大面積評(píng)估。評(píng)估了在收獲期間進(jìn)行的這些處理防治當(dāng)年秋天出苗的一年生黑麥草的效果。在25個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，與對(duì)照處理相比，谷糠車、窄列焚燒和HSD處理對(duì)黑麥草出苗的效果相當(dāng)(P＜0.05)，平均防除率為60%。

表2 沖擊式粉碎機(jī)處理主要種植區(qū)域典型作物谷糠對(duì)常見雜草種子的作用

2014年的一項(xiàng)調(diào)查表明，43%的澳大利亞作物生產(chǎn)者現(xiàn)在常用HWSC在糧食收獲期間防除雜草種子。對(duì)窄列焚燒(30%)的采用遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于谷糠tramlining(7%)、谷糠車(3%)、直接打捆系統(tǒng)(3%)和HSD(＜1%)等其他目前有效的技術(shù)。當(dāng)被問及將來對(duì)這些系統(tǒng)的使用時(shí)，82%的種植戶表示他們將在5年內(nèi)使用某種形式的HWSC。未來種植戶HWSC使用主要偏好為窄列焚燒(42%)或HSD(29%)。HWSC系統(tǒng)已在澳大利亞以很低的使用率(＜10%的種植戶)使用了30多年，但目前極高水平的HWSC采用率意味著其現(xiàn)在被澳大利亞種植戶視為一項(xiàng)公認(rèn)的雜草控制措施。

3 HWSC在全球種植系統(tǒng)的機(jī)遇

全球種植系統(tǒng)中的重要雜草的除草劑抗性問題繼續(xù)增加。為了解決這個(gè)問題并保護(hù)化學(xué)除草的未來，需要在目前化學(xué)除草之外增加其他雜草防除技術(shù)。在澳大利亞，種植戶長(zhǎng)期面臨著世界上最難處理的抗性雜草問題，HWSC現(xiàn)在是一種常規(guī)使用的雜草控制措施。因此，明智之舉是對(duì)這種雜草控制方法的潛力進(jìn)行評(píng)估，以用于世界其他地區(qū)的種植系統(tǒng)。HWSC在澳大利亞的成功明顯為這些方法被全球生產(chǎn)者作為一種新策略納入控制重要雜草問題的雜草治理項(xiàng)目提供了前提。

3.1 雜草種子留存研究

HWSC系統(tǒng)利用作物成熟時(shí)的雜草種子留存，作物收獲高度上方的雜草植株保留的種子的數(shù)量限定了HWSC系統(tǒng)的潛在有效性。設(shè)計(jì)使用HWSC的關(guān)鍵步驟是在重要雜草侵襲的特定生產(chǎn)系統(tǒng)的作物成熟時(shí)，對(duì)雜草種子留存進(jìn)行評(píng)估?？偟膩碚f，評(píng)估雜草種子留存的方法有實(shí)地調(diào)查和定期監(jiān)測(cè)2種。

實(shí)地調(diào)查法包括作物成熟時(shí)隨機(jī)調(diào)查田地。該調(diào)查方法用于估計(jì)雜草的種子留存，通過采集收獲高度上方的雜草種子及該高度下方的雜草種子(包括土壤表面的雜草種子)對(duì)已知雜草進(jìn)行取樣。采集的樣品隨后用于測(cè)定種子留存，即留存于作物收獲高度上方的總種子量的比例。該值表示HWSC的潛在作用。

定期監(jiān)測(cè)用于評(píng)估雜草種子留存隨時(shí)間變化情況。這種方法的重點(diǎn)是監(jiān)測(cè)放置在植物樹冠下收集種子和植物結(jié)籽部分的收集盤或種子收集框中個(gè)別雜草的種子雨。在整個(gè)收獲期間，定期將采集到的種子移出確定種子留存。在研究結(jié)束時(shí)，收獲剩余的種子以確定種子總產(chǎn)量和種子留存隨時(shí)間變化情況。

3.2 HWSC作用評(píng)估

通過先測(cè)定收獲前位于作物收割高度上方的雜草種子數(shù)量，再統(tǒng)計(jì)收獲殘茬中的雜草種子數(shù)量，對(duì)商業(yè)田間試驗(yàn)中 HWSC(如谷糠車和直接打捆)所具有的作用進(jìn)行了初步研究。這些殘茬被收集于收割機(jī)下方卷軸負(fù)載的塑料膜上，在收割時(shí)被拆解。在焚燒前，將已知數(shù)量的雜草種子置入裝有土的鋁制托盤中，并仔細(xì)地將其置于下風(fēng)口，測(cè)定窄列焚燒對(duì)雜草種子的滅除效果。為了確定焚燒所需的溫度以殺死除雜草種子，還研究了暴露于短期高溫下的雜草種子存活情況。Broster等人采用適當(dāng)?shù)氖崭顧C(jī)操作測(cè)定發(fā)現(xiàn)，較高比例(＞95%)的雜草種子隨谷糠排出收割機(jī)。因此，最近研究的重點(diǎn)是將已知數(shù)量的一年生黑麥草種子用食用色素染色，在HWSC處理前直接導(dǎo)入谷糠材料中。例如，沖擊式粉碎機(jī)(iHSD和HSD)的固定裝置和商業(yè)采收測(cè)試都需要在染色的雜草種子進(jìn)入粉碎機(jī)時(shí)將其導(dǎo)入谷糠流。對(duì)谷糠tramlining和谷糠lining的作用進(jìn)行了初步研究，調(diào)查了置于谷糠行下方土壤表面的網(wǎng)袋中雜草種子的存活情況。定期提取這些種子袋，對(duì)種子生活力進(jìn)行評(píng)估。

糧食收獲過程中產(chǎn)生的谷糠量對(duì)HWSC系統(tǒng)的實(shí)用性及效果具有重要影響。在澳大利亞，每收獲1 t小麥通常會(huì)產(chǎn)生200～300 kg谷糠。作業(yè)率40 t/h的典型收割機(jī)可產(chǎn)生需收集、加工或聚攏即部分HWSC處理的谷糠物質(zhì)達(dá) 12 t/h。因此，谷糠生產(chǎn)依舊在HWSC系統(tǒng)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，并使其作用最大化。到目前為止，對(duì)當(dāng)前小麥商業(yè)采收期間產(chǎn)生的谷糠量已有記載，考慮到該物質(zhì)對(duì) HWSC系統(tǒng)的影響，顯然有必要對(duì)其他作物品種的谷糠生產(chǎn)進(jìn)行測(cè)定。

通過監(jiān)測(cè)后茬雜草出苗來評(píng)估HWSC處理的作用的準(zhǔn)確性有待于進(jìn)一步提高，但確實(shí)是生產(chǎn)系統(tǒng)中的一項(xiàng)效果指標(biāo)。據(jù)該方法所得結(jié)果會(huì)受待評(píng)價(jià)物種土壤種子庫動(dòng)態(tài)變化的嚴(yán)重影響。正如 Walsh等人對(duì)多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)HWSC處理的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，在HWSC處理當(dāng)季，一年生黑麥草大型種子庫的出現(xiàn)實(shí)際上抵消了這些處理的作用。同樣地，當(dāng)以后續(xù)出苗統(tǒng)計(jì)來評(píng)估HWSC的作用時(shí)，也會(huì)因雜草高生活力種子庫的存在而被弱化。因此，在考慮用這種方法評(píng)估HWSC處理的作用時(shí)，需要考慮雜草種子庫的大小和休眠程度。

4 北美大豆種植區(qū)

大豆[Glycine max (L.) Merr.)]是美國(guó)第二大種植作物，占耕地面積的25%?？钩輨╇s草種群現(xiàn)在大豆產(chǎn)區(qū)流行，對(duì)該作物的生存具有很大威脅。美國(guó)大豆產(chǎn)區(qū)現(xiàn)有抗除草劑雜草25種，多抗性雜草屢見不鮮。由于化學(xué)除草有效性的降低，正在考慮HWSC等其他雜草治理策略。

4.1 優(yōu)勢(shì)雜草種群的種子留存

長(zhǎng)芒莧[Amaranthus palmeri (S.) Wats.]和稗草是目前危害美國(guó)大豆種植最嚴(yán)重的2種雜草，對(duì)多種除草劑具有抗性。用于防除這些雜草的除草劑品種有限。在阿肯色州進(jìn)行的種子留存研究表明，在大豆作物成熟期，長(zhǎng)芒莧種子的留存較多，達(dá)98%，1個(gè)月后為95%(表1)。稗草種子留存相對(duì)較少且不太一致，在收獲時(shí)留存為41%，1個(gè)月后留存32%。一項(xiàng)對(duì)5個(gè)州(阿肯色州、伊利諾伊州、密蘇里州、內(nèi)布拉斯加州和田納西州)的大豆作物進(jìn)行的調(diào)查也報(bào)道了長(zhǎng)芒莧種子具有較高的留存，在大豆成熟時(shí)，平均達(dá)95%～99%。在明尼蘇達(dá)州的大豆收獲季，豚草(Ambrosia trifida L.)的種子留存也較多(80%)。

4.2 HWSC對(duì)優(yōu)勢(shì)雜草種群的效果研究

2016年，利用沖擊式粉粹機(jī)(iHSD)有效處理大豆谷糠防除大豆種植系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)雜草種群種子的潛力得到了證實(shí)。該試驗(yàn)測(cè)定了種子大小為0.5～7.6 mm的12種闊葉雜草和禾本科雜草。在這12種雜草中，沖擊式粉碎機(jī)對(duì)其中 11種雜草的種子具有較高的滅殺效果(＜1%的存活率)，蒼耳(Xanthium strumarium L.)種子存活率略高，為 3%。這些研究突出了在大豆收獲過程中使用沖擊式粉碎機(jī)滅除疑難雜草種子的潛力。

為了驗(yàn)證HWSC技術(shù)在田間的效果，Norsworthy等人開展了為期3年的大田試驗(yàn)，測(cè)定了化學(xué)除草結(jié)合HWSC策略對(duì)大豆田長(zhǎng)芒莧數(shù)量的影響。總之，一個(gè)高效除草劑與HWSC結(jié)合應(yīng)用可逐步滅除長(zhǎng)芒莧。窄列焚燒被認(rèn)為比谷糠車處理更有效，類似于標(biāo)準(zhǔn)耕作措施。該研究表明，控制長(zhǎng)芒莧的最有效方法是采用多重有效防除措施，包括一個(gè)具有多作用位點(diǎn)的高效除草劑措施和非化學(xué)除草治理措施。

5 大平原和太平洋西北旱地種植區(qū)

美國(guó)和加拿大的大平原和太平洋西北地區(qū)以旱地(旱作)農(nóng)業(yè)區(qū)為主，包括加拿大草原三省和美國(guó)西部。該地區(qū)主要種植小麥，每年種植約5 200萬hm2。南部和中部大平原以冬小麥為主，而北部大平原則以春小麥為主。在早熟玉米(Zea mays L.)和大豆育種成功后，現(xiàn)在濕潤(rùn)地區(qū)夏熟作物更為普遍。在大平原的許多地區(qū)，這些作物正在取代小麥。

5.1 優(yōu)勢(shì)雜草種群種子留存

野生黑麥草(Secale cerale L.)、旱雀麥(Bromus tectorum L.)和柱穗山羊草(Aegilops cylindrica Host.)等冬季一年生禾本科雜草是美國(guó)西部的冬小麥產(chǎn)區(qū)的難點(diǎn)。這3種雜草與冬小麥都有競(jìng)爭(zhēng)，在中等密度時(shí)，任一種都會(huì)造成冬小麥大幅減產(chǎn)。野生黑麥草、旱雀麥和柱穗山羊草的生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)與冬小麥相似，故作物和雜草同時(shí)成熟。根據(jù)科羅拉多州東部一項(xiàng)田間調(diào)查的原始數(shù)據(jù)，這些雜草在作物成熟時(shí)留存的種子超過75% (表1)。小麥成熟時(shí)雜草種子的高留存率表明，HWSC可在野生黑麥草、旱雀麥和柱穗山羊草的治理中發(fā)揮作用(表1)。

意大利黑麥草(Lolium perenne ssp. multiflorum)是在太平洋西北部和大平原南部部分地區(qū)的小麥產(chǎn)區(qū)蔓延的一種兼性冬季一年生禾本科雜草。2013年，在鄰近美國(guó)華盛頓州Pullman的冬小麥田進(jìn)行的初步田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在小麥?zhǔn)崭顣r(shí)位于距土壤表面15 cm上方的意大利黑麥草種子平均留存率為58%。盡管Lyon等人的研究發(fā)現(xiàn)，窄列焚燒是意大利黑麥草綜合治理策略中的一種有效手段，但這種雜草種子的留存水平表明，使用HWSC治理意大利黑麥草面臨挑戰(zhàn)。

野燕麥?zhǔn)潜辈看笃皆图幽么蟛菰≈饕：Υ杭咀魑锏囊环N疑難雜草。這種一年生禾本科雜草具有中等種子休眠性和在作物生長(zhǎng)季多次出苗的特性，有利于土壤種子庫的持久性。在加拿大西部種植區(qū)進(jìn)行的野燕麥種子留存研究發(fā)現(xiàn)，小麥成熟時(shí)野燕麥種子留存率較低，平均僅為39% (表1)，表明HWSC應(yīng)用可行性較低。但在不同研究中野燕麥種子留存率平均值差異較大(4%～74%)，說明有必要就HWSC對(duì)野燕麥種群的效果進(jìn)行田間驗(yàn)證。雖然HWSC系統(tǒng)可能不會(huì)明顯減少野生燕麥種群的數(shù)量，但在作物收獲期至少會(huì)減少雜草種子的傳播。

地膚[Kochia scoparia (L.) Schrad]是一年生春季闊葉雜草，現(xiàn)已成為大平原地區(qū)的優(yōu)勢(shì)雜草種群。地膚以類似風(fēng)滾草的方式傳播種子，可中到遠(yuǎn)距離迅速傳播，每株產(chǎn)籽量高達(dá)10萬粒。在小麥?zhǔn)斋@時(shí)，地膚種子留存率平均為99.8%(表1)。但為了最大限度地收集這種雜草種子，收獲高度需要低于目前15～20 cm的割茬高度，留下一部分地膚，預(yù)計(jì)產(chǎn)籽量為5 400粒/m2。

豬殃殃(Galium spp.)和野芥菜(Sinapis arvensis L.)在豆類作物中問題尤為嚴(yán)重，已被確定為HWSC的良好潛在靶標(biāo)，其種子留存率分別為74%和70%(表 1)。

自20世紀(jì)70年代以來，青狗尾草[Setaria viridis(L.) P. Beauv.]和卷莖蓼(Polygonum convolvulus L.)已成為加拿大草原三省和北部大平原數(shù)量位居前3位的雜草。卷莖蓼和青狗尾草可能是適合HWSC的理想靶標(biāo)，它們的種子留存率分別為82%和94% (表1)。同樣，由于栽培油菜種植面積的增加，自生油菜也隨之增多，其也被確定為HWSC的一個(gè)理想的潛在靶標(biāo)，種子留存達(dá)98% (表1)。

除小麥外，在大平原種植的高粱、油菜和玉米等其他主要旱地作物也有應(yīng)用HWSC策略的潛力。長(zhǎng)芒莧和糙果莧(A.tuberatus L.)是危害糧食作物高粱和玉米的優(yōu)勢(shì)雜草種群。此外，野高粱(shattercane)[Sorghum bicolor (L.) Moench ssp. drummondii (Nees ex Steud.) de Wet ex Davidse]和石茅(Sorghum halepense L.)是危害高粱的惡性雜草。Bagavthiannan等在得克薩斯州進(jìn)行的初步研究表明，石茅、長(zhǎng)芒莧和糙果莧的種子留存率分別高達(dá)96%、91%和88%。

5.2 HWSC對(duì)優(yōu)勢(shì)雜草種群的效果

為了確定谷糠處理在收獲期間控制疑難雜草種子的適用性，使用HSD籠式粉碎機(jī)進(jìn)行了靜態(tài)脫粒評(píng)價(jià)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)地膚、青狗尾草、豬殃殃、自生油菜和野燕麥種子的銷毀率很高(＞97%)(表2)。在Soni等使用iHSD粉碎機(jī)進(jìn)行的研究中，對(duì)野生黑麥草、旱雀麥和柱穗山羊草種子的銷毀率同樣很高(＞98%)。

6 英國(guó)和歐洲種植區(qū)

如同上述全球各種植區(qū)一樣，雜草抗性水平的上升也正在推動(dòng)歐洲努力發(fā)現(xiàn)和/或?qū)嵤┬碌姆腔瘜W(xué)雜草治理工具。因?yàn)殡s草抗藥性以及限制除草劑登記的監(jiān)管壓力，用于雜草治理的除草劑選擇持續(xù)減少，使這些工作變得更加緊迫。歐洲沒有登記應(yīng)用轉(zhuǎn)基因抗除草劑作物。由于缺乏新的雜草治理技術(shù)，目前大多數(shù)方法都是基于旨在控制雜草生根的農(nóng)業(yè)防除措施，例如通過土壤耕作(深耕)或推遲作物播種，以便在作物生根之前控制早期出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)雜草種群。其他方法有通過品種選擇、作物選擇或調(diào)整作物播種密度和播種方式來最大限度地提高作物競(jìng)爭(zhēng)力。人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到，少數(shù)(通常是禾本科)雜草占主導(dǎo)地位是源于有限的作物輪作導(dǎo)致了適應(yīng)性強(qiáng)的雜草種群[如歐洲西北部冬季糧食作物田的大穗看麥娘(Alopecurus mysuroides)])擴(kuò)散，冬春作物交替播種的更多樣化作物輪作正在開展。盡管一些突出雜草種子留存率高的研究前景得到了確認(rèn)，但對(duì)應(yīng)用HWSC防除歐洲種植區(qū)疑難雜草的關(guān)注相對(duì)較少。

隨著除草劑資源的耗盡，這一領(lǐng)域正在取得一些進(jìn)展，新資助的研究正開始探索主要禾本科雜草(大穗看麥娘、意大利黑麥草和稗草)的種子留存問題。在歐洲西北部，大穗看麥娘對(duì)大多數(shù)苗后乙酰輔酶 A羧化酶(ACCase)和乙酰乳酸合成酶(ALS)類除草劑普遍具有多重抗性；這種情況與澳大利亞防除一年生黑麥草促使引進(jìn)了HWSC系統(tǒng)的經(jīng)歷如出一撤。遺憾的是，大穗看麥娘在作物收獲前的種子脫落率較高，這可能會(huì)使應(yīng)用HWSC系統(tǒng)治理該雜草的潛力受限(表1)。至今，很少有系統(tǒng)研究來量化大穗看麥娘在作物收獲期的種子留存情況，而據(jù)2014年在英國(guó)進(jìn)行的一項(xiàng)田間調(diào)查估算，在作物收獲前4周以上，大穗看麥娘田間種群的種子留存超過 100。該調(diào)查表明，在冬小麥?zhǔn)斋@時(shí)，大穗看麥娘已有80%～90%的種子脫落。7月下旬，英國(guó)冬大麥(Hordeum vulgare L.)和油菜作物標(biāo)準(zhǔn)收獲期前后，種子留存率約為40%～50%，這表明對(duì)早熟作物中大穗看麥娘種子的控制具有一定的可行性。鑒于對(duì)大穗看麥娘新防除方法的迫切需求和通過作物和品種選擇調(diào)控種子掉落相對(duì)時(shí)間的潛力，HWSC系統(tǒng)值得在大穗看麥娘和在作物收獲時(shí)可能具有更高的種子留存率的其他雜草中進(jìn)一步研究。

7 灌溉水稻種植區(qū)

當(dāng)考慮在灌溉種植系統(tǒng)中使用HWSC時(shí)，灌溉輸送方式(頂噴式噴灌、溝灌或漫灌)增加了另一重復(fù)雜性，影響了某些HWSC系統(tǒng)的適用性。灌溉基礎(chǔ)設(shè)施(溝渠、堤岸、噴灌機(jī)等)阻礙了具HSD和谷糠車等牽引式收割機(jī)附件的系統(tǒng)的應(yīng)用。高生物量灌溉水稻作物可能使種植者收割高度不夠低而無法收集所有雜草種子，或由于收割效率降低而排除一些HWSC系統(tǒng)。此外，在這些高生物量的作物殘茬中采用窄列焚燒的風(fēng)險(xiǎn)較大。盡管生物量水平較高，但專門針對(duì)谷糠的HWSC系統(tǒng)可能更為有效，因?yàn)槊繃嵉竟犬a(chǎn)生的谷糠量遠(yuǎn)低于旱地小麥作物。根據(jù)Broster J的研究，澳大利亞水稻產(chǎn)量9.0 t/hm2，總生物量為19.8 t/hm2，其中谷糠僅占6.0% (1.1 t/hm2)。與之相比，小麥的平均產(chǎn)量(5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn))為2.4 t/hm2，總生物量為6.4 t/hm2，其中約20% (1.2 t//hm2)為谷糠。

灌溉水稻種植系統(tǒng)中的許多雜草往往僅在這些作物中發(fā)生，而非輪作的其他階段。在澳大利亞，一些稻田主要雜草為水生植物{例如starfruit [Damasonium minus (R.Br.). Buchenau]和慈姑(Sagittaria montevidensis Cham. & Schlecht.)}，它們?cè)诓谎退募竟?jié)不發(fā)芽，無需在其他輪作期間進(jìn)行任何農(nóng)業(yè)防除措施。它們大多具有較長(zhǎng)壽命的種子庫，無論在水稻作物中還是相應(yīng)的水淹情況下都可多年休眠。

在澳大利亞水稻成熟期有關(guān)優(yōu)勢(shì)雜草如稗草、異型莎草(Cyperus difformis L.)、starfruit、慈姑和澤瀉(Aisma plantago-aquatica L.)種子留存的報(bào)道非常有限。據(jù)了解，稗草、異型莎草和starfruit種子是在Ricegrowers Mill實(shí)驗(yàn)室加工的糧食樣品中發(fā)現(xiàn)的。初步田間研究發(fā)現(xiàn)，在水稻收獲時(shí)，10%～90%的澤瀉種子留存于距地面29 cm以上位置。在水稻收割前，常于水稻作物上方發(fā)現(xiàn)稗草和異型莎草的完整種子穗，但種子留存比例不明。

8 HWSC混合耕作區(qū)

雖然過去30年來，澳大利亞和其他地區(qū)單一種植農(nóng)場(chǎng)的頻次有所增加，但混合耕作制度(即綜合種植和畜牧業(yè)生產(chǎn))仍然是澳大利亞旱地農(nóng)業(yè)區(qū)的主要生產(chǎn)制度。因此，盡管HWSC系統(tǒng)主要針對(duì)農(nóng)作物雜草，但需要考慮這些系統(tǒng)對(duì)畜牧業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展機(jī)遇和影響。特別是谷糠物質(zhì)，它是一個(gè)寶貴的畜牧飼料來源，也是谷糠車在加拿大發(fā)展的根本原因。這種物質(zhì)通常包括一些小型癟谷以及雜草種子，蛋白質(zhì)含量為10%～15%。集中于谷糠lining上的谷糠材料可以直接飼喂牲畜，而使用谷糠車產(chǎn)生的谷糠堆可用于飼喂牲畜或收集起來用于批量養(yǎng)殖。

除了是淡季畜牧飼料的一個(gè)寶貴來源，直接飼喂堆積的谷糠或利用該物質(zhì)批量養(yǎng)殖減少了牲畜在田間的活動(dòng)，可最大程度地保留田間植物殘茬。最近的研究表明，在有谷糠堆的田間放牧的綿羊比沒有谷糠堆的重2～4 kg。放牧不僅減少了谷糠數(shù)量，也使剩余物質(zhì)散開，無需要焚燒即可使播種機(jī)輕松碾過它們。

雖然谷糠中留存的某些種子在被牲畜排泄后仍能存活，但一些研究表明，僅有小部分雜草種子(＜10%)在通過牛、羊腸道后仍能存活。即使綿羊的食物中含有非常大比例(20%，約79 000粒/d)的黑麥草種子，也只有不到4%的黑麥草種子能在被綿羊排泄后萌發(fā)。

在HWSC系統(tǒng)中，雜草種子和糧食在收獲期的任何損失或是被從田間移走(直接打捆)，或是被銷毀(iHSD)，這嚴(yán)重影響了植物殘茬對(duì)放牧牲畜的營(yíng)養(yǎng)潛力。但是，農(nóng)民如果使用夏季飼料塊來保護(hù)地被植物或推遲在新發(fā)芽的牧場(chǎng)放牧，那么直接打捆系統(tǒng)將為他們的牲畜提供現(xiàn)成的粗飼料和一些營(yíng)養(yǎng)來源。

HWSC系統(tǒng)中收獲殘留物被置于地面排成行，牲畜可能會(huì)降低HWSC系統(tǒng)的效果。在谷糠lining或谷糠tramlining系統(tǒng)中，牲畜的活動(dòng)和放牧破壞這些行使覆蓋物的效果降低，從而提高了雜草出苗率。同樣，牲畜的放牧和在田間的活動(dòng)也會(huì)破壞在作物收獲期間為窄列焚燒而放置的干草列。干草列中出現(xiàn)的缺口妨礙了焚燒操作，造成對(duì)雜草種子的控制效果降低。

9 HWSC的長(zhǎng)期效果

將HWSC納入雜草治理項(xiàng)目可能減少雜草種群數(shù)量并將其維持在極低密度。在西澳大利亞小麥產(chǎn)區(qū)北部地區(qū)連續(xù)輪作的25處農(nóng)田中，監(jiān)測(cè)了HWSC對(duì)一年生黑麥草種群的長(zhǎng)期效果(圖1)。每3年在12處試驗(yàn)田(+HWSC處理)應(yīng)用1次HWSC，其余13處試驗(yàn)田(沒有HWSC)不變(每10年1次)。已對(duì)17年來每年春季作物中的一年生黑麥草種群密度進(jìn)行了記錄。在所有農(nóng)田中，一年生黑麥草已由2001年研究開始時(shí)的極高種群密度(＞50株/m2)減少到2008年的中等水平(1～10株/m2)。從2008年起，增加HWSC處理的一年生黑麥草種群密度一直低于1.0株/m2，而無HWSC處理的平均密度一直是5～10株/m2。按照小麥作物成熟期時(shí)的一年生黑麥草種群每株約有200粒種子估計(jì)，由于HWSC處理的常規(guī)應(yīng)用，種子庫的投入大幅減少。從2008年起，估計(jì)無HWSC處理的種子庫輸入為1 000～2 000種子/m2，而同期有HWSC處理的種子庫輸入低于100粒種子/m2(圖2)。這些結(jié)果清楚地表明，HWSC納入雜草治理項(xiàng)目有助于將雜草種群數(shù)量降到極低水平。

10 HWSC的可持續(xù)利用

在全球種植系統(tǒng)中使用HWSC策略進(jìn)行有效的雜草治理，特別是在延緩除草劑抗性方面具有巨大的潛力。HWSC策略可有效地靶向雜草種子庫，為雜草的多樣化治理提供有價(jià)值的工具。但必須指出的是，過度依賴HWSC進(jìn)行雜草治理最終可導(dǎo)致這一寶貴工具的損失。正如對(duì)任何一種選擇性控制技術(shù)預(yù)期的一樣，如果沒有足夠的治理多樣化，雜草種群很可能會(huì)迅速適應(yīng)HWSC系統(tǒng)。預(yù)期的雜草主要變化響應(yīng)有種子提前成熟，種子留存率降低，雜草在低于收獲高度位置處結(jié)籽等。因此，HWSC策略必須被作為綜合雜草治理項(xiàng)目的一個(gè)組成部分，以保持該技術(shù)和其他治理技術(shù)的效用。

圖1 單一除草劑處理或除草劑結(jié)合HWSC雜草治理項(xiàng)目對(duì)一年生黑麥草種群密度的長(zhǎng)期效果

圖2 一年生黑麥草種群種子庫輸入預(yù)測(cè)

11 結(jié) 語

HWSC系統(tǒng)在減緩除草劑抗性和降低雜草干擾方面對(duì)澳大利亞種植系統(tǒng)的影響清楚地表明需要對(duì)這一措施在全球種植系統(tǒng)中的應(yīng)用加以考慮。目前已有來自其他種植區(qū)的證據(jù)，如在北美大豆生產(chǎn)區(qū)收獲期間將長(zhǎng)芒莧和糙果莧等主要雜草的種子作為防除靶標(biāo)，可大大降低種子庫的水平。在大豆作物成熟時(shí)所觀察到這些雜草的極高種子留存率清晰地凸顯了HWSC的潛力。在雜草種子留存率較低的其他地區(qū)較難實(shí)現(xiàn)，如英國(guó)的大穗看麥娘，需要采用農(nóng)業(yè)方法(如早播、作物競(jìng)爭(zhēng))使雜草與作物成熟期和較高種子留存量期有重疊。隨著越來越多的證據(jù)表明將HWSC納入雜草治理項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)，今后的研發(fā)工作將側(cè)重于在全球種植系統(tǒng)中為HWSC創(chuàng)造更多的機(jī)會(huì)。