本文主要介紹了南美洲、亞洲和大洋洲的部分國(guó)家的除草劑使用現(xiàn)狀和雜草抗性演化的現(xiàn)狀以及對(duì)雜草抗性治理的建議。

01

除草劑使用現(xiàn)狀

  1. 南美洲

(1)巴西的除草劑使用現(xiàn)狀

關(guān)于巴西從使用選擇性除草劑向抗草甘膦大豆種植過(guò)渡及其他農(nóng)藥的使用情況,其歷史記載是有限的,能夠獲得的最早的按農(nóng)藥分組的銷售數(shù)據(jù)信息是從1980年開(kāi)始。1985年,除草劑的價(jià)格是近7美元/公頃；在2000年初,轉(zhuǎn)基因大豆種植擴(kuò)張后,除草劑使用成本接近27美元/公頃,并持續(xù)增長(zhǎng),2019年達(dá)到45美元/公頃。除草劑的使用量從1990年到2010年呈線性增長(zhǎng),而在轉(zhuǎn)基因技術(shù)被大量采用的時(shí)期,除草劑的使用量則趨于平穩(wěn)。

巴西僅在2010年之后提供了每種農(nóng)藥活性成分的使用量信息,但是在2019年之前,僅有制劑使用量的相關(guān)信息。其中,草甘膦使用量的增長(zhǎng)高于大豆、谷物和其他作物面積的增長(zhǎng)(面積增長(zhǎng)分別是57%、39%和31%),這說(shuō)明單位面積的草甘膦使用劑量有所上升。

除草劑氨氯吡啶酸用量增加了470%,這可能與牧場(chǎng)地區(qū)雜草管理措施的增加有關(guān)。氯嘧磺隆在2015年出現(xiàn)使用高峰,這很可能與抗草甘膦雜草飛蓬的防治需要有關(guān)。然而,抗ALS抑制劑除草劑的抗性雜草的出現(xiàn)導(dǎo)致氯嘧磺隆的使用量減少。從2009年到2017年,2,4-滴的使用量增長(zhǎng)了400%,這可能是由于使用生長(zhǎng)素類除草劑來(lái)管理抗草甘膦和抗ALS抑制劑的飛蓬有關(guān)。隨后,2,4-滴的使用量略有下降,可能是由于對(duì)2,4-滴的抗性出現(xiàn),也與巴西一些地區(qū)由于2,4-滴飄移造成的藥害問(wèn)題有關(guān)。除草劑甲磺隆和百草枯在過(guò)去十年中增長(zhǎng)了近600%,這也與防治抗草甘膦雜草的替代除草劑有關(guān)。烯草酮的使用量增長(zhǎng)了2300%,是所有除草劑中增幅最大的,這與抗草甘膦的多花苜蓿、馬塘和牛筋草的出現(xiàn)有關(guān)。21世紀(jì)初,許多除草劑活性成分專利到期以及第一代抗草甘膦大豆專利于2016年到期,促使巴西除草劑的使用大量增加,尤其是草甘膦。專利到期和仿造產(chǎn)品的引進(jìn),往往會(huì)導(dǎo)致除草劑價(jià)格下降,使農(nóng)民更容易獲得除草劑產(chǎn)品。

另一個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)源是2014至2019年在巴西對(duì)18種作物按除草劑作用位點(diǎn)(SOA)分組進(jìn)行的市場(chǎng)調(diào)查。草甘膦的作用位點(diǎn),5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合酶(EPSPs)一直是使用最多的作用位點(diǎn)。然而,草甘膦相對(duì)于其他除草劑的使用比例從2014/2015年的40.8%下降到2019/2020年生長(zhǎng)季的35.7%。抑制光系統(tǒng)II的除草劑在2015/2016年從第二位下降到第三位,這可能是由于抗草甘膦玉米種植的增加而使莠去津在玉米中的應(yīng)用減少。在4-羥基苯基丙酮酸雙氧化酶(HPPD)抑制劑中也觀察到類似的趨勢(shì)。生長(zhǎng)素類除草劑目前在巴西的除草劑使用總量中排名第二,生長(zhǎng)素類除草劑的使用主要用于免耕地區(qū)的滅生性處理(burndown)。抑制類ALS除草劑的使用減少可能是由于除草劑抗性的發(fā)生。另一方面,抑制乙酰輔酶A羧化酶的除草劑增長(zhǎng)了近200%,在市場(chǎng)研究期間該作用位點(diǎn)除草劑的排名從第7位升至第4位。谷氨酰胺合成酶(如草銨膦)的處理面積增加了一倍,這可能與最近草銨膦仿制產(chǎn)品的可供應(yīng)及巴西禁用百草枯有關(guān)。

巴西IBAMA在2019年披露了有關(guān)所有除草劑銷售的信息,據(jù)此推測(cè)2019年使用量前五名除草劑分別是草甘膦、2,4-滴、莠去津、百草枯和敵草隆,分別占總用量的62%、15%、7%、5%和2%。在估計(jì)的處理面積中,排名前五的除草劑是草甘膦、2,4-滴、烯草酮、百草枯和甲磺隆,處理面積大約分別為151、43、41、3200和2200萬(wàn)公頃。

2019年草甘膦的制劑使用量為217592噸,這種除草劑的每公頃使用劑量是不確定的,但被認(rèn)為平均是1440克/公頃,這意味著估計(jì)處理面積為1.51億公頃。草甘膦主要用于幾種作物的滅生除草,包括大豆、玉米、其他豆類、小麥、棉花和灌溉水稻,以及在咖啡、果園和人工林的路邊應(yīng)用,2019年這些作物的總種植面積為6840萬(wàn)公頃。草甘膦還用于抗草甘膦大豆和玉米作物的苗后除草,這兩種作物的種植面積分別為3540萬(wàn)公頃和1770萬(wàn)公頃,因此,草甘膦在滅生除草(burndown)以及在咖啡、果園和人工園林的路邊應(yīng)用和苗后除草的總面積為1.213億公頃。通過(guò)將這一耕地面積與基于商業(yè)化銷售所得的1.51億公頃面積進(jìn)行比較,說(shuō)明約有3000萬(wàn)公頃施用了更多的草甘膦。這種應(yīng)用可能與在抗草甘膦作物的苗后第二次除草有關(guān)或與多年生作物的道路旁除草有關(guān)。這些數(shù)據(jù)表明,大多數(shù)抗草甘膦大豆在生長(zhǎng)周期中噴灑了三次草甘膦。一項(xiàng)種植者調(diào)查顯示,草甘膦的苗后除草平均施用量從2005/2006年度的1.8次(抗草甘膦大豆正式推出之年)增加到2010/2011生長(zhǎng)季的2.4次。

巴西于2019年禁止使用百草枯,2019年的使用面積為3279萬(wàn)公頃。這凸顯了百草枯對(duì)雜草管理的重要性(如滅生處理),以及需要用其他除草劑替代。可能取代百草枯作為滅生除草的產(chǎn)品是甲磺隆,估計(jì)使用面積為2250萬(wàn)公頃,其次是氯嘧磺隆(1050萬(wàn)公頃)、苯嘧磺草胺(550萬(wàn)公頃)、草銨膦(300萬(wàn)公頃)和敵草快(270萬(wàn)公頃)。2,4-滴除草劑的使用面積估計(jì)為4300萬(wàn)公頃,主要用于夏季作物種植前滅生處理和牧場(chǎng)除草。

巴西的玉米種植面積約為1800萬(wàn)公頃,由于抗草甘膦玉米種植面積的增加,玉米田使用的除草劑多樣性降低。例如,2019年玉米田常用的苗后使用除草劑煙嘧磺隆的面積僅為150萬(wàn)公頃。此外,分別有390萬(wàn)公頃和190萬(wàn)公頃的玉米田使用了硝磺草酮和環(huán)磺酮；還有930萬(wàn)公頃玉米田和甘蔗田使用了除草劑莠去津。這些信息表明,在玉米田中草甘膦的使用占主導(dǎo)地位,其他除草劑的使用量較少。

免耕期間應(yīng)用最多的苗前除草劑處理的作物面積為3.85億公頃。這些除草劑包括雙氯磺草隆、丙炔氟草胺、咪唑乙煙酸、嗪草酮、精異甲草胺和甲磺草胺等。2019年使用這些除草劑的行播作物總面積約7380萬(wàn)公頃。這一信息表明苗前除草劑的使用量接近50%(苗前除草劑的處理面積為3850萬(wàn)公頃,而耕地面積為7380萬(wàn)公頃)。在其他作物中使用的這些除草劑,在苗后或考慮到不同的田間使用劑量可能會(huì)影響這些估計(jì)數(shù)據(jù)。Oliveira等的報(bào)告稱,巴西13種作物中苗前除草劑的平均使用率為47%。

從農(nóng)業(yè)角度進(jìn)行的市場(chǎng)研究可獲得2017/2018至2019/2020季節(jié)每種作物的除草劑使用數(shù)據(jù)。在大豆方面,這一時(shí)期估計(jì)的總除草劑處理面積從1.547億公頃增加到1.705億公頃(增10%),栽培面積從3510萬(wàn)公頃增加到3700萬(wàn)公頃(增5%)。增加最多的是乙酰輔酶A羧化酶(ACCase)抑制劑類除草劑,從201萬(wàn)公頃增加到2580萬(wàn)公頃(增28%),生長(zhǎng)素類除草劑,從1212萬(wàn)公頃增加至1720萬(wàn)公頃(增42%)；5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸酯合成酶(EPSPs)抑制劑類除草劑(如草甘膦)從6970萬(wàn)公頃增加到7410萬(wàn)公頃(增6%)；而乙酰乳酸合成酶(ALS)抑制劑減少13%。在玉米中,光合系統(tǒng)I抑制劑(PSI)類除草劑的使用面積從1260萬(wàn)公頃增加到1480萬(wàn)公頃(增17%),EPSPs從1620萬(wàn)公頃增加到1880萬(wàn)公頃(增16%),生長(zhǎng)素、ALS和4-羥基苯基丙酮酸雙氧化酶(HPPD)抑制劑的使用量減少。這種減少主要與苗后除草的草甘膦的使用量增加有關(guān)。在棉花用藥方面,主要變化發(fā)生在EPSPs,從240萬(wàn)公頃增加到450萬(wàn)公頃(增87%),光合系統(tǒng)II抑制劑(PSII)在2017/2018至2019/2020生長(zhǎng)季節(jié),從220萬(wàn)公頃增至290萬(wàn)公頃(增32%)。生長(zhǎng)素類除草劑是牧場(chǎng)使用的主要除草劑,其使用變化最大,2017/2018至2019/2020季的使用量從1510萬(wàn)公頃增加到2290萬(wàn)公頃(增51%)。在甘蔗田,PSII除草劑是主要使用的除草劑,但在2017/2018至2019/2020季,該產(chǎn)品的使用量分別從1180萬(wàn)公頃下降到1000萬(wàn)公頃(降16%)。

(2)阿根廷的除草劑使用現(xiàn)狀

在20世紀(jì)90年代,免耕系統(tǒng)大規(guī)模擴(kuò)展,從1990年代末的6萬(wàn)公頃(主要用于大豆作物),擴(kuò)展到2018/2019年的3300萬(wàn)公頃,約占總種植面積的90%。同樣,1996年,抗草甘膦的轉(zhuǎn)基因作物(大豆、玉米和棉花)被引入市場(chǎng),轉(zhuǎn)基因大豆的采用率高于其他作物,八年內(nèi)幾乎達(dá)到100%。如今,幾乎100%的大豆和棉花及98%的玉米都是轉(zhuǎn)基因的。然而,在1990年代,其他除草劑也被引入市場(chǎng),如原卟啉原氧化酶(PPO)抑制劑丙炔氟草胺用于大豆、玉米、高粱、向日葵和小麥田除草,甲磺草胺用于大豆、向日葵和花生田除草。同樣,ALS抑制劑屬于三唑嘧啶類除草劑唑嘧磺草胺、雙氯磺草胺、氯酯磺草胺等品種也被引進(jìn)用于大豆作物的闊葉雜草和部分禾本科雜草的控制。除了引入抗草甘膦基因外,還引入了耐草銨膦的玉米和耐咪唑啉酮除草劑的作物。耐咪唑啉酮類除草劑甲咪唑煙酸的玉米、耐咪唑煙酸的向日葵和耐甲咪唑煙酸+咪唑煙酸的水稻分別于1998年、2003年和2004年引進(jìn)。在此之后,耐咪唑煙酸和甲氧咪草煙的向日葵也于2010年被開(kāi)發(fā)出來(lái)。

由于抗草甘膦作物和直接播種的采用,導(dǎo)致大豆面積顯著增加,除草劑的使用結(jié)合化學(xué)休耕使草甘膦成為主要除草劑。1994年,農(nóng)業(yè)化學(xué)品市場(chǎng)總額約為5億美元；2007年,達(dá)到16億美元,而2016年達(dá)到了25億美元。在2008年,所有除草劑的銷售總額約為18億美元,2019年為20億美元。除了轉(zhuǎn)基因技術(shù)的可操作性和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),在其被引進(jìn)10年之后,抗草甘膦的雜草被發(fā)現(xiàn)。第一個(gè)案例是來(lái)自阿根廷西北部的假高粱,由Delucchi于2005年報(bào)道。從那時(shí)起,抗除草劑雜草種群報(bào)告的發(fā)生率為4例/年,總共40例,其中27例是抗草甘膦的。因此,2008年到2019年市場(chǎng)上的選擇性除草劑使用量相對(duì)增加,特別是ACCase和PPO抑制劑類除草劑。2008年,草甘膦占據(jù)了80%的除草劑市場(chǎng),而在2019年草甘膦的市場(chǎng)占有率只剩36%。

(3)烏拉圭的除草劑使用現(xiàn)狀

現(xiàn)代除草劑是在20世紀(jì)40年代末開(kāi)始開(kāi)發(fā)的。然而,烏拉圭大規(guī)模采用除草劑始于20世紀(jì)60年代。當(dāng)時(shí)谷物和油籽農(nóng)業(yè)有一個(gè)繁榮期,在該國(guó)種植了超過(guò)100萬(wàn)公頃。2,4-滴和MCPA等除草劑是最早普遍用于小麥田選擇性雜草控制的除草劑。從1967年開(kāi)始,其他除草劑開(kāi)始被用于小麥、向日葵和玉米作物選擇性除草。烏拉圭國(guó)內(nèi)最初的一些研究工作報(bào)告了微管組裝抑制劑氟樂(lè)靈和PSII抑制劑如莠去津、西馬津、敵草隆、利谷隆和溴苯腈。

由于土壤物理和化學(xué)性質(zhì)的退化,連作農(nóng)業(yè)造成了糧食產(chǎn)量的大幅下降。在20世紀(jì)70年代到90年代之間,烏拉圭實(shí)施了一項(xiàng)新計(jì)劃,在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中納入一個(gè)牧場(chǎng)階段,作為恢復(fù)過(guò)度耕作的一種措施。這種措施改善了土壤質(zhì)量,減少了土壤和養(yǎng)分的流失。然而,在播種任何牧草或作物之前,土地準(zhǔn)備和雜草控制仍然依賴于耕作。直到1986年,來(lái)自17個(gè)不同作用位點(diǎn)的60種不同活性成分已經(jīng)在烏拉圭獲得登記。生長(zhǎng)素類、光系統(tǒng)II和極長(zhǎng)鏈脂肪酸(VLCFA)抑制劑是最常用的除草劑,特別是用于冬季作物的生長(zhǎng)素除草劑,當(dāng)時(shí)在農(nóng)業(yè)中占主導(dǎo)地位。玉米、向日葵和高粱等夏季作物的種植比例也較小,約占農(nóng)業(yè)面積的三分之一,但由于土地準(zhǔn)備需要時(shí)間,一年兩季并不可行。來(lái)自PSII和VLCFA抑制劑的除草劑和較少使用的氟樂(lè)靈是夏季作物雜草控制中使用最多的除草劑。

從20世紀(jì)80年代末開(kāi)始,ALS和ACCase抑制劑類除草劑的登記和進(jìn)口量越來(lái)越多,并成為冬季農(nóng)作物雜草管理的重要工具。為了改善土壤健康,即使農(nóng)業(yè)與放牧階段輪作,長(zhǎng)期的耕作仍然是一個(gè)重大問(wèn)題。因此,1991年,農(nóng)民開(kāi)始在他們的農(nóng)田中實(shí)施免耕制度。另一個(gè)重要的里程碑是在1996年烏拉圭批準(zhǔn)了第一個(gè)抗草甘膦大豆品種,這將對(duì)該國(guó)農(nóng)業(yè)的下一次變革做出重要貢獻(xiàn)。然而,這些技術(shù)并沒(méi)有立即被大規(guī)模采用,部分原因是缺乏有效和具有成本效益的除草劑。1978年,草甘膦的第一個(gè)制劑在烏拉圭注冊(cè),但直到2000年孟山都的專利到期導(dǎo)致價(jià)格大幅下降,這種除草劑的進(jìn)口量才逐漸增加。1998至2000年期間,除草劑進(jìn)口量保持不變,但到岸價(jià)下降了25%,主要原因是草甘膦價(jià)格的變化。

烏拉圭使用除草劑的前50年(1950-2000年),耕作及谷物作物與牧草的輪作也影響了雜草種群動(dòng)態(tài)。盡管少數(shù)雜草品種在農(nóng)業(yè)中占主要地位,但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)有助于保持多樣化和相對(duì)成功的雜草管理,因此直到上世紀(jì)末,烏拉圭沒(méi)有抗除草劑的案例記錄。

本世紀(jì)初,一系列因素綜合在一起,極大地影響了除草劑的使用和雜草種群動(dòng)態(tài)。草甘膦價(jià)格的下降,國(guó)際市場(chǎng)大豆價(jià)格的高企,以及該國(guó)已批準(zhǔn)的現(xiàn)有轉(zhuǎn)基因技術(shù),共同加速了免耕農(nóng)業(yè)的采用,并解釋了向抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆作為該國(guó)主要作物的轉(zhuǎn)變?cè)颉趵绲霓r(nóng)業(yè)制度在幾年內(nèi)從以小麥為主要作物的耕作農(nóng)田與牧場(chǎng)輪作的方式,轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N以轉(zhuǎn)基因大豆為主要作物的連續(xù)免耕的農(nóng)業(yè)方案。這種新方案節(jié)省了燃料和時(shí)間,不僅降低了生產(chǎn)成本,而且還實(shí)現(xiàn)了兩熟制,因此草甘膦迅速成為目前烏拉圭進(jìn)口和使用最多的除草劑。

烏拉圭的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和種植面積在2000至2014年間大幅增長(zhǎng),抗草甘膦大豆種植面積達(dá)到135萬(wàn)公頃(2015年)。與此同時(shí),除草劑的使用和進(jìn)口在此期間激增。免耕和抗草甘膦技術(shù)有助于徹底改變雜草管理方法。最初,基于抗草甘膦技術(shù)的雜草管理成為一項(xiàng)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的任務(wù),草甘膦進(jìn)口量從1999年占除草劑進(jìn)口總量的38%上升到2007年的近70%。到2010年,占農(nóng)業(yè)總面積65%的抗草甘膦大豆的雜草管理幾乎完全依賴草甘膦,偶爾使用ALS抑制劑類除草劑,結(jié)果雜草種類發(fā)生了明顯變化。2009年前后,這些變化引起了農(nóng)民的擔(dān)憂,他們認(rèn)為以前的草甘膦使用劑量不再能控制一年生多花黑麥草,因此用量開(kāi)始增加。

目前,抗除草劑雜草是烏拉圭農(nóng)業(yè)最重要的問(wèn)題之一。草甘膦抗性已在一年生黑麥草、飛蓬和香絲草和長(zhǎng)芒莧種群中得到證實(shí)。鑒于這一問(wèn)題,除草劑的使用近年來(lái)發(fā)生了變化。2014年草甘膦占進(jìn)口量的61%,2020年下降到39%。此外,在該國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的除草劑作用方式的多樣化也被注意到,并反映在除草劑進(jìn)口數(shù)據(jù)中。

(4)巴拉圭的除草劑使用現(xiàn)狀

巴拉圭的農(nóng)業(yè)在過(guò)去幾十年里有了顯著的增長(zhǎng),大豆、玉米和灌溉水稻是主要的栽培作物。巴拉圭種植系統(tǒng)中所使用大部分的技術(shù)與巴西和阿根廷基本相似。與此同時(shí),巴拉圭使用除草劑的特點(diǎn)也與上述國(guó)家類似,從2018至2020年的除草劑有效成分使用信息了解到,百草枯、2,4-滴和草甘膦是最常用的除草劑。2018年,草甘膦占除草劑使用總量的近50%。然而,在2018至2020年,草甘膦的使用量下降到31%,這可能是由于巴拉圭抗草甘膦雜草的進(jìn)化。巴拉圭草甘膦使用的減少導(dǎo)致了包括草甘膦在內(nèi)的其他非選擇性除草劑的增加。此外,還有隨著生長(zhǎng)素除草劑使用的變化,從2018到2020年2,4-滴使用量減少了29%,而三氯吡氧乙酸在同一時(shí)期增加了253%。盡管如此,2020年2,4-滴的使用量仍高于三氯吡氧乙酸。與南美其他國(guó)家類似,巴拉圭除草劑有關(guān)數(shù)據(jù)很有限,巴拉圭的公共和詳細(xì)的農(nóng)藥數(shù)據(jù)庫(kù)將在未來(lái)更好地監(jiān)測(cè)與雜草、昆蟲和疾病管理有關(guān)的農(nóng)業(yè)措施。

(5)智利的除草劑使用現(xiàn)狀

自90年代以來(lái)的農(nóng)用化學(xué)品進(jìn)口記錄顯示,智利的除草劑的使用量持續(xù)增加,超過(guò)殺菌劑和殺蟲劑,特別是在1990至2015年期間,除草劑占進(jìn)口農(nóng)藥的45%；2015至2020年,除草劑占農(nóng)用化學(xué)品進(jìn)口的38%；其次是殺蟲劑占35%,殺菌劑占26%。同樣,在過(guò)去30年里,全國(guó)除草劑市場(chǎng)的價(jià)值持續(xù)增長(zhǎng),平均每年增長(zhǎng)6%,2021年達(dá)到7700萬(wàn)美元。值得注意的是,智利不生產(chǎn)農(nóng)藥的有效成分,只有在特定情況下,某些產(chǎn)品才在該國(guó)配制制劑?？傊?智利使用的除草劑幾乎100%是從阿根廷、中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)和巴西等其他國(guó)家進(jìn)口的。除草劑消費(fèi)量的持續(xù)增長(zhǎng)與該國(guó)從1970年代中期開(kāi)始的生產(chǎn)重組和1980年代的商業(yè)開(kāi)放直接相關(guān),這導(dǎo)致了果樹(shù)面積的三倍增長(zhǎng),根據(jù)上一次農(nóng)業(yè)普查,從1976年的8.9萬(wàn)公頃增加到2007年的23萬(wàn)公頃,尤其1997至2007年間葡萄園面積增加了4.7萬(wàn)公頃。

根據(jù)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)服務(wù)局(SAG)的記錄,目前在智利有127種不同的除草劑活性成分和大約327個(gè)除草劑商品名稱,在國(guó)家一級(jí)銷售最多的是草甘膦、百草枯、2甲4氯、西瑪津、乙氧氟草醚和二甲戊靈(2021年)。根據(jù)2019年農(nóng)藥銷售的最新數(shù)據(jù),在該國(guó)主要生產(chǎn)水果和蔬菜的北部地區(qū)(阿塔卡馬至科金博)以及除水果和蔬菜作物外還有葡萄園、工業(yè)作物和森林生產(chǎn)的中部地區(qū)(瓦爾帕萊索至馬烏萊),最暢銷的除草劑都是草甘膦和百草枯。而在主要集中的南部地區(qū)的谷物和森林種植園(洛斯拉戈斯),與草甘膦和百草枯一起銷售最多的除草劑是2甲4氯、2,4-滴、西馬津、甲磺隆、二甲戊靈、氟樂(lè)靈、乙氧氟草醚、氯氟吡氧乙酸和精異甲草胺(2019年)。

草甘膦和百草枯在智利的廣泛使用主要是因?yàn)樗鼈儍r(jià)格的下降,這是自1980年代開(kāi)始觀察到的,特別是百草枯和2甲4氯在1980年代末價(jià)格較低。另一個(gè)重要的價(jià)格下降是由于草甘膦的專利到期(1974-2000年),仿造產(chǎn)品大量上市。隨著除草劑的日益廣泛使用,20世紀(jì)90年代初開(kāi)始出現(xiàn)抗除草劑雜草的最早案例報(bào)道。迄今為止,已經(jīng)在燕麥田、油菜田和羽扇豆作物田發(fā)現(xiàn)多年生黑麥草(2001年)、多花黑麥草(1998年)、硬質(zhì)黑麥草(1997年)、野燕麥(1998年),洋狗尾草(1999年)對(duì)ACCase抑制劑類除草氟吡甲禾靈的抗性。2001年,在葡萄園和果園發(fā)現(xiàn)抗草甘膦雜草多年生黑麥草和多花黑麥草；2005年,水稻作物田發(fā)現(xiàn)水毛花和澤瀉種群以及玉米田中的假高粱(2009年)和燕麥田的蘿卜(2010年)、臭春黃菊(2010年)、 田春黃菊(2010年)和高盧蠅子草(2012年)對(duì)ALS抑制劑的耐藥性。

1990年代初,由于草甘膦和抗草甘膦作物的影響,全球范圍內(nèi)引入新作用位點(diǎn)除草劑的過(guò)程中斷。從2000年開(kāi)始,南美針對(duì)某些作物引入了的新作用位點(diǎn)的除草劑,如苯嘧磺草胺、tolpyratalato、砜吡草唑、硝磺草酮、苯唑草酮、唑啉草酯等,但它們都有其特殊性,限制了其廣泛應(yīng)用。引入抗2,4-滴、麥草畏、草銨膦和異噁唑草酮的新的轉(zhuǎn)基因性狀將促進(jìn)新作用位點(diǎn)除草劑的苗后應(yīng)用,除了這些技術(shù)的優(yōu)勢(shì),有必要吸取草甘膦之前推廣應(yīng)用的教訓(xùn)。如果沒(méi)有基于可持續(xù)利用的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)使用新技術(shù),抗除草劑雜草將繼續(xù)出現(xiàn)。

2. 澳大利亞和新西蘭的除草劑使用現(xiàn)狀

1788年第一艦隊(duì)抵達(dá)澳大利亞后不久,澳大利亞就開(kāi)始了農(nóng)業(yè)發(fā)展,殖民者開(kāi)始種植小麥和大麥等作物。1840年,當(dāng)歐洲人的定居點(diǎn)擴(kuò)展到新西蘭時(shí),毛利人開(kāi)始采用歐洲的農(nóng)業(yè)技術(shù),并很快在19世紀(jì)50-60年代出口谷物和馬鈴薯到澳大利亞。隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展,也出現(xiàn)了雜草的問(wèn)題,其中大多數(shù)雜草不是本地植物品種,而是外地引入的。一些雜草進(jìn)入了這個(gè)國(guó)家,隱藏在進(jìn)口商品里,而其他商品則是為了達(dá)到特定目的而故意引進(jìn)的。例如,澳大利亞最重要的雜草之一硬質(zhì)黑麥草首先被種植作為牧羊的牧場(chǎng)。由于雜草威脅到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力,必須采取控制方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

早期的雜草管理方法主要是用手工或鋤頭清除雜草、焚燒殘茬、種植、耙地和休耕放羊等。由于人工清除雜草的勞動(dòng)力短缺,農(nóng)民需要其他方法來(lái)控制雜草,這些方法就是使用除草劑。除草劑最初以無(wú)機(jī)鹽和酸的形式作為雜草控制的方法出現(xiàn)。在新西蘭,20世紀(jì)30年代,砷、氯化鈉、氯酸鈉和硫酸等化學(xué)物質(zhì)與最早的有機(jī)除草劑一起被用作除草劑。然而,這些除草劑大多是有毒的。20世紀(jì)30年代,新西蘭的千里光雜草越來(lái)越猖獗,農(nóng)民們開(kāi)始依賴氯酸鈉。然而,許多報(bào)道稱,農(nóng)民的衣服常因接觸這種化學(xué)物質(zhì)而著火。

在澳大利亞,2,4-滴和2甲4氯的使用始于1948年,當(dāng)時(shí)它們被用于小麥作物,以控制非洲芥菜、野芥菜、鉆果大蒜芥和毛紅花,這些除草劑也被新西蘭農(nóng)民使用。20世紀(jì)80年代末,新西蘭曾將2,4,5-涕用于金雀花和灌木,但由于公共衛(wèi)生問(wèn)題,這種使用被終止了。2,4-滴和2甲4氯目前仍在澳大利亞和新西蘭用于控制闊葉雜草。

雖然2,4-滴和2甲4氯對(duì)控制闊葉雜草有效,但還有許多草種是它們不能控制的。自20世紀(jì)40年代2,4-滴被發(fā)現(xiàn)以來(lái),許多具有新作用方式的除草劑也陸續(xù)被發(fā)現(xiàn),并被納入到澳大利亞和新西蘭的雜草管理計(jì)劃,使農(nóng)民能夠控制更多種類的雜草。在南澳大利亞,到20世紀(jì)70年代初,有超過(guò)80種商業(yè)除草劑可供使用。包括莠去津,一種具有選擇性和內(nèi)吸性的三嗪類除草劑,于20世紀(jì)50年代開(kāi)發(fā),自那以后被廣泛使用,作為苗前和苗后除草劑,能夠控制各種夏季作物如高粱、玉米和甘蔗田的禾本科雜草和闊葉雜草。盡管擔(dān)心這種除草劑會(huì)污染水源,但它被認(rèn)為是安全的,在澳大利亞和新西蘭仍在使用。

百草枯于1955年被發(fā)現(xiàn),1962年在美國(guó)首次上市,1964年在澳大利亞首次注冊(cè)為非選擇性觸殺型除草劑。百草枯是一種廣譜除草劑,能夠控制禾本科雜草和闊葉雜草,自上市以來(lái),它的使用受到了各種限制。自20世紀(jì)40年代以來(lái),在許多除草劑中,草甘膦已成為世界上最主要的除草劑,包括在澳大利亞和新西蘭。

草甘膦于1970年代進(jìn)入澳大利亞和新西蘭市場(chǎng)。1974年,草甘膦作為一種非選擇性除草劑首次在美國(guó)上市。自草甘膦引入以來(lái),在澳大利亞注冊(cè)的含有草甘膦的產(chǎn)品約有500種(2019年)。草甘膦的有效性是由于其系統(tǒng)活性和在所有高等植物中抑制5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶的能力,使其對(duì)多種植物有效。在澳大利亞,這種除草劑主要用于谷物種植系統(tǒng)的作物播種前。在新西蘭,草甘膦在牧場(chǎng)更新中的應(yīng)用也變得很重要。Manktelow等人報(bào)告說(shuō),1999年至2003年間,新西蘭草甘膦的銷量增長(zhǎng)了35%,這可能是由于價(jià)格的降低?？共莞熟?轉(zhuǎn)基因)作物也導(dǎo)致對(duì)草甘膦控制雜草的依賴大幅增加。轉(zhuǎn)基因棉花于2000年引進(jìn)澳大利亞,目前已經(jīng)占據(jù)了澳大利亞99.9%的棉花種植(2019年)。然而,對(duì)草甘膦和其他除草劑的日益依賴導(dǎo)致了抗除草劑雜草的選擇與進(jìn)化。

3. 東南亞

在東南亞,除草劑的引入主要是通過(guò)農(nóng)業(yè)生產(chǎn),盡管苯氧羧酸類除草劑如2,4,5-T主要用于控制木本多年生植物,在越南戰(zhàn)爭(zhēng)期間與2,4-滴混合作為″橙劑″的使用后,2,4,5-T的登記被取消,該產(chǎn)品由制造商自愿在1985年下架。除草劑2,4-滴最初于1948年在菲律賓進(jìn)行試驗(yàn),用于根除草坪和牧場(chǎng)的雜草,隨后又用于水稻的雜草控制。在20世紀(jì)50年代末,泰國(guó)認(rèn)為2,4-滴是唯一有使用價(jià)值的水稻除草劑。在20世紀(jì)60年代,2,4-滴被用于馬來(lái)西亞有限的水稻地區(qū)。然而,1972年印度尼西亞稻農(nóng)便開(kāi)始使用2甲4氯(MCPA)來(lái)控制闊葉雜草和莎草,但后來(lái)在1978年由于該國(guó)MCPA供應(yīng)短缺而改用2,4-滴。2,4-滴除草劑仍然是迄今為止開(kāi)發(fā)的最有效的除草劑之一。

直到今天,與工業(yè)化國(guó)家相比,東南亞除草劑的使用量明顯偏低。然而,該區(qū)域所有國(guó)家對(duì)除草劑的需求仍在持續(xù)。馬來(lái)西亞、泰國(guó)和越南是三個(gè)主要需求國(guó),而其他東南亞國(guó)家的需求相對(duì)較低。文萊、東帝汶、老撾和新加坡很少有記錄其農(nóng)藥使用情況的報(bào)告,據(jù)2022年聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)信息表明,這些國(guó)家的除草劑使用水平非常低,以下是東南亞各國(guó)除草劑使用歷史的概要。其中,除草劑使用數(shù)據(jù)可以顯示為銷售和使用數(shù)據(jù)(銷售數(shù)據(jù)更具有普遍性,但不能直接反應(yīng)實(shí)際使用情況；使用數(shù)據(jù)提供了除草劑實(shí)際使用情況所需的詳細(xì)資料,然而通常很難獲得,因此在某個(gè)地區(qū)的某些作物上都沒(méi)有數(shù)據(jù)可提供)。

(1)柬埔寨

在柬埔寨,最早有文獻(xiàn)記載的農(nóng)藥使用報(bào)告出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代,當(dāng)時(shí)只有0.7%的農(nóng)民使用除草劑,而分別有38.0%和28.0%的農(nóng)民使用殺蟲劑和殺鼠劑(環(huán)境正義基金會(huì),2002年)。然而,在2016年,最常用的農(nóng)藥是除草劑和殺蟲劑。除草劑使用的增加主要是由于農(nóng)村勞動(dòng)力的日益減少和耕地面積的擴(kuò)大。種植木薯、玉米和水稻的農(nóng)民是除草劑的主要使用者。

此外,水稻集約化種植系統(tǒng)省份的除草劑使用量較高,每季多達(dá)9次。柬埔寨不生產(chǎn)農(nóng)藥,而是從泰國(guó)、越南和中國(guó)進(jìn)口農(nóng)藥。2001年進(jìn)口了111噸除草劑,但2004年進(jìn)口量下降到54噸,比2001年減少了51.0%。目前,大約有30種除草劑有效成分被允許在柬埔寨農(nóng)業(yè)上使用。

(2)印度尼西亞

20世紀(jì)70年代,印尼國(guó)內(nèi)部分地區(qū)的進(jìn)步農(nóng)民開(kāi)始將2甲4氯(MCPA)應(yīng)用于橡膠園、油棕櫚園、咖啡園和水稻田。經(jīng)過(guò)一年多的使用,隨著2甲4氯在市場(chǎng)的消失,農(nóng)民們轉(zhuǎn)而使用2,4-滴。到20世紀(jì)80年代,登記用于糧食作物的有效成分有25種。農(nóng)民開(kāi)始使用噁草酮、百草枯、敵稗、苯達(dá)松、異丙草胺、莠滅凈和預(yù)混劑如苯達(dá)松+2,4-滴、哌草磷+2,4-滴,以及禾草丹+敵稗在水稻田應(yīng)用。在休耕期間,草甘膦被用于殺滅水稻播前的雜草。莠去津、甲草胺、利谷隆、綠溴隆、嗪草酮和雙苯酰草胺被用于玉米、大豆和馬鈴薯田。草甘膦在農(nóng)作物用除草劑活性成分總量的73%。這些作物中,油棕櫚園的用量最多,占該國(guó)草甘膦總用量的近三分之二。其他大量使用草甘膦的作物有水稻、玉米、橡膠和非種植區(qū)(路邊、公園、水道、以及其他用于農(nóng)業(yè)以外的土地)。在水稻和玉米田全生長(zhǎng)期通常只使用草甘膦一次,且用于備耕。而在橡膠園和非作物用地草甘膦通常每年使用2~3次,該國(guó)農(nóng)藥使用的詳細(xì)信息有限,但是已知在2000至2019年期間,農(nóng)業(yè)作物每年使用的除草劑量保持穩(wěn)定在354噸左右(FAO,2022年)。

(3)馬來(lái)西亞

馬來(lái)西亞是東南亞國(guó)家中使用除草劑最多的國(guó)家,除草劑占該國(guó)農(nóng)藥使用量的80%左右。根據(jù)FAO2022年的數(shù)據(jù),馬來(lái)西亞在2006年和2016年分別使用了約34084噸和56430噸除草劑活性成分,這相當(dāng)于在10年內(nèi)年均增長(zhǎng)6.56%。由于水稻、油棕、橡膠等作物生產(chǎn)體系單一,對(duì)除草劑的依賴程度較高。百草枯、草甘膦、草銨膦、吡氟禾草靈、甲磺隆和三氯吡氧乙酸等活性成分常用于油棕和橡膠種植園,而2,4-滴、苯磺隆、吡嘧磺隆、敵稗、二氯喹啉酸和氰氟草酯則被廣泛用于水稻。

(4)緬甸

緬甸是東南亞第二大國(guó)家,60%的人口直接或間接依賴農(nóng)業(yè)活動(dòng)為生。緬甸在作物種植、種植模式和天氣條件方面與泰國(guó)相似。然而,農(nóng)藥的使用量相對(duì)較低。緬甸的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)很少使用農(nóng)藥,但在過(guò)去20年里,從中國(guó)進(jìn)口的農(nóng)藥出現(xiàn)了較大的增長(zhǎng)。2004-2014年,農(nóng)藥進(jìn)口量從1000噸到6000噸不等,而2015年以后進(jìn)口量穩(wěn)定在1萬(wàn)噸以上,除草劑的用量和比例迅速增長(zhǎng),而殺蟲劑用量逐漸減少。緬甸的除草劑使用量從2000年的38噸增加到2019年的9740噸,每年平均增長(zhǎng)41.24%(FAO,2022)。截至2019年,大約有20種有效成分可供農(nóng)民使用,其中銷售最多的是草甘膦、2,4-滴、丙草胺、氟磺胺草醚和二氯喹啉酸,每年進(jìn)口總量約900噸。

(5)菲律賓

與印度尼西亞類似,除草劑被廣泛用于雜草控制,盡管通常是作為機(jī)械除草和手工除草的補(bǔ)充形式。除草劑在該國(guó)的使用可以追溯到1948年,當(dāng)時(shí)2,4-滴被用于控制闊葉雜草。2,4-滴的使用標(biāo)志著選擇性化學(xué)除草的開(kāi)始,為20世紀(jì)50年代后期逐步使用除草劑鋪平了道路。在20世紀(jì)60年代和70年代,酰胺類除草劑(丁草胺和敵稗)和硫代氨基甲酸酯類的禾草丹被引入,并迅速被稻農(nóng)接受,因?yàn)檫@些除草劑都能在出苗前有效控制雜草。20世紀(jì)70年代和80年代,在水稻和其他作物中也引入了噁草酮、異丙草胺、苯達(dá)松和二甲戊靈來(lái)控制雜草(Cruz,1990)；三嗪類除草劑(莠去津、西馬津和莠滅凈)、脲類除草劑(敵草隆和滅草隆)、脲嘧啶類(除草定和特草定)和聯(lián)吡啶除草劑(百草枯)在20世紀(jì)60年代和70年代被引入用于菠蘿、甘蔗和香蕉等種植園和大田作物的雜草控制,至今仍然經(jīng)常使用；噁唑禾草靈和氰氟草酯是在20世紀(jì)80年代和90年代引入用于苗后禾本科和闊葉雜草的控制,但直到21世紀(jì)才被充分利用；磺酰脲類除草劑(芐嘧磺隆、乙氧嘧磺隆、咪唑磺隆及環(huán)丙磺隆)于20世紀(jì)90年代引入,用于水稻闊葉雜草和莎草的苗后防除；在90年代末至21世紀(jì)初,五氟磺草胺、嘧啶肟草醚、唑草酮、異噁草酮和雙草醚被登記用于水稻雜草管理。

截至2021年,菲律賓共登記有55種除草劑活性成分用于生產(chǎn)單劑或混劑(菲律賓肥料和農(nóng)藥管理局,2022)。其中,草甘膦占所用總有效成分的48%,使用草甘膦的主要是玉米和種植園作物,盡管草甘膦也用于非作物地區(qū)和一年生作物的免耕播種前處理。在水稻生產(chǎn)中,丁草胺、敵稗、異丙草胺、2,4-滴、雙草醚和氰氟草酯常用于控制闊葉雜草和禾本科雜草。平均而言,該國(guó)每年進(jìn)口1萬(wàn)噸除草劑(菲律賓化肥和農(nóng)藥管理局,2021年)。

(6)泰國(guó)

泰國(guó)嚴(yán)重依賴使用除草劑作為一種工具加強(qiáng)作物保護(hù)。根據(jù)泰國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)法規(guī)辦公室(OAR)的數(shù)據(jù),每年大約進(jìn)口的80%農(nóng)藥是除草劑。2000年,進(jìn)口少于2萬(wàn)噸,但2004年增加到大約5.5萬(wàn)噸,2011年增加到6.8萬(wàn)噸農(nóng)業(yè)(泰國(guó)農(nóng)業(yè)部,2021年)。除草劑的應(yīng)用從2005年到2018年增長(zhǎng)了大約兩倍,每公頃農(nóng)田平均使用1.3~2.9公斤有效成分。泰國(guó)進(jìn)口的前三種除草劑是2,4-滴、草甘膦和草銨膦,2021年分別進(jìn)口了11781噸、7240噸和3194噸(泰國(guó)農(nóng)業(yè)部,2021年),這三種除草劑占全國(guó)所有除草劑進(jìn)口的67%。其他進(jìn)口較多的除草劑有丁草胺、乙草胺、莠去津、二甲戊靈、敵草隆和莠滅凈等。

(7)越南

在越南,除草劑被廣泛用于雜草控制,但通常是作為機(jī)械和手工除草的輔助或補(bǔ)充形式。20世紀(jì)70年代,隨著2,4-滴、敵稗和五氯苯酚在水稻田的使用,除草劑開(kāi)始用于雜草控制。在20世紀(jì)80年代,只有少數(shù)幾種除草劑被另外引入,其中大部分用于春季作物。然而,除草劑的使用量在20世紀(jì)90年代開(kāi)始增加。

1991年,該國(guó)除草劑使用量約為900噸,但在20世紀(jì)90年代中期,使用量增加到3600噸(FAO,2022),2003年接近1.1萬(wàn)噸(越南農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展部,2011年),2020年約5萬(wàn)噸(越南總統(tǒng)計(jì)局,2021年)。2019年,越南農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展部(MARD)公布了一份允許在該國(guó)農(nóng)業(yè)中使用的503種活性成分清單,其中85種是除草劑,主要用于水稻。水稻最常用的活性成分是禾草丹、二氯喹啉酸、雙草醚、丁草胺、吡嘧磺隆、噁草酮、丙草胺、敵稗、2,4-滴、乙氧磺隆、氰氟草酯、芐嘧磺隆和乙草胺等。草甘膦是種植園最常用的除草劑,每季使用2~3次,用于土地整理和作物間雜草控制,占該國(guó)除草劑使用總量的36%。草甘膦與百草枯和2,4-滴都被認(rèn)為是高度危險(xiǎn)的農(nóng)藥,因此近年來(lái)被越南列為禁止使用的除草劑(越南農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展部,2022年)。

4. 南亞的除草劑使用現(xiàn)狀

棉花和水稻是除草劑使用的主要作物,分別占全世界除草劑消費(fèi)總量的50%和18%。然而,草甘膦和2,4-滴是南亞茶園和咖啡種植園廣泛使用的除草劑。在印度,草甘膦占使用除草劑總有效成分的37%,其中近24%用于谷物、棉花、甘蔗、一些水果和蔬菜(Brookes,2020)。印度草甘膦的使用面積接近1200萬(wàn)公頃,平均使用量為0.68公斤/公頃。因?yàn)?草甘膦是解決雜草問(wèn)題的有效而經(jīng)濟(jì)的方法。

南亞55%以上的可耕地均種植水稻,而化學(xué)除草為水稻提供了一種經(jīng)濟(jì)的解決方案。為了有效地控制雜草和延緩雜草抗性的發(fā)展,通常推薦使用不同作用機(jī)制的除草劑。直到20世紀(jì)80年代,具有較新的不同作用機(jī)制的除草劑的開(kāi)發(fā)及商業(yè)化速度是每2.5~3年一個(gè)。此后,就沒(méi)有再出現(xiàn)新的作用機(jī)制的除草劑。現(xiàn)有作用機(jī)制的新除草劑產(chǎn)品,只可在迄今為止尚未發(fā)生雜草交叉抗性的情況下使用?，F(xiàn)有除草劑抗性進(jìn)化的案例越來(lái)越多,這表明大多數(shù)除草劑在未來(lái)可能無(wú)法使用。新的抗除草劑作物對(duì)2,4-滴等老的除草劑也具有抗性,因而可供選擇的新除草劑很有限。

草甘膦是最重要和最廣泛使用的有效成分之一,在澳大利亞、中國(guó)、印度、印度尼西亞、菲律賓、泰國(guó)和越南七個(gè)國(guó)家使用的除草劑的有效成分中,草甘膦占73%,占總除草面積的38%。此外,使用草甘膦替代方案的支出可能會(huì)使七個(gè)國(guó)家雜草控制的年度成本增加22~30美元/公頃。亞洲每年在農(nóng)業(yè)用途中使用約8200萬(wàn)公斤草甘膦有效成分(占全球使用量的16%~18%)。草甘膦是最重要和最廣泛使用的有效成分之一,占整個(gè)亞洲除草劑有效成分使用總量的13%~73%,占除草劑噴灑總面積的7%~38%(Brookes,2020)。印度和中國(guó)這兩個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)在各種除草劑制劑中分別使用2010萬(wàn)公斤和1420萬(wàn)公斤草甘膦有效成分。然而,雜草對(duì)草甘膦的耐藥性正在穩(wěn)步發(fā)展,導(dǎo)致藥效下降和雜草管理成本升高,全球已有超過(guò)48種抗草甘膦的雜草。因此,隨著新的轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展,草甘膦藥效變差的威脅已引起人們的關(guān)注。

隨著從維持生計(jì)向集約化和商業(yè)化種植,以及從傳統(tǒng)生態(tài)向保護(hù)生態(tài)的技術(shù)轉(zhuǎn)變,雜草種群明顯向難以控制的雜草轉(zhuǎn)變。例如,在印度綠色革命之前,紅花是小麥的主要雜草之一,但隨著灌溉設(shè)施發(fā)展和半矮諾林小麥品種的引種,小籽虉草和長(zhǎng)穎燕麥已成為難防雜草。隨著資源節(jié)約技術(shù)的普及(如印度的免耕技術(shù)),農(nóng)作物種植方式發(fā)生了變化,也導(dǎo)致向多年生禾本科雜草(匍匐冰草以及絲路薊)向闊葉雜草(如田旋花和齒果酸模)的轉(zhuǎn)變。由于地球溫度升高和二氧化碳濃度升高,氣候變化可能導(dǎo)致表型可塑性較差的雜草發(fā)生潛在轉(zhuǎn)移,以及一些其他雜草取代原生雜草并在新的地區(qū)擴(kuò)張。這些雜草在集約化系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)移迫使持續(xù)使用高效和最近引入的低劑量除草劑。在可供選擇的現(xiàn)有除草劑不多的情況下,對(duì)少數(shù)除草劑的過(guò)度依賴現(xiàn)狀變得令人擔(dān)憂。

除草劑使用量的急劇增加,特別是在南亞集約化種植條件下的草甘膦使用已成為令人擔(dān)憂的問(wèn)題。已有包括南亞在內(nèi)的超過(guò)35個(gè)國(guó)家報(bào)告了近35種主要作物田的幾種雜草對(duì)草甘膦產(chǎn)生抗性。草甘膦在環(huán)境中的持久性可能超過(guò)數(shù)年,因此,全球大片農(nóng)田容易遭受高度環(huán)境污染和生態(tài)危害。草甘膦屬于2A類,可能對(duì)人類致癌(國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu),2015年)。在印度,正在禁止生產(chǎn)和銷售27種農(nóng)藥,包括重要的除草劑,如莠去津、2,4-滴、二甲戊靈、磺?；锹?、乙氧氟草醚、丁草胺等?？紤]到草甘膦使用對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響,印度旁遮普邦、喀拉拉邦、泰倫加納邦和安得拉邦已經(jīng)禁止使用草甘膦,斯里蘭卡也完全禁止草甘膦。據(jù)報(bào)道,其他一些除草劑,如環(huán)嗪酮和敵草隆已成為應(yīng)用地點(diǎn)附近土壤和水資源的微污染物。

在發(fā)展中國(guó)家使用除草劑面臨的主要挑戰(zhàn)是將虛假材料與劣質(zhì)原藥及低質(zhì)量溶劑等混合生產(chǎn)的劣質(zhì)產(chǎn)品,以及不當(dāng)?shù)氖褂脛┝亢褪褂梅椒āＴ陔s草發(fā)生嚴(yán)重的情況下,除草劑使用劑量不足或過(guò)量使用也對(duì)作物造成損失或產(chǎn)生藥害。針對(duì)特定雜草的特定除草劑的使用越來(lái)越多,但是它們對(duì)其他雜草的效果就不夠理想。因此,為了有效地控制雜草使用靶向的除草劑及其組合是必要的。除草劑抗性的演變以及雜草和作物對(duì)除草劑的不同反應(yīng)需要新的除草劑,而這些新除草劑通常價(jià)格十分昂貴。為了有效和可持續(xù)地控制雜草,選擇合適的除草劑、使用劑量和時(shí)機(jī)以及施用方法等都是除草劑管理需要考慮的因素。

02

雜草抗性發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)一種雜草生物型在以前被控制的除草劑劑量下存活時(shí),被稱為抗除草劑雜草生物型。在整個(gè)雜草種群中,如果有15%或更多的雜草產(chǎn)生抗藥性,建議采用其他雜草管理方法。隨著時(shí)間的推移,這些抗性雜草生物型的比例隨著持續(xù)的選擇而增加,從而形成了具有遺傳抗性的雜草種群。 

1957年加拿大在野胡蘿卜(Daucus carota L.)上報(bào)告了對(duì)2,4-滴的抗藥性,這是第一個(gè)被報(bào)道抗性的除草劑。1968年,美國(guó)報(bào)道了千里光(Senecio vulgaris L.)對(duì)莠去津和西馬津(三嗪類)的耐藥性；隨著時(shí)間的推移,發(fā)展中國(guó)家也報(bào)告了對(duì)幾乎所有主要類別除草劑的抗性。然而,大多數(shù)抗性案例都是關(guān)于三嗪類除草劑的。早在1989年就在馬來(lái)西亞報(bào)告了水稻雜草對(duì)2,4-滴的抗性；后來(lái),也報(bào)道了來(lái)自馬來(lái)西亞、泰國(guó)、菲律賓和印度尼西亞的除草劑對(duì)敵稗、精喹禾靈、精噁唑禾草靈和芐嘧磺隆的抗性。

發(fā)展中國(guó)家的雜草抗性問(wèn)題日益嚴(yán)重,針對(duì)不同作用機(jī)制的除草劑的抗性雜草分布見(jiàn)表1?？梢?jiàn)針對(duì)三嗪類除草劑的抗性雜草分布最廣,占28%。

另外,亞洲國(guó)家?guī)追N重要的作物田中的雜草抗性嚴(yán)重性程度也不相同(見(jiàn)表2)。

雜草的抗性是它們對(duì)持續(xù)施用除草劑所施加的強(qiáng)烈選擇壓力的適應(yīng)進(jìn)化的結(jié)果。除草劑抗性(HR)涉及兩類機(jī)制：(1)由除草劑的靶標(biāo)蛋白的結(jié)構(gòu)改變或活性增加導(dǎo)致的靶點(diǎn)抗性；(2)因雜草對(duì)除草劑的吸收減少或轉(zhuǎn)移或增強(qiáng)代謝而引起的非靶點(diǎn)抗性。由于細(xì)胞色素P450單加氧酶、糖基轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶等植物內(nèi)源酶活性的增強(qiáng),導(dǎo)致基于代謝的除草劑抗性對(duì)不同化學(xué)基團(tuán)和不同作用方式的除草劑產(chǎn)生抗性,從而導(dǎo)致交叉抗性的產(chǎn)生。

抗除草劑雜草在許多種植情況下的流行是一個(gè)全球關(guān)注的問(wèn)題。目前有512個(gè)獨(dú)特抗性案例,涉及266種雜草在71個(gè)國(guó)家的96種作物田對(duì)21種除草劑作用位點(diǎn)。

由于發(fā)達(dá)國(guó)家除草劑的大量使用和抗除草劑作物的普及,抗除草劑雜草的案例也多在發(fā)達(dá)國(guó)家出現(xiàn)。但是在發(fā)展中國(guó)家也發(fā)現(xiàn)幾種重要雜草已經(jīng)對(duì)除草劑表現(xiàn)出抗藥性。發(fā)達(dá)國(guó)家占全球農(nóng)用化學(xué)品市場(chǎng)的70%和草甘膦總市場(chǎng)的近11%；在發(fā)展中國(guó)家,百草枯是使用最多的除草劑。同時(shí),在發(fā)展中國(guó)家,人工除草仍然是最常用的雜草控制方法。但現(xiàn)在,幾乎22%的抗除草劑案例發(fā)生在發(fā)展中國(guó)家,其中南亞國(guó)家的各種作物中生長(zhǎng)的雜草對(duì)除草劑的抗性發(fā)展情況見(jiàn)表3。

據(jù)表3顯示,抗除草劑案例主要是發(fā)生在南亞的小麥和水稻田雜草上。除草劑抗性是農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題,這些國(guó)家對(duì)糧食作物的依賴程度較高,不斷增加的種植成本和雜草抗性會(huì)對(duì)主要作物的盈利能力產(chǎn)生不利影響。農(nóng)業(yè)是這些地區(qū)的主要生計(jì)來(lái)源,因此快速增長(zhǎng)的人口對(duì)更高的食物需求仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。此外,據(jù)報(bào)道,南亞國(guó)家谷物田是除草劑抗性發(fā)生最多的。

在東南亞,有37個(gè)獨(dú)特的案例,涉及17種雜草和30種除草劑有效成分,馬來(lái)西亞以20例位居榜首；其次是泰國(guó)、印度尼西亞和菲律賓,分別為7例、5例和3例(Heap,2022)。菲律賓是最早記錄雜草抗性的國(guó)家,1983年涉及楔瓣花對(duì)2,4-滴的抗性。在22年后,該國(guó)報(bào)告了第二例涉及稗草對(duì)丁草胺和敵稗的抗性,這兩起抗性案例都與水稻有關(guān)。相比之下,馬來(lái)西亞的抗除草劑案例因有效成分、雜草種類和作物而異,在有效成分中,已有8例報(bào)告百草枯耐藥；此外,馬來(lái)西亞也存在多重和交叉抗性問(wèn)題(見(jiàn)表4)。

雖然這些都是僅根據(jù)國(guó)際除草劑抗性數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的案例,但不能否認(rèn)存在更多抗除草劑案例的可能性。在其他東南亞國(guó)家發(fā)生除草劑抗性的可能性并不遙遠(yuǎn)。僅在菲律賓玉米雜草中的抗除草劑疑似案例是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民一直在觀察轉(zhuǎn)基因玉米中使用草甘膦導(dǎo)致雜草控制下降。然而,目前還沒(méi)有研究證實(shí)這種懷疑。

南美洲,由于抗草甘膦大豆和玉米的廣泛種植,抗性雜草種群發(fā)展很快?？共莞熟⒋蠖褂?005年得到巴西的合法批準(zhǔn),但是它分別早在1995年和1996年就通過(guò)阿根廷和烏拉圭被非法引進(jìn)巴西。在21世紀(jì)初,使用常規(guī)選擇性除草劑對(duì)大豆進(jìn)行雜草管理的成本為每公頃40~50美元,而在轉(zhuǎn)基因(GR)大豆中使用草甘膦的成本則為每公頃10~16美元。由于缺乏足夠的作物輪作和不同作用方式除草劑的輪換使用,草甘膦的大量使用導(dǎo)致雜草種群變化,盡管當(dāng)時(shí)已有合理使用草甘膦的技術(shù)指南和警告。從那以后,巴西的抗草甘膦雜草持續(xù)進(jìn)化,雜草管理成本增加。據(jù)估計(jì),由于抗性雜草多花苜蓿、飛蓬和馬塘的出現(xiàn),使除草劑使用成本分別增加了57%、129%和500%。草甘膦的使用不僅影響了大豆除草劑的價(jià)格和使用,還影響了其他作物除草劑的使用。

雜草種群中除草劑抗性的出現(xiàn)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),因?yàn)樗拗屏擞行щs草管理的除草劑選擇。因此,雜草得不到有效控制而導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降。除草劑抗性影響了雜草控制計(jì)劃的成本效益,因此,農(nóng)民被迫依賴機(jī)械控制,但這增加了勞動(dòng)力成本。

03

雜草抗性管理措施

1. 可持續(xù)的雜草管理

不可持續(xù)的雜草管理會(huì)導(dǎo)致各種問(wèn)題,如經(jīng)濟(jì)損失、雜草區(qū)系的變化、除草劑抗性的發(fā)展以及對(duì)環(huán)境的不利影響。綜合雜草管理方法結(jié)合了直接和間接控制方法,并基于作物-雜草競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵時(shí)期,提供了解決雜草問(wèn)題的可持續(xù)方法,同時(shí)降低了種植的成本,最大限度地減少了對(duì)環(huán)境的危害。越來(lái)越多的農(nóng)民正在采用更具包容性的雜草管理戰(zhàn)略,從而將對(duì)除草劑的依賴降至最低,且雜草對(duì)管理措施有高度的反應(yīng)。因此,采用不同的方法并利用每種控制策略的協(xié)同效應(yīng),將有助于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期和可持續(xù)的雜草管理。管理雜草的不同策略包括使用干凈和高質(zhì)量的種子(不含雜草種子污染物和無(wú)性繁殖體)、適當(dāng)?shù)母鞔胧?、苗床育苗技術(shù)、田間衛(wèi)生、物理和機(jī)械除草、覆蓋、土壤日曬、間作、作物輪作、干濕田交替、使用生物防治劑(真菌除草劑、昆蟲和具有化感作用的雜草)等。

使用對(duì)雜草有競(jìng)爭(zhēng)力和化感作用的水稻品種以及通過(guò)種子引發(fā)提高對(duì)雜草的競(jìng)爭(zhēng)力,是可持續(xù)水稻雜草管理的另一項(xiàng)策略。在直播和好氧水稻生態(tài)系統(tǒng)中,雜草是主要危害物,因?yàn)橛邢薜乃?yīng)抑制了雜草的生長(zhǎng),使用雜草競(jìng)爭(zhēng)性水稻品種可在沒(méi)有合適除草劑的時(shí)候作為替代解決方案,并實(shí)現(xiàn)更高的糧食產(chǎn)量。成功開(kāi)發(fā)出對(duì)雜草具有競(jìng)爭(zhēng)力的水稻品種將為東南亞國(guó)家提供一種有效的控草新策略,不再通過(guò)單一除草劑施用來(lái)管理雜草,從而減少除草劑的使用和生產(chǎn)成本,并防止除草劑抗性的發(fā)展。

特定位點(diǎn)雜草管理(SSWM)系統(tǒng)考慮到雜草種群的空間變異性和時(shí)間動(dòng)態(tài),因此可以進(jìn)行雜草測(cè)繪和特定位點(diǎn)除草劑噴灑,從而降低除草劑的使用和成本。SSWM利用傳感器技術(shù),如3D相機(jī)、用人工智能(AI)進(jìn)行雜草分類和基于計(jì)算機(jī)的決策算法,以實(shí)現(xiàn)更精確的噴灑和除草操作。使用基于計(jì)算機(jī)的程序和移動(dòng)應(yīng)用程序來(lái)幫助農(nóng)民和農(nóng)業(yè)從業(yè)人員進(jìn)行基于圖像識(shí)別的雜草識(shí)別、雜草冠層覆蓋估計(jì)、噴霧器校準(zhǔn)和除草劑計(jì)算,這些都是正確識(shí)別雜草種類、確定關(guān)鍵閾值水平和適當(dāng)?shù)碾s草控制時(shí)間以及執(zhí)行更準(zhǔn)確和有效的施用工具。

東南亞在使用機(jī)器人進(jìn)行雜草管理方面較為落后。然而,這種有前景的先進(jìn)技術(shù)可以成為未來(lái)防治雜草的有效策略。在發(fā)達(dá)國(guó)家,種植有機(jī)蔬菜的農(nóng)民已經(jīng)開(kāi)始使用機(jī)器人和智能技術(shù)。一些可購(gòu)買的原型機(jī)有：Robocrop InRow Weeder、Dino、Hortibot和Boni- Rob。在亞洲發(fā)達(dá)國(guó)家,如中國(guó)、日本和韓國(guó),也在開(kāi)發(fā)幾種機(jī)器人除草機(jī)的原型機(jī)。該技術(shù)的應(yīng)用將是替代除草劑大量使用和勞動(dòng)力成本飆升的又一個(gè)選擇。更簡(jiǎn)單和更小的機(jī)器人除草機(jī)原型可以開(kāi)發(fā)用于小規(guī)模農(nóng)業(yè),這正好適合大多數(shù)東南亞國(guó)家的情形。

2. 可持續(xù)的除草劑管理

使用除草劑被認(rèn)為是控制雜草最經(jīng)濟(jì)有效和實(shí)用的手段。然而,除草劑使用的可持續(xù)性正受到雜草種群抗除草劑發(fā)展的威脅。通過(guò)除草劑輪換、混配或順序使用等方法,交替使用不同作用方式的除草劑,可以解決和減輕特別是由于除草劑作用靶點(diǎn)取代引起的除草劑抗性。然而,連續(xù)施用除草劑偶爾也會(huì)導(dǎo)致多重抗性問(wèn)題,其中單個(gè)種群積累了對(duì)屬于不同作用方式的幾種除草劑的抗性靶點(diǎn)突變。這種基于靶點(diǎn)的多重除草劑抗性案例在一些重要的農(nóng)藝雜草中被報(bào)道,如莧菜是由于乙酰乳酸合酶(ALS)取代和原卟啉原氧化酶缺失引起的；日本看麥娘和稗草的抗性是因?yàn)锳LS和乙酰酰酰輔酶A羧化酶(ACCase)取代引起的。這是一個(gè)新出現(xiàn)的挑戰(zhàn),需要通過(guò)提供更多的除草劑選擇、更智能的除草劑組合和順序應(yīng)用來(lái)解決。在除草劑制劑中或桶混兩種以上互相兼容的不同作用方式的除草劑有效成分,將顯著降低雜草種群對(duì)特定除草劑產(chǎn)生抗性的概率。將除草劑控制策略與其他非除草劑控制策略相結(jié)合,也有助于緩解和減緩雜草種群抗藥性的演變。

對(duì)除草劑使用可持續(xù)性的更大威脅是基于代謝機(jī)制的除草劑抗性,這種機(jī)制賦予了對(duì)現(xiàn)有的、新的和即將發(fā)現(xiàn)的除草劑的抗性,并進(jìn)一步限制了農(nóng)民在選擇性雜草控制方面的除草劑選擇。換句話說(shuō),代謝性除草劑抗性使眾所周知的通過(guò)輪換作用方式不同的除草劑,或以混合物,或順序地使用不同的除草劑來(lái)控制和減輕除草劑抗性的策略受到挑戰(zhàn)。在這種情況下,即使混合或交替或順序施用各種不同作用方式的除草劑,也不能有效地控制具有增強(qiáng)除草劑代謝酶活性的雜草種群。為了解決這一問(wèn)題,一種有效的策略是通過(guò)使用化學(xué)增效劑來(lái)抑制除草劑代謝酶的活性。例如,由細(xì)胞色素450s活性引起的除草劑抗性可被馬拉硫磷、胡椒酰丁醚、氨基苯并三唑和甲拌磷等P450抑制劑所逆轉(zhuǎn)。而由谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性引起的抗性可通過(guò)4-氯-7-硝基苯并惡二唑逆轉(zhuǎn)。因此,識(shí)別和使用更有效的化學(xué)增效劑作為現(xiàn)有的除草劑活性成分的補(bǔ)充可以作為對(duì)抗基于代謝的除草劑抗性的策略之一,從而實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)的除草劑使用。

目前,人們很難預(yù)測(cè)雜草品種對(duì)除草劑的抗性發(fā)展。然而,深入了解除草劑抗性的分子基礎(chǔ)將有助于預(yù)測(cè)雜草抗性的發(fā)展。通過(guò)分子和生物技術(shù)方法,可以獲得參與除草劑基質(zhì)解毒的特定植物酶的詳細(xì)信息,并將有助于預(yù)測(cè)除草劑抗性的發(fā)生。通過(guò)細(xì)胞色素P450酶的功能表征成功地預(yù)測(cè)了水稗對(duì)除草劑的抗性,也可以通過(guò)對(duì)其他除草劑代謝酶(如谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶、糖基轉(zhuǎn)移酶等)的表征預(yù)測(cè)其他重要雜草的抗性發(fā)生。此外,了解雜草中這些代謝酶的特定除草劑底物,將有助于正確尋找可以有效控制抗性雜草種群的適當(dāng)除草劑。