除草劑對農田生態系統生物多樣性的影響研究

蘇改芹

（嘉祥縣臥龍山街道農業綜合服務中心，山東嘉祥 272408）

0 引言

在農業生產過程中，為了提高農作物產量和降低勞動強度，化學除草劑被廣泛應用，以控制雜草的生長。雖然除草劑在農業生產中發揮了巨大的作用，但也會對農田生態系統中的生物多樣性產生潛在的影響。因此，進行除草劑對農田生態系統生物多樣性的影響研究，對于生物多樣性的保護具有一定的實際意義。

1 除草劑概述

1.1 常見的除草劑類型

除草劑是一類廣泛應用于農業和園藝領域的化學物質，旨在抑制雜草生長，從而提高作物產量和減少人工除草的工作量，常見的除草劑類型：一是草甘膦（Glyphosate）。草甘膦是最常見和廣泛使用的非選擇性除草劑，它通過阻斷植物生長所需的氨基酸產生，從而導致植物枯萎而死亡。草甘膦常用于大豆、玉米、小麥等主要作物的除草，以及草坪和道路邊的維護。二是第二代和第三代氨基甲酸酯（ALS抑制劑）。這些除草劑類別包括苯噻草酮、吡唑草胺等，作用于植物生長的不同階段，通常被用于特定的作物和草坪，以提供更廣泛的選擇性。第三，卡巴查津（Paraquat）。卡巴查津是一種非選擇性接觸性除草劑，能夠引發氧化應激，損害植物細胞并導致植物快速枯萎，通常用于雜草管理和清除非耕地。第四，2，4-D和Dicamba。這兩種草本雜草除草劑常用于玉米、小麥和草坪的控制，具有選擇性，可以殺死廣葉雜草而不傷害谷草科作物。

1.2 農田除草劑的使用方式

農田除草劑的使用方式多種多樣，取決于作物類型、雜草種類、地理位置和農業管理習慣等因素，具體有：第一，前除草。前除草是在作物種植前或作物出苗前使用除草劑，以控制雜草在作物生長初期的競爭，通常用于直播作物（如玉米、大豆）和植被稀疏的果園、葡萄園等地，有助于確保作物在初期生長階段充分獲得水分、養分和陽光。第二，草中除草。草中除草是在作物已經出苗并開始生長時使用的除草劑，適用于作物行間的雜草控制，通常用于稀植作物（如棉花、甜菜）和蔬菜田。草中除草可以減少雜草對作物的競爭，從而提高作物產量。第三，后除草。后除草是在作物生長階段的后期使用的除草劑，用于控制雜草的生長和繁殖，通常在作物的早期生長期結束后進行，常見于高密度植被的果園、蔬菜田和茶園，有助于維持良好的作物生長環境，減少雜草的種子散布。第四，土壤處理。一些除草劑可以作為土壤處理劑使用，以防止雜草的發芽和生長，通常在農田休耕期間或在作物種植前進行[1]。

2 農田生態系統生物多樣性的重要性

2.1 生物多樣性的概念和重要性

生物多樣性，即生物學上的多樣性，是指在一個特定地區或生態系統中，包括物種多樣性、基因多樣性和生態系統多樣性在內的各種生物要素的多樣性和豐富性，涵蓋了地球上所有生命形式的多樣性，從微生物、植物和動物到各種生態系統。生物多樣性對農田生態系統具有非常重要的現實意義。

首先是農業生產的基礎。農業依賴于多樣的植物和動物物種來提供食物、纖維和其他農產品。農田生態系統中的不同植物和動物種類在食物鏈中扮演著不同的角色，相互依賴，構建了復雜的生態網絡，維持著生態平衡，有助于農作物的授粉、害蟲控制和土壤肥力的維持，提高了農業生產的穩定性和可持續性。其次，生物多樣性有助于抵御疾病和害蟲。一個生態系統中的多樣性通常會抑制病害和害蟲的傳播，被稱為“生物多樣性保險效應”，有助于減少農田的化學農藥使用，降低環境污染風險。最后，生物多樣性還對農田生態系統的穩定性和適應性至關重要。面對氣候變化和其他環境變化，多樣性的農田生態系統更容易適應，并能夠保持其功能和生產力。單一作物種植或動植物種群的農田容易受到環境沖擊的影響，而多樣性能夠提供更大的彈性和適應性[2]。

2.2 農田生態系統生物多樣性的組成

農田生態系統的生物多樣性指的是在農田環境中存在多種不同的生物種類和群落，包括各種植物、動物、微生物和其他生物組成的豐富生態社區。這些多樣性的元素相互作用，共同構建了復雜的生態網絡，對維護農田生態系統的穩定性和功能發揮著至關重要的作用。

在農田中，植物生物多樣性是農業生產的重要組成部分。不同種類的作物、雜草和野生植物相互交織，形成了復雜的植物群落，不僅能夠為農民提供糧食、纖維和藥材等農產品，還在農田中提供生態系統服務，如土壤保持、水源保護和授粉。植物多樣性還有助于降低農田生態系統對單一病蟲害的敏感度，減少對農藥的依賴，從而降低了農業的環境風險。除了植物多樣性，農田中還存在各種各樣的動物，包括昆蟲、鳥類、脊椎動物等。這些生物在農田中扮演著重要的角色，如害蟲控制、授粉、土壤通風和食物鏈中的環節。它們的存在和多樣性有助于維持農田生態平衡，提高農業生產的可持續性。例如，吸引和保護益蟲，可以減少農田中害蟲的繁殖，降低農藥使用，有利于生態系統的健康。微生物多樣性也是農田生態系統中的重要組成部分。土壤中的微生物，如細菌、真菌和古菌，對土壤肥力的維持和養分循環起著關鍵作用。它們分解有機物質，轉化養分供植物吸收，促進土壤健康和生產力[3]。

3 除草劑對農田生態系統生物多樣性的影響分析

3.1 直接影響

3.1.1 植物多樣性的減少

首先，大多數除草劑是設計用來殺死或控制特定的雜草物種。這些除草劑通常具有選擇性，即它們更容易影響到特定的雜草而對作物較少產生傷害。然而，在使用過程中，一些除草劑可能會對周圍的植物產生不可預測的影響，特別是在不當使用或濫用的情況下。這可能導致農田中其他非靶標植物的死亡或生長受到限制，從而減少了植物物種的多樣性。其次，常規的除草劑使用通常伴隨著單一或大面積的植物品種種植，這種種植方式被稱為單一作物種植或單一品種種植。這種做法旨在簡化管理，提高作物產量，但它削弱了植物多樣性，因為只有一種或極少數幾種植物種植在農田中。這意味著其他野生植物物種可能失去了生存的機會和棲息地，從而減少了農田生態系統的植物多樣性。

3.1.2 土壤微生物多樣性的變化

首先，除草劑通常被設計成有選擇性地控制特定的雜草，但它們也可能對土壤中的微生物產生影響，因為一些微生物與植物根系或土壤顆粒結合密切。除草劑的使用可能導致一些微生物種群的死亡或減少，從而降低了土壤中的微生物多樣性。這可能對土壤生態系統的健康和功能產生不利影響，因為微生物在土壤中扮演著關鍵的角色，如有機物分解、養分循環和土壤健康的維護。其次，除草劑的化學特性可能對土壤微生物產生直接的毒性作用。一些除草劑可能殘留在土壤中，抑制微生物的生長和代謝活動。這種毒性可能導致一些微生物群體受到影響，減少了土壤中的微生物多樣性。這種影響可能會擴散到更廣泛的土壤生態系統，影響土壤的生產力和可持續性。最后，土壤微生物多樣性的減少可能導致土壤功能的受損。微生物在土壤中參與了有機物質分解、養分循環、氮固定和生物防控等重要過程，這些過程直接關系到農田的生態系統服務和農作物的健康。因此，微生物多樣性的降低可能會降低土壤的生態系統功能，對農業生產和環境可持續性構成挑戰[4]。

3.2 間接影響

3.2.1 食物鏈和生態位的改變

食物鏈是生態系統中不同生物之間食物傳遞的關系，而生態位則指的是一個生物在生態系統中的功能位置和角色。首先，除草劑的使用可能改變農田生態系統的食物鏈。一些除草劑具有廣譜殺草的作用，不僅會對目標雜草產生毒性影響，還可能對非目標植物和土壤生物產生影響。當非目標植物受到影響時，食草動物可能失去了它們的食物來源，這會導致它們的數量減少。例如，某些昆蟲可能以農田植物為食，而這些植物受到了除草劑的影響，這將對昆蟲的食物供應產生連鎖反應。可能會影響到更高級別的肉食動物，因為它們的食物供應也會減少，從而影響整個食物鏈的平衡。其次，除草劑的使用可能導致農田生態系統中生態位的改變。生態位是指一個物種在其所在環境中的角色和位置，包括其食物來源和生存條件。當除草劑對植物和昆蟲產生影響時，一些生物可能需要尋找新的食物來源或適應新的生存條件。例如，某些鳥類和昆蟲可能會被迫遷移到其他地區以尋找更適合的生存環境。這可能導致一些物種的擴散和消失，同時也可能導致物種之間的競爭和生存方式發生變化。

3.2.2 對農田鳥類和昆蟲的影響

首先，除草劑可能對農田鳥類造成直接和間接的影響。直接影響包括一些除草劑可能導致非目標植物的減少，進而影響到鳥類的巢穴和覓食地。這可能會導致鳥類的繁殖和生存受到威脅，尤其是那些依賴特定植物種類的鳥類。間接影響涉及鳥類的食物鏈，因為一些鳥類以昆蟲為主食，而昆蟲可能會受到除草劑的影響。除草劑可能導致昆蟲數量減少，從而使食草鳥類的食物短缺，影響到它們的繁殖和生存。其次，昆蟲在農田生態系統中扮演著關鍵的角色，對于維持生態平衡和農田生態功能具有至關重要的作用。然而，除草劑的使用可能導致昆蟲數量減少，影響了這些生態功能的正常運行。一些昆蟲可能直接受到除草劑的毒性影響，因為它們可能在接觸到化學物質后死亡或受損。另一些昆蟲可能間接受到影響，因為它們失去了食物來源，導致它們的數量減少。這對于控制害蟲、傳播花粉以及分解有機物等生態功能產生了負面影響，可能會對農田生態系統的穩定性和生態平衡產生深遠的影響。

3.3 長期和累積效應

3.3.1 抗藥性和適應性的發展

首先，抗藥性是指某些雜草對于常規使用的除草劑逐漸變得不敏感或耐藥。這是因為在一段時間內，除草劑只殺死對其有敏感性的雜草，而對于那些具有抗藥性的雜草而言，其在遺傳上或生理上逐漸適應了除草劑。這種抗藥性的發展可能會導致除草劑在農田中的效果減弱，這就需要使用更多或更強的化學藥品來控制雜草，從而增加了化學物質的使用量，對環境產生更多負面影響。其次，抗藥性的發展也可能導致農田生態系統中的雜草種群結構的改變。抗藥性雜草的數量可能逐漸增加，而傳統的敏感雜草數量減少。這種變化可能會對農田生態平衡產生深遠影響，因為不同雜草種類在生態系統中的角色和功能是不同的。抗藥性的雜草可能更難以控制，從而影響農田生態系統的穩定性和農業生產的可持續性。最后，抗藥性還可能對農民的經濟造成損失。由于抗藥性雜草的發展，農民可能需要投入更多的資金購買更昂貴的除草劑，同時可能需要增加勞動力來處理抗藥性雜草，這可能導致農田管理成本的增加，降低了農民的收益。

3.3.2 持續的生存環境破壞

首先，除草劑的使用通常伴隨著單一或大面積的作物種植，這會導致生物多樣性的減少。因為這些草地、野草和野花是許多野生動物和昆蟲的主要棲息地和食物來源，它們的減少會直接影響到農田生態系統中的生態平衡。隨著生境破壞，一些野生動物可能失去了棲息地，迫使它們遷徙或減少了種群數量。其次，除草劑的使用可能對土壤和水源質量產生負面影響。一些除草劑可能殘留在土壤中，對土壤微生物產生不利影響，同時可能滲透到地下水和水體中，對水質產生污染。這對于生活在農田周圍的野生動物和植物以及沿河流生活的生態系統都構成了威脅。最后，除草劑的使用可能導致土壤侵蝕和水源枯竭。由于農田生態系統中植物的減少和土壤的裸露，土壤容易受到風化和侵蝕的影響，從而導致土壤的流失和貧瘠化[5]。

4 結語

綜上所述，盡管除草劑在農業生產中具有非常重要的作用，但過度使用可能會對農田生態系統的生物多樣性造成不利影響。為了實現農業生產的可持續發展，需要嚴格控制除草劑的使用，采取措施來減少其對非目標植物和生態系統的不利影響。同時，還需要進一步研究和監測，以更好地分析除草劑對農田生態系統的長期影響，進而為農田生態系統的生物多樣性提供可靠保障。