生态农场杂草管理策略研究.pdf

生态农场是指以生态农产品生产为主的新型经营主体，其业务既包括生态农业的各项生产活动，也包括与生态农业、农产品相关的服务与消费活动。在生态农场经营生产中，杂草成为影响作物生产、景点美观的重要制约因素。化学除草剂的出现为杂草控制提供高效便捷的同时，会伴随着环境生态、食品安全、人体健康等问题。常用除草剂草甘膦对人体呼吸道、心血管系统、肝胆代谢等有显著影响1，对蜜蜂等有益生物存在致死风险2。依赖除草剂、植物激素等化学防控方法会影响农田杂草生态稳定，且长期连续使用除草剂会对生态环境、粮食安全和人体健康造成负面影响。从生态环境角度看，杂草是农田生态系统的重要组成部分，能维持生态物种多样性。具有防止水土流失、保持土壤肥力、防止土壤暴晒、抗旱保墒、避免大规模植物病害等作用。保护农业生态系统中杂草等野生植物多样性，发挥其在维持生态平衡中的作用，有利于缓解由于环境条件、人工干预、外侵物种等因素所造成的生态失衡。1生态农场杂草管理指导思想1.1指导思想生态农场杂草管理以生物与环境间相生相克的理念为基础，以环境友好化的管理为手段，多种方法综合应用，达到控制农场杂草群落数量，降低种植区耕作层杂草种子基数的目的。相生相克是依据生物间生长存在协同和拮抗作用，充分利用不同物种间生长特性和关系，达到利用有益杂草、抑制恶性杂草，促进作物生长的目的。相生理念主要是指充分发挥杂草的作用，尽量保留与利用杂草；相克理念是指在杂草影响作物生长或农场景观时，对其进行控制，将其影响降至最低。除相生相克外，还可利用各种方法进行综合控制，包括农场基础设施建设以及具体农艺措施等。1.2杂草管理原则1.2.1改变传统以消灭为目的的除草观念现有技术摘要：生态农场在农业生产过程中经常受到杂草为害。广泛使用除草剂防除杂草的传统手段会加速杂草群落演替，降低农田生态多样性，造成高抗药性杂草、生态环境破坏、食品健康等问题。利用生物间相生相克的原理，阐明以草、作物、动物、微生物和综合防控手段抑草控草。为生态农场杂草管理提供基础理论和参考依据。关键词：杂草；生态农场；生态系统；化感作用；生态控草中图分类号：S451.1文献标识码：A文章编号：1008-1631（2023）04-0050-06收稿日期：2022-07-01基金项目：安徽省科技创新战略与软科学研究项目“CSA 社群导入与生态农产品营销策略研究”（202006f01050042）作者简介：肖双喜（1974-），男，安徽宣城人，副教授，博士，主要从事生态农业理论与政策、生态农场管理研究。E-mail：。Research on Weed Management Strategies in Ecological FarmsXIAO Shuang-xi，HUA Meng，LI Qi（School of Economics and Management，Anhui Agricultural University，Hefei 230000，China）Abstract：Ecological farms are often harmed by weeds in the agricultural production process.Extensive use ofherbicides to control weeds has accelerated the succession of weed communities，reduced the ecological diversityof farmland，and caused a series of problems such as highly drug-resistant weeds，ecological environment dam原age，and food health.The principle of mutual growth and control among organisms is used to elucidate the con原trol of weeds by grass，crops，animals，microorganisms and comprehensive prevention and control methods toprovide basic theory and reference for weed management in ecological farms.Key words：Weeds；Ecological farm；Ecosystem；Allelopathy；Ecological grass control肖双喜，花萌，李琦（安徽农业大学经济管理学院，安徽合肥230000）生态农场杂草管理策略研究DOI：10.12148/hbnykx.20230034河北农业科学，2023，27（4）：50-55Journal of Hebei Agricultural Sciences编辑蔡海燕第 4 期和生态背景下，消灭杂草并不现实，农场省工节本的管理理念也不宜在杂草控制方面投入过多的人力和物力。正确认识保留杂草对农业生产的贡献，适度保留、利用、控制杂草的种群和数量，发挥杂草在增加农场生态多样性、环境保护、农业小气候调节、农产品品质提升等方面的作用。1.2.2坚持“生控物防，综合治理”的杂草管理方针，保护生态环境生控物防在解决当前杂草抗药性、单一用药的生态为害上提供了有效的解决方案，对农产品品质提升有促进作用。1.2.3省工节本的防控原则生态农场杂草控制要从实际出发，满足经营主体对防控成本和实施难易程度的要求。除草等农事活动在满足生态可持续发展的同时，充分考虑提质增效的实际需求，利用农场自身资源，引入操作性强、低成本的防控技术，做到生态和经营可持续发展。2相生类杂草生态管理策略2.1利用相生机制提升产品产量与品质贾思勰3对作物之间相生现象进行了阐述，近代学者对杂草与作物共生的机制也有深入研究，认为两者之间是“化感作用”4，某些杂草的根系分泌物刺激作物开启次生代谢途径，从而产生化感物质。在林果生产中，常采用林下保草生草方式调节果园小气候，改善土壤肥力，以提升果实产量和品质5，葡萄园间作紫罗兰可促进葡萄枝条及果穗纵茎生长，加快果实着色，可溶性固形物含量提高了 48.28%6；猕猴桃园采用林下保草生草种植较清耕种植方式的最大净光合速率提高了 78.10%7。豆科绿肥还田对土壤改良和作物产量提升具有积极作用，豆科绿肥提高作物产量的机理包括根瘤菌固氮作用、增加土壤水分蓄积量及提高光能利用率 3 个方面。朱亚琼等8选取玉米、油菜、燕麦等作物与花生、白花草木樨等豆科绿肥混作、轮作，研究结果表明，豆科绿肥间混作可以增加浅表层土壤的有机质等养分含量，进而提高作物产量。2.2保留杂草改善种植环境杂草对于改善大田作物和果树栽培环境具有积极作用，主要体现在防止水土流失、小气候调节、虫害防治、产品品质等方面。2.2.1防止水土流失雨水冲击是导致水土流失的主要原因，优质果园地势较高，雨水冲击下更容易水土流失。杂草通过地面覆盖、根系盘结减少雨水对土壤的冲刷。王学雄等9研究表明，脐橙园中保留杂草较清耕园可降低地表径流量，土壤流失量降低了 30%耀45%。李春梅等10研究表明，延安地区果园免耕管理模式中，当杂草株高为 30 cm 以上时，刈割还田培肥表层土壤，实现了多元素的全面供应。2.2.2土壤修复杂草在土壤污染治理修复方面发挥着积极作用。黑麦草和印度芥菜间作能降低土壤重金属、抗生素的含量11；农田、果园保留或种植具有环境修复功能的杂草，可以缓解由于过度施用化肥造成的重金属污染12；农田灌溉池或养殖池中保留一定数量鸭舌草、空心莲子草有益于提高水体净化能力，改善养殖环境13。2.2.3虫害防治研究表明，田埂植物种群数量与相应的害虫天敌数量呈正比14。保留一定的杂草种类和数量，有利于控制虫害。丰富的杂草种群能吸引、繁衍更多的天敌，建立起农田的生态链，有效地控制虫害的发生。李锋等15研究表明，苹果生草园中行间种苜宿、三叶草、夏至草、油菜、草木樨等，有益于天敌益虫的栖息繁衍，益虫的虫口密度高于免耕园、清耕园。有益杂草为天敌昆虫提供了生存繁衍的食物来源和栖息场所，特别是夏至草、泥胡菜等耐寒植物能为天敌生物提供越冬的宜生环境。3相克类杂草生态管理策略3.1以草克草农田杂草群落由杂草植被和杂草种子库构成，耕作层的杂草种子密度高，地下部分防控难度大。此时可利用植物间异株克生的原理防治杂草。绿肥除通过群体覆盖抑制杂草萌发生长外，还可通过根部分泌物或植株地上部淋溶向土壤环境中释放化感物质，抑制杂草萌芽生长16。3.1.1北方地区北方地区常用秋播毛苕子、荷兰豆防除翌年果园杂草。毛苕子春夏环境适应性强，占领生态位后，其他杂草很难生存。张瑞海17在科尔沁地区利用马蔺替代刺萼龙葵、少花蒺藜草的防控技术，有利于生态环境向良好方向发展。此外，利用冰草、草木犀、向日葵、菊芋、杂交狼尾草对于防治恶性杂草具有一定作用。3.1.2南方地区南方地区常种植黑麦草、苕子、白三叶草、紫云英、鼠茅草等绿肥。苕子生态适应性广，盛花期时固氮能力强，抑制杂草能力亦强。陈仕红等18试验表明，茶园间作白三叶草和黑麦草对春夏杂草的抑制率达 84%以上。茶、果园常见套种鼠茅草用以防控杂草。鼠茅草一般秋分前后种植，对耕整地要求精细，合理种植后覆盖极密，成熟后倒伏，对肖双喜等：生态农场杂草管理策略研究51河北农业科学2023 年春、夏季杂草抑制率可达 90%以上。因鼠茅草枯黄后易燃，故果、茶园套种鼠茅草时中间要设置防火带，以防意外情况造成严重火灾。绿肥种植在减少杂草总量、增加土壤有机质、改善杂草群落演替的恶性循环上具有积极意义。各地区在绿肥品种的选择上，应优先选用具有本地优势、生物量大、生态适应性强且对作物无明显不利影响的绿肥品种。3.2以作物克草3.2.1提升作物密植度与化感能力控草通过改进作物种植密度、方式以及茬口安排，充分利用间作、套作、轮作来控制不同类型的杂草。提高作物种植密度，利用作物群体覆盖对地表的遮光优势，抑制杂草萌芽、生长，减轻杂草与作物的竞争优势。李秉华等19研究表明，种植密度为 8.3 万株/hm2的玉米生物量显著低于较种植密度为 6.7 万株/hm2的杂草玉米生物量，过度密植会造成玉米病害加重、减产、倒伏等问题产生，因此，要根据当地的气候等条件合理密植；钱久李等20研究表明，芝麻盛花期的叶片在密闭条件下，挥发物对禾本科、莎草科植物的生长具有抑制作用。3.2.2利用作物间作、套作、轮作控草3.2.2.1间作。在同一地块间作，利用不同作物间植株性状差异进行合理的空间搭配，可充分利用光、温、水、气、养分等资源，玉米与大豆、棉花与绿豆、棉花与玉米等均适合间作。间作地块封垄后，作物占领优势生态位，可抑制杂草萌芽、生长。3.2.2.2套作。利用作物生育期不同进行套种栽培也是防除杂草的重要方式，利用中后期前季作物对杂草的压制，在行垄间栽培后季作物，有争农时、省工时、提高土地利用率等优势。我国作物套种历史悠久21，安徽传统麦套棉的栽培方式对杂草和害虫的防控具有显著效果，利用错落的空间层次抑制杂草发生，利用丰富的天敌资源防治棉蚜、烟粉虱、螨类等，根据天敌各优势种群在田间的数量消长动态，具有保护天敌资源、降低生产成本的作用22。3.2.2.3轮作。在同一块田地上有顺序地在季节间或茬口间轮换种植不同的作物或复种组合的种植方式。通过改变耕作层生产条件，减轻由于免耕、浅耕造成的优势杂草群落，从而控制杂草群落演替。魏守辉等23研究表明，杂草种子库是农田杂草发生为害的根源，合理轮作是有效的生态控草措施。不同作物轮作模式的综合控草效果要高于单一的连作系统。玉米小麦、小麦大豆轮作 2 a 后，轮作对杂草种子库的密度具有显著降低作用。3.3以动物克草动物克草技术在水田作物和旱地作物生产上均有运用，对于部分作物来说，是一种理想的杂草控制方法。3.3.1水田作物控草模式水田作物动物控草模式常见 的 有“稻萍蟹”“稻鸭虾草鹅”“稻鱼”等。“稻萍蟹”模式既降低了杂草发生基数和为害程度，又减少了土壤污染和农药的使用量24；“稻鸭”模式在稻田生态系统中共生性良好，通过鸭对杂草的吞食和在水田的搅动，刺激水稻生长并干扰杂草生长26；“稻虾”模式稻田中水苋菜、千金子、通泉草、稗草等杂草发生频度均有所降低25；“稻鱼”模式中稻田中的鱼可取食水稻基部的纹枯病菌、杂草，水稻的纹枯病降低了 40%耀46.2%，稻田杂草降低了 74%耀87%27，28。3.3.2旱地作物控草模式旱地作物动物控草模式常见的有“玉米柴鸡”“茶山鸡”“果树柴鸡”“果树鹅”等。果园常利用鹅的食草和踩踏有效控制园区的杂草，鹅喜食的杂草有狗尾草、打碗花、鸭跖草等；弘毅农场利用鸡食草和翻土特性控制田地的杂草，松土施肥，改良土壤，防控效果明显29；安徽九连山茶场采用“茶山鸡”模式，较传统模式人工除草费用节约了 1 125 元/hm230。3.4以微生物克草微生物克草技术是利用细菌、真菌、病毒感染杂草，削弱其竞争力，从而消减或消除杂草的为害性。可供利用的真菌有镰孢菌属、炭疽菌、链格孢菌属、尾孢菌属等，细菌有假单胞菌属、柠檬酸细菌属、肠杆菌属等31。胶孢炭疽菌 BWH-1 及其代谢产物对多种杂草具有较好的抑制效果32，因其具有致病力强、环境适应性好、易于标准化，已进入产业化发展阶段；“鲁保一号”可以显著抑制菟丝子生长，目前着重开发其助剂，进一步增强防治效果33；TeA 毒素对紫茎泽兰有明显的抑制生长作用，有效成分 25%TeA 的丁羟咯酮已商业化，最新获得的仲戊基 TeA、仲己基 TeA是 TeA 毒素的 2 倍以上，具有良好的开发前景34。实际生产中，农户会利用微生物和化学除草剂控制杂草，即在下茬蔬菜定植、播种前 10耀15 d，清园整地后喷洒 EM 生物菌，分解杂草种子种皮；或采用低残留农药对杂草幼苗进行灭杀，然后喷施的 EM 生物菌分解残留除草剂，施用量为 30耀45 kg/hm2，以减轻对生态环境的不利影响35。3.5以物克草以物克草是指以各种实物去控制杂草。这些物体52第 4 期包括作物秸秆、稻壳油、地膜、无纺布（防草布）等，将其直接覆盖在作物周边用以控制杂草。地膜覆盖除草技术在生产中得到广泛的推广，分为透明地膜、非透明地膜，透明地膜能够抑制杂草幼苗的生长，杂草幼苗生长点顶触到地膜后受到温度、空间的抑制，但会长期存在于地膜中，仍需人工拔除；非透明地膜的防草效果好，一般常见的有黑色地膜、银灰地膜。需要注意的是，换茬时应做好地膜清理，或选用可降解地膜（如麻纤维地膜），以减轻环境污染。农作物秸秆覆盖可有效防草，小麦秸秆对杂草种子的萌发有抑制作用，对狗尾草种子发芽抑制率达 83%36。连续多年秸秆还田配合稻鸭共作可明显降低通泉草、看麦娘等 18 种主要杂草的种子密度，主要杂草的种子库总体降幅达 97%37。以水克草是利用较深的水层抑制杂草对阳光、空气、CO2的摄取，从而达到抑制杂草发生的作用。农民在种植水稻时常用此方法防控稻田杂草（也称深水压草技术），灌水适宜深度为 15cm以上，插秧时应选用秧高 25 cm 以上的大苗，有效防止漂秧。4综合类杂草生态管理策略4.1利用农场规划控制杂草农场在规划时要明确建设生态隔离带。通过建设乔木、灌木、草本三层隔离带，隔离外来风传杂草种子和其他有害物质。为保证隔离效果，隔离带须由植物立体组成，并结合水沟、溪流、沟壑、道路等形成一定宽度的屏障。该方法主要应对近年来以菊科草本植物为代表的杂草入侵，以小蓬草为例，其种子沉降速度快、释放高度高，远距离扩散（跃100 m）概率大，严重威胁其他植物的生长38。农场在规划核心种植区时，若有养殖方面的需求，可在核心种植区周边一定距离种植环境适应性强、生长速度快的牧草，例如紫云英、苜宿草、芨芨草等封行后能有效抑制杂草发生。另外，可适当布局相生类杂草，通过合理规划减少区域内杂草数量，防止恶性杂草种子的入侵。随着时间推移，相对封闭的农场生态渐趋稳定，杂草的数量和种类处于可控范围。4.2完善农场设施控制杂草通过升级改造原有农场设施，充分发挥设施控草的作用。完善水利设施，阻断杂草种子输入途径。水稻种植过程中，需要定期排水以抑制无氧呼吸造成的根细胞毒害。为防止杂草种子通过排灌进入稻田，排灌口应使用高密度网套阻断杂草种子进入农田。完善设施大棚的密封性，盛夏实行高温闷棚以灭除棚内杂草种子。换茬前，清理残茬并进行耕整地作业，平整后灌水，应浸润土壤层 5耀10 cm，覆膜后关闭通风口，进行闷棚作业，通常土壤含水量达到田间最大持水量的 60%，连续密闭 30 d 以上，杂草种子灭除效果好。4.3利用人工控制杂草田间管理过程中，杂草控制与其他农事活动协同进行，其中，中耕除草是最典型的操作。小型农场通过锄、铲、耙等传统工具或装备小型中耕机进行田间作业，利用中耕铲对土壤浅层翻倒的作用，切断杂草根系致其死亡，并对浅层土壤的杂草种子进行覆埋，降低杂草萌芽率；针对恶性杂草，如入侵杂草加拿大一枝黄花要及时进行清除。生态农场若有草坪建设需求，需要及时清除抗性较强的野苜宿、小飞蓬等杂草39。保护地栽培中，在有序采用精细耕整地、高温闷棚、地膜覆盖等前期防草灭草措施后，杂草大面积发生概率小。杂草多数属于浅根系植物，而作物根系普遍发达，中后期作物封垄、封行，杂草的影响逐渐降低。4.4利用耕作制度控制杂草有条件的农场建议实行水旱轮作，合理换茬，通过人为创造不利于杂草及其繁殖器官生存的环境，在一定程度上提高对杂草的抑制效果。水旱轮作条件下，无论是水田改旱田、旱田改水田，湿生性、水生性和中生性杂草都可显著减少。我国土壤酸化日益严重，对杂草群落组成影响显著，会导致新的杂草优势种，禾本科类杂草优势尤为突出；而增施有机肥和秸秆还田可有效缓解土壤酸化程度，降低农田杂草优势种的发生几率，继而降低杂草为害40。收获后翻耕2 次以控草培土，第 1 次耕整地后 15 d，进行第 2 次翻耕，秋耕期适当深耕，当深度达到 25 cm 时，可消灭大部分杂草。4.5控制农业投入品，切断杂草来源途径农业投入品中容易携带杂草种子的物质资料有种子、肥料等。大田作物种子中掺杂杂草种子，播种时容易造成杂草入侵；精选合格的作物种子，防止杂草进入田垄。未充分腐熟的农家肥、有机肥中常混杂有杂草种子，回田后容易引发草害，堆肥温度为 55 益，持续时间为 1 d，可灭杀刺苋、龙葵、青苋种子；堆肥温度为 50 益，可灭杀稗草、马齿苋、龙葵等。张令昕41研究表明，铵态氮和挥发性有机酸对杂草种子有杀灭作用，两者含量越高灭杀效果越好，其中，挥发性有机酸含量为 1 000 mg/kg 时，牛筋草的种子 8 d 后失活，日本看麦娘、稗草的种子 20 d 后失活，狗尾草的存活率仅为 3.33%。值得注意的是，当堆肥中挥发肖双喜等：生态农场杂草管理策略研究53河北农业科学2023 年性有机酸含量达到 2 000 mg/kg 时，施入土壤后会导致作物幼苗烧根、抑制作物种子萌发等副作用，因此在堆肥中要注意控制其含量42。5结论与建议以相生相克为核心的生态农场杂草综合管理技术，能够有效缓解或消除由于化学除草剂造成的环境污染问题，为落实“持续推进化学农药减量增效”政策提供了可行的解决思路和相应的技术办法。利用相生类杂草对作物的益处，提高农产品质量，增加生态农产品竞争优势。基于农业技术推广过程中成本过高引起的受限问题，列举了行之有效、成本较低的方法，适用于现代农场的经营与管理。从事农场经营的农场主，在经营过程中，要遵循“试验示范推广”的规律，因地制宜采取相应的方法以缓解农场杂草管理问题。参考文献：1 陈文，傅红，阮晓颖，王翔，吴哲人，徐茗.草甘膦低剂量职业暴露对健康影响的分析 J.职业与健康，2021，37（14）：1873-1876+1880.2 陈亚南，吴雨祺，郑火青，胡福良.除草剂对蜜蜂健康影响的研究进展 J.环境昆虫学报，2021，43（5）：1162-1167.3 贾思勰.齐民要术 M.石声汉，译注.北京：中华书局，2015.4 杨浩娜，周成言，邬腊梅，王立峰，李祖任.植物化感物质的作用机理研究进展 J.湖南农业科学，2022（3）：108-112.5 寇建村，杨文权，韩明玉，陈奥，李冰，张维.我国果园生草研究进展 J.草业科学，2010，27（7）：154-159.6 邓维萍，杜飞，杨敏，李奎，曹翔，邵建辉，何霞红，朱书生.紫罗兰与葡萄多样性种植对葡萄生长和霜霉病的影响 C/中国植物病理学会 2015 年学术年会.中国植物病理学会 2015 年学术年会论文集.海口：中囯农业出版社，2015：544.7 赵兰君，苏少峰，吉文丽，李卫忠.不同耕作方式对猕猴桃叶片光合特性和果实品质的影响 J.西北农业学报，2018，27（12）：1827-1834.8 朱亚琼，简大为，郑伟，王朴，黎松松，郝帅，娜尔克孜，刘岳含，艾丽菲热.不同种植模式下豆科绿肥对土壤改良效果的影响 J.草业科学，2020，37（5）：889-900.9 王学雄，孙永明，胡影，朱钦娟.脐橙果园杂草对地表径流和土壤流失的影响 J.杂草学报，2019，37（1）：23-28 10 李春梅，刘光东，王新鹏.合理利用杂草可有效提升果园土壤肥力 J.西北园艺（果树），2016（2）：47-48.11 Cui E，Cui 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