其实,杂草[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。]就是自然生态系统中的正常成员,只不过是在一个稳定的生态系统中,杂草很难形成危害。杂草有其危害的一面,但也有其有利的一面,如防治水土流失,为天敌昆虫提供庇护场所,为土壤增加碳氮营养等。也就是说,是人类侵占了杂草的地盘,或者长期采取对抗方式,才客观造成了杂草难于防控。如何防治或利用杂草其实是一门复杂的学问。
美国农田杂草约200多种,其中危害最严重的杂草20~30种,甚至有些是恶性杂草或“超级杂草”。这些杂草因地区、气候和土壤条件、作物[作物,拼音是zùo wù,指油料作物、粮食作物、经济作物等。]及栽培方法不同,在空间分布上存在明显差异。美国农田普遍杂草多是不争的事实。另外,与其他国家不同的是,美国杂草具有难以防治的生态特性。例如,假高梁在美国广泛分布,成为大豆、玉米田最难防治的杂草。杂草对美国农业危害很大,据估计,杂草每年约让美国农场主损失12%的收成,损失高达330 亿美元。全球范围内,每年花费在购买除草剂[除草剂(herbicide)是指可使杂草彻底地或选择地发生枯死的药剂,又称除莠剂, 用以消灭或抑制植物生长的一类物质。]方面的费用超过300 亿美元,美国是除草剂用量最多的国家之一。
美国农作物[指农业上栽培的各种植物。]以玉米、小麦、大豆、油菜、棉花等为主,为害最多的杂草也多分布这几类作物种植区,还包括部分苜蓿地。由于美国长期采取单一的对抗方式,即采取除草剂灭杀[灭杀是一个汉语词语,读音是miè shā,是指消灭。],该国出现了比任何国家都严重的草害问题,突出表现在该国恶性杂草或超级杂草数量位居全球第一。
中国动植物检疫总局公布的严禁入境的世界恶性杂草有34种。我国检疫部门规定,由于这些杂草难于防治、传播迅速、危害特别严重,一旦发现应予以立即消灭。
而在世界公认的十大恶性杂草中,即香附子、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,美国也占有其中的7种,占70%,与上面的数据高度吻合。这些杂草适宜能力强,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关注。
从以上的介绍来看,美国农业面临的杂草问题,可能是全球最严重的。那么,美国为什么出现那么严重的杂草问题呢?
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化学[化学是自然科学的一种,在分子、**层次上研究物质的组成、性质、结构与变化规律;创造新物质的科学。]灭杀
2014年国庆期间,我随中国科学院生态草业考察团,到美国考察,行程从芝加哥,到奥克拉荷马,最后到加利福尼亚,跨美国东西部。在加州一片广阔的苜蓿地现场,我和陪同的加州大学戴维斯分校的一位教授发生了争执——当然,那争执是友好的,只针对问题本身。
争执从杂草控制开始。那个教授主张用生物技术+除草剂的方法控制杂草危害,事实上加州大学戴维斯分校在生物技术方面学科很强;而我则从环境与健康角度指出问题,认为这种方法是治标不治本,还会进一步恶化。
两个人谁也不服谁,争议变成了沉默。停顿了一会,美国教授忽然问我:“你有孩子吗?女儿还是儿子?”这是美国人思考问题不同的地方,当时我还不知道他为什么转移了话题,还以为他被我的话说动了。
见我回答了孩子的情况,他说:“好吧,你也有孩子,当你的孩子或者他们未来成立了家庭,面对如此辽阔的苜蓿地,他们怎么除杂草呢?”
这个问题把我问倒了。是啊,美国已经没有农民了,他们不知道杂草还可以用锄头锄,还可以喂养牲口,还可以作为野菜食用,他们甚至根本就没有过真正的农村,也没有经历过农业文明,目前采取的都是工业化的办法从事农业的。可快速的农业化道路,将大量人口装进城市里,带来的社会问题也是非常严重的,这是后话了。中美国情完全不同啊,而中国也正步美国后尘,走工业化农业道路。这一切早就超出了农业本身,也超出了杂草问题本身。
在没有人力,在兼作套种、轮作、人工或机器除草基本不可能实现的前提下,美国只有化学对抗这条路可走了——见草就杀,其武器正如战场上的毒气一样,他们在杀虫剂基础上,又发明了除草剂。于是,化学除草以其所谓的先进、快速、经济、高效而成为美国现代农业必备条件,除草剂参与到农业管理的日常生活中来,它所防治的杂草对象由农田,扩大到了森林、果园、湿地、乃至城市矿山。
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杂草vs除草剂:道高一尺、魔高一丈
美国所使用的除草剂,大多用于防除一年生杂草,对多年生杂草、木质化杂草及草荒往往效果差或无明显效果。针对杂草的化学除草剂多为灭生性的,极少有选择性很强的除草剂。目前全球销售的除草剂,按化学结构可分为近30种结构类型,而产品则多达230个,以谷物、玉米、大豆、水果和蔬菜、水稻田等为主。
在全球十大除草剂种,草甘膦[草甘膦是广泛使用的许多除草剂中的有效活性化学成分,它在欧盟的使用受到了严格的监管。](孟山都)、百草枯(先正达[2000 年11月13日, 阿斯特拉捷利康的农化业务——捷利康农化公司以及诺华的作物保护和种子业务分别从原公司中独立出来,合并组建全球最具实力的专注于农业科技的企业——先正达(Syngenta)。])、 2,4-滴(道化学)、异丙甲草胺(先正达)、甲基磺草酮(先正达)、乙草胺(孟山都)、草铵膦(拜耳)、莠去津(先正达)、二甲戊灵(巴斯夫)、唑啉草酯(先正达),美国占其4席,且稳居第一的除草剂品牌在美国。从品种数量上看,十大品种仅占除草剂品种数量的4.3%,但其销售额却接近除草剂市场份额的40%。在十大品种中,多数为20世纪90年代以前开发的老品种,2000年以后开发的只有2个品种。就是这20多年前的除草剂老面孔,为商业资本带来了滚滚利润。
美国除草剂最初设计,是针对不同叶型的植物采取不同的灭杀原理。某化学公司的除草剂Defendor活性成分为双氟磺草胺,最初在美国纽约州和马萨诸塞州获得登记。该除草剂是芽后除草剂,可用于防除早季阔叶杂草,最后在美国45个州获得登记。Defendor可预防蒲公英开花飘散,同时还能防除苜蓿、繁缕及其他一年生和多年生阔叶杂草。然而,由于化学除草是激烈对抗的,该方法也选择性地促进了一些杂草进化,即抗性提高,而一些有重要应用价值(如作为饲料或野菜)的杂草则被率先出局,这就大大改变了杂草群落的结构。
随着杂草对抗性的增强,除草剂用量提高也造成作物伤害。针对这种情况,美国一些除草剂公司开始研制抗除草剂的转基因[转基因就是指将人工分离和修饰过的基因导入到目的生物体的基因组中,从而达到改造生物的目的。]作物。1998年,美国某公司继推出抗农达[农达出生于1977年03月16日 出生在布隆迪首都布琼布拉,但他却选择了刚果民主共和国国籍。]蓖麻后,又推出抗农达棉花,这些产品具有抗农达和其他草甘膦基除草剂的特性;以后又推出抗农达玉米,可以抗农达和其他草甘膦基除草剂;2001年,该公司推出抗农达玉米2代;2006年,又推出抗农达Flex棉花。这里的农达是该公司的专用除草剂,以草甘膦为主要成分。抗草甘膦作物的推广,客观加大了除草剂的使用量,这些美国公司一方面卖转基因种子,一方面卖其专用的除草剂。
然而,对于上面提到的恶性杂草,化学灭杀往往是非常被动的。这是因为:①杂草适应能力突出,能适应各种不同的气候和土壤条件,能在世界大部分地区生长繁殖;②繁殖能力极强,便是一粒种子生长也能迅速发展成一个很大的群落。而且种子生命力非常顽强,能耐受各种极端条件;③这些杂草大多是拟态性或是宿根性的植物。拟态性杂草本身与农作物难以区分,生物特性又与农作物十分相近,化学除草剂的靶标还不足以精确到如此程度能区分开拟态性杂草和农作物。靠除草剂治草,只能治标不能治本,杂草每年卷土重来,且一年比一年危害严重。对于超级杂草形成的机理,试以草甘膦为例,分析可能的机理如下:
①杂草表面发育更密的蜡质,或者体内分泌乳汁,阻挡草甘膦药物向体内转移;②与豆科杂草植物共生的根瘤菌,能打断草甘膦的碳磷键生成代谢中间产物肌氨酸,并以其为磷源供生长所需,对草甘膦有很强的生物降解作用,杂草可将人类施入的草甘膦当磷肥利用;③百合科植物对草甘膦具有耐药性,草甘膦主要是竞争性抑制植物体内烯醇丙酮基莽草素磷酸合成酶[合成酶(synthetase)又称为连接酶(ligase),属于酶学分类中的第六大酶类。](EPSP),从而抑制莽草素向苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸的转化,使蛋白质的合成受到干扰,导致植物死亡。而具草甘膦耐性的杂草,可过量表达EPSP合成酶,过量靶酶解除了除草剂结合靶酶所产生的限制作用,并有足够的酶活性满足自身代谢需要,维持正常生理活动。也就是说,某些杂草通过产生大量的EPSP合成酶,抵销草甘膦的破坏作用。
化学除草剂,成了美国现代农业的必备品。商业公司不断发明除草剂,机械公司研发配套的除草剂使用设备,乃至飞机;生物公司不断研发抗除草剂的转基因作物,让作物在大剂量的除草剂面前“毫发无损”,然而环境与健康的真相被掩盖了,杂草也在除草剂面前越战越勇,人类还要继续对抗下去吗?
(文章来源:蒋高明)
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