中药生态农业中杂草对作物的影响及其生态防控

　　摘要杂草是中药农业生态系统中的重要组成部分，对药用植物是一把双刃剑，利弊共存。通过科学管理杂草，可以兴利除弊，变害为宝。该文首先分析了杂草对中药材生产的有利和不利影响，然后从种间相互关系、土壤微生态环境、光环境、有害生物自然控制等方面阐释了杂草对中药材产生有利影响的可能机制，最后梳理了中药材生产过程中几种常见的杂草生态防控技术，以期为中药生态农业中的杂草管理与防控提供借鉴和参考。

　　关键词杂草;中药;生态农业;杂草管理与防控

　　在传统农业生产中，杂草一直被视为“有害之草”[1]。杂草通常不能生产出数量和质量符合人类需要的产品，却可能影响生产。因此，传统农业生产倾向于将杂草除之而后快。除草剂的发现极大地减轻了现代农业除草成本。近几十年来，传统农业生产往往通过施用大量化学除草剂以求快速省力地防除杂草，却造成环境污染[2]、农田生物群落改变[3]、土壤养分循环破坏[4]、作物药害频发[5-6]、抗性杂草增多[7]等副作用日益凸显。这些问题给农业的可持续发展带来了极大的挑战。

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　　生态农业由此应运而生，明确要求在生产中禁止使用化学除草剂。近30年来飞速发展的现代中药农业模仿传统农业生产模式，盲目追求产量，在生产中大肥大水、大量使用农药、除草剂，使得中药材品质和安全无法保障[8]。因此，中药生态农业也逐渐替代传统中药农业，成为中药材可持续发展的必由之路[9]。中药生态农业在实施过程中禁止使用化肥、农药、植物生长调节剂、除草剂等各类化学合成的投入品[8]，这就极大地提高了杂草的防控成本。那么，中药生态农业系统中，杂草对中药材的产量和品质是否有影响?如何科学开展杂草防控才能减少生产成本的同时提高中药材的产量与品质?这些成为中药生态农业发展的重点和难点问题。本文首先分析了药田杂草对中药材生产的双重影响及其有利影响产生的可能机制，然后梳理了当前我国药田常见的杂草生态防控技术，旨在为药农实施杂草管理与防控提供借鉴和参考。

　　1杂草对中药材生产的双重影响

　　杂草是中药农业生态系统中的重要组成部分，对作物是一把双刃剑，利弊共存。当有害杂草种类过多、密度过大时，通常引起作物产量下降或品质降低[10-12]。据报道，在中药材生产中，每年因杂草引起减产的比例在5%~10%，严重的可达30%以上[11]。但不恰当的除草方式或者逢草必除的过度除草行为也是不可取的。如过度使用除草剂或者长期施用单一类型除草剂可能引发作物药害问题[5-6,13]、杂草抗性问题[7,14]或者田间杂草种群结构改变，恶性杂草加剧问题[15]，加大杂草防除难度。

　　如金晓华等[13]研究发现利用大于25%灭草松水剂进行黄芪苗期除草会对黄芪苗产生药害;VARAHA等[14]研究发现过度使用除草剂进行麦田杂草大穗看麦娘(黑草)的防除会引发杂草抗性，由于抗药性黑草，英国每年的小麦单产减少了82万吨(约占英国国内小麦消费量的5%)，严重时估计每年小麦损失达340万吨，经济损失达10亿英镑。

　　反而适度保留杂草增加了农业系统的生物多样性，有利于提高生态系统的生产力和稳定性，减少病虫害发生频率，提高生态系统的经济效益和生态效益。如很多杂草本身就可以作为饲料、粮食、工业原料、药材、生物防治原料等来源，科学保留具有经济价值的杂草可以增加经济作物多样性，提高土地利用率，实现多丰收，提高中药农业系统整体的经济效益[1];在豆科植物中增加野生植物天芥菜不仅能减少杂草30%~70%，还能明显减少病、虫害对其的为害[16]。在中药材种植过程中，保留一定数量的杂草，尤其是那些药用植物野生群落中常见的伴生杂草，最大程度模拟药用植物生长的原生态环境，有利于促进中药材产量和品质的提升[17]。

　　2杂草影响中药材生产的可能机制

　　从目前的认识来看，杂草主要是通过改变药用植物生长的生物和非生物环境直接或间接对中药材产量和品质产生有利或不利的影响。已有研究一般认为杂草对作物产生不利影响的主要原因是：①部分杂草竞争能力很强，会与作物争夺地上和地下空间的生长资源;②部分杂草会释放化感物质抑制或威胁作物的生长发育;③部分杂草可能成为病虫害的中间寄主，为作物的病和虫提供栖息场所，提高作物遭受病虫害侵染风险;④妨碍收获作业，增加农业生产成本[18-20]。相比于杂草对中药材产量和品质的不利影响，有关其有利影响的研究报道较少且机制尚不十分清楚，还需进一步从杂草、药用植物的分子生物学和化学生态等方面做进一步的研究探讨。本文通过借鉴杂草对作物不利影响的产生机制，尝试对其有利影响的可能机制进行了分析，总结了5条可能原因，具体如下。

　　2.1调节种间相互关系

　　生物环境的改变主要涉及杂草与作物种间相互关系的变化。杂草与作物的种间互作关系主要包括竞争、互利共生、寄生、化感作用等。当杂草与作物间是种间促进作用时，一般对作物产量和品质的提高有直接的促进作用。如麦田主要杂草麦仙翁能通过根系向土壤中分泌释放赤霉素、麦仙翁素和尿囊素来促进小麦的生长发育、增加产量和改善品质[16,21-22]。

　　当杂草与作物间是种间竞争时，可能激发作物因竞争胁迫产生次生代谢产物的应激反应。这对于所增加次生代谢产物为其有效成分的药用植物来说，可以直接起到提高药材品质的作用;而对于所增加次生代谢产物能引发对杂草的化感作用的药用植物来说，可以起到抑制杂草生长、增强药用植物自身与各类杂草种间竞争的能力的作用，从而间接促进药用植物的生长发育[23-24]。

　　如刘淑超等[24]研究报道青蒿和龙须草对紫茎泽兰幼苗的化感抑制作用有利于二者在紫茎泽兰入侵群落中伴生生存。部分杂草还可以减轻某些作物的自毒作用，缓解作物的连作障碍[25]。如孙晓涵[25]研究报道种植绿肥能减缓马铃薯连作障碍，但有关杂草减缓药用植物连作障碍方面的研究还尚少，有待进一步加强。另外，增加杂草群落的多样性(物种数量和物种组成)相当于增加了一系列具有不同物候和资源需求的杂草，降低了与作物发生生态位重叠的可能性，一定程度上降低了杂草对作物的竞争作用，从而降低了作物产量损失[26-27]。如ADEUXG等[26]和STORKEYJ等[27]研究发现将麦田杂草的物种丰富度从7种增加到20种可使得由杂草引起的小麦产量损失量从60%下降到了30%。

　　2.2调节土壤微生态环境

　　杂草通常具有发达的根系，可以在一定程度上缓和大风、暴雨等对地面的侵蚀和冲刷，减少水土流失，尤其对荒沙地和坡地用地起到防风固土的作用[28-29]。杂草对土壤的遮盖则可以防止土壤水分过度蒸发，有利于土壤持水，同时调节土壤温度[30]。杂草还能在土壤中形成孔隙，改良土壤结构;吸附和保存可能会从土壤流失的营养，改善土壤理化性质，如增加速效P和速效K储量[31]。通过杂草还田或者豆科类杂草固氮，还能增加土壤有机质含量，提高土壤肥力[29,32]。此外，保留杂草多样性还可以提高土壤益生菌数量，降低病原菌数量[33]。如姜莉莉等[33]研究表明在苹果园行间种植长柔毛野豌豆，可促进土壤亚消化螺菌和绿僵菌等有益菌的增殖，在一定程度上提高土壤有机质及养分含量，改善土壤微生态环境，从而促进了苹果产量和品质的提升。

　　2.3调节地上光环境

　　杂草不仅能为地表遮阴，也能为作物遮阴。这样既可以避免作物因过度的叶面水分蒸腾和高温炙烤而失水死亡，更重要的是可以调节作物生长所需的光环境。杂草可以改变药用植物所接受的光照强度、光质和光照时间等，从而影响药用植物生长发育、生理生化特性(如光合特性、酶活性等)以及次生代谢产物的积累[34]。如遮阴处理可以使凉粉草、水田七以及牛耳枫的茎秆变细、株高变长[35];光照强度增强会使毛瓣金花茶叶中的叶绿素总含量、类胡萝卜素含量以及叶片抗氧化酶活性降低[36];红蓝混合光和蓝光照射条件下更有利于姜黄次生代谢产物的合成[37];采用4周16/8h光周期处理时水飞蓟的总酚含量最高[38]。

　　2.4调节有害生物自然控制作用

　　杂草通过光合作用将太阳能和空气中的二氧化碳转化为植物所需的能量和营养，能为许多昆虫、动物和微生物提供食物，创造有利的栖息、繁衍场所，促进其种群的发展。保留一定数量的杂草，一方面可以帮助转移病、虫害的攻击目标，帮助分流药田中的有害生物，缓解对作物的伤害[28,39]。

　　另一方面可以吸引和为更多有益生物提供生存环境，增加有益生物的数量、多样性和控害效能，降低害虫的数量和危害程度，实现有害生物的自然控制，进而促进植物的生长发育、繁殖和品质提升[28,40-41]。WANNF等[41]通过分析全球2900余组多种与单/纯种植物种植的比较试验数据发现，在农业生态系统中，只需要在主栽作物田块通过种植诱集植物、间套作、果园生草等措施添加1种植物，便可明显增加主栽作物上天敌的数量和多样性;在陆地生态系统，增加植物物种多样性有促成植食性昆虫、天敌和植物三营养级联动的倾向，尤其在多样化种植的农业系统，营养级功能群之间的联动效应更加明显。另外，部分杂草自身能分泌或分解产生化感物质(包括原生和次生代谢产物)可以有效防控病虫草害[16,42,43]。这种情况下，科学保留和配置杂草避免或减少了化学农药和除草剂的施用，有助于减少中药材的农残问题，提升中药材产量和品质。

　　2.5其他

　　部分杂草(如葎草、灰绿藜、艾蒿、苣荬菜等)对有害气体或者有害金属具有较强的吸附能力，可帮助净化空气、土壤及水体，消除环境污染[1,44]。在综合考虑杂草的其他影响上，适当保留这部分杂草有助于净化药材生长环境，减少有害物质在中药材上的积累和残留。

　　3中药农业系统中的杂草防控

　　3.1杂草防控的基本原则

　　中药生态农业对待杂草的态度是不与其为敌，通过科学管理，变害为宝，实现中药材的种植既不破坏生态平衡，又能保障优良的品质和较高的产量。这就要求我们必须充分了解杂草和栽培药用植物的生物学和生态学特性，结合生产实际，因地制宜，遵循“药用植物生长总体最优”“预防为主，综合防治”“保益除害，增益控害”等原则的基础上开展除草决策与实践。

　　3.1.1“药用植物生长总体最优”原则杂草是药田生态系统不可或缺的重要组成部分，除草决策时要以“药用植物生长总体最优”为原则，即不任草滋长，也不可见草就除，低密度的杂草是可以容忍的。如经过试验研究发现除草对作物产量无显著影响[45]，便可以不开展除草实践。杂草对栽培植物的竞争一般是随着杂草幼苗的生长从无到有、从弱到强逐渐发展的。当杂草感染度达到竞争临界期即杂草发生密度足以抑制药用植物生长发育，影响收割或造成减产、低质时，才是进行杂草防除的必要和关键时期。过早除草可能会做无用功，甚至反过来影响栽培药用植物生长发育，而过迟除草则其对栽培药用植物产量的影响已无法挽回。如张利等[46]研究发现除草处理反而显著抑制了暗紫贝母第1个月的生长高度，但对第2~3个月的生长高度无显著影响。

　　3.1.2“预防为主，综合防治”原则除草实践中应坚持“预防为主，综合防治”的原则。首先做好预防措施，如可以通过建立杂草检疫制度;清除田地边、路旁杂草;施用腐熟的有机肥，清选种子等措施防止生态系统以外的杂草种子进入药田。其次，当杂草构成田间危害时，需要充分认识到任何单一的方法都不可能完全有效地控制杂草，应在充分考虑杂草种类、栽培药用植物种类以及不同地区自然条件、经济和文化习俗等的差异对除草实践的重要影响的基础上，将多种杂草防治方法有机结合起来，开展可行性分析和综合效益评估，制定“适地适草适药”的综合控草体系，并在实践中检验，逐步优化和完善。

　　3.2几种常见的杂草生态防控技术生态防治是指在充分研究认识杂草的生物学特性、杂草群落的组成和动态以及“作物-杂草”生态系统特性与作用的基础上，利用生物的、耕作的、栽培的技术或措施等限制杂草的发生、生长和危害，维护和促进作物生长和高产，而对环境安全无害的杂草防除实践[20]。目前常用于药田杂草的生态防治方法主要包括免耕控草、秸秆覆盖治草、轮作治草、以草治草、利用作物竞争性治草、化感作用治草等。

　　4结论与展望

　　世上没有无用的东西。虽然鲜有研究报道杂草对作物的有利作用大于不利作用，但杂草的积极作用更多地体现在提高整个作物系统的生态服务功能上，如改良土壤质量、维持生物多样性等，促进作物系统的健康可持续发展[77-79]，从而直接或间接作用于作物，促进作物产量和品质的长期稳定。中药生态农业应摈弃传统农业“根除杂草”的防治观念，而是应在作物产量品质与杂草生存之间寻找一个平衡点，不盲目清除杂草，应结合作物生长情况以及杂草生长特点，有针对性地对杂草进行管理，充分发挥杂草的有益作用，即建立“杂草管理”的可持续发展理念[19]。

　　科学合理地开展杂草管理与防控将有利于促进中药材产业的持续健康发展以及杂草多样性的保护。目前国内有关中药材田间杂草管理与防控的理论与应用研究投入还不足，有待进一步加强。应用生态学方法在作物生态系统水平上开展杂草管理，相比于其他化学、机械等方法，具有协同其他作物生态系统功能而不是对立的优势，被认为是实现杂草管理可持续性的最佳途径。但杂草的生态学管理策略的设计和应用又极具复杂性，一方面因为种植系统中的生态学交互作用错综复杂难以全面理解，一方面理论付诸实践过程中还可能受限于系列不同外部环境和种植系统的特定需求[80]。因此，如何开发适合特定外部环境和种植系统的杂草生态学管理技术将是未来杂草管理和防控研究的重点和难点方向。

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　　作者：池秀莲，孙楷，王铁霖，李晓琳，杨光，郭兰萍