為什么越用除草劑雜草就越多？

7月的一個(gè)早晨，我在美國(guó)伊利諾伊大學(xué)南部農(nóng)場(chǎng)的舊農(nóng)學(xué)種子屋外遇見(jiàn)了雜草防控專(zhuān)家阿隆·海格。遠(yuǎn)處是20世紀(jì)初建造的圓形谷倉(cāng)，旨在抵御中西部的風(fēng)暴。當(dāng)時(shí)一個(gè)數(shù)百公里寬的風(fēng)暴席卷而來(lái)，伴隨每小時(shí)130公里的陣風(fēng)，并引發(fā)了數(shù)十場(chǎng)龍卷風(fēng)警報(bào)，讓人想起冷戰(zhàn)時(shí)期的炸彈演習(xí)。

農(nóng)民在約2300萬(wàn)英畝土地（約931萬(wàn)公頃，占該州面積的2/3）上種植玉米和大豆，以及少量小麥。阿隆·海格在伊利諾伊州的一個(gè)農(nóng)場(chǎng)長(zhǎng)大，他說(shuō)，他們通常會(huì)在幾乎每英畝土地上噴灑除草劑。但這些化學(xué)物質(zhì)雖然可以讓一種植物在廣闊的空間里不受干擾地生長(zhǎng)，但它們卻不再能阻止所有雜草的生長(zhǎng)。

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，越來(lái)越多的植物已經(jīng)進(jìn)化出對(duì)除草劑殺死它們的生化機(jī)制免疫的能力。這種除草劑抗性可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降，野蠻生長(zhǎng)的雜草會(huì)使作物產(chǎn)量減少50%甚至更多，極端情況下可能會(huì)毀掉整塊田地。

在最壞的情況下，它甚至可能導(dǎo)致農(nóng)民破產(chǎn)，這相當(dāng)于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的“抗生素耐藥性”，而且情況還在不斷加劇。

當(dāng)我們從伊利諾伊大學(xué)厄巴納一香檳分校的校園向東行駛時(shí)，我們看到一片大豆田，上面長(zhǎng)滿(mǎn)了深綠色、尖刺的植物，長(zhǎng)到齊胸高。

“所以問(wèn)題就在這里。那兒全是糙果莧，我猜它至少被噴酒過(guò)一次，甚至不止一次?！卑⒙　ず８裾f(shuō)，“有了這些抗除草劑的雜草，情況只會(huì)變得更糟?！?/p>

糙果莧幾乎可以侵襲任何一種農(nóng)作物田地，每天生長(zhǎng)兩三厘米或更多，并且該物種的雌性可以輕松產(chǎn)生數(shù)十萬(wàn)粒種子。它原產(chǎn)于中西部，在過(guò)去幾年中大量繁殖，因?yàn)樗鼘?duì)七種不同類(lèi)別的除草劑產(chǎn)生了抗性。據(jù)普渡大學(xué)推廣中心稱(chēng)，來(lái)自糙果莧的季節(jié)性競(jìng)爭(zhēng)會(huì)使大豆產(chǎn)量減少44%，玉米產(chǎn)量減少15%。

大多數(shù)農(nóng)民仍在勉強(qiáng)維持生計(jì)。兩類(lèi)不同的除草劑通常仍然對(duì)糙果莧有效，但對(duì)這兩種方法有抗性的物種卻越來(lái)越多。

“我們眼睜睜地看著失敗的到來(lái)，當(dāng)然，我們還會(huì)處于非常危險(xiǎn)的境地?！泵芴K里大學(xué)研究雜草管理的植物科學(xué)家凱文·布拉德利說(shuō)。

而在其他地方，情況更加嚴(yán)峻。

“我們確實(shí)需要對(duì)雜草控制進(jìn)行根本性改變了，并且我們需要快速改變，因?yàn)殡s草已經(jīng)‘追上’了我們，現(xiàn)在已經(jīng)到了一個(gè)非常關(guān)鍵的時(shí)刻?！?/p>

田納西大學(xué)植物科學(xué)教授拉里·斯特克爾說(shuō)。

上升趨勢(shì)

據(jù)國(guó)際抗除草劑雜草數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)人、雜草防控專(zhuān)家伊恩·希普稱(chēng)，在273種雜草中，這種現(xiàn)象已經(jīng)出現(xiàn)了500多個(gè)獨(dú)特病例，并且這一現(xiàn)象還在不斷增加。雜草已經(jīng)進(jìn)化出對(duì)168種不同除草劑和31種已知“作用模式”（化學(xué)物質(zhì)旨在破壞的特定生化靶點(diǎn)或途徑）中的21種的抗性，許多除草劑都有一些共同的作用模式。

南方最邪惡的雜草之一困擾著拉里·斯特克爾和他的同事，這是一種大黃紅莖的糙果莧表親，稱(chēng)為長(zhǎng)芒莧，現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)雜草種群對(duì)9種不同類(lèi)別的除草劑不起作用。這種植物每天可以生長(zhǎng)超過(guò)5厘米，高度可達(dá)2.5米，并“主宰”整塊田地。它原產(chǎn)于西南部的沙漠，擁有堅(jiān)固的根系，能抵御干旱。如果陰雨天氣，那么可能已經(jīng)錯(cuò)過(guò)了用化學(xué)方法控制它們的機(jī)會(huì)。

“長(zhǎng)芒莧將使你種植作物的產(chǎn)量歸零?！卑⒙　ず８裾f(shuō)。

其他幾種雜草，包括意大利黑麥草和一種稱(chēng)為“Kochia”的風(fēng)滾草，正在給南部和西部的農(nóng)民帶來(lái)真正的痛苦，特別是那些種植小麥和甜菜的農(nóng)民。

化學(xué)品誕生

20世紀(jì)40年代以前，農(nóng)民普遍使用犁、耙等工具進(jìn)行除草、松土，或者他們是手工完成的。就像我母親一樣，她記得小時(shí)候在印第安納州的一個(gè)農(nóng)場(chǎng)里鋤草。

隨著合成殺蟲(chóng)劑和除草劑的出現(xiàn)，這種情況發(fā)生了變化，農(nóng)民在20世紀(jì)50年代開(kāi)始使用這些殺蟲(chóng)劑和除草劑。到20世紀(jì)70年代，一些最初的抵抗例子出現(xiàn)了。到20世紀(jì)80年代初，伊恩·希普和他的同事斯蒂芬·波爾斯發(fā)現(xiàn)了黑麥草種群，它們對(duì)最常用的除草劑（稱(chēng)為ACC酶抑制劑）具有抗藥性，并在澳大利亞南部蔓延。幾年之內(nèi)，這個(gè)物種就對(duì)另一類(lèi)稱(chēng)為ALS抑制除草劑產(chǎn)生了抗藥性。

問(wèn)題才剛剛開(kāi)始，情況只會(huì)變得更糟。

20世紀(jì)90年代中后期，農(nóng)業(yè)巨頭孟山都（現(xiàn)為拜耳作物科學(xué)的一部分）開(kāi)始銷(xiāo)售轉(zhuǎn)基因作物，包括玉米和大豆，這些作物對(duì)商業(yè)除草劑“農(nóng)達(dá)”（其活性成分稱(chēng)為草甘膦）具有抗性。孟山都將這些“抗農(nóng)達(dá)”作物以及向整個(gè)田地噴灑草甘膦描述為控制雜草的“靈丹妙藥”。

草甘膦很快成為使用最廣泛的農(nóng)用化學(xué)品之一，并且至今仍然如此。事實(shí)上，它是如此成功，以至于導(dǎo)致其他新除草劑的研發(fā)枯竭：似乎沒(méi)有一種主要的商業(yè)除草劑可能很快就會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)，從而有助于大規(guī)模解決除草劑抗性問(wèn)題。

孟山都聲稱(chēng)抗草甘膦雜草“極不可能”成為一個(gè)問(wèn)題。當(dāng)然，也有人正確地預(yù)測(cè)到這種情況是不可避免的，其中包括喬納森·格雷塞爾，他是以色列雷霍沃特魏茨曼科學(xué)研究所的名譽(yù)教授，自20世紀(jì)60年代以來(lái)一直在研究除草劑。

佐治亞大學(xué)雜草防控專(zhuān)家斯坦利·卡爾佩珀于2004年證實(shí)了長(zhǎng)芒莧中第一例農(nóng)達(dá)抗性病例，抗性迅速蔓延。長(zhǎng)芒莧和糙果莧都能產(chǎn)生雄性和雌性植物，前者產(chǎn)生的花粉可以在風(fēng)中長(zhǎng)距離傳播，為后者授粉。這也賦予了植物大量的遺傳多樣性，使其能夠更快地進(jìn)化，更有利于除草劑抗性的發(fā)展和傳播。這些超級(jí)雜草在整個(gè)州播下了混亂的種子。

“這讓我們徹底崩潰了。”斯坦利·卡爾佩珀說(shuō)道，他回憶起2008年至2012年的那段時(shí)期尤其困難，“我們一直在忙于割草。”

“活下去”

伊利諾伊大學(xué)分子雜草科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者帕特里克·特拉內(nèi)爾解釋說(shuō)，除草劑抗性是進(jìn)化的可預(yù)測(cè)結(jié)果，他的實(shí)驗(yàn)室距離南部農(nóng)場(chǎng)只有幾英里。

“當(dāng)你試圖殺死某種生物時(shí)，它會(huì)做什么？它試圖不被殺死?！迸撂乩锟恕ぬ乩瓋?nèi)爾說(shuō)。

雜草已經(jīng)發(fā)展出令人驚訝的方式來(lái)繞過(guò)化學(xué)控制。2009年發(fā)表在PNAS上的一項(xiàng)研究表明，長(zhǎng)芒莧基因組中的突變使該植物能夠復(fù)制150多個(gè)草甘膦針對(duì)的基因拷貝?？屏_拉多州立大學(xué)的雜草防控專(zhuān)家弗蘭克·達(dá)揚(yáng)表示，“這種基因擴(kuò)增以前從未在植物中報(bào)道過(guò)?！?/p>

該物種產(chǎn)生抗藥性的另一種奇怪方式是通過(guò)稱(chēng)為染色體外環(huán)狀DNA的結(jié)構(gòu)，這是一種遺傳物質(zhì)鏈，包括存在于核染色體外部的草甘膦基因靶點(diǎn)。這種基因可以通過(guò)風(fēng)吹花粉從具有這種適應(yīng)能力的植物中轉(zhuǎn)移。

但科學(xué)家們?cè)絹?lái)越多地發(fā)現(xiàn)雜草具有代謝抗性，植物已經(jīng)進(jìn)化出了分解幾乎任何外來(lái)物質(zhì)（包括一系列除草劑）的機(jī)制。

假設(shè)某種除草劑對(duì)糙果莧種群起到一年的作用，如果任何植物“逃脫”或存活下來(lái)并產(chǎn)生種子，它們的后代可能對(duì)所用的除草劑具有代謝抗性。

有證據(jù)表明，對(duì)取代農(nóng)達(dá)或與農(nóng)達(dá)混合來(lái)殺死這種雜草的兩種化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生了抗藥性：一種稱(chēng)為草銨膦的除草劑以及兩種稱(chēng)為2，4-D和麥草畏的物質(zhì)。這兩種物質(zhì)通常也會(huì)殺死許多農(nóng)作物，但現(xiàn)在有數(shù)十萬(wàn)乃至數(shù)百萬(wàn)公頃的玉米和大豆經(jīng)過(guò)基因改造，因此，基本上應(yīng)對(duì)措施是使用更多的化學(xué)物質(zhì)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

“一種除草劑去年有效，如果有代謝抗性，就不能保證它今年依然還有效?！卑⒙　ず８裰赋?。

位于亞利桑那州圖森市的生物多樣性中心環(huán)境健康科學(xué)主任納森·唐利表示，許多除草劑會(huì)危害環(huán)境，并有可能危害人類(lèi)健康。例如，百草枯是一種神經(jīng)毒性化學(xué)物質(zhì)，在60多個(gè)國(guó)家被禁止（它與帕金森氏癥等疾病有關(guān)），但它在美國(guó)的使用越來(lái)越多。2，4-D是橙劑中的活性成分之一，是一種潛在的內(nèi)分泌干擾物，接觸它會(huì)導(dǎo)致癌癥風(fēng)險(xiǎn)增加。草甘膦被世界衛(wèi)生組織的一個(gè)機(jī)構(gòu)列為可能的人類(lèi)致癌物，并已成為數(shù)萬(wàn)起價(jià)值數(shù)百億美元的訴訟的主題。阿特拉津可以在地下水中停留數(shù)年，會(huì)導(dǎo)致某些魚(yú)類(lèi)、兩棲動(dòng)物、爬行動(dòng)物和哺乳動(dòng)物的睪丸縮少并減少精子數(shù)量。

“用2，4-D和麥草畏等除草劑代替草甘膦，這些除草劑通常毒性更大，這絕對(duì)是朝著錯(cuò)誤方向邁出的一步。”納森·唐利說(shuō)。

尋找解決方案

不僅僅是化學(xué)品，雜草可能會(huì)對(duì)任何類(lèi)型的控制方法產(chǎn)生抗性。在中國(guó)的一個(gè)典型例子中，一種叫做稗草的雜草經(jīng)過(guò)幾個(gè)世紀(jì)的進(jìn)化，外形長(zhǎng)得像水稻一樣，從而避開(kāi)了人工除草。

由于雜草的進(jìn)化速度相對(duì)較快，研究人員推薦了多種控制策略。帕特里克·特拉內(nèi)爾說(shuō)：“混合兩種不同作用方式的除草劑有時(shí)會(huì)起作用，盡管這對(duì)環(huán)境或農(nóng)民的錢(qián)包來(lái)說(shuō)并不是最好的。輪作種植的作物會(huì)有所幫助，種植冬季覆蓋作物也有幫助，最重要的是，不要每年以相同的方式使用相同的除草劑?！?/p>

“從根本上講，解決方案是不要僅僅關(guān)注用于雜草管理的除草劑。這對(duì)農(nóng)民來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常大的問(wèn)題，也是美國(guó)農(nóng)場(chǎng)的現(xiàn)狀?！睈?ài)荷華州立大學(xué)雜草科學(xué)家兼名譽(yù)教授邁克爾·歐文說(shuō)。

過(guò)去幾十年來(lái)，由于農(nóng)村人口外流、勞動(dòng)力成本上升以及化學(xué)品和轉(zhuǎn)基因作物的出現(xiàn)，農(nóng)場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，使農(nóng)民能夠在大面積區(qū)域快速施用除草劑來(lái)控制雜草，這導(dǎo)致了作物多樣性、雜草控制實(shí)踐等方面的一種“險(xiǎn)惡的簡(jiǎn)化”，而雜草也已經(jīng)適應(yīng)了。

農(nóng)民經(jīng)常采取最便宜的方式來(lái)控制雜草，這是可以理解的。但愛(ài)荷華州立大學(xué)的農(nóng)村社會(huì)學(xué)家凱蒂·丹茲曼表示：“阻礙是一個(gè)中長(zhǎng)期問(wèn)題，與短期思維和激勵(lì)體系相沖突。

她的研究表明，農(nóng)民通常對(duì)除草劑抗性知情并感到擔(dān)憂(yōu)，但受到各種因素的限制，阻礙了他們真正阻止除草劑抗性。一些農(nóng)民表示，農(nóng)場(chǎng)太大，如果不一次性噴灑就無(wú)法更加經(jīng)濟(jì)地控制雜草；而另一些農(nóng)民則缺乏勞動(dòng)力、資金或時(shí)間。

邁克爾·歐文認(rèn)為，農(nóng)業(yè)需要采用多樣化的雜草控制方法，但這說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難。

加州大學(xué)戴維斯分校的雜草防控專(zhuān)家史蒂文·芬尼莫爾表示：“我們的視野過(guò)于狹隘，只關(guān)注除草劑作為解決方案?！?/p>

史蒂文·芬尼莫爾專(zhuān)注于蔬菜，除草劑的選擇很少，而有機(jī)種植者的除草劑選擇更少，所以創(chuàng)新是必要的。他開(kāi)發(fā)了一種原型機(jī)，可以將蒸汽注入地下，殺死入口點(diǎn)十幾厘米范圍內(nèi)的雜草。這已被證明約有90%的有效性，他已將其用于種植生菜、胡蘿卜和洋蔥的田地。但這種方式太慢了：處理一塊4000平方米的土地差不多需要兩到三天的時(shí)間。

許多其他非化學(xué)控制手段在蔬菜和其他高價(jià)值作物中越來(lái)越受歡迎。最終，如果經(jīng)濟(jì)和物流順利的話(huà)，這些可能會(huì)在行間作物中流行起來(lái)，這些作物可以成行種植，可以用機(jī)械耕種。

例如，一家名為Carbon Robotics的公司生產(chǎn)了一種名為“LaserWeeder”的人工智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，顧名思義，該系統(tǒng)使用激光來(lái)除雜草。它的設(shè)計(jì)目的是自動(dòng)在作物行中上下移動(dòng)，識(shí)別不需要的植物并用30個(gè)激光器之一將它們“蒸發(fā)”。據(jù)該公司稱(chēng)，LaserWeeders目前在美國(guó)至少17個(gè)州開(kāi)始使用。

你還可以使用電擊雜草，并且在美國(guó)和歐洲可以買(mǎi)到這種電擊裝置。一個(gè)典型的設(shè)計(jì)涉及使用高度可調(diào)節(jié)的銅吊桿來(lái)消滅它接觸到的雜草。這種方法最明顯的缺點(diǎn)是雜草通常必須比農(nóng)作物要高，但是當(dāng)雜草長(zhǎng)得那么高時(shí)，它們可能已經(jīng)導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降。

雜草種子破壞劑是另一個(gè)有前途的選擇，這些設(shè)備在澳大利亞普遍使用，在太平洋西北地區(qū)等地也開(kāi)始流行起來(lái)，在收割小麥時(shí)磨碎并殺死雜草種子。

一家名為WeedOut的以色列公司孵化了一種系統(tǒng)，可以對(duì)長(zhǎng)芒莧植物的花粉進(jìn)行輻照和消毒，然后將其釋放到田間，這樣，雌性植物就會(huì)接受到不育的花粉，無(wú)法產(chǎn)生可存活的種子。

“我對(duì)此感到興奮，因?yàn)檫@是一種減少種子庫(kù)并在無(wú)需噴灑除草劑的情況下管理這些雜草的長(zhǎng)期方法?！边~克爾·歐文說(shuō)。

WeedOut目前正在美國(guó)的玉米、大豆和甜菜田中測(cè)試其方法，并努力獲得美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局的批準(zhǔn)。它最近獲得了800萬(wàn)美元的資金來(lái)擴(kuò)大規(guī)模。

密西西比大學(xué)研究除草劑的斯蒂芬·杜克表示，人工智能驅(qū)動(dòng)的設(shè)備和精準(zhǔn)噴灑很可能最終減少除草劑的使用?！拔翌A(yù)計(jì)最終我們會(huì)看到機(jī)器人除草和人工智能驅(qū)動(dòng)的噴霧設(shè)備接管?！钡A(yù)計(jì)大豆和玉米等作物的實(shí)現(xiàn)還需要一段時(shí)間，因?yàn)閺慕?jīng)濟(jì)上來(lái)說(shuō)，投入大量資金來(lái)照料如此大面積種植的此類(lèi)“低價(jià)值”農(nóng)作物是非常困難的。

還有少數(shù)初創(chuàng)公司正在研發(fā)新型除草劑，這些除草劑基于真菌中發(fā)現(xiàn)的天然產(chǎn)物或植物用來(lái)相互競(jìng)爭(zhēng)的天然產(chǎn)物。但這些都不會(huì)很快投入市場(chǎng)。

農(nóng)場(chǎng)日

一些最成功的預(yù)防抗藥性的工具并不完全是高科技?？的螤柎髮W(xué)在紐約州伊薩卡校區(qū)北部組織的“奧羅拉農(nóng)場(chǎng)日”上的演講清楚地表明了這一點(diǎn)。

例如，康奈爾大學(xué)助理教授兼雜草防控專(zhuān)家林恩表示，為防止雜草種子傳播，農(nóng)民可以做的最重要的事情之一是在收獲后清理聯(lián)合收割機(jī)，特別是如果他們從另一個(gè)州購(gòu)買(mǎi)或使用設(shè)備。

她說(shuō)，“聯(lián)合收割機(jī)已經(jīng)將長(zhǎng)芒莧引入該州，現(xiàn)在紐約至少已經(jīng)有了5個(gè)種群?！?/p>

另一種經(jīng)典方法是作物輪作，即在不同生命周期、管理實(shí)踐和生長(zhǎng)模式的作物之間進(jìn)行切換，這是有助于防止雜草習(xí)慣的一種種植方法；還有一種選擇是種植冬季覆蓋作物，有助于防止雜草生長(zhǎng)。

“我們不會(huì)僅用化學(xué)品來(lái)解決雜草問(wèn)題，這意味著我們必須開(kāi)始追求一些簡(jiǎn)單的做法。”林恩說(shuō)。

在紐約這樣的地方，這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)槟抢锏膯?wèn)題還沒(méi)有成為人們關(guān)注的首要問(wèn)題，部分原因是該州不像中西部那樣以單一作物為主，而且土地利用更加多樣化。

但這也不能幸免于這個(gè)問(wèn)題。康奈爾大學(xué)雜草防控專(zhuān)家維潘·庫(kù)馬爾表示，抗性已經(jīng)到來(lái)，并有可能“爆發(fā)”

“我們必須盡一切努力防止這種情況發(fā)生，我的職責(zé)是教育人們，這即將到來(lái)，我們必須做好準(zhǔn)備?！本S潘·庫(kù)馬爾說(shuō)。（綜合整理報(bào)道）