“蒋高明：谈谈美国农业的科技要素之四除草剂”

一、美国农田的杂草

在农业生态系统中，妨碍或干扰农业生产的各种草本植物种类被认为是杂草，包括一些半灌木、小灌木、蕨类植物等。 全世界约有8000种杂草，但与农业生产相关的只有250多种。 杂草之所以获得这个恶名，是因为其传递方法多样，繁殖和再生能力强； 生活周期比作物短，成熟的种子随时会落下； 抗逆性强、光合效率高等，对农业生产危害较大。 杂草危害的主要表现是作物与养分、水分、光、空之间的争斗； 影响农田通风，提高局部气候温度的一些是病虫害的中间宿主，促进病虫害的发生； 寄生性杂草直接从作物中吸收养分，降低作物产量。 另外，杂草的种子和花粉中有些含有毒素，有时会人畜中毒。

其实，在农田开垦之前，杂草是自然生态系统的正常成员，杂草在稳定的生态系统中不容易受到危害。 杂草有其危害性，但也有防止水土流失、提供天敌昆虫避难场所、为土壤增加碳氮营养等有利方面。 也就是说，人类占领杂草的地盘，或者长时间采取对抗方法，使得杂草的防控变得客观困难。 如何防治或利用杂草其实是一门多而杂的学问。

美国农田杂草约200多种，其中危害最大的杂草20~30种，其中不乏恶性杂草和超级杂草。 这些杂草根据地域、气候和土壤条件、作物和栽培方法的不同，空之间的分布有明显差异。 美国的田地杂草多是不争的事实。 另外，与其他国家不同，美国的杂草具有难以防治的生态特征。 例如，假高梁广泛分布于美国，成为大豆、玉米田最难防治的杂草。 据估计，杂草对美国农业危害很大，杂草每年使美国农场主损失约12%的收成，造成330亿美元的损失。 在世界范围内，购买除草剂的年消费费用超过300亿美元，美国是除草剂使用量最多的国家之一。

美国农作物以玉米、小麦、大豆、十字花科、棉花等为主，受灾最多的杂草也多分布在这些作物种植区，包括部分苜蓿草地。 由于美国长期采取除草剂杀灭的单一对抗方法，出现了比任何国家都严重的草害问题，该国恶性杂草和超级杂草数量居世界首位，这一点尤为突出。

中国动植物检疫总局公布的世界禁止入境的恶性杂草有34种，这些杂草有节山羊草、节麦豚草、三裂叶豚草、多年生豚草、胺、[ 匍匐车菊、刺苞草、蓟、田旋花、美丽的猪屎豆、南方三棘果、锯齿大戟、口琴牵牛花、小花假苍耳、假苍耳、[ ] 我国检疫部门规定，这些杂草防治困难、传递迅速、危害特别严重，一经发现应立即消灭。

在世界公认的十大恶性杂草中，香附子、假高粱、节麦、早熟草、水花生、水葫芦、豚草、

从以上介绍可以看出，美国农业面临的杂草问题，可能是世界上最严重的。 那么，美国为什么会发生那么严重的杂草问题呢？

(/S2/)二、化学杀灭)/S2/) )。

年国庆节期间，我和中国科学院生态草业考察团一起去美国视察。 从芝加哥到俄克拉荷马，最后到加州，横穿了美国的东西。 在加州广袤的苜蓿草地现场，我和陪同的加州大学戴维斯分校的一位教授发生了争执。 当然，那场争执是友好的，只比较问题本身。

争斗始于杂草控制。 那位教授主张用生物技术+除草剂的方法抑制杂草的危害，实际上加州大学戴维斯分校在生物技术领域很强的我从环境和健康的角度指出了问题，认为这种方法很难治愈，甚至会恶化。

两人都不服，争论变成了沉默。 停下来一会儿，美国教授突然问我:“有孩子吗？ 女儿还是儿子？ 这和美国人思考事情不一样，我不知道他为什么转移话题，我以为他被我的话打动了。

见我回答了孩子的情况。 他说:“太好了。 你也有孩子。 当你的孩子或他们将来建立家庭的时候，面对如此辽阔的苜蓿草地，他们如何清除杂草？

这个问题把我难倒了。 是啊。 美国已经没有农民了。 我不知道杂草可以锄草，喂牲口，也可以当山野菜吃。 他们既没有经历过真正的农村，也没有经历过农业文明。 目前正在以工业化的方法从事农业。 快速农业化的道路，使大量人口进入城市，社会问题也非常严重，这是后话。 中美国情完全不同啊。 中国也步美国后尘，走上工业化农业的道路。 这早就超过了农业本身，甚至超过了杂草问题本身。

在没有任何人力，配套、轮作、人工或机械除草几乎不可能实现的前提下，美国只有化学对抗这条路，一见草就能杀死，其武器就像战场毒气一样，基于杀虫剂发明了除草剂。 于是，化学除草成为美国现代农业的必要条件，即先进、快速、经济、高效，除草剂参与了农业管理的日常生活，其防治对象从农田扩大到森林、果园、湿地乃至城市矿山。

除草剂:道高一尺，魔高一丈

美国采用的除草剂大多用于防治一年生杂草，对多年生杂草、木质化杂草和草荒效果较差或无明显效果。 与杂草比较的化学除草剂多为灭活的，选择性高的除草剂极少。 目前世界上销售的除草剂，按化学结构分为近30种结构类型，产品有230种，以谷物、玉米、大豆、水果和蔬菜、水田等为主。

在世界10种除草剂中，草甘膦(孟山都)、百草枯(先正达)、2，4滴)道化学)、异丙基甲氧基胺)先正达)、乙草胺(孟山都)、草甘膦 10大品种中，多数是20世纪90年代以前开发的旧品种，2000年以后开发的只有2个。 正是这20多年前除草剂的老脸，给商业资本带来了巨大的利益。

美国除草剂的最初设计是对不同叶型的植物采用不同的杀灭原理。 一家化学企业的除草剂defendor活性成分是双氟磺胺，最初在美国纽约州和马萨诸塞州注册。 该除草剂为芽后除草剂，可用于防治早季阔叶杂草，最后在美国45个州注册。 德芬达可以防止蒲公英花凋谢，防止苜蓿、繁茂、其他一年级和多年生阔叶杂草。 但是，由于化学除草是一种激烈的对抗措施，这种方法有选择地促进了杂草的进化，即抗性的提高，饲料、蔬菜等有重要应用价值的杂草率先出局，极大地改变了杂草群落的结构。

随着杂草抗性的提高，除草剂的使用量增加也会对作物造成损害。 与这种情况相比，美国除草剂企业开始开发抗除草剂转基因作物。 1998年，美国一家企业继抗农达蓖麻之后又推出了抗农达棉花，这些产品具有抗农达和其他草甘膦类除草剂的特点； 今后将推出抗农达玉米，可以对抗农达和其他草甘膦类除草剂； 2001年，该公司推出抗农达玉米两代； 2006年，推出了抗农达flex棉花。 这家农达是这家企业的专用除草剂，以草甘膦为第一成分。 抗草甘膦作物的宣传，客观上增加了除草剂的采用量，这些美国企业一方面销售转基因种子，另一方面销售专用除草剂。

但是，对于上述恶性杂草，化学杀灭大多非常被动。 这是因为①杂草适应能力突出，能够适应各种气候和土壤条件，可以在世界大部分地区生长②繁殖能力非常强，即使一粒种子生长也会迅速发展成大群落。 而且种子生命力极强，能经受各种极端条件； ③这些杂草大多为拟态性或宿根性植物。 拟态性杂草本身很难与农作物区分开来，其生物特征与农作物非常接近，化学除草剂的目标远未准确到能够区分拟态性杂草和农作物的程度。 用除草剂除草，只不过治标不治本，杂草连年卷土重来，危害逐年加重。 关于超级杂草形成的机理，以草甘膦为例，可分解的机理如下。

①杂草表面发育更紧密的蜡质，或从体内分泌乳汁，阻止草甘膦药物向体内迁移； ②与豆科杂草植物共生的根瘤菌可以中断草甘膦的碳磷结合，生成代谢中间产物硫胺素，以其为磷源进行生长，对草甘膦有较强的生物降解作用，杂草可以利用人类施用的草甘膦作为磷肥 ③百合科植物对草甘膦具有耐药性，草甘膦通过竞争性抑制植物体内的烯醇丙酮氧丙酸合成酶( epsp )，抑制催乳素向苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的转换，从而提高蛋白质的 具有草甘膦抗性的杂草，可以过量表达epsp合成酶，过量的靶酶可以解除除草剂与靶酶结合的限制作用，并且有足够的酶活性满足自身代谢的需要，维持正常的生理活动。 也就是说，一些杂草通过产生大量的epsp合成酶来抵消草甘膦的破坏作用。

化学除草剂已经成为美国现代农业的必需品。 商业企业不断发明除草剂，机械企业开发配套的除草剂采用设备，乃至飞机的生物企业不断开发抗除草剂的转基因作物，使作物在大量除草剂面前完好无损，但隐藏着环境和健康的真相。 杂草在除草剂面前越打越南战争，人类会越继续对抗吗？

(/S2/)四、草甘膦类除草剂(功过值得评价)/S2/) )。

草甘膦是美国一家企业20世纪70年代开发的广域灭活除草剂，70年代中后期草甘膦异丙胺盐和钠盐上市。 草甘膦主要抑制物体内的烯醇丙酮基瓜氨酸合成酶，抑制瓜氨酸转化为苯丙氨酸、凉爽氨基酸和色氨酸，干扰蛋白质的合成导致植物死亡。 草甘膦通过茎叶吸收传递到植物的各个部位，可以防治单子叶和双子叶、一年级和多年生、草本和灌木等40多科植物。 草甘膦进入土壤后很快就会与铁、铝等金属离子结合失去活性，影响土壤中元素和作物的平衡。

在美国，草甘膦除草剂的应用范围有茶园、果园(一年生杂草和多年生恶性杂草)、春玉米、夏玉米(行间杂草、一年生杂草)、油菜田(一年生杂草、多年生杂草、杂草)、防火隔离带、森林防火道) 一年生杂草柑橘(一年生和多年生杂草、杂草)、苹果园(多年生杂草、行间杂草、一年生杂草)、道路、铁路(行间杂草、一年生和多年生杂草)、剑麻)、梨园(行间杂草、杂草、一年生杂草) 除以上几种类型外，草甘膦在桃园、葡萄园、梨园、茶园、桑园和旱地休耕地也大量被采用，对稗、狗尾草、麦见母、牛筋草、马唐、苍耳、藜、繁缕、猪祸等一年生杂草表现良好

草甘膦的制备方法为:①以甘氨酸、亚磷酸二烷基酯、多聚甲醛为原料通过加成、缩合、水解制备的亚磷酸二烷基酯法，产品纯度95%，价格较低。 (氯甲基膦酸法) a )氯甲基膦酸的制造)使用三氯化磷和多聚甲醛在200-250℃下反应3-5小时，得到氯甲基膦酰基二氯，水解后得到氯甲基膦酸； b )草甘膦合成(等摩尔氯甲基膦酸和甘氨酸、氢氧化钠水溶液中( ph ) gt； 10 )、回流反应为10-20小时后用盐酸氧化的草甘膦； ③亚氨基二乙酸法: a )、亚氨基二乙酸的制造在氢氧化钙的存在下，使氯乙酸与氨水反应氧化，用氢氧化钠中和制造。 或者以氢氰酸为原料，使甲醛和氨反应来制造； b )双甘膦的制造(使亚氨基二乙酸与甲醛、亚磷酸在硫酸存在下进行加热反应来制造双甘膦； c )将双甘膦与水混合，在过剩的过氧化氢和等摩尔硫酸的存在下，使其加热反应得到草甘膦。

那么，抗草甘膦转基因作物怎么样了？ 原来，草甘膦除草剂几乎可以杀死所有的绿色植物，但也有例外，矮牵牛这种植物不会被杀死。 生物技术企业将矮牵牛基因移植到大豆、玉米、棉花等作物中，获得了抗草甘膦作物。 这种转基因作物对草甘膦不再敏感，得到了保护。 但是，随着草甘膦在环境和食物中的残留增加，杂草也不会绝迹，超级杂草可能是抗草甘膦转基因作物应用后的生态后果。

另外，草甘膦等除草剂的生产过程会造成严重的环境污染，美国为了保护该国的生态环境，将除草剂转移到其他国家进行生产，像中国这样的工厂最多。 美国人大量采用的除草剂在中国生产，在美国也大量使用，残留除草剂特别是草甘膦的农产品又带回了中国。 这样，进入环境中的除草剂及其前身物质，以及食物中残留的除草剂，客观上造成了除草剂对中国人的直接或间接危害。

关于草甘膦的安全性，商业企业自己主张比食盐更安全，被收购的所谓科普作家也广泛宣传了这一观点。 但是，年初世界卫生组织发表了草甘膦具有致癌性的研究报告。 该研究报告来自世卫组织旗下的国际癌症研究机构( iarc )官网。 据报道，2001年以来，该机构调查了美国、加拿大和瑞典的情况，有充分证据表明草甘膦农药可能导致淋巴腺癌和肺癌，世卫组织首次确认了草甘膦与癌症的关联。

年后，美国农业部批评在没有检查食品中草甘膦残留物的年份，政府审计事务所没有进行定期检查。 以前检测出的300种豆类样品中，有271种样品含有草甘膦。 年3月，洛杉矶鲍姆、哈德和亚里士多德律所分别代表全美136名原告提起诉讼，声称因使用草甘膦除草剂而患上非霍奇金淋巴瘤。 目前，起诉全美和各州生物企业的案件达700多起。

五、结语[/s2/]

美国的农田面临着非常严重的杂草问题，这个国家使用的抑草技术是化学对抗和杀灭。 各种除草剂的大量采用，也导致了恶性杂草和超级杂草的蔓延。 包括抗除草剂作物宣传在内的廉价暂时有效的化学杀灭，使美国农业具有一定的市场竞争特点，但这并未考虑生态环境价格、健康价格、社会价格、国家安全价格。 除草剂在其他国家生产，在美国被采用，残留除草剂的农产品又出口到其他国家，污染自己污染其他国家。 更重要的是，对除草剂耐药的超级杂草也通过粮食贸易向全世界扩散，客观上形成了对其他国家的生态系统入侵。 到了人类必须认真反思化学除草方法模式的时候了。 放弃对抗而采用生态除草方法可能是可持续农业的光明之路。

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