浅析农田化感作用

王姝文

摘 要：杂草是农业生产中的重要问题之一，给农业生产造成巨大损失，长期使用除草剂不仅污染环境，而且杂草容易产生抗药性。植物化感作用作为一种天然的生态机制，为防治杂草提供了一种有效的方法。本文就化感作用的基本定义、向自然界的释放途径、利用化感作用控制杂草的方法和植物化感作用在杂草防治中的应用前景进行了论述。

关键词：化感作用；杂草防治；化感物质

随着人们保护环境意识的增强、化学除草剂开发难度的增大以及杂草抗药性的蔓延， 生物除草剂越来越得到人们的青睐， 而化感作用为杂草的防除确定了新的方向。化感作用的本质是植物通过向体外释放化学物质而影响邻近植物， 植物分泌的化学物质称为化感物质。通过直接从植物中提取所需要的化感物质或人工合成类似物质制成除草剂， 配合少量的化学除草剂使用， 有助于减少化学除草剂的使用量，降低杂草抗药性，对生态环境的保护具有重要的意义。

一、化感作用的研究现状

1.化感作用的简介

化感现象在植物界中普遍存在， 植物之间的化感作用对生态系统有着不可忽视的影响。化感作用 （allelopathy） 的定义经过科学家不断的发展和完善， 目前已形成了比较公认的概念， 即：各种植物 （包括高等植物和微生物） 所释放的化学物质引起的生化相生及相克作用， 又称之为异株相生或相克相生， 它产生的化学物质称为化感物质 （allelochemicals）。

2.化感物质向自然界释放的途径

自然条件下， 植物化感物质主要通过4种途径进入环境： （1） 根系分泌， 如黑胡桃树通过根系分泌具有毒性的胡桃醌， 影响其他植物种子萌发； （2） 植物体茎叶等部位挥发， 柠檬桉树叶通过茎叶挥发出的蒎烯等化感物质， 能显著抑制萝卜种子的萌发； （3） 植物地上部受雨、雾和露水冲洗； （4） 微生物分解植物残体进行释放。蕨类植物的化感物质是通过微生物对其残株分解释放出的， 不同植物释放化感物质的途径不同， 同种植物在不同的环境条件下释放化感物质的途径也不相同。因此， 在研究分析植物化感物质的释放途径时要结合各种因素综合分析。

3.化感作用的作用机制

植物释放的任何一种化感物质都可能对植物的生长发育产生影响， 化感物质主要是对植物生长的各个过程及不同的生理过程产生影响， 从而发挥化感作用。目前化感作用的作用机制主要有以下3个方面。

（1）影响细胞膜的透性。化感物质可通过增加细胞膜的通透性， 影响细胞内离子环境， 从而对植株的生长发育造成影响。黄瓜根分泌的苯丙烯酸可提高其根系过氧化物酶活性， 降低超氧化物歧化酶活性， 造成质膜透性增加， 养分外渗速度加快， 产生连作障碍。

（2）影响矿物质离子的吸收。矿物质离子是植物生长发育不可缺少的， 化感物质可通过影响植物对矿物质离子的吸收而影响植株的生长发育。香草醛明显抑制杉木幼苗的生长和对硝酸根离子的吸收；苯甲酸、对羟基苯甲酸和阿魏酸在不同浓度、不同酸度、不同土壤含水量等环境因子的作用下， 对土壤硝化作用效果不同， 进而影响植物对矿物质离子的吸收。

（3）影响呼吸作用或光合作用。呼吸作用和光合作用伴随植物的整个生命周期， 因此若植物的呼吸作用或光合作用受到影响， 植物的生长发育也将受到很大的影响。梯牧草、玉米和烟草腐烂残株分解期间所形成的化学物质可抑制烟草幼苗的呼吸， 而在湿度饱和的土壤中分解腐烂， 则抑制作用更强。

二、化感作用在杂草防除中的应用

在农业生态系统中， 任何植物都不止合成一种化感物质， 许多化感物质具有一物多用的生态功能， 对杂草往往也有作用。化感作用是植物生态系统中自然的化学调控现象， 是植物适应环境的一种生态机制， 化感作用并不是以“毒杀”为目的， 而是以控制为目的， 作用温和而又行之有效， 防除效果持续时间长且不易产生抗药性。因此， 利用化感物质来防治杂草是化感作用的应用潜力之一。目前化感作用在杂草防除中的应用主要体现在直接利用化感物质防除杂草。

1.利用残株分解产生的化感物质防治杂草

植物残体覆盖大田后， 经微生物分解产生的化感物质进入土壤中对杂草的生长发育产生影响。植物残体覆盖农田可有效控制杂草的危害， 但植物残体覆盖对下茬作物可能会产生不良影响， 应予以重视。如水稻秸杆腐烂产生的羟基苯甲酸、苯乙醇酸、香豆酸、丁香酸等物质可抑制水稻幼苗生长。因此， 在利用残株覆盖防治杂草时应充分考虑对下茬作物产生的影响及其程度。

2.利用轮作植物释放的化感物质防治杂草

具有化感作用的不同植物产生的化感物质不同， 各有其特定的抑制对象， 利用植物的这一点， 合理选择轮作植物可有效控制杂草。向日葵能有效地抑制马齿苋、蔓陀罗、藜和牵牛花等杂草的生长， 而燕麦的一些品种则能抑制芥属杂草的顶端生长， 受抑制的杂草高度只有对照的1/3。因此采用向日葵和燕麦轮作可明显降低杂草的危害， 轮作区的杂草密度显著低于单作区。

三、植物化感作用的应用前景

化感作用在宏观上体现为不同物种之间相生相克的作用。根据其相生作用， 可进行有益的植物组合， 促進植物生长。C标记试验表明， 晚熟大豆和玉米混作时其一方的根分泌物能促进另一方的离子吸收和积累， 较单作时增加1.5-7倍。此原理可以作为套种植物的依据， 科学配置植物种类， 从而增加植物产量。

植物间化感作用体现的相克作用应用更为广泛。依据对水生植物之间化感作用的研究， 利用其种间抑制作用， 抑制藻类过度生长， 防止水体富营养化或用于治理已富营养化的水体同时通过化感物质的脱氮作用， 对污水进行处理。利用某些菊科植物的化感物质对杂草发芽或生长的抑制作用， 通过轮作、间作、覆盖等栽培措施， 减少甚至逐步代替化学除草剂， 这对农业的可持续发展无疑具有极为重要的意义化感作用是一个涉及化学、植物学、生态学、农学等多领域的交叉学科， 研究它有助于解决植物入侵问题、研究抗性药物、培育转基因植物以及保持生态系统平衡等。