除草剂对农田生态系统生物多样性的影响研究

苏改芹

（嘉祥县卧龙山街道农业综合服务中心，山东嘉祥 272408）

0 引言

在农业生产过程中，为了提高农作物产量和降低劳动强度，化学除草剂被广泛应用，以控制杂草的生长。虽然除草剂在农业生产中发挥了巨大的作用，但也会对农田生态系统中的生物多样性产生潜在的影响。因此，进行除草剂对农田生态系统生物多样性的影响研究，对于生物多样性的保护具有一定的实际意义。

1 除草剂概述

1.1 常见的除草剂类型

除草剂是一类广泛应用于农业和园艺领域的化学物质，旨在抑制杂草生长，从而提高作物产量和减少人工除草的工作量，常见的除草剂类型：一是草甘膦（Glyphosate）。草甘膦是最常见和广泛使用的非选择性除草剂，它通过阻断植物生长所需的氨基酸产生，从而导致植物枯萎而死亡。草甘膦常用于大豆、玉米、小麦等主要作物的除草，以及草坪和道路边的维护。二是第二代和第三代氨基甲酸酯（ALS抑制剂）。这些除草剂类别包括苯噻草酮、吡唑草胺等，作用于植物生长的不同阶段，通常被用于特定的作物和草坪，以提供更广泛的选择性。第三，卡巴查津（Paraquat）。卡巴查津是一种非选择性接触性除草剂，能够引发氧化应激，损害植物细胞并导致植物快速枯萎，通常用于杂草管理和清除非耕地。第四，2，4-D和Dicamba。这两种草本杂草除草剂常用于玉米、小麦和草坪的控制，具有选择性，可以杀死广叶杂草而不伤害谷草科作物。

1.2 农田除草剂的使用方式

农田除草剂的使用方式多种多样，取决于作物类型、杂草种类、地理位置和农业管理习惯等因素，具体有：第一，前除草。前除草是在作物种植前或作物出苗前使用除草剂，以控制杂草在作物生长初期的竞争，通常用于直播作物（如玉米、大豆）和植被稀疏的果园、葡萄园等地，有助于确保作物在初期生长阶段充分获得水分、养分和阳光。第二，草中除草。草中除草是在作物已经出苗并开始生长时使用的除草剂，适用于作物行间的杂草控制，通常用于稀植作物（如棉花、甜菜）和蔬菜田。草中除草可以减少杂草对作物的竞争，从而提高作物产量。第三，后除草。后除草是在作物生长阶段的后期使用的除草剂，用于控制杂草的生长和繁殖，通常在作物的早期生长期结束后进行，常见于高密度植被的果园、蔬菜田和茶园，有助于维持良好的作物生长环境，减少杂草的种子散布。第四，土壤处理。一些除草剂可以作为土壤处理剂使用，以防止杂草的发芽和生长，通常在农田休耕期间或在作物种植前进行[1]。

2 农田生态系统生物多样性的重要性

2.1 生物多样性的概念和重要性

生物多样性，即生物学上的多样性，是指在一个特定地区或生态系统中，包括物种多样性、基因多样性和生态系统多样性在内的各种生物要素的多样性和丰富性，涵盖了地球上所有生命形式的多样性，从微生物、植物和动物到各种生态系统。生物多样性对农田生态系统具有非常重要的现实意义。

首先是农业生产的基础。农业依赖于多样的植物和动物物种来提供食物、纤维和其他农产品。农田生态系统中的不同植物和动物种类在食物链中扮演着不同的角色，相互依赖，构建了复杂的生态网络，维持着生态平衡，有助于农作物的授粉、害虫控制和土壤肥力的维持，提高了农业生产的稳定性和可持续性。其次，生物多样性有助于抵御疾病和害虫。一个生态系统中的多样性通常会抑制病害和害虫的传播，被称为“生物多样性保险效应”，有助于减少农田的化学农药使用，降低环境污染风险。最后，生物多样性还对农田生态系统的稳定性和适应性至关重要。面对气候变化和其他环境变化，多样性的农田生态系统更容易适应，并能够保持其功能和生产力。单一作物种植或动植物种群的农田容易受到环境冲击的影响，而多样性能够提供更大的弹性和适应性[2]。

2.2 农田生态系统生物多样性的组成

农田生态系统的生物多样性指的是在农田环境中存在多种不同的生物种类和群落，包括各种植物、动物、微生物和其他生物组成的丰富生态社区。这些多样性的元素相互作用，共同构建了复杂的生态网络，对维护农田生态系统的稳定性和功能发挥着至关重要的作用。

在农田中，植物生物多样性是农业生产的重要组成部分。不同种类的作物、杂草和野生植物相互交织，形成了复杂的植物群落，不仅能够为农民提供粮食、纤维和药材等农产品，还在农田中提供生态系统服务，如土壤保持、水源保护和授粉。植物多样性还有助于降低农田生态系统对单一病虫害的敏感度，减少对农药的依赖，从而降低了农业的环境风险。除了植物多样性，农田中还存在各种各样的动物，包括昆虫、鸟类、脊椎动物等。这些生物在农田中扮演着重要的角色，如害虫控制、授粉、土壤通风和食物链中的环节。它们的存在和多样性有助于维持农田生态平衡，提高农业生产的可持续性。例如，吸引和保护益虫，可以减少农田中害虫的繁殖，降低农药使用，有利于生态系统的健康。微生物多样性也是农田生态系统中的重要组成部分。土壤中的微生物，如细菌、真菌和古菌，对土壤肥力的维持和养分循环起着关键作用。它们分解有机物质，转化养分供植物吸收，促进土壤健康和生产力[3]。

3 除草剂对农田生态系统生物多样性的影响分析

3.1 直接影响

3.1.1 植物多样性的减少

首先，大多数除草剂是设计用来杀死或控制特定的杂草物种。这些除草剂通常具有选择性，即它们更容易影响到特定的杂草而对作物较少产生伤害。然而，在使用过程中，一些除草剂可能会对周围的植物产生不可预测的影响，特别是在不当使用或滥用的情况下。这可能导致农田中其他非靶标植物的死亡或生长受到限制，从而减少了植物物种的多样性。其次，常规的除草剂使用通常伴随着单一或大面积的植物品种种植，这种种植方式被称为单一作物种植或单一品种种植。这种做法旨在简化管理，提高作物产量，但它削弱了植物多样性，因为只有一种或极少数几种植物种植在农田中。这意味着其他野生植物物种可能失去了生存的机会和栖息地，从而减少了农田生态系统的植物多样性。

3.1.2 土壤微生物多样性的变化

首先，除草剂通常被设计成有选择性地控制特定的杂草，但它们也可能对土壤中的微生物产生影响，因为一些微生物与植物根系或土壤颗粒结合密切。除草剂的使用可能导致一些微生物种群的死亡或减少，从而降低了土壤中的微生物多样性。这可能对土壤生态系统的健康和功能产生不利影响，因为微生物在土壤中扮演着关键的角色，如有机物分解、养分循环和土壤健康的维护。其次，除草剂的化学特性可能对土壤微生物产生直接的毒性作用。一些除草剂可能残留在土壤中，抑制微生物的生长和代谢活动。这种毒性可能导致一些微生物群体受到影响，减少了土壤中的微生物多样性。这种影响可能会扩散到更广泛的土壤生态系统，影响土壤的生产力和可持续性。最后，土壤微生物多样性的减少可能导致土壤功能的受损。微生物在土壤中参与了有机物质分解、养分循环、氮固定和生物防控等重要过程，这些过程直接关系到农田的生态系统服务和农作物的健康。因此，微生物多样性的降低可能会降低土壤的生态系统功能，对农业生产和环境可持续性构成挑战[4]。

3.2 间接影响

3.2.1 食物链和生态位的改变

食物链是生态系统中不同生物之间食物传递的关系，而生态位则指的是一个生物在生态系统中的功能位置和角色。首先，除草剂的使用可能改变农田生态系统的食物链。一些除草剂具有广谱杀草的作用，不仅会对目标杂草产生毒性影响，还可能对非目标植物和土壤生物产生影响。当非目标植物受到影响时，食草动物可能失去了它们的食物来源，这会导致它们的数量减少。例如，某些昆虫可能以农田植物为食，而这些植物受到了除草剂的影响，这将对昆虫的食物供应产生连锁反应。可能会影响到更高级别的肉食动物，因为它们的食物供应也会减少，从而影响整个食物链的平衡。其次，除草剂的使用可能导致农田生态系统中生态位的改变。生态位是指一个物种在其所在环境中的角色和位置，包括其食物来源和生存条件。当除草剂对植物和昆虫产生影响时，一些生物可能需要寻找新的食物来源或适应新的生存条件。例如，某些鸟类和昆虫可能会被迫迁移到其他地区以寻找更适合的生存环境。这可能导致一些物种的扩散和消失，同时也可能导致物种之间的竞争和生存方式发生变化。

3.2.2 对农田鸟类和昆虫的影响

首先，除草剂可能对农田鸟类造成直接和间接的影响。直接影响包括一些除草剂可能导致非目标植物的减少，进而影响到鸟类的巢穴和觅食地。这可能会导致鸟类的繁殖和生存受到威胁，尤其是那些依赖特定植物种类的鸟类。间接影响涉及鸟类的食物链，因为一些鸟类以昆虫为主食，而昆虫可能会受到除草剂的影响。除草剂可能导致昆虫数量减少，从而使食草鸟类的食物短缺，影响到它们的繁殖和生存。其次，昆虫在农田生态系统中扮演着关键的角色，对于维持生态平衡和农田生态功能具有至关重要的作用。然而，除草剂的使用可能导致昆虫数量减少，影响了这些生态功能的正常运行。一些昆虫可能直接受到除草剂的毒性影响，因为它们可能在接触到化学物质后死亡或受损。另一些昆虫可能间接受到影响，因为它们失去了食物来源，导致它们的数量减少。这对于控制害虫、传播花粉以及分解有机物等生态功能产生了负面影响，可能会对农田生态系统的稳定性和生态平衡产生深远的影响。

3.3 长期和累积效应

3.3.1 抗药性和适应性的发展

首先，抗药性是指某些杂草对于常规使用的除草剂逐渐变得不敏感或耐药。这是因为在一段时间内，除草剂只杀死对其有敏感性的杂草，而对于那些具有抗药性的杂草而言，其在遗传上或生理上逐渐适应了除草剂。这种抗药性的发展可能会导致除草剂在农田中的效果减弱，这就需要使用更多或更强的化学药品来控制杂草，从而增加了化学物质的使用量，对环境产生更多负面影响。其次，抗药性的发展也可能导致农田生态系统中的杂草种群结构的改变。抗药性杂草的数量可能逐渐增加，而传统的敏感杂草数量减少。这种变化可能会对农田生态平衡产生深远影响，因为不同杂草种类在生态系统中的角色和功能是不同的。抗药性的杂草可能更难以控制，从而影响农田生态系统的稳定性和农业生产的可持续性。最后，抗药性还可能对农民的经济造成损失。由于抗药性杂草的发展，农民可能需要投入更多的资金购买更昂贵的除草剂，同时可能需要增加劳动力来处理抗药性杂草，这可能导致农田管理成本的增加，降低了农民的收益。

3.3.2 持续的生存环境破坏

首先，除草剂的使用通常伴随着单一或大面积的作物种植，这会导致生物多样性的减少。因为这些草地、野草和野花是许多野生动物和昆虫的主要栖息地和食物来源，它们的减少会直接影响到农田生态系统中的生态平衡。随着生境破坏，一些野生动物可能失去了栖息地，迫使它们迁徙或减少了种群数量。其次，除草剂的使用可能对土壤和水源质量产生负面影响。一些除草剂可能残留在土壤中，对土壤微生物产生不利影响，同时可能渗透到地下水和水体中，对水质产生污染。这对于生活在农田周围的野生动物和植物以及沿河流生活的生态系统都构成了威胁。最后，除草剂的使用可能导致土壤侵蚀和水源枯竭。由于农田生态系统中植物的减少和土壤的裸露，土壤容易受到风化和侵蚀的影响，从而导致土壤的流失和贫瘠化[5]。

4 结语

综上所述，尽管除草剂在农业生产中具有非常重要的作用，但过度使用可能会对农田生态系统的生物多样性造成不利影响。为了实现农业生产的可持续发展，需要严格控制除草剂的使用，采取措施来减少其对非目标植物和生态系统的不利影响。同时，还需要进一步研究和监测，以更好地分析除草剂对农田生态系统的长期影响，进而为农田生态系统的生物多样性提供可靠保障。